Физические факторы, влияющие на работу насосов

Оптимальная и надежная работа насоса невозможна без учета таких факторов, как кавитация, вибрация, осевые и радиальные нагрузки, объемные и локальные завихрения потока.
Кавитация. Наиболее важный физический фактор, учитываемый при проектировании насосных установок. Это гидравлические пустоты в потоке жидкости, которые возни- кают из-за местного понижения давления (или увеличения скорости потока). Когда кавитационный пузырек попадает в область повышенного давления, он лопается и высвобождает разрушающую энергию. Гидравлические удары вызывают вибрацию, которая воздействует на рабочее колесо насоса и вызывает износ составных механизмов (подшипников, валов, уплотнений).
Наибольший вред от кавитации проявляется, если при проектировании не были учтены законы гидравлики и гидродинамики.
У каждого насоса существует показатель hтр (NPSHR), определяющий величину кавита- ционного запаса. Это минимальное давление жидкости в насосе, при котором поток сохраняет однородность фазы.
Когда подача жидкости для насоса превышает точку максимального КПД, кривая hтр резко идет вверх. Зона справа от этой точки является опас- ной для появления кавитации в системе.
Насосы подбирают так, чтобы они распола- гались в зоне своей работы по кавитационному запасу. Необходимо выполнение следующего условия:hдоп > hтр,
где hдоп (NPSHA) – потенциальная энергия жид- кости у всасывающего отверстия насоса.
hдоп =Ha+Hs –Hvp –Hf –Hi,
где Ha – атмосферное давление (10 м вод. ст. на уровне моря);
Hs – статический напор (может быть отрица- тельным или положительным), является раз- ностью уровней поверхности жидкости и осью насоса, м;
Hvp – давление паров жидкости (зависит от тем- пературы), м;
Hf – потери на трение при всасывании, м;
Hi – потери в пространстве между горловиной и головкой рабочего колеса насоса (в расчетах можно принять 0,6 м, если неизвестно).
Завихрения. Водовороты в потоке воз- никают из-за неравномерностей скорости и направления тока жидкости. Их называют объ- емными завихрениями. Обычно наблюдается круговое завихрение потока вокруг насоса, кото- рое усиливается в самом узком месте на входе в насос.
Направление вихря в водовороте может совпадать с направлением вращения рабочего колеса или быть ему противоположным. Завих- рение потока на всосе насоса по направле- нию вращения рабочего колеса снижает КПД и теплоотдачу. Закручивание потока в противо- положном направлении смещает рабочую точку насоса вправо и вверх относительно номиналь- ной величины. Негативный эффект противопо- ложных вихревых потоков проявляется в уве- личении потребляемой мощности и снижении кавитационного эффекта насоса.
Вероятные признаки предварительного завихрения потока: шум, кавитация, быстрый износ подшипников и уплотнений.
Локальные завихрения еще более интен- сивны, чем объемные, и ведут к образованию воронок. Они вызывают гидравлические удары, изнашивают движущиеся механизмы насоса, усиливают вибрацию и кавитацию, захватывают воздух и уменьшают величину подачи потока.
Вибрация. Возникновение вибрации при работе насосного оборудования обусловлено механическими колебаниями во вращающихся деталях насосов, перепадами давления жидко- сти, радиальными гидродинамическими силами в потоке.
Другие причины вибрации: засоры в насосе, неоптимальный режим работы насоса (за преде- лами диапазона кривой Q–H), большая кавита- ция, высокое воздухосодержание в потоке жид- кости, неисправность в рабочем колесе.
Наибольшим нагрузкам из-за вибрации под- вергаются те узлы насосов, в которых поток жидкости создает разнонаправленные силы. Явление кавитации всегда увеличивает вибра- цию – как следствие, растет шум и увеличива- ется износ механизмов.
Если величины Q и H отклоняются от пара- метров, обеспечивающих оптимальный режим работы, возрастает уровень вибрации и ускоря- ется износ. Наиболее уязвимы в этом плане вра- щающиеся узлы и механизмы.
Для снижения влияния вибрации необходимо особо тщательно проводить балансировку рабочего колеса. Нормальные уровни вибрации:
•при сухой работе менее 2 мм/с;
допустимый уровень вибрации труб менее 10 мм/с.
Шумы. Уровень шума, создаваемый насосной станцией, обусловлен следующими факторами:
• вибрация, идущая от насоса и трубопровода;