Самохина Т.И., магистр, Яценко А.Ф., канд. техн. наук, доц.,
Донецкий национальный технический университет
Источник: статья не опубликована
Предложены способы снижения вероятности появления кавитации в центробежных насосах. Приведена схема центробежно-струйной системы, повышающая всасывающую способность насосных установок.
При разработке угольных месторождений в ряду вспомогательных технологических процессов важное место занимает шахтный водоотлив. В процессе эксплуатации шахтных водоотливных установок возможно появление кавитации в центробежных насосах.
Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности потока жидкости, который происходит в тех участках потока, где местное давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора. Образование пузырьков имеет много общего с кипением жидкости, в связи с чем эти два процесса часто отождествляют; а в качестве критического давления, при котором начинается кавитация, рассматривают давление насыщенных паров жидкости при данной температуре [1].
В результате исследований кавитации в насосах было установлено, что наличие кавитации существенно влияет на работу насоса, причем это влияние зависит от степени развития кавитации. Обычно различают начальную, частично развившуюся и полностью развившуюся кавитации. Термин "начальная кавитация" соответствует условиям, при которых появляются первые признаки кавитации: слабое усиление шума, появление небольшого количества кавитационных пузырей, которые образуют неустановившуюся кавитационную зону. На этой стадии внешние характеристики насоса практически не изменяется. Частично развившаяся кавитация характеризуется наличием установившейся кавитационной зоны. Происходит местное повышение скорости течения, появляются вторичные движения жидкости. Из-за увеличения гидравлических потерь ухудшаются характеристики данной системы. Значительно усиливается шум. При полностью развившейся кавитации наступает "срыв" работы насоса. Внешние характеристики его становятся совершенно неприемлемыми.
Работа насоса в этом режиме, как правило, не поддается управлению.
Снизить вероятность появления кавитации можно, выполнив следующие условия:
– вертикальное расстояние от оси насоса до нижнего уровня воды в водосборнике принимать не более допустимой геометрической высоты всасывания;
– вакуумметрическая высота всасывания Нвак не должна превышать допустимого значения Н вак.доп.=0,85Нвак. max;
– применять схемы с подкачивающим насосом;
– располагать насос ниже уровня воды в водосборнике;
– использовать предвключенную свободносидящую решетку на входе в рабочее колесо насоса;
– устанавливать на входе или на выходе из рабочего колеса вспомогательные элементы для выравнивания поля скоростей в межлопастных каналах рабочего колеса с целью повышения всасывающей способности центробежного насоса.
Исследования показали, что шахтные насосы имеют недостаточную допустимую вакуумметрическую высоту всасывания. Их бескавитационная работа возможна лишь в узком диапазоне рабочих подач от левой границы рабочей части характеристики до подач, незначительно превышающих номинальную. Потребность же в больших подачах может быть удовлетворена за счет использования насосов больших типоразмеров или же применения группы насосов, работающих параллельно. Эксплуатационные и капитальные затраты при этом резко возрастают.
Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям система центробежного и струйного насосов.
На рис. 1 показана схема насосной установки со струйным подкачивающим насосом.
Насосная установка содержит струйный насос 1 с приемной сеткой 2, установленной в подводящем трубопроводе 3 многоступенчатого центробежного насоса 4. На направляющем аппарате ступени центробежного насоса установлен коллектор 5 для сбора воды, выходящей из переводных каналов по трубкам 6. К коллектору подсоединен трубопровод рабочей воды 7 с обратным клапаном 8, служащим для передачи гидравлической энергии струйному насосу. К напорному патрубку центробежного насоса подсоединен напорный трубопровод 9, содержащий задвижку 10 и обратный клапан 11. С напорным трубопроводом соединен заливочный трубопровод 12, содержащий задвижку 13.
Экспериментальное определение характеристики промышленной установки (рис. 2, кривая 1) показало, что после оборудования ее струйным насосом (рис. 2, кривая 2) устранен кавитационный режим, а подача и КПД возросли. Повышена работоспособность системы заливки насосной установки, которая осуществляется путем подачи жидкости из напорного трубопровода установки в трубопровод рабочей воды струйного подкачивающего насоса. При этом струйный насос включается в работу и заливает основной насос. Таким образом, отпадает надобность в приемном клапане, являющимся одним из малонадежных элементов насосной установки. Также применение системы центробежного и струйного насосов на главном водоотливе шахты экономически выгодно.
1. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов М. : Недра, 1987. – 270с.
2. Романов В.А.Эффективность использования насосной установки с промежуточным отбором рабочей жидкости для струйного насоса // Теоретические и эксплуатационные проблемы шахтных стационарных установок: Сб. научн. трудов НИИГМ им. М.М.Федорова. – Донецк: НИИГМ им. М.М.Федорова ,1986.