Способ определения критического кавитационного запаса лопастного насоса

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсккк

Соцкалкстнческкк

Республик ()826079 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.08.79 (21) 2811043/25-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл

F 04 В 51/00

Гоеударетвенный комитет (53) УДК 621.671 (088.8) Опубликовано 30.04.81. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 05.05.81 ио делам изобретений и открытий (72) Авторы

И. В. Щербатенко, А. С. Шапиро и Л. П. Сапрыкина (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО

КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ЛОПАСТНОГО НАСОСА

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к кавитационным испытаниям лопастных насосов и может быть применено в насосостроении при экспериментальном определении критического (срывного) кавитационного запаса шнекоцентробежных и шнековых (осевых) насосов, перекачивающих криогенные жидкости.

Известен способ определения критического кавитационного запаса лопастного насоса, перекачивающего криогенную жидкость, путем его испытания на этой жидкости при постоянных значениях производительности и угловой скорости вращения рабочего колеса, и переменном давлении на входе в насос (1). По результатам этого испытания строится частная кавитационная характеристика насоса и с ее помощью определяется критический (срывной) кавитационный запас насоса } „, соответствующий началу резкого падения напора насоса.

Однако этот способ является сложным, что обусловлено необходимостью проведения испытания насоса на криогенной (рабочей) жидкости, и требует применения дорогостоящего оборудования.

Известен также способ определения критического кавитационного запаса лопастного насоса, перекачивающего криогенную жидкость, путем его испытания на холодной деаэрированной воде при постоянных значениях производительности и угловой скорости вращения рабочего колеса, и переменном давлении на входе в насос, и на модельной жидкости при одинаковых значениях произведения критериев. характеризующих условия подобия тепловых и гидlO родинамических процессов при кавитационном срыве работы насоса на криогенной и модельной жидкостях (2).

Однако известный способ является сложным, так как в качестве модельной приходится использовать криогенную жидкость.

Цель изобретения — упрощение испытания.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве модельной жидкости используют высококипящую жидкость с растворенным в ней газом. при- ем угловую скорость вращения рабочего колеса при испытаниях на холодной Воде и высококипящей жидкости определяют по формуле с „=и,(.к„(ф 1 "(ф — "„) (1) 826079 а величину критического кавитационного запаса — по формуле

>1 1 "рн "рнхос Д p «Ðí о "«Р„) л (г-) вх-Рн где м>м -угловая скорость вращения рабочего колеса при испытании насоса на высококипя щей жидкости с газом; (О„-угловая скорость вращения рабочего колеса при раооте насоса на криогенной жид- 10 кости; О=ЖЖТм — относительный объем газа, „ растворенного в высококим рну" пящей жидкости; н х (— ) — критерий фазового перехоTH t5

lа для криогенной жидкости; — коэффициенты кпнематической вязкости и поверхностного натяжения соответственно; г0

Я,P -плотность соответственно жидкости и насышенного пара;

Ж -коэффициент растворимосги газа в высококипящей жидкости;

k k -коэффициент сжимаемости соответственно насыщенного пара и растворимого газа соответственно;

R, ; газовая постоянная соответственно насыщенного па-. ра и растворенного газа;

-температура жидкости;

СР -удельная теплоемкость жид— кости при постояьном давлении; 35

-скрытая теплота парообразования;

М «р -критический кавитационный запас насоса;

Р -давление насыщенных па40 ров криогеннои жидкости при температуре Т,;

Р, -парциальное давление насыщения высококипящей жидкости газом.

Известно, что при перекачивании криогенныi жидкостей критический кавитационный запас насоса меньше, чем при перекачивании холодной деаэрированной воды.

Это является результатом проявления так называемого термодинамического эффекта 50 кавитацип, сущность которого заключается в уменьшении давления Р, насыщенных паров криогенной жидкости B кавитационной каверне, образующейся на всасыван>щей стороне лопасти рабочего колеса, по сравнению с соответствующим давлением P в потоке криогенной жидкости на входе в насос. Величина (1Ь = ц. Ь., называемая термо.Р динамической поправкой, при прочих равных условиях зависит от тепловых параметров состояния перекачиваемой жидкости.

Чем ближе эти параметры к своему критическому значению на диаграмме состояния, тем величина д} больше. Поэтому при перекачивании холодной воды, тепловые параметры которой значительно отличаются от критических, Р>1 Р, и термодинамическая поправка практически равна нулю. Это обстоятельство позволяет определять величину Ь -г экспериментально как разность критических кавитационных запасов насоса.

При работе на холодной aoaeAh« « и криогенной жидкости A.h p

Ai» -Ah «p o - " «р

Уменьшение величины критического кавитационного запаса Ah „р по сравнению с

A,h«Р„0 может быть получено также

1 при испытании насоса на высококипящей жидкости с растворенным газом, если величину д „определятьпо формуле (Рн+Рвх р

1 где 9» -критическое полное давление жидкости на входе в насос.

Тогда по аналогии с термодинамической поправкой A hz можно ввести поправку лог= на* где РК -парциа ьное давление газа в кавитационной каверне.

Величину этой поправки также можно определить экспериментально по формуле

A hr =Ahкри1д-Ah«ð, где 44„-критическйй кавитационный запас насоса на высококипящей жидкости с растворенным газом.

Согласно проведенным исследованиям величины A и и Ah z определяются совместным воздействием тепломассообменных процессов, протекающих на границе каверны и в ее кормовой части. Ввиду того, что механизм переноса тепла и растворенного газа в каверну и уноса их из каверны один и тот же, приравняв безразмерные величи 4т У Ьг .ла выah = иаЦе=Х, оппРвх сываемые "идентичными критериальными уравнениями, после соответствующих преобразований получим критериальное равенство 0.а Q 15 (ем ещ O,S o,15 н Рен We где К = — — -критерий Рейнольдса;

" 1 с

М = ЛйУ -критерий Вебера: и у -относительная скорость жидI кости при входе в шнековое колесо на среднем диаметре.

Способ определения критического кавитационного запаса лопастного насоса осуществляют следующим образом.

Вначале насос испытывают на холодной деаэрированной воде при постоянных значениях производительности и угловой скорости вращения рабочего колеса и переменном давлении на входе, а затем — на модельной жидкости при одинаковых зна826079

Формула изобретения где

50 чениях произведения критериев, характеризующих условия подобия тепловых и гидродинамических процессов при кавитационном срыве работы насоса на криогенной и модельной жидкостях. В качестве модельной жидкости используют высококипящую жидкость с растворенным в ней газом, причем угловую скорость вращения рабочего колеса при испытаниях на холодной воде и высококипящей жидкости определяют по формуле ниии оаие ии(„) () а величину критического кавитационного запаса — по формуле ()

I аЬ,4,„= 4.О... -(Ь.„„-,51,„,„> « " ",, рак где все обозначения прежние.

Перед проведением испытаний, когда известны тип испытываемого насоса, род криогенной жидкости и ее температура T„, предварительно выбирают модельную высококипящую жидкость, газ, которым она будет насыщена и температуру Т модельной жидкости, а затем по формуле (1) для каждого значения угловой скорости вычисляют соответствующую угловую скоростью,4, Очевидно, что другой величине температуры Тм модельной жидкости будет соответствовать измененные значения угловой скорости Ш при тех же значениях угловой скорости ор„Нагрев модельной жидкости, производимый с целью уменьшения величины угловой скорости Щ4, можно проводить только до температуры, при которой термодинамический эффект кавитации практически не проявляется, т.е. термодинамическая поправка

Мт=О

После того, как выбрана величина угловой скорости >, на кинематически подобном режиме снимают частичные кавитационные характеристики насоса на холодной деаэрированной воде и высококипящей жидкости с растворенным в ней газом при постоянных значениях производительности, (определяемой из условия сохранения кинематического подобия режимов), угловой скорости ом и переменном давлении Р „ на входе в насос.

С помощью этих характеристик определяют критический кавитационный запас насоса на холодной деаэрированной водеа11„, и на высококипящей жидкости hh р„,, величину которой вычисляютаЬ „а затем по формуле (2) определя1бт критический кавитационный запас насоса на криогенной жидкости dh >„Ввиду того, что величина поправкиЬ1 зависит от парциального давления насыщения жидкости газом Р „, испытания насоса на высококипящей жидкости с растворенным в ней газом следует проводить при значениях Р „, обеспечивающих надежное определение величины Ah с помощью существующих измерительных средств.

Предлагаемый способ позволяет упростить испытания, существенно упростив стенды и измерительную аппаратуру, поскольку не требуется проводить испытаний на криогенной жидкости.

Способ определения критического кавитационного запаса лопастного насоса, перекачивающего криогенную жидкость, путем его испытания на холодной деаэрированной воде при постоянных значениях производительности и угловой скорости вращения рабочего колеса и переменном давлении íà Входе в насос и на модельной жидкости при одинаковых значениях произведения критериев, характеризующих условия подобия тепловых и гидродинамических процессов при кавитационном срыве работы насоса на криогенной и модельной жидкостях, отличаюи4ийся тем, что, с целью упрощения испытания, 20 в качестве модельной жидкости используют высококипящую жидкость с растворенным в ней газом, причем угловую скорость вращения рабочего колеса при испытаниях на холодной воде н высококипящей жидкости определяют по форм тле

9 о5 > G 3м н 01 4 н p С ) а величину критического кавитационного запаса — по формуле

30 Ч Н. „И +<,O P4 р м 8_#_i У„

Ж, -угловая скорость вращения рабочего колеса при испытании насоса на высококипящей жидкости с газом;

" н — угловая скорость вращения рабочего колеса при работе насоса на криогенной жидкости;, ™ - относительный объем газа, „ растворенного в никококиУ: ин "« » »»

"(— ) — критерий фазового перехода для криогенной жидкости: Д -коэффициенты кинематической вязкости и поверхност45 ного натяжения соответственно;

Р,Р -плотность соответственно, жидкости и насыщенного пара;

Й - коэффициент растворимости газа в высококипящей жид(I кости; коэффициент сжимаемости соответственно насыщенного пара и растворенного газа;

R p R — газовая постоянная соответственно насьпценного пара и растворенного газа;

826079

Составитель Г. Богомольный

Редактор Е. Спиридонова Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 2266/8 Тираж 712 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

-температура жидкости;

Cp — удельная теплоемкость жидкости при постоянном давлении; — скрытая теплота парообразования;

<бакр - критический кавитационный запас насоса;

Ъ -давление насыщенных паров криогенной жидкости при температуре T„;

p — парциальное давление насыщения высококипящей жидкости газом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яременко О. В. Испытания насосов.

М., «Машиностроение», 1976, с. 52, рис. 23б,8.

2. Баренбойм А. Б. Влияние физических свойств холодильных агентов на кавитационные явления в насосах. «Холодильная техника», 1965, № 5, с. 50-51.