Пуск в работу питательного электронасоса после ремонта (стр. 2 из 14)
Известно, что коэффициент быстроходности является функцией трех аргументов – производительности Q, напора H и числа оборотов n ротора насоса, т.е. ns = f (Q, H, n), и оценивает оптимальный режим работы лопастной машины. С его помощью также удобно классифицировать тип насоса по виду рабочего органа, оценивать выбор числа ступеней сжатия, обобщать технико-экономические показатели различных типов насосов. Формула для расчета ns выведена путем натурного моделирования процессов в лопастных машинах, т.е. эмпирическим путем, и записывается в следующем виде для насосов, подающим воду с плотностью ρ=103 кг/м3
ns= 3,65 n√Q/ H3/4 , (11)где n – число оборотов насоса, об/мин;
Q – подача (производительность) насоса, м3/час;
H - напор насоса, м. вод. ст. (для многоступенчатых насосов с одинаковыми рабочими колесами напор, приходящийся на одно колесо).
Таким образом, коэффициент быстроходности позволяет объединять различные колеса насосов в группы по признаку их геометрического подобия и является чисто расчетным параметром, с помощью которого удобно классифицировать тип насоса по рабочим органам, оценивать выбор числа ступеней для многоступенчатого насоса, обобщать технико-экономические показатели различных насосов.
Обычно применяют следующую классификацию рабочих колес центробежных насосов по величине коэффициента быстроходности:
1). тихоходные, ns = 50-100;
2). нормальные, ns = 100-200;
3). быстроходные, ns = 200-350
Приведем пример практического применения коэффициента быстроходности. Например, нам необходимо определить количество ступеней выбранного питательного насоса с расходом Q = 650 м3/час, напором 2000 м. вод. ст. (200 атм), числом оборотов n = 2850 об/мин (привод от асинхронного электродвигателя).
Сначала определяем коэффициент быстроходности ns по формуле (11), который будет равен 663.
ns= 3,65 n√Q/ H3/4 .
Тогда ns= 3,65 х 2850 х √ 650 / 2000 3/4 = 663,16 ≈ 663.
Теперь определяем напор одной ступени насоса Н1 по формуле:
Н1 = (3,65n √Q / ns) 3/4
Н1 = (3,65n √Q / ns)¾ = (3,65 х 2850 х √650 / 663) ¾ = 400 м. вод. ст.
Разделив требуемый полный напор 2000 м. вод. ст. на напор одной ступени, получаем число ступеней выбранного питательного насоса - 2000 / 400 = 5 ступеней в насосе, которые удовлетворяют заданным гидравлическим требованиям.
Подбор насоса обычно осуществляется для заданных рабочих условий внешней сети по требуемой подаче, напору, температуре, а также по физико-химическим свойствам перекачиваемой жидкости (коррозионные свойства, вязкость и плотность жидкости). Подача и напор насоса должны соответствовать характеристике гидравлического сопротивления внешней сети, которая состоит из системы трубопроводов и арматуры. При этом насос должен обеспечить максимально возможную подачу для данной сети. Но учитывая возможные отклонения характеристик выбранного насоса при изготовлении его на заводе, напор его все-таки выбираем на 3-5% выше требуемого напора для преодоления гидравлического сопротивления сети. Немало важно и правильная установка насоса. Насосы иногда устанавливают так, что уровень расположения всасывающего патрубка находится выше горизонта жидкости в приемном резервуаре или в камере.
В таких случаях во входном патрубке насоса необходимо создать разрежение (вакуум), за счет которого жидкость будет всасываться в насос под действием давления столба атмосферного воздуха. Высота всасывания, развиваемая лопастным насосом, определяется как:
Hвс = (P0 - P1 ) / ρg, (12)
где Р0 - атмосферное давление или давление в емкости, к которой подключен насос, атм; ρ – плотность жидкости, кг/ м3; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2
В каталогах насосов всегда указывается допустимая вакуумметрическая высота всасывания Нвс, т.е. высота, при которой обеспечивается работа данного насоса без изменения его основных технических показателей. Известно, что от величины допустимой высоты всасывания зависит надежность и устойчивость работы энергетических насосов. Поэтому кратко вспомним, что такое высота всасывания насосов и особенно явление кавитации. Жидкость по всасывающему трубопроводу к рабочему колесу насоса подводится под действием разности давлений в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Последнее зависит от расположения насоса относительно уровня поверхности жидкости в резервуаре и режима работы насоса. На практике встречаются три основные схемы установки центробежных насосов:
Рис. 1. Схемы установки центробежных насосов
1. ось насоса выше уровня воды (0-0) в приемном резервуаре (камере) – (рис. 1, а);
2. ось насоса ниже уровня воды (0-0) в приемном резервуаре (рис. 1, б), т.е. насос находится под гарантированным заливом воды;
3. ось насоса ниже уровня воды (0-0) в приемном резервуаре и находится она под избыточным давлением (рис. 1, в), поэтому насос находится под гарантированным заливом воды. Как следует из рис.1 самыми лучшими способами подключения насоса к источнику воды являются варианты б) и в), т.к. здесь имеется очень высокая гарантия того, что насос не сорвет в работе, т.е. на всасе всегда будет подпор воды, пока присутствует ее избыточный уровень на входе в насос, и самый неудобный способ – это вариант а). Здесь воду необходимо загнать в насос, а для этого необходимо создать во входе в насос разрежение и поставить обратный клапан на всасывающем трубопроводе, всегда выполнять заливку водой всасывающего трубопровода, при этом обратный клапан должен держать эту воду и не выпускать из насоса. При включении насоса в работу, он сам на всасе создать разрежение и вода будет поступать в насос под действием давления атмосферного воздуха. При отключении насоса обратный клапан должен не упустить воду из насоса и удержать ее в полости насоса, в противном случае, придется его опять заливать водой или ремонтировать обратный клапан. Как видно это неудобный способ подключения насоса, но он применяется, когда нужно откачивать воду из колодца, подземного резервуара или приямка. В любом случае все эти способы широко применяются как на электростанциях, так и на других промышленных предприятиях и в быту.
Из уравнения Бернулли для двух сечений (в нашем случае для уровня воды в приемном резервуаре 0 — 0 и сечения на входе в насос (рис. 1.)) следует:
Hг.в. + h п.в. = pа / ρg – pн / ρg- v2в / 2g, (13)
где hп.в. — потери во всасывающем трубопроводе, Па;
ра — атмосферное давление, Па;
рв — абсолютное давление на входе в насос, Па;
vв — скорость воды на входе в насос, м/с.
Левая часть уравнения (13) представляет собой вакуумметрическую высоту всасывания насоса и измеряется в метрах водяного столба перекачиваемой жидкости.
Также можно записать, что высота всасывания насоса Hв
Hв = H г.в. + h п.в. (14)
Из анализа формул (13, 14) следует, что, если вода в насос поступает с подпором (рис. 1, б), то
Hв = h п.в. -- H г.в. (15)
Отрицательное же значение Hв указывает на работу насоса с подпором.
При работе насоса по схеме, показанной на рис. (1, в), выражение вакуумметрической высоты всасывания приобретает вид:
Hв = [P0 - (Pв + ρ vв / 2g )] / ρg , (16)
где P0 — абсолютное давление среды над свободной поверхностью жидкости, Па.
В зависимости от конструкции лопастного насоса геометрическую высоту всасывания отсчитывают по-разному.
Для горизонтальных насосов Hг.в. — это разность отметок оси насоса и уровня жидкости в приемном резервуаре.
Для насосов с вертикальным валом Н г.в. отсчитывается от середины входных кромок лопастей рабочего колеса (в многоступенчатых насосах колеса первой ступени) до свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре.
Необходимо помнить, что нормальная работа центробежного насоса обеспечивается только в таком режиме, когда абсолютное давление во всех точках его внутренней полости больше давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре.
Если такое условие не соблюдается, то начинаются явления парообразования и кавитации, которые приводят к уменьшению или даже прекращению подачи насоса (насос "срывает") и выходу его из строя.
Кавитация – с латинского языка (cavitas) означает – пустота. Так что же это за явление под таким красивым и звучным названием?
Кавитация – это есть процесс нарушения сплошности внутри потока жидкости, т.е. образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (кавитационные пузырьки или "каверны", т.е. пустоты). Обычно кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):
, (17)где
P — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps— давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ —плотность среды, кг/м³;
V — скорость потока на входе в систему, м/с.
Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V = Vc, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.
В зависимости от величины Χ можно различать четыре вида потоков:
· докавитационный — сплошной (однофазный) поток при Χ>1;
· кавитационный — (двухфазный) поток при Χ~1;
· пленочный - с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при Χ< 1;