СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО КАВИТАЦИОННОГО ЗАПАСА ЛОПАСТНОГО НАСОСА Советский патент 1981 года по МПК F04B51/00 

1

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 гидродинамических 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, причем угловую скорость вращения рабочего колеса при испытаниях на холодной воде и высококипящей жидкости определяют по формуле „ ., ,, -, со,,()-()

(1) а величину критического кавитационного запаса - по формуле лЬ.р„-лЬ,,о-лЬкр) (2.) |деW(n -угловая скорость вращения рабочего колеса при испытании насоса на высококипящей жидкости с газом; СО -угловая скорость вращения рабочего колеса при работе насоса на криогенной жидкости;о - относительный объем газа, н Г-оЧо tpi-Pf растворенного В высококик ПЯ1ИРЙ жилког пящей жидкости; VMX ( -критерий фазового перехода для криогенной жидкости; , ЧЧ -коэффициенты кинематической вязкости и поверхностного натяжения соответственно;JJ/p -плотность соответственно жидкости и насыщенного па ра; X. -коэффициент растворимости газа в высококипящей „ жидкости; V.,k-коэффициент сжимаемости соответственно насыщенного пара и растворимого газа соответственно; R,R.,-газовая постоянная соответственно насыщенного пара и растворенного газа; Т температура жидкости; Ср -удельная теплоемкость жид- кости при постоянном давлении; -скрытая теплота парообразования; -критический кавитационный запас насоса; 1 -давление насыщенных паров криогенной жидкости при температуре Тц; BX -парциальное давление насыщения высококипящей жидкости газом. Известно, что при перекачивании криогенных жидкостей критический кавитационный запас насоса меньше, чем при перекачивании холодной деаэрированной воды. Это является результатом проявления так называемого термодинамического эффекта кавитации, сущность которого заключается в уменьщении давления Р насыщенных паров криогенной жидкости в кавитационной каверне, образующейся на всасывающей стороне лопасти рабочего колеса, по сравнению с соответствующим давлением р в потоке криогенной жидкости на входе в насос. Величина , называемая термодинамической 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 лК- больще. Поэтому при перекачивании холодной воды, тепловые параметры которой значительно отличаются от критических, РП.- РК и термодинамическая поправка практически равна нулю. Это обстоятельство позволяет определять величину Л h 7 экспериментально как разность критических кавитационных запасов насоса. При работе на холодной водеЛЬкрн о и криогенной жидкости дЬкр ЛЬт лЬкрн1. Уменьщение величины критического кавитационного запаса дЬкр по сравнению с ДЬкрн о может быть получено также при испытании насоса на высококипящей жидкости с растворенным газом, если величину дЬкв определят15 по формуле .-Рв1|и :1Рн 1 Х . АЬк.ь д,,1 J где(в.,п -критическое полное давление жидкости на входе в насос. Тогда по аналогии с термодинамической поправкой дЬт-можно ввести поправку «S.fsv, где К| -парциальное давление газа в кавитационной каверне. Величину этой поправки также можно опре делить экспериментально по формуле Д hr ), -критический кавитационный загде лЬ пас насоса на высококипящей жидкости с растворенным газом. Согласно проведенным исследованиям величины ДЬт- и дКр определяются совместным воздействием теплбмассообменных 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-ны описываемые идентичными критериальными уравнениями, после соответствующих Преобразований получим критериальное равенt eM УУеУ . S o. ство rvokj wo AJcj Xfi м ч - нКеи Vven , где RC- -критерий Рейнольдса; y -Wi-uf-jp -критерий Вебера; W -относительная скорость жидкости при входе в щнековое 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 значениях 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 .«.f, , а величину критического кавитационного запаса - по формуле ойPU ft 4Ькр„ лЬм.(4Ькрн,о-дНк| „), где все обозначения прежние. Перед проведением испытаний, когда известны тип испытываемого насоса, род криогенной жидкости и ее температура Т,ц, предварительно выбирают модельную высококипящую жидкость, газ, которым она будет насыщена и температуру Тм модельной ЖИДКОСТИ, а затем по формуле (1) для каждого зн-ачения угловой скорости вычисляют соответствующую угловую скорость . Очевидно, что другой величине температуры Тм модельной жидкости будет соответcjBOBaTb измененные значения угловой скорости ООд, при тех же значениях угловой скорости СО(ц . Нагрев модельной ж-идкости, производимый с целью уменьшения величины угловой скорости СО , можно проводить только до температуры, при которой термодинамический эффект кавитации практически не проявляется, т.е. термодинамическая поправка ЛЬ-г 0. 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 СО/ц и переменном давлении Pg на входе в насос. С помощью этих характеристик определяют критический кавитационный запас насоса на холодной деаэрированной воделН| н и на высококипящей жидкости , в еличину которой вычисляютлЬкр 3x«t:: 5tt-5b а затем по формуле (2) определяют критический кавитационный запас насоса на криогенной жидкости АЬкр„ . Ввиду того, что величина поправки лЬр зависит от парциального давления насыщения жидкости газом Pg , испытания насоса на высококипящей жидкости с растворенным газом следует проводить при значениях Р , обеспечивающих надежное определение величины с помощью существующих измерительных средств. Предлагаемый способ позволяет упрось испытания, существенно упростив стени измерительную аппаратуру, поскольку требуется проводить испытаний на крионой жидкости. Формула изобретения Способ определения критического кавиионного запаса лопастного насоса, переивающего криогенную жидкость, путем испытания на холодной деаэрированной е при постоянных значениях производиьности и угловой скорости вращения рабоо колеса и переменном давлении на вхонасос и на модельной жидкости при одиовых значенияхпроизведения критериев, актеризующих условия подобия тепловых идродинамических процессов при кавиионном срыве работы насоса на крионой и модельной жидкостях, отличающийтем, что, с целью упрощения испытания. ачестве модельной жидкости использувысококипящую жидкость с растворенв ней газом, причем угловую скорость щения рабочего колеса при испытаниях холодной воде и высококипящей жидкосопределяют по формуле f , Г УмуО.У/ QK O.tS а)„ й н оКнС- ;) Чр;Г5 ; еличину критического кавитационного заа - по формуле ( Р ( WM -угловая скорость вращения рабочего колеса при испытании насоса на высококипящей жидкости с газом; н - угловая скорость вращения рабочего колеса при работе насоса, на криогенной жидt-xkPTтр-л.1ч н -относительный объем газа. X растворенного в высококи н цCp н J l5) пящей жидкости; - критерий фазового перехода для криогенной жидкости;V,Q -коэффициенты кинематической вязкости и поверхностного натяжения соответственно;,/ -плотность соответственно, жидкости и насыщенного пара;г - коэффициент растворимости газа в высококипящей жидJIкости;k,K - коэффициент сжимаемости соответственно насыщенного пара и растворенного газа; -газовая постоянная соответственно насыщенного пара и растворенного газа;

Т -температура жидкости;

Ср - удельная теплоемкость жидкости при постоянном давлении;

- скрытая теплота парообразования;

Ькь -критический кавитационный запас насоса;

Цг -давление насыщенных паров криогенной жидкости при температуре Тц;

р - 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,в.

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