Высота всасывания насосов
Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным; оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности другими факторами.
Для установления точной зависимости между всеми этими параметрами рассмотрим три возможных схемы установки центробежного насоса.
Схема I. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен ниже оси рабочего колеса насоса (рис. 2.7, а).
Применяя теорему Бернулли для двух сечений (уровня свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре 0—0 и сечения /—1 на входе в насос) и пренебрегая значением скоростного напора в первом из них, можем получить уравнение для определения абсолютного давления в интересующем нас сечении:
Из уравнения (2.64) видно, что давление на входе в насос, работающий в заданном режиме по схеме I, определяется параметром вень свободной поверхности расположен выше оси рабочего колеса насоса (рис. 2.7, б).
Зависимость между геометрической высотой всасывания и вакуумметрической определяется из уравнения (2.65):
Схема II. Забор насосом жидкости из открытого резервуара.
Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.
Схема III. Откачка жидкости из замкнутого резервуара (рис. 2.7,в). Принципиальное отличие данной схемы работы насоса от рассматриваемой схемы II заключается в том, что вакуумметрическая высота всасывания в этом случае
Если мы примем за плоскость отсчета опять сечение 0—0, то единственное отличие данной схемы от схемы I будет заключаться в том, что величина Hs будет иметь отрицательное значение. В этом случае уравнения (2.66) и (2.67) примут вид: где рИЗб — некоторое избыточное давление, которое в зависимости от технологического назначения насосной установки, конструктивных особенностей ее исполнения и режима работы может быть положительным, отрицательным или даже знакопеременным
При различных соотношениях абсолютных значений Hs, рат и рНЗб давление на входе в насос может быть больше или меньше атмосферного.
В зависимости от конструктивного исполнения центробежного насоса отсчет геометрической высоты всасывания ведется по-разному. Для горизонтальных насосов она равна разности отметок оси рабочего класса и свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре. Для насосов с вертикальным валом она отсчитывается от середины входных кромок лопастей рабочего колеса (первой ступени для многоступенчатых насосов) до свободной поверхности жидкости в резервуаре.
Применительно к осевым насосам понятия геометрической и вакуум-метрической высот всасывания остаются теми же самыми. Некоторым отличием, при определении Hs для высокопроизводительных осевых насосов, к которым вода подводится конфузорными изогнутыми всасывающими трубами, является необходимость учета скоростного напора при входе в трубу и фактического характера распределения скоростей по сечениям потока. Уравнение (2.65) в этом случае принимает вид:
Отсчет геометрической высоты всасывания насосов ведется от свободной поверхности воды в приемном резервуаредо плоскости, проходящей через оси лопастей рабочего колеса, у насосов с вертикальным валом и до наивысшей точки лопасти рабочего колеса у насосов с горизонтальным валом.
Необходимо обратить внимание на то, что высота всасывания насоса отнрсится к числу параметров, имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Параметр Hs, определяя положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоисточнике, определяет тем самым и глубину заложения фундамента машинного здания. С точки зрения уменьшения объема земряной выемки и облегчения конструкции машинного здания, а следовательно, и снижения капиталовложений на сооружение насосной станции в целом увеличение Hs является крайне желательным.
Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов; даже для одного и того же рассматриваемого насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации. Уравнение (2.5) позволяет установить функциональную зависимость значения Hs от всех параметров, характеризующих конструктивные и эксплуатационные особенности насосной установки.
Атмосферное давление р„, определяющее положительную составляющую Hs и, в частности, возможность размещения насоса над уровнем жидкости в приемном резервуаре, существенно меняется в зависимости от высоты расположения насосной станции над уровнем моря.
Аналогичная ситуация наблюдается при откачивании насосом жидкости из замкнутого объема (схема III), так как отрицательное значение избыточного давления рлзъ над свободной поверхностью, по существу, равносильно изменению геодезической отметки.
Высота всасывания Hs заметно изменяется в зависимости от режимов работы насоса, характеризуемых, в частности, скоростным напором на входе v/(2g). Возрастание скорости потока, вызываемое увеличением подачи насоса, приводит к уменьшению Hs и, следовательно, к необходимости расположения насоса ближе к уровню свободной поверхности жйдкости в приемном резервуаре.
Особенности компоновки насосной станции и в том числе конструкции всасывающей линии, характеризуемой гидравлическими потерями Лщ,. о -1, также являются важным фактором в определении значения геометрической высоты всасывания Hs. Структура формулы (2.65) указывает на предпочтительность коротких всасывающих линий с малой скоростью течения и минимумом местных сопротивлений,
В заключение следует сказать, что отметка уровня свободной прверхности в приемном резервуаре ндсосной установки в процессе ее эксплуатации, как правило, непрерывно меняется. Это обстоятельство тАкже необходимо учитывать при определении Hs— Более подробно об этом говорится далее (см. 55) ся потоком в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно вследствие конденсации заполняющего их пара. Таким образом, в потоке создается доврльно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками.