СПОСОБ КАВИТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАСТНОГО НАСОСА Российский патент 1994 года по МПК F04B51/00 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в технологических процессах определения технических показателей насосов, преимущественно предназначенных для работы на криогенных жидкостях.

Известно техническое решение, в котором последовательно изменяют температуру в различных кольцевых слоях потока жидкости на входе в рабочее колесо насоса и определяют кавитационный запас насоса в зависимости от этого изменения.

Недостатком изобретения является низкая точность результатов измерения, обусловленная, главным образом, необходимостью измерения температур в зоне всасывания насоса при его испытаниях в стендовых условиях, а также большие затраты времени на проведение кавитационных испытаний лопастного насоса. Применительно к криогенным жидкостям эти недостатки могут привести к невозможности проведения кавитационных испытаний лопастных насосов по указанному способу.

Известное техническое решение, принятое за прототип, включает прокачивание жидкости переменной температуры через испытуемый насос при постоянной частоте вращения вала и вывод насоса на режим кавитационного срыва путем уменьшения расхода прокачиваемой жидкости при постоянном входном давлении. Появление при этом кавитационных явлений связано с увеличением доли утечек жидкости в основном расходе по мере его снижения. Температура утечек существенно выше температуры потока жидкости, всасываемой из расходной емкости, особенно при работе насоса на криогенной жидкости. Это приводит к повышению температуры жидкости на входе испытуемого насоса и к усилению неравномерности распределения температуры в кольцевых слоях потока, что снижает запас входного давления против кавитации. Кавитационный срыв работы насоса фиксируется по скачкообразному повышению частоты вращения вала. В результате реализации технического решения по прототипу достигается поставленная цель повышения точности и упрощения испытаний насоса на криогенной жидкости. Однако недостатком технического решения по изобретению, принятому за прототип, является узкий диапазон применимости, в частности, исключающий возможность достижения кавитационного срыва в случаях с малой неравномерностью распределения температуры в кольцевых слоях потока, а также не охватывающий обратного хода определения характеристик насоса: от кавитационного срыва к устойчивому режиму работы.

Целью изобретения является расширение диапазона исследований.

Поставленная цель достигается тем, что в способе кавитационных испытаний лопастного насоса, включающего прокачивание жидкости переменной температуры через испытуемый насос при постоянной частоте вращения вала и вывод насоса на режим кавитационного срыва путем уменьшения расхода прокачиваемой жидкости при постоянном входном давлении, причем в случае достижения полного прекращения подачи насоса с сохранением бескавитационной работы насоса выводят насос на режим кавитационного срыва уменьшением входного давления, прекращают уменьшение входного давления при достижении кавитационного срыва и увеличивают расход перекачиваемой жидкости при постоянном входном давлении.

На чертеже представлена схема установки, реализующей предлагаемый способ кавитационных испытаний лопастного насоса.

Она включает расходную емкость 1, к которой подсоединен всасывающий трубопровод 2 испытуемого насоса 3. Нагнетательная линия 4 насоса 3 подсоединена к потребителю 5 энергии давления жидкости, который снабжен регулятором 6 расхода жидкости. Приводом насоса 3 может служить турбина 7 с системой 8 регулирования подачи рабочей среды. Установка снабжена устройствами 9-11 для измерения расхода жидкости, частоты вращения вала 12 и кавитационного запаса насоса 3. Расходная емкость 1 снабжена системой 13 уменьшения давления в емкости 1.

Способ кавитационных испытаний лопастного насоса осуществляют следующим образом.

Прокачивают жидкость переменной температуры через испытуемый насос 3 при постоянной частоте вращения вала 12, поддерживаемой с помощью турбины 7 и системы 8 и выводят насос 3 на режим кавитационного срыва, причем упомянутый вывод осуществляют путем уменьшения расхода прокачиваемой жидкости при постоянном входном давлении. Уменьшение расхода Q жидкости достигается с помощью регулятора 6 расхода жидкости, сопряженного с потребителем 5 энергии жидкости, установленным в нагнетательной линии 4. По мере снижения расхода Q жидкости увеличивается доля утечек жидкости в основном расходе и из-за этого повышается температура жидкости на входе в испытываемый насос 3 с одновременным усилением неравномерности распределения температуры в кольцевых слоях потока. Однако в некоторых случаях указанные явления могут не привести к появлению кавитационного срыва даже при прекращении подачи насоса. В таком случае кавитационный срыв достигается путем уменьшения входного давления до срывного давления с помощью системы 13, установленной в расходной емкости 1, связанной всасывающим трубопроводом 2 с насосом 3. Частота вращения вала 12 при этом регистрируется устройством 10 и поддерживается постоянной при проведении процесса до кавитационного срыва путем регулирования подачи рабочей среды на турбину 7 с помощью системы 8, интегрированной с устройством 10. Изменение расхода жидкости регистрируется устройством 9, а изменение входного давления, а также кавитационного запаса насоса 3 с помощью устройства 11. Кавитационный срыв обнаруживается по скачкообразному повышению частоты вращения вала 12. После достижения кавитационного срыва при уменьшении входного давления до срывного давления последнее поддерживается постоянным с помощью обеспечения постоянного давления в расходной емкости 1 с использованием системы 13 и одновременно увеличивают расход жидкости регулятором 6 от нулевого до исходного расхода, соответствующего бескавитационному режиму работы насоса.

Наибольшее применение предлагаемое техническое решение может найти при испытании насосов на криогенных жидкостях как в технологических целях (определение кавитационных характеристик), так и в целях исследовательских. Относительно последнего очевидно, что работа насоса при прекращении подачи (нулевом расходе) позволяет наиболее просто проявить "чистое" влияние утечек на кавитационное качество насоса, сравнивая между собой по этому показателю различные испытуемые объекты. Кроме того, по степени изменения кавитационного запаса при небольшом нарастании расхода перекачиваемой жидкости по отношению к нулевому расходу можно судить о влиянии неравномерности температурного поля на характеристики насоса.

Важное значение при использовании предлагаемого технического решения приобретает возможность изучения влияния на кавитационные явления как прямого, так и обратного процесса исследования: от бескавитационного состояния к кавитационному, и наоборот. Это позволяет обнаружить гистерезисные явления и судить о наличии разницы в процессах зарождения кавитации и ее подавления, что расширяет представления о свойствах исследуемых объектов.

Испытания лопастного насоса подтвердили эффективность предлагаемого способа по отношению к известным способам, а также по отношению к прототипу. В частности, показано, что ни во всех случаях при постоянном входном давлении достигается кавитационный срыв насоса даже при достижении нулевого расхода: необходимо для достижения кавитационного срыва ведение процесса по технологии предлагаемого технического решения.

Использование: насосостроение, в частности в технологических процессах определения кавитационных характеристик лопастных насосов, преимущественно предназначенных для работы на криогенной жидкости. Сущность изобретения: способ кавитационных испытаний включает прокачивание жидкости переменной температуры через испытуемый насос при постоянной частоте вращения вала, уменьшение расхода прокачиваемой жидкости и вывода насоса на режим кавитационного срыва, при этом уменьшение расхода прокачиваемой жидкости осуществляют до полного прекращения подачи насоса и при сохранении бескавитационного режима работы снижают входное давление и выводят насос на режим кавитационного срыва, после чего поддерживают достигнутый уровень входного давления постоянным и одновременно увеличивают расход жидкости до исходного значения. 1 ил.

СПОСОБ КАВИТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАСТНОГО НАСОСА, включающий прокачивание жидкости переменной температуры через испытуемый насос при постоянной частоте вращения вала, уменьшение расхода прокачиваемой жидкости и вывод насоса на режим кавитационного срыва, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона кавитационных испытаний в зоне нулевого расхода при одновременном исследовании явлений гистерезиса, уменьшение расхода прокачиваемой жидкости осуществляют до полного прекращения подачи насоса и при сохранении бескавитационного режима работы, снижают входное давление и выводят насос на режим кавитационного срыва, после чего поддерживают достигнутый уровень входного давления постоянным и одновременно увеличивают расход жидкости до исходного значения, соответствующего бескавитационному режиму работы насоса.