Кавитация — это разрыв сплошности жидкости, вызванный образованием в потоке жидкости газовых или парогазовых каверн.

⇐ Предыдущая 72 73 74 75 767778 79 80 81 Следующая ⇒

Различают два вида кавитации: газовую и паровую. Газовая кавитация возникает в результате выделения из жидкости растворенных в ней газов. Паровая кавитация — результат вскипания жидкости.

Газовая кавитация в насосе несущественна, поскольку содержание газов, растворенных в жидкости, довольно мало. Основную опасность для насосов представляет паровая кавитация, вероятность возникновения которой оценивают по величине кавитационного запаса насоса:

∆h = Pb / pg + vb² / 2g - Pп / pg м

1 2

где Pb и vb — соответственно давление и скорость жидкости при входе в насос; Pп — давление насыщенных паров жидкости при входе в насос.

Рис. 101. Условия возникновения кавитации:

Р (Atmospheric pressure) — атмосферное давление; Н + h (Liquid head and trim) — высота жидкости;

TVP (True vapour pressure) — истинное давление паров; NPSH (Net positive suction head) — общее давление всасывания; LF (Line ftiction) — сопротивление трубопровода

Кавитационный запас — это величина, выраженная в метрах, на которую полный гидродинамический напор жидкости 1 превышает давление насыщенных паров жидкости 2 при данной температуре.

Если кавитационный запас израсходуется на преодоление сопротивления или повышение скорости потока жидкости, то жидкость при входе в насос будет иметь давление, равное давлению насыщенных паров, что вызывает процесс кипения и, следовательно, кавитации (рис. 101).

В центробежных насосах возникновение кавитации наиболее вероятно на тыльной стороне лопастей рабочего колеса, вблизи от входных кромок, где наблюдается минимальное давление потока. Именно здесь чаще всего образуются парогазовые каверны, которые будут перемещаться вместе с потоком жидкости.

В межлопастных каналах давление жидкости возрастает в тот момент, когда его значение превысит значение давления насыщенных паров жидкости Pп, тогда процесс кипения прекратится, пары в кавернах мгновенно сконденсируются и произойдет их заполнение жидкостью. Заполнение каверн жидкостью происходит с высокой скоростью, практически мгновенно, и сопровождается сильным гидравлическим ударом. Если заполнение каверны происходит на поверхности лопасти насоса, то за счет таких гидравлических ударов происходит разрушение поверхности металла.

Для определения кавитационного запаса проводят специальные испытания насоса (головных образцов серии насосов), в ходе которых получают данные для построения кавитационной характеристики насоса (рис. 102).

Первый кавитационный запас ∆h 1, или второй ∆h 2 принимают за величину ∆h Д, при которой допускается длительная эксплуатация насоса. С учетом ∆h Д определяют допустимую вакуумметрическую высоту всасывания насоса (NPSH):

HД.В = (рВ – рП) / pg + ∆h Д

Из этого выражения при известной величине HД.В можно определить навигационный запас: ∆hД =(рВ – рП) / pg - HД.В Гидравлический удар в трубопроводе. Зачастую при работе грузовых систем как при погрузке, так и при выгрузке возникают ситуации, когда требуется аварийное или экстренное закрытие грузового клапана на трубопроводе (на многих танкерах это осуществляется автоматически при срабатывании системы ESD). Гидравлическим ударом называют комплекс явлений, происходящих в жидкости при резком понижении скорости её потока, которые приводят к возникновению в жидкости затухающего колебательного процесса, сопровождающегося чередующимися резкими повышениями и понижениями давления. В случае резкой остановки потока газа в трубопроводе при закрытии клапана начинается процесс сжатия жидкости по направлению к закрытому клапану (рис. 103). Первым останавливается и сжимается слой, непосредственно прилегающий к клапану. Давление в нем повышается на величину р = ρ • а • v (Па = 10^-5 бар),

Рис. 102. Кавитационная характеристика насоса Точка I — начало кавитации; на участке 1—2 зона кавитации расширяется, на участке 2—3 распространяется на большую часть сечения потока, а в точке 3 наступает суперкавитация, когда напор насоса стремится к нулю, происходит срыв всасывания и подача прекращается

где ρ — плотность жидкости, кг/м³; а — скорость звука в жидкости, м/с; v — линейная скорость потока до закрытия клапана, м/с.

Затем последовательно останавливаются и сжимаются до давления Р остальные слои жидкости в направлении от клапана до открытого конца трубопровода, т. е. до входного отверстия трубопровода. Таким образом образуется волна сжатия — ударная волна.

Ударная волна распространяется со скоростью звука в жидкости и достигает входного отверстия трубопровода за время

T=L/a с,

где L — длина трубопровода, м; а — скорость звука в жидкости, м/с.

Дальнейшее распространение ударной волны становится невозможным, так как масса газа в емкости многократно превышает массу газа в трубопроводе и, следовательно, его энергию (при погрузке на пути ударной волны расположен работающий береговой насос). В связи с этим у входного отверстия трубопровода образуется граница ударной волны. Состояние газа на границе волны различное. Газ в цистерне находится в нормальном состоянии, а в трубопроводе — в сжатом, что напоминает пружину, присоединенную к закрытому клапану и свободную с противоположного конца.

Очевидно, что сжатый в трубопроводе газ не может оставаться в таком состоянии, поэтому начинается его разжатие. Сначала разжимается слой, находящийся у границы удара, затем последовательно остальные слои жидкости. В результате в трубопроводе образуется волна разжатия, распространяющаяся со скоростью звука в жидкости по направлению к закрытому клапану. Волна достигнет клапана за время, с:

T= 2 L/a.

⇐ Предыдущая 72 73 74 75 767778 79 80 81 Следующая ⇒

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных