Кавітація в насосах

Предмет:

Технологія

Тип роботи:

Курсова робота

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

засувці.

На перевищення напору нераціонально витрачається додаткова потужність,

кВт: ∆N = ρgQ∆Н/ 1000η, (15)

Якщо насос працює протягом часу t з перевищенням напору Н, то кількість марно втрачаємої електроенергії, кВт • год, дорівнює:

ΔW = ΔN • t. (16)

Протягом розрахункового періоду подача і перевищення напору весь час змінюються. При цьому отримується перевитрата електроенергії за розрахунковий період визначається як сума електроенергії, що витрачається в різні періоди часу роботи установки:

∑∆W = (ρg ∕ 1000η)∑(Qі ∆Hі tі), (17)

где: Qі ,∆Hі , tі - Подача і перевищення напору за період часу tі.

Проектом КНС-25 передбачалася робота 4-х насосів на водовід у відносно рівномірному режимі. Аналіз графіка спільної роботи насосів і водоводу (рис.10) показав, що найбільш економічним є режим роботи чотирьох насосів на водовід, а робота одного і двох насосів на водовід без регулювання неприпустима, тому що режимна точка виходить за межі робочої зони насоса. На КНС-25 регулювання режиму роботи одного і двох насосів здійснюється дроселюванням, що призводить до величезної перевитрати електроенергії, тому при Q = 1,7 м3/с і η = 0,83 втрата напору в засувці становить ΔH = 22м.

Втрата електроенергії при регулюванні засувкою насоса становить

∆N = ρQ∆Н/ η (18)

ΔN = 9,81 • 1,5 • 22 / 0,83 = 442 кВт.

За добу втрата енергії при регулюванні засувкою на напірної лінії і безперервній роботі одного насоса складе 442 • 24 = 10609 кВт • год.

За рік 10609 х365 = 3млн.872 тис.кВт∙год /рік. Другий насос працює близько 12 годин на добу. Значить сумарна перевитрата електроенергії двох працюючих насосів на рік складає приблизно 5млн.808тис.кВт. !!! І на наш погляд ця цифра занижена в силу багатьох причин. І одна з них - відсутність витратоміра на насосній станції.

Через фінансові ускладнення керівництвом КНС-25 було прийнято рішення перевести НС на новий режим роботи: перекачування тільки СВ СБО "Північна" двома насосами. У зв'язку з цим виникла необхідність дослідження та аналізу роботи насосів в новому режимі. Один насос працює 24 години, а другий приблизно 12 годин.

Дослідження роботи насосів показали, що дана система не може працювати в такому режимі з двох причин:

1. Перевитрата електроенергії;

2. Неможливість забезпечення безкавітаційного режиму роботи насосів при реальній висоті всмоктування.

1. Відомо, що кавітація - це процес порушення суцільності потоку рідини, що відбувається там, де місцево тиск знижується і досягає критичного значення. Кавітація приводить до руйнування поверхні робочих коліс, лопаток і корпусу насоса.

Рис.10. Характеристика паралельної роботи чотирех насосів на один водовід Д=1400 мм.

проектована характеристика водовода;

реальна характеристика

Для безкавітаційної роботи насоса необхідно дотримання умови

НSдоп>НSреал НSдоп - допустима геометрична висота всмоктування;

НSреал – реальна геометрична висота всмоктування.

Визначити допустиму геометричну висоту всмоктування можна за формулою (7*):

НSдоп = 10 – Δh - hвс - hн.п.,

де Δh - кавітаційний запас (Δh = 6,5м при роботі 4-х насосів), hвс - втрати у всмоктуючому трубопроводі (hвс = 1,21 м);

hн.п.р. - тиск насичених парів рідини (hн.п.р. = 0,24 м.вод.ст. при температурі t = 200С перекачуваємої рідини ).

НSдоп = 10 - 6,5 -1,21 - 0,24 = 2,05 м.

При роботі одного насоса в кінці робочої зони Δh досягає значення 8м, а в літній період температура води підвищується, і тиск насичених парів рідини збільшується до значення 0,43м, що ще більше погіршує роботу насосів.

НSдоп = 10 - 8 - 1,21 - 0,43 = 0,36м.

Відмітка осі насоса на діючій станції дорівнює 2,2 м, а мінімальний рівень води в каналі (-0,15м). Тоді реальна геометрична висота всмоктування становить НSреал = 2,35м. Таким чином,

НSдоп < НSреал, що суперечить умові 4, що забезпечує безкавітаційний режим роботи. При такому режимі роботи, насос повинен бути розташований під затокою. Це одна з основних причин розбалансованості роботи системи.

Треба відзначити, що визначення допустимої висоти всмоктування з урахуванням геодезичної позначки розташування насоса і температури перекачуваємої рідини є першим і найбільш надійним заходом, спрямованим на ослаблення або запобігання кавітації.

Згідно: п. 7.15, паспорту насоса: довгостроково експлуатувати насос на режимах за межами робочої зони характеристики не рекомендується через збільшення навантажень на ротор і кавітаційного руйнування деталей насоса; п.3.12. ВСН №33-2.2.12 - 87 *: вибрані насоси повинні забезпечувати стійку безкавітаційну роботу у всьому розрахунковому діапазоні витрат і напорів, визначеному за графіком спільної роботи насосів і водоводів;

п.11.14. [10] в місцях зміни діаметрів всмоктувальних трубопроводів слід застосовувати ексцентричні переходи для запобігання утворення повітряних мішків.

При обстеженні на КНС-25 було виявлено,

що ці вимоги не дотримані:

- виявлені факти завищення геометричної висоти всмоктування в порівнянні з допустимою;

-відсутність ексцентричного переходу на всмоктуючої лінії;

-перевищення швидкості руху води у всмоктуючому трубопроводі вдвічі в порівнянні з допустимою згідно п.9.1.16 [11];

- підключення більше трьох насосів до водоводу при малій величині геометричного напору;

-різні показання манометрів на напірних патрубках однотипних насосів;

-робота насосів за межами робочої зони та ін. посвідчують про наявність кавітаційних процесів при роботі одного і двох насосів на даний водовід.

Враховуючи перераховані недоліки, а також, та обставина, що насосна станція належить до першої категорії надійності дії згідно п.11.6. ДБН В.2.5.-74: 2013 слід передбачати, як правило, не менше 2-х напірних водоводів (рис.11.). Робота досліджуваної системи була б найбільш економічної на 2 н водовода, діаметром 1000 мм кожний, т.я. величина геометричного напору дуже мала. (Відмітка осі труби в точці перетину дорівнює 4,190 м). До дроселювання в цьому випадку вдавалися б лише короткочасно на час запуску другого насоса. І тоді два насоси забезпечували б безкавітаційну роботу в розрахунковому діапазоні подач.

Висновки:

1. Проведений аналіз підтверджує явища кавітації через порушення на стадії проектування і доцільність реконструкції та модернізації обладнання насосної станції.

2. Установка заглибних насосів фірми "ITT Flygt" заощадить місту щорічно не менше 6 млн. кВт.•год. електроенергії.

3.С метою забезпечення безкавітаційного режиму роботи насосів при реконструкції слід укласти 2 нитки водоводу d = 1000 мм.

4.Запобігання кавітації в проточній частині насосної системи можна з урахуванням причин загального та місцевого зниження тиску.

Максимальною міцністю до наслідків кавітації володіють насоси, виготовлені з бронзи або нержавіючої сталі, із застосуванням спеціальних захисних покриттів найбільш схильних до стирання і дії кавітації деталей.

Говорять, що нема худа без добра. Кавітація - ворог гідравлічної техніки. Вона з'їдає тисячі тонн металу в рік, обмежує можливості гідравлічних машин. Але вона ж підказала інженерам і чудову можливість використання руйнівної здатності бульбашок .

Практично у всіх випадках кавітацію уникають шляхом зміни конструкції устаткування так, щоб виключити зони виникнення зниженого тиску або ж використовують захисні покриття з твердих складів, наприклад, на основі кобальту, які напилюються газотермічним методом на поверхню деталей,які схильі до руйнівної сили кавітації [6].

У зв'язку з широким розвитком не лише комунального насосного устаткування, але і шахт і шахтного устаткування, тема захисту від кавітації є дуже актуальною у наш час. Вживана в даний час апаратура управління головним водовідливом не досить надійно контролює робочі режими насосів, що призводить до зниження ефективності роботи водовідливу. Встановлено, що на зміну механічних характеристик насосної установки в процесі експлуатації впливає багато чинників, проте, не всі вони однаково значимі. Жоден параметр не може бути прийнятий як єдиний інформаційний сигнал, достатній для реалізації захисту без додаткового врахування інших параметрів. При реалізації того або іншого захисту слід брати до уваги не менше двох найбільш значимих для конкретних умов параметрів, а інші, менш значимі, слід виключити з розгляду.

Література:

1. Bachus L, Custodio A. Know and Understand Centrifugal Pumps.

Elsevier, Oxford, 2003.

2.Березин С.Е.

ЗАО «Водоснабжение и водоотведение», Москва, Россия

3.Лямаев В.Б. Кавитация в насосах 1992г. Ленинград

4.Возникновение и протекание кавитации. Рой Н.А.

5. Барков Н.К. О некоторых соотношениях в кавитационной области.// Акустический журнал т.11 вып.3, с.287

6.Кавитация. Влияние, негативные и полезные свойства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.nasosportal.ru/statyi/kavitatsiya.-vliyanie-negativnye-i-pole...

7. Чем грозит кавитация [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.mnz1.ru/prod/681/index.html.

8. Николова Р.А. Интенсификация работы насосных установок в системах водоснабжения и водоотведения ( по материалам исследования на действующей КНС-25 г. Одессы ) «Вістник”, №18, с.171-176 ОДАБА, 2005.

9. Березин С.Е Погружные насосы. Преимущества. Принципы проектирования и подбора.// Водоснабжение и санитарная техника 2006г. №3.

10.ДБН В.2.5-74:2013 Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування.

11.ДБН В.2.5-75:2013 Водовідведення. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування.