Відцентровий насос призначений для перекачування рідин, а не газів. Однак у гідравлічному контурі вода може іноді знаходитися і в паровій, і рідкій фазі. Перехід води у стан пари може призвести до серйозних проблем. Нагадаємо, що при атмосферному тиску вода вирує при 100°С. Втім, дієслово "кипить" зовсім не означає, що воду обов'язково потрібно нагрівати, щоб вона закипіла.
Ми знаємо що знижуючи тиск за допомогою вакуумного насосаможна добитися кипіння води за температури набагато нижче 100°С (див. розділ 1). До речі, це добре відоме явище широко використовується при осушенні холодильного контуру (див. розділ 56).
Розглянемо зв'язок "температура-тиск" для води (див. рис. 77.1). Якщо надлишковий тиск дорівнює -0,95 бар, тобто абсолютний тиск дорівнює 0,05 бар, вода буде кипіти вже при температурі 30°С.

Це означає, що при абсолютному тиску нижче 0,05 бар вода кипітиме і при температурі 30°С. Все це чудово, якщо ми хочемо осушити холодильний контур, проте це мозок виявиться справжньою катастрофоюдля трубопроводу, яким ми перекачуємо воду.

Як працює відцентровий насос?

Щоб зрозуміти, як працює відцентровий насос, уявімо гнучкий шланг, одним кінцем опущений у склянку з водою (див. рис. 77.2).

Якщо шланг дуже швидко вигнути в площині малюнка, з'явиться відцентрова сила, яка призведе до розрядження всередині шланга та підйому рідини від точки А до точки В.

Вступаючи в точку С, вода виплескуватиметься під тиском: ми отримаємо "ефект пращі".

Чим довше шланг і чим швидше він згинається, тим більша відцентрова сила і тим більше буде тиск, створюваний у точці С.

Як випливає з назви, робота відцентрового насоса ґрунтується на такому ж явищі.

Як змінюється тиск у крильчатці насоса?

При роботі насоса тиск води у міру її просування крильчаткою змінюється.
На всмоктуванні між точками 1 і 4 лопатки крильчатки створюють розрядження. Далі, коли вода починає рухатися перпендикулярно до осі насоса, вона відчуває тиск під дією відцентрової сили між точками 5 і 6.
Під цим тиском вода виплескується з крильчатки насоса в точці 6, так само, як камінь вилітає з пращі.
Чим швидше обертається крильчатка і чим більший її діаметр, тим більшою буде відцентрова сила і тим вищим буде тиск у точці 6.



Тепер уявімо, що на всмоктуючий фланець насоса вода надійшла нагрітою до 80СС при надмірному тиску 0 бар (див. рис. 77.4). У міру просування води тиск почне падати і, якщо колись, наприклад, при підході до точки 3 абсолютний тиск впаде до 0.45 бар, то, як показує крива на рис. 77.1. вода почне закипати! Якщо температура води на вході в насос дорівнює 30 ° С, а надлишковий тиск так само дорівнює 0 бар, то закипання води відбудеться при зниженні абсолютного тиску менше 0,05 бар, наприклад, у точці 4. Однак і в тому, і в іншому випадку Якщо тиск на вході в насос буде більш високим, то і в крильчатці насоса воно теж підвищиться, а значить небезпека закипання води в насосі буде набагато меншою.

Небезпека закипання води в насосі тим вища, чим нижчий її тиск на вході в насос, і чим вища її температура.

У чому полягає небезпека закипання води в крильчатці?
Щоб оцінити наслідки можливого закипання води в крильчатці насоса, згадаємо дуже суттєву різницю між щільністю рідини та пари (див. розділ I).
Для води, наприклад, одна крапля може зробити приблизно 1 л пари: тобто маленька крапля води, закипівши, зробить стільки пари, що їм буде зайнятий весь внутрішній об'єм крильчатки (див. рис. 77.5, верхня схема).
Отже, перша неприємність у тому, що й насос замість рідини почне всмоктувати пар, то витрата різко впаде. Але це ще не все!
Як холодильники, ми знаємо, що зростання тиску призводить до конденсації пари, і цей факт ми використовуємо у наших конденсаторах. Однак те саме станеться, коли пара, що утворилася в результаті закипання води на вході в крильчатку, потрапить у зону високого тиску(Точка 5 на. рис. 77.3). У цей момент пара різко конденсується і обсяг, який він займав, швидко зменшиться (див. рис. 77.5, нижня схема). Це різке зменшення об'єму створить раптовий вакуум навколо краплі, що утворилася на місці парової каверни, і подальше "охлопування" рідини, що супроводжується гідравлічним ударом.
Такі удари починають випливати з високою частотою один за Рис. 77.5.
іншим і викликають серйозні пошкодження: ерозію лопаток,
виривання з них шматочків металу та руйнування насоса. Шум, який при цьому вилає насос, схожий на той, ніби в нього потрапила галька або дрібне каміння.

Якщо насос працює в режимі кавітації (кавітує), витрата води через нього різко знижується і крильчатка дуже швидко руйнується.

Коли виникає небезпека кавітації?

Ми вже говорили, що чим вища температура води і нижчий її тиск на вході в насос, тим більша небезпека кавітації.
Якщо вентиля перекрита на вході в насос або забитий фільтр, встановлений на всмоктуванні, тиск на вході в крильчатку починає падати.

В результаті воно стає нижчим за атмосферне і навіть при температурі води 20°С (відповідно до характеристик насоса) виникає небезпека кавітації (див. рис. 77.6).

Ніколи не вмикайте насос при закритому вентилі на вході: ви ризикуєте рано чи пізно вивести насос з ладу.

Примітка. У воді у розчиненому вигляді присутні мікроскопічні повітряні бульбашки. Крім того, при заливанні контуру в нього також потрапляє повітря. Це повітря, розчинене у воді, не може бути повністю видалене з контуру, особливо із закритого контуру, наприклад, коли невдало розташовані або неправильно підібрані дренажні камери

Ми вже бачили, що тиск води на ділянці крильчатки від точки 1 до точки 4 падає (див. рис. 77.7). Падіння тиску призводить до виділення з води розчиненого в ній повітря та кількість повітряних бульбашок збільшується. Потім ці бульбашки зливаються один з одним і утворюють більші бульбашки.
Далі ці бульбашки рухаються до виходу з крильчатки і потрапляють у зону 5 де тиск помітно підвищується. В результаті бульбашки зменшуються в об'ємі і повітря, яке міститься в них, знову розчиняється у воді. Численні
зміни обсягів бульбашок, так само, як і кавітація, призводять до виникнення гідравлічних ударів, генерують небажані шуми, викликають зниження витрати та сприяють корозії та передчасному зносу обладнання.
Ще раз нагадуємо, що тиск у будь-якій точці гідравлічного контуру не повинен падати нижче за атмосферний тиск.


Дійсно, занадто низький тиск у контурі може призвести до підсмоктування атмосферного повітря або через автоматичний дренажний клапан (поз. А на рис. 77.8), або через ущільнення приводного валу насоса (поз. В).
Додаткову інформацію з цього питання за бажання ви зможете знайти у розділі 93. б.
* У вітчизняній літературі процес злиття газових (повітряних) бульбашок отримав назву коалесценції (прим. ред.).

Кавітація - одна з найпопулярніших методик апаратної косметології, спрямованих на безопераційну корекцію фігури. Ця методика настільки ефективна, що її порівнюють із хірургічною ліпосакцією. Вона дозволяє надовго вирішити питання небажаних жирових відкладень.

Повну інформацію про процедуру ультразвукової кавітаціїви знайдете . Нижче ми наведемо відповіді на питання, що часто задаються.

У чому суть методики кавітації?

Під час процедури кавітації на жирову тканину активно впливають ультразвукові хвилі, під дією яких у жирових клітинах утворюються каверни або бульбашки, які поступово розширюються та в результаті лопаються. При цьому ушкоджується клітинна мембрана і жир витікає у міжклітинний простір. Звідти він природним шляхом виводиться через лімфатичну систему.

Як саме виконується процедура?

Перед проведенням процедури на проблемну зону косметолог наносить спеціальний гель, який не лише зменшує тертя між маніпулою та шкірою, а й допомагає розщепленню жирових відкладень. Далі на дисплеї апарата вибирається потрібна програма і лікар проводить поверхнею шкіри приладом необхідна кількістьразів.

Скільки вона триває та скільки потрібно сеансів?

Середня тривалість одного сеансу кавітації становить від 20 до 30 хвилин (у деяких випадках – до 40 хвилин). Курс процедур розробляється індивідуально кожному за пацієнта. У середньому призначається 3 – 5 сеансів, проміжок між якими має становити щонайменше тижня, а краще – 10 днів.

Які показання до призначення кавітації?

Кавітація рекомендується всім, хто має виражені проблеми з жировими відкладеннями на животі, боках, стегнах, на ногах і сідницях. Також свідченням проведення кавітації є виражений целюліт усім зазначених місцях.

Які протипоказання?

Протипоказаннями до ультразвукової кавітації є онкологічні та деякі серцево-судинні захворювання, цукровий діабет, остеопороз, серйозні дерматологічні проблеми, онкологічні захворювання Категорично не рекомендується проводити цю процедуру тим, хто страждає на ниркову або печінкову недостатність, т.к. кавітація дає навантаження ці органи. Наявність кардіостимуляторів та будь-яких металевих імплантатів в організмі також виключає проведення цієї процедури. Утриматися від кавітації варто також вагітним і жінкам, що годують. Якщо на місцях передбачуваного впливу є ранки, подряпини або інші ушкодження, а також загострення хронічних захворювань, краще відкласти відвідування косметичного салону.

Чи можна поєднувати кавітацію та інші апаратні методики?

Поєднувати кавітацію з іншими апаратними методиками для схуднення не тільки можна, а й потрібно. Особливо виражений ефект дає одночасне використання кавітації або .

Який ефект дає кавітація?

Завдяки проведенню процедури кавітації, з'являється видимий естетичний ефект, йдуть зайві об'єми на проблемних ділянках тіла (від 1 до 5 см за кожен сеанс!), знижується вага (не настільки значно), пропадає горезвісна «апельсинова кірка». Шкіра на місці впливу стає більш гладкою, пружною і красивою, контури фігури набувають чіткіших обрисів. Слід зазначити, що ефект від кавітації зберігається протягом двох років.

Чи можна проходити процедуру чоловікам?

Так, процедура кавітації показана як жінкам, так і чоловікам, які страждають від надмірної ваги. Особливу обережність слід виявляти лише в пахвинній ділянці.

Чи потрібна особлива підготовка до процедури кавітації?

Косметологи радять протягом трьох днів перед процедурою утриматися від вживання алкоголю, не навантажувати печінку та нирки надмірно жирною та гострою їжею, смажені страви. Також протягом трьох днів до кавітації потрібно випивати по 1,5-2 літри рідини, а за 2-3 години до початку сеансу випити близько літра чистої негазованої води.

Чи потрібно дотримуватися особливого режиму після процедури?

Для покращення ефекту від кавітації та прискорення виведення продуктів розпаду з організму, рекомендується протягом найближчих двох – трьох днів після процедури випивати не менше двох літрів води. Також як і до процедури, протягом трьох днів після косметологічного впливу рекомендується не вживати алкогольних напоїв, а також утриматися від жирної, гострої та смаженої їжі.

Як швидко стане помітним ефект від процедури кавітації?

Після першої процедури кавітації навіть неозброєним оком можна помітити позитивні зрушення, адже за один сеанс з організму виводиться до 15 см 3 жиру! Найбільший ефект досягається після 3-4 процедури.

Чи болісна процедура кавітації?

Ця процедура абсолютно безболісна, можна навіть назвати її приємною. Під час кавітації не ушкоджується верхній шар шкіри, на тілі не залишається синців, рубців та шрамів.

Звичайно, це далеко не всі питання, які можуть виникнути на етапі вибору способу схуднення. Конкретніше про сам процес, показання та особливості проведення кавітації розповість досвідчений косметолог. І лише з ним чи з лікарем потрібно приймати рішення щодо проведення цієї процедури.

Розповісти друзям

КАВІТАЦІЯ У НАСОСАХ

Обертання робочого колеса відкидає рідину до поверхні корпусу насоса, у результаті з боку всмоктуючої порожнини робочого колеса виникає розрядження. Розрядження залежить від різниці між рівнем положення впускного отвору і поверхні рідини, що перекачується, від втрат тиску на тертя у всмоктувальному трубопроводі, а також від щільності самої рідини. Це розрядження обмежено тиском насиченої пари рідини за даної температури, тобто. тиском, при якому утворюватимуться бульбашки пари.

Кавітацією називають процеси порушення суцільності (однорідності) потоку рідини, що відбуваються в тих ділянках, де місцевий тиск знижується і досягає певного критичного значення. Зазвичай як критичний тиск, при якому починається кавітація, приймають тиск насичених парів рідини, що перекачується при даній температурі. У разі кавітації відбуваються такі процеси.

· У тих місцях потоку, де тиск падає до критичного, утворюється велика кількість бульбашок, заповнених парами рідини та газами, що виділяються з рідини. Перебуваючи в зоні зниженого тиску, бульбашки збільшуються в розмірах і переростають у великі каверни.

· У тих зонах, де утворилися каверни, змінюється ефективна форма проточної частини насоса, що спричиняє місцеве підвищення швидкості руху рідини та збільшення втрат напору. Це погіршує енергетичні параметри насоса та знижує його коефіцієнт корисної дії.

· Нестійкість кавітаційної зони викликає пульсацію тиску в потоці. Під дією цієї пульсації може виникати вібрація насоса.

· Кавітаційні бульбашки захоплюються потоком рідини та переносяться в зону підвищеного тиску. Там вони дуже швидко руйнуються. Це призводить до гідравлічних мікроударів. Накладення великої кількості таких ударів призводить до появи характерного шиплячого звуку, який завжди супроводжує кавітацію.

· Кавітація призводить до руйнування поверхні, де вона виникає. Цю руйнацію, що є одним із найнебезпечніших наслідків кавітації, називають кавітаційною ерозією. Дуже руйнуються чавун та вуглецева сталь. Відомі випадки, коли робочі колеса гідромашин, лопаті гребних гвинтів через кавітацію приходили в непридатність через кілька сотень годин роботи.

Запобігти явищу кавітації можливо за умови правильного виборугеометричної висоти всмоктування з урахуванням геодезичної позначки розташування насоса і температури рідини, що перекачується.

Найбільше значеннягеометричної висоти всмоктування за умови Р1 = Р пар. .

Кавітації в насосі не буде, якщо вакуумметрична висота всмоктування не перевищує допустимого значення Н вак Н ст доп.

Звідси відсутність кавітації у насосі визначається умовою . Значення () пасп. вказуються на характеристиках насосів для нормального атмосферного тиску на рівні Балтійського моря та температури води 20 0 С.

Якщо насосна установкапроектується для місцевості, де атмосферний тиск відрізняється від нормального та температура води більша за 20 0 С, то паспортну величину () пасп слід уточнити за формулою:

() Роб. = () пасп. - 10 + Н атм + 0,24 - (29)

Залежно від висоти над рівнем моря, величину Н атм можна взяти з таблиці 1.

Таблиця. 1.

У деякій технічній літературі облік зміни атмосферного тиску над нормальним визначається приблизно за формулою

Де - абсолютна позначка рівня води в нижньому басейні, м (вище за рівень моря, нижче -).

З урахуванням позначки місцевості установки насоса і температури рідини, що перекачується, геометрична висота всмоктування визначається за формулою

(30)

Завдання.Визначити геометричну висоту всмоктування для насоса, якщо відомо: насос планується встановити в місцевості, яка знаходиться на висоті 1000 м над рівнем моря, температура рідини, що перекачується 60 0 С. - 3 м/с.

Рішення задачі.З таблиць 1 та 2 знаходимо, що атмосферний тиск на висоті 1000 м над рівнем моря Н атм = 9,2 м вод. стовпа, а тиск насиченої пари води за температури 60 0 - = 2,02 м. вод. стовп.

Н s = 9,2 - 2,02 - 6,5 -0,75 -

Отриманий результат показує, що насос слід розташувати нижче рівня води в резервуарі не менше ніж на 0,53м.

Для безкавітаційної роботи насоса необхідно забезпечити умови, за яких тиск при вході в насос P 1 було більше критичного, тобто. більше тиску насичених пар перекачується рідини P ПАР.

Для виключення явища кавітації необхідно, щоб питома енергія Е потоку 1 у вхідному патрубку насоса, віднесена до його осі, повинна бути достатньою для забезпечення швидкостей і прискорень в потоці при вході в насос і подолання опорів без падіння місцевого тиску до значення, що веде до утворення кавітації .

(31)

Параметр Dh називається кавітаційним запасом чи надлишковим натиском всмоктування. Кавітаційний запас є перевищенням механічної енергії в потоці над тиском насиченої пари.

Використовуючи рівняння, , Встановимо взаємозв'язок між кавітаційним запасом Dh і геометричною висотою всмоктування H S .

.

Враховуючи що :

У замкненій системі зниження тиску Р 1 призводить до зменшення тиску системи.

Рис. 9. випробувальний стенд

До певного значення Dh, подача, натиск і ККД залишаються постійними (мал. 10.), після чого Q, H і починають знижуватися, у насосі з'являється шум, що свідчить про наявність кавітації.

Рис. 10. Приватні характеристики кавітації

При подальшому зменшенні Dh настає різке зниження Q, H і насос зривається. За критичну (мінімальну) величину кавітаційного запасу Dh кр приймається така, коли закінчуються горизонтальні ділянки значень Q, H і .

Допустимий кавітаційний запас повинен бути більше критичного Dh доп. = Dh кр К, (35)

де До коефіцієнт запасу, зазвичай, дорівнює 1,2…1.5.

Неважко помітити, що найменшому значенню відповідає найбільше критичне значення геометричної висоти всмоктування:

H S MAX = . (36)

Для забезпечення надійної роботи насоса висота всмоктування Н s.дод. повинна мати певний запас, що враховується запровадженням коефіцієнта запасу:

Н s.доп. = Dh дод - h нд, (37)

Кавітаційні характеристики дозволяють встановити початок впливу кавітації на енергетичні характеристики машини, проте вони не дають змоги вловити зародження кавітації. Практика підтверджує, що ерозія починається задовго до зниження енергетичних характеристик. Перспективним методом, за допомогою якого можна встановити момент зародження кавітації, є віброакустичний метод.

Кавітація- Це не просто ще один спосіб позбутися зайвої ваги, це практично ліпосакція, але без хірургічного втручання, тобто без операції. Звучить неймовірно? Але це насправді так, і кавітація - це комплекс процедур, які не вимагають наркозу, оскільки є практично безболісними і після яких не залишається слідів, ні шрамів.

Кавітація заснована на дії ультразвуку, який перестав бути просто засобом діагностики і використовується з метою фізіотерапії. Ультразвук має унікальну здатність створення кавітації - особливих коливальних рухів, які застосовуються для ефективного, а також безпечного зменшення кількості жирових клітин. Кавітація вже кілька років застосовується косметологами у нашій країні.

Чому варто вибрати кавітацію?

Той, хто цікавився процесом виникнення зайвих жирових відкладень в організмі, знає, що міцну оболонку-мембрану жирової клітини досить складно зруйнувати. Тому такий крихкий ефект від схуднення за допомогою обгортань, саун тощо. Звичайно, результат таких процедур є, але він дуже недовговічний. Пов'язано це з тим, що без найсуворішого дотримання дієти жирові клітини, що «схудли», тут же наповнюються знову, провокуючи набір ваги в ще більшому обсязі. Відбувається так тому, що звичайні процедури не можуть зруйнувати міцну оболонку жирової клітини. Тим більше, що кількість цих самих клітин закладена в нас генетично. А значить, реально існує два надійні варіанти позбавлення зайвих кілограмів.

Перший спосіб – це горезвісний здоровий спосіб життя, який включає постійне правильне харчуваннята регулярні заняття спортом.

Другий варіант схуднення - позбавлення від жирової тканини шляхом операції ліпосакції, щоб в організмі просто не залишилося місця для «складування» зайвих жирових клітин.

Кавітація – це, по суті, безопераційна альтернатива другому варіанту. Коли під впливом ультразвуку відбувається руйнація жирових клітин, вміст яких виводиться з організму в ході подальшого лімфодренажного масажу та процедури пресотерапії (пневмомасажу).

Ефект кавітації

У ході практично безболісної процедури кавітації спеціальний апарат при контакті з тілом викликає відчуття поколювання та тепла.

Зазвичай потрібно кілька процедур кавітації для позбавлення від зайвих жирових відкладень, скільки всього залежить від того, з якою кількістю жиру Ви маєте намір розлучитися. Процедури проводяться лише раз на тиждень.

Ефект кавітації створюється завдяки низькочастотним ультразвуковим хвиль, які і руйнують жирові клітини за допомогою мікроскопічних бульбашок, що утворюються при вібрації. Збільшуючись у розмірах ці бульбашки, буквально розривають стінки жирових клітин, 90% вмісту яких виходить у лімфу, а 10% – у кров.

Кавітація впливає лише на структуру жирових клітин, завдяки її специфічності, тоді як інші клітини залишаються не підданими дії ультразвуку. Безпека та ефективність цієї процедури підтверджена численними дослідженнями вчених та досвідом застосування цієї процедури вже протягом кількох років.

В результаті інших процедур для схуднення та дотримання дієт жирові клітини лише зменшуються у своїх розмірах і при переході на звичайний режим харчування відразу повертаються знову. У той час, як, кавітація діє на жирові клітини руйнівно, не даючи їм можливості відновитися.

Особливо дієва процедура кавітації при середній або невеликій зайвій вазі. А збільшити її ефективність можна за допомогою фізичної активності та раціонального харчування.

Плюси кавітації

Кавітація на сьогоднішній день вважається однією з найпопулярніших процедур для схуднення. Так як за результативністю вона можна порівняти з операцією ліпосакцією, але при цьому проводиться без анестезії, операційного втручання, шрамів та синців. Ефект від кавітаціїможна бачити вже провівши 3-4 сеанси. Після процедури можна відразу повернутися до звичайного ритму життя, оскільки післяопераційного відновлення не потрібно.

Тривалість процедури кавітації – 20-30 хвилин, що залежить від площі впливу. Потім протягом такого ж часу проводиться лімфодренажний масаж і пресотерапія, яка обов'язкова, оскільки дозволяє позбутися набряків, що природно з'являються при кавітації.

Як зробити кавітацію ще ефективнішою

Крім вищезгаданих фізичних вправ і помірного харчування важливо випивати щонайменше 2-х літрів води щодня, особливо щодня перед процедурою. Перед самою кавітацією також рекомендується випити щонайменше літра рідини.

Посилити ефект від кавітації також допоможуть фізичні вправи, які слід виконувати протягом півгодини безпосередньо після процедури.

Мінуси та можливі наслідки кавітації

Щоб за допомогою кавітації позбутися жирових відкладень на всьому тілі, потрібно провести чимало сеансів, оскільки кожна процедура спрямована на одну певну зону, яка також зазвичай потребує кількох підходів.

Деякі люди мають високий больовий поріг чутливості і іноді виникають неприємні відчуття при кавітації. А якщо кількість жирових відкладень досить велика, то потрібно не менше 10-12 процедур, щоб упоратися з ним. Нагадаю, що на тиждень виконується лише один сеанс кавітації, щоб у організму була можливість відновитися і вивести продукт розпаду жирових клітин.

Вартість процедури кавітації багатьом може здатися дуже високою. Але той, хто бажає назавжди розлучитися із зайвими кілограмами, має бути готовим і платити за задоволення.

Зважившись на кавітацію потрібно усвідомлювати, що при недотриманні здорового способу життя і правильного режиму харчування, тобто при регулярному переїданні, калорії все одно будуть шукати спосіб відкластися у Вашому організмі. Однак при знищенні жирових клітин їм вже не буде де накопичуватися і вони можуть влаштуватися в місцях, небезпечних для здоров'я, наприклад, у заочеревинному просторі, що може загрожувати виникненням кардіологічних захворювань.

Важливо також знати і про можливе класичне побічний ефектвід процедури кавітації – появі жирових відкладень у формі жировиків, які у разі часто виникають під колінами. Впоратися з такими наслідками здебільшого вдається вже лише за допомогою лікаря-хірурга.

Тому, зваживши всі «за» і «проти», вирішіть для себе наскільки Ваша краса вимагає жертв. Фахівці ж рекомендують вдаватися до кавітації при видаленні останніх, так званих «упертих» жирових відкладень. І то за умови, що Ви вмієте вести здоровий спосіб життя і не повернетеся до колишніх звичок харчування та малорухливого способу життя.

Романчукевич Тетяна
для жіночого журналу сайт

При використанні та передруку матеріалу активне посилання на жіночий онлайн журнал обов'язкове

Лекція 6. Кавітація в насосах та методи її обліку під час виконання розрахунків.

Кавітацією в насосах зазвичай називають процеси, що супроводжують закипання рідини в ділянці входу в насос. Скипання пов'язане з падінням тиску в цій області і в залежності від величини падіння тиску може проявлятися при різних температурах, зазвичай мають місце при перекачуванні води. Закипання може виявлятися на початковій стадії, і тоді в потоці виникають окремі області, заповнені бульбашками. На такій стадії (так звана початкова стадія кавітації) під час роботи насоса виникає характерний шум, відмінний від звичайного. Складається враження, що разом із водою трубопроводом перекачуються якісь тверді частинки. Напір насоса та його ККД дещо знижуються. При тривалій роботіна такому режимі вихідні краї лопатей насоса покриваються кавернами, які спочатку порушують чистоту і форму поверхонь у цих областях, а потім призводять до повного руйнування.

Якщо закипання води в області входу набуває більш розвиненого характеру, відбувається розрив водяного потоку паровим включенням, після чого відбувається зрив подачі насоса (так званий кавітаційний зрив). Відновлення подачі насоса в цьому випадку можливе лише у разі його зупинки та наступного запуску з одночасним переведенням на інший режим роботи, що не супроводжується кавітацією.

З фізики відомо, що закипання рідини відбувається, коли тиск парціальної пари рідини p п зрівняється з тиском, при якому знаходиться сама рідина. Тиск парціальної пари рідини p п залежить тільки від її температури та фізичної природи. Встановити залежність p п = f (t w ) можна з урахуванням простого за змістом експерименту, котрій потрібна установка, принципова схема якої зображено на рис.1.

Рис.6.1 Схема установки визначення p п = f (t w )

Встановлюючи в баку будь-який тиск, який може бути на всмоктуванні насоса під час його роботи, слід визначити для нього температуру, за якої кипить рідина в посудині. Тиск за манометром у такому разі буде відповідати p п , а термометр показуватиме температуру рідини, функцією якої є встановлений таким чином парціальний тиск.

Як було зазначено, кавітація виникає у сфері входу в насос. Щоб точніше визначити місце виникнення, розглянемо графік зміни тиску рідини по довжині водяного тракту насоса (рис.6.2).

.

Рис.6.2. До виникнення кавітації у відцентровому насосі:(А схема насоса; (б ¦ графік зміни тиску по довжині водяного тракту

Як це випливає з представленого малюнка, тиск на зрізі патрубка насоса, що всмоктує p в залишається практично постійним до входу на лопату (радіус R 1 , точка 1). Далі тиск зростає до p А у лобовій точці профілю А, після чого графік зміни тиску ділиться на два: для лобової сторони лопаті та для тильної сторони лопаті. На лобовій поверхні лопаті тиск спочатку падає в області точки, після чого інтенсивно зростає до свого кінцевого значення p 2 на радіусі R 2 . На тильній поверхні лопаті характер зміни тиску подібний, але там, на довжині приблизно 1/3 довжини профілю лопаті, має місце найбільш інтенсивне падіння тиску до величини p У що буде мінімальним тиском для всього водяного тракту насоса. Далі тиск на тильній поверхні лопаті зростає і на зовнішньому радіусі колеса порівнюється з тиском на лобовій поверхні лопаті. З розглянутого очевидно, що місцем виникнення (осередком) закипання рідини буде район точки на тильній поверхні лопаті приблизно на довжині 1/3 довжини профілю лопаті. Ситуація початку кавітації відповідає умові:

Існує цілий рядпричин, які можуть спричинити кавітацію в насосах. Умовно їх можна розділити на дві групи: причини, пов'язані з особливостями використання насоса на об'єкті застосування та причини, пов'язані з конструкцією насоса та режимом його роботи.

До причин першої групислід віднести зміну висоти установки насоса над рівнем рідини в приймальному баку (висоти всмоктування), тиск над рівнем рідини в приймальному баку, температуру рідини на всмоктуванні, фізичну природу рідини, опір приймального трубопроводу.

До причин другої групислід віднести швидкість рідини на всмоктуванні колесо насоса, коефіцієнт опору вхідної ділянки в колесо насоса, особливості конструкції вхідного патрубка, що впливають на вигляд епюри швидкостей у вхідному перерізі насоса, частоту обертання колеса насоса, коефіцієнт опору вхідної ділянки лопаті.

p align="justify"> При проектуванні насосів завданням проектанта є визначення таких параметрів насоса, режиму його експлуатації та таких особливостей використання на об'єкті, при яких виключається прояв кавітації у всіх її видах.

Для оцінки ступеня прояву кавітаційних явищ при проектуванні насоса виділяють дві стадії: критичну та зривну. При критичній чи початковій стадії кавітації допускається падіння питомої роботи насоса трохи більше, ніж 2%. Вона супроводжується виникненням характерного шуму та супроводжується кавітаційною ерозією вихідних поверхонь колеса. Цієї стадії, відповідно до вже сказаного, .

При зривній стадії кавітації (або другий критичний режим) подача насоса припиняється (зривається), питома робота падає до нуля. Тут.

Щоб виконати оцінку можливості прояву кавітації при проектуванні, необхідно робити цю оцінку в кількісних заходах, пов'язуючи їй з відповідними обмеженнями параметрів при проектуванні. Щоб перейти від описового характеру кавітації до кількісних заходів, вводять такий параметр, як запас кавітації енергії, який і виступає в ролі базової величини при оцінці кавітаційної ситуації. Кавітаційний запас енергії обчислюється за виразом

Цей параметр вводиться для оцінки близькості тиску парціальної пари рідини p п до мінімального тиску в тракті насоса p У . Оскільки місце знаходження точки В і дійсний тиск рідини в ній можна оцінити з позицій якісного опису процесу замість досить невизначеного тиску p У має сенс використовувати досить близький до нього тиск на зрізі приймального патрубка прямо пов'язану з ним величину повної енергії потоку:

Кавітаційний запас енергії показує, наскільки ця енергія більша за енергію парціальних парів рідини. Очевидно, що при рівності його нулю тиск у точці буде нижче p п , оскільки, як видно з рис. 6.2, . У такому разі матиме місце зривна стадія кавітації. Очевидно, що для забезпечення потрібно мати. Очевидно, що за певного позитивного значення Δ l можна забезпечити критичну стадію кавітації.

Умовимося, що таке значення Δ l , невідоме в даний момент, буде називатисякритичним кавітаційним запасом енергіїі позначатися Δ l кр . Приймемо далі, що для виключення кавітації має бути забезпечений кавітаційний запас енергії, що перевищує Δ l кр. Назвемо його допустимим кавітаційним запасом енергіїі позначимо Δ l д . Тоді можна записати

де А = 1,15…1,3 ¦ коефіцієнт запасу, що визначається залежно від призначенням насоса та роду рідини.

Встановимо, якому значенню повинен дорівнювати критичний кавітаційний запас енергії при відомих значеннях всіх параметрів, що визначають першу групу причин, що зумовлюють можливість появи кавітації. Для цього розглянемо можливу схему встановлення насоса на об'єкті (рис. 6.3). Проведемо далі два перерізи: через зріз приймального патрубка насоса (в-в ) і через площину рівня води в приймальному баку (а-а ). Запишемо рівняння балансу енергій між виділеними перерізами

або

. (6.1)

Якщо тепер до лівої та щеплення частини рівняння додати, що не змінить рівності, а потім перегрупувати члени такого рівняння, то прийдемо до наступного:

. (6.2)

Рис.6.3 Схема встановлення насоса на об'єкті

Візьмемо до уваги, що z в - z а є висота всмоктуванняН нд , що швидкість переміщення рівня в приймальному бакуз а зазвичай мала і їй можна знехтувати, і що комплекс у дужках, що знаходиться у правій частині рівняння, відповідає величині запасу кавітаційного енергії Δ l . Далі вважатимемо, що цей насос встановлений на розрахунковій (допустимій) висоті всмоктуванняН всд . У такому разі розрахунковій висоті всмоктування має відповідати допустимий кавітаційний запас енергії Δ l д , який дорівнює А Δ l . З урахуванням всього сказаного на підставі (6.2) можна записати такі вирази:

(6.3)

(6.4)

Вираз (6.3) можна використовувати для визначення допустимої висоти всмоктування, якщо відоме значення критичного запасу кавітаційної енергії Δ l до . Вираз (6.4) зручно використовуватиме визначення Δ l до у тому випадку, якщо відома розрахункова висота всмоктуванняН всд та інші параметри, що входять до правої частини рівняння (6.4). Нескладно переконатися, що це та перша група параметрів, які характеризують використання насоса на можливому об'єкті застосування.

Таким чином, ще на стадії проектування, маючи розглянуту групу параметрів, які зазвичай задаються проектувальнику, можна визначити, яка величина Δ l до має бути забезпечена створюваним насосомна розрахунковому режимі.

Визначимо тепер яка величина критичного запасу кавітаційної енергії Δ l до повинна забезпечуватися під час роботи насоса з певними конструктивними параметрами в області входу при роботі на режимі із заданими характеристиками. Отримана у цьому висновку величина Δ l до повинна сприйматися як мінімальне перевищення енергії потоку на всмоктуванні проектованого насоса над енергією парціальних пар рідини, при якому можлива безкавітаційна робота насоса. Зменшення цієї величини неможливе, оскільки в цьому випадку відбудеться закипання рідини в точці потоку з мінімальним тиском. Одночасно можна відзначити, що насоси, які мають розрахункові значення Δ l до будуть меншими, мають кращі кавітаційні якості за інших рівних умов, оскільки вони, відповідно (6.3), можуть працювати без кавітації на більшій висоті всмоктування.

Для виведення необхідних формул розглянемо баланс енергій рідини в потоці для трьох перерізів:в-в , 1-1 та В-В. При цьому запишемо рівняння балансу енергій для перерізівв-в і 1-1, а потім для 1-1 і В-В:

, (6.5)

. (6.6)

де l в- 1 і l 1-в є втрати енергії між перерізами, зазначеними відповідними підрядковими індексами, а L 1-в ¦ внесення (додавання) енергії в потік між перерізами 1-1 і В-В за рахунок роботи колеса на цій ділянці.

Приймемо, що L 1-в є величина досить мала, щоб її знехтувати в подальших висновках. Крім того, вважатимемо, що

Приймемо також, що різниця висот z в | z в також є величина досить мала, щоб виключити її з подальших розрахунків. Виконаємо складання рівнянь (6.5) та (6.6) з урахуванням прийнятих умов. В результаті матимемо

Далі вважатимемо, що насос працює на першому критичному режимі, для якого Δ l = Δ l кр і на якому, відповідно до наведених вище міркувань, p в = p п. Тоді

або, враховуючи, що ліва частина записаного виразу відповідає критичному запасу кавітаційної енергії, запишемо

. (6.7)

У прищепі частини рівняння (6.7) міститься швидкість c в , яку слід виразити через інші параметри, що просто визначаються при розрахунках проектованого насоса. Для цього розглянемо рівняння (6.6). У цьому рівнянні величину

можна розглядати як втрату енергії потоку при обтіці вхідної кромки лопаті. Відповідно до відомого підходу до визначення гідравлічних втрат, цю величину можна представити як функцію відповідного коефіцієнта опору та характерної швидкості. Відповідно до пропозиції В.Б. Шемеля за характерну швидкість тут приймається відносна швидкість ненаголошеного входу на лопатку w 10 а коефіцієнт опору позначається як λш . Тоді можна записати

З урахуванням записаного, приймаючи, як і раніше L 1-в = 0, на підставі (6.6) отримаємо

Звідси

Підставивши отримане значення (6.7), отримаємо

. (6.8)

У цьому рівнянні втрати тертя l 1-в прийнято вважати на порядок меншими, ніж втрати l в -в . Відповідно приймають l 1-в = 0. Втрати l в -в вважаються на підставі звичайного підходу до їх визначення:

де ξ вх коефіцієнт опору вхідної ділянки насоса,з 10 характерна швидкість для даної ділянки.

Далі слід взяти до уваги, що у (6.8) швидкістьз 10 є середньовитратною відповідно до правил утворення вихідної системи рівнянь теорії насосів. У той же час поява кавітації слід пов'язувати не із середньою швидкістю потоку в перерізі, а з максимальною швидкістю, яка може перевищувати середню відповідно до особливостей звичайних епюр швидкостей рідини в перерізах (див. рис. 6.3).

Рис. 6.4. Особливості розподілу швидкостей у потоці

Відповідно швидкістьз 10 пропонується помножити на поправочний множник k co що доводив би значення цієї середньовитратної швидкості до максимально можливої ​​в перерізі. Якщо тепер у рівнянні (6.8) виконати обумовлені заміни та провести угруповання подібних членів, то отримаємо:

. (6.9)

Рівняння (6.9) можна перетворити далі з урахуванням можливості заміни відносної швидкості w 10 її складові з рішення вхідного трикутника швидкостей:

А.

Після чого отримаємо остаточно

. (6.10)

Для визначення λш рекомендується залежність Шемеля:

, (6.11)

де Δ 1 товщина лопаті на вході; Δ товщина лопаті на відстані 45мм від вхідної кромки. Формула (6.11) отримана для насосів з n s ≤ 120 у діапазоні зміни характеристики режиму 0,40,04 та значень характеристики форми профілю лопаті на вході=0,15…0,90.

При виконанні розрахунків з(6.10) рекомендується приймати λ 1 = 1 ... 1,2. Значення λш , що обчислюються (6.11), можуть лежати в межах 0,1…0,4.

Як випливає з отриманих виразів, Δ l кр зростає із збільшенням кутової швидкості ротора, діаметра входу в колесо та швидкості потоку на вході. Крім того, на зростання Δ l кр впливає збільшення товщини лопаті на вході. Чим більше значення Δ l кр , отримане по (6.10), тим гірші кавітаційні якості насоса, і тим на меншій висоті всмоктування він зможе працювати без кавітації за інших рівних умов. Очевидно, що при збільшенні витрати рідини через насос при зміні режиму його роботи величина Δ l кр зростатиме, а це може призвести до виникнення кавітації або кавітаційного зриву при роботі насоса, що розглядається.

Щоб визначити, кавітуватиме спроектований насос чи ні, можна підставити Δ l кр , отримане з (6.10), (6.3). Якщо отримане H нд виявиться більше висоти, на якій встановлений насос, то він кавітуватиме. При експлуатації спроектованого насоса слід враховувати можливість зміни його режиму роботи та параметрів його встановлення на об'єкті порівняно з тими, що приймалися під час проектування як розрахункові. Всі ці зміни можна оцінити за допомогою виразів (6.3) та (6.10), щоб оцінити можливості прояву кавітації описаним вище способом.

Рівняння подібності при кавітації та кавітаційні коефіцієнти подібності.

Для геометрично подібних насосів, що працюють в області кавітації на подібних режимах, можна отримати

або

. (6.12)

За рівнянням подібності (6.12) можна визначитиΔ l кр . натурного насоса, якщо відома величинаΔ l кр м модельного насоса, що працює на подібному режимі в автомодельній області за кількістю Рейнольдса. Рівняння подібності при кавітації справедливе при обмеженій геометричній подобі насосів тільки в вході.

Якщо дотримуватись повної геометричної подібності насосів, то будуть справедливі рівняння подібності (6.12) і (5.10). Тоді для автомодельної області за кількістю Re (η гн = η гм)

і, отже, кавітаційний коефіцієнт подібності

(6.13)

для серії геометрично подібних насосів, що працюють на подібних режимах буде постійною величиною.

Для відцентрових насосівзручніше користуватися кавітаційним коефіцієнтом подібності, що залишається постійним за збереження геометричного подоби лише у області входу. Тоді для потоку в цій галузі на подібних режимах будуть постійними критерії

Щодо наведених критеріїв слід зазначити, що висновок k Δ l кр раніше не розглядався, але він близький до критерію k l 1 , Висновок якого розглядався в лекції 5, і з використанням якого його нескладно утворити. Критерій k Q та спосіб його утворення розглянуто у тій же лекції.

При розподілі критеріїв одного на другий із зведенням кожного в такий ступінь, щоб при такій операції виключити лінійний розмір D 1 , отримуємо

Позначаючи постійну

Знаходимо

Коефіцієнт С , званий кавітаційним коефіцієнтом швидкохідності, було запропоновано 1935г. С. С. Руднєва у вигляді

де п, про/хв; Q, м3/с; Δ l кр , кгс · м/кгс.

Якщо перевести вхідні у формулу величини в систему СІ, то отримаємо

(6.14)

Підставивши в рівняння (2.84) величину Δ l кр , Знайдену за формулою (6.13),

отримаємо рівняння, що пов'язує кавітаційні критерії подібностіС і c n s .

(6.15)

Отриманий коефіцієнт прийнято використовувати при оцінці кавітаційних якостей насосів, що розглядаються. На підставі аналізу параметрів великої групи насосів різного призначення, що мають високі ККД, встановлені рекомендації щодо попереднього вибору значенняЗ для проектованого насоса в залежності від умов його застосування та призначення. З (6.14) та (6.15) випливає, що зі зниженнямΔ l кр коефіцієнт має зростати. Відповідно насоси із зменшеними Δ l кр або насоси з підвищеною кавітаційною якістю повинні мати вищі значенняЗ. Так, звичайні насоси, що працюють у звичайних умовах можуть мати середні кавітаційні якості. Для нихЗ = 800 ... 900. Насоси з високими кавітаційними якостями повинні матиЗ = 1200 ... 1500. Насоси з дуже високими якостями кавітації можуть матиЗ = 2000 ... 2300. При такій дуже несуворій системі оцінок насоси внутрішнього контуру системи охолодження ДВС можна віднести до другої групи і рекомендувати для нихЗ = 1200 ... 1500.

На підставі прийнятого попередньо коефіцієнтаЗ обчислюють допустиму кутову швидкість ротора насоса. Отримане значення може потім коригуватися в залежності від встановленого розрахунковим шляхом дійсного значення запасу кавітаційної енергії насоса, який зазвичай знаходять в кінці гідравлічних розрахунків насоса.

Вплив конструкції робочого колеса на кавітаційні якості відцентрового насосу.

Для покращення кавітаційних якостей насоса необхідно знижувати величину динамічного падіння тиску в насосі. Тоді кавітація в насосі відбувається за менших значень критичного кавітаційного запасу енергії.

Зниження Δ l кр , згідно з рівнянням (2.77), відбувається при зменшенні швидкостейз 10 та w 10 рідини та коефіцієнтів λш і λ 1 . Швидкості потоку з 10 та w 10 та коефіцієнти λш і λ 1 зменшуються зі збільшенням ширини b 1 каналів колеса біля вхідної кромки лопаті та діаметра входу б колесо D o а також при зменшенні діаметра втулки колеса d вт , товщини вхідної кромки лопаті Δ 1 і кута ненаголошеного надходження потоку на лопаті колеса β 10 .

Для насосів із високими кавітаційними якостями кут атаки δ = 10…20°. Зміна кута атаки в межах δ = 0 ... 15 ° не впливає на ККД. насос.

Таким чином, для підвищення кавітаційних якостей тихохідного відцентрового насоса(n s< 100) необхідно знижувати швидкість на вході у робоче колесоз 0 (k Co ), збільшувати дифузорність вхідної ділянки колеса F л / F о , зменшувати стиснення вхідного перерізу колеса втулкою.

Робочі колеса з високими кавітаційними якостями ( n s =<120) обычно выполняют с лопастями, выдвинутыми в область поворота потока из осевого направления в радиальное так, что диаметр средней точки входной кромки лопасти D 1 = (0,75 ... 0,85) D o . При цьому лопаті колеса виконуються двоякою кривизною. На рис.6.5 зображено схеми меридіанних перерізів робочих коліс відцентрових насосів, що мають різні кавітаційні якості. Робочі колеса з підвищеними якостями кавітації, показані на рис. 6.5 застосовують як коліс першого ступеня конденсатного насоса (С = 2000...2300), коліс бустерного насоса і бустерних коліс живильного насоса (С= 1200...1500). Для підвищення кавітаційних якостей відцентрових насосів перед відцентровим колесом встановлюють осьове колесо, яке підвищує тиск, створює окружну складову швидкості при вході потоку в відцентрове колесо і тим самим покращує умову його роботи. Осьове передвімкнене колесо проектують з мінімальним натиском та високими кавітаційними якостями. В результаті кавітаційні якості комбінованого осецентробіжного ступеня вище, ніж відцентрового ступеня без осьового колеса. Осьові передвключені колеса, звані шнеками, виконують з двома або трьома лопатями, окресленими по гвинтовій поверхні постійного кроку.

Рис. 6.5 Схеми меридіанних перерізів робочих коліс відцентрових насосів, що мають різні кавітаційні якості

Кінець лекції