Что такое высота всасывания насоса

Высота всасывания насоса.

Центробежные насосы обеспечивают широкую область подач и давлений; соотношения между основными параметрами этих насосов очень разнообразны.

Высота всасывания насоса относится одному из очень важных параметров при определении положения насоса по отношению к уровню воды в источнике, из которого он будет перекачивать воду.

В промышленности выделяют геометрическую и вакууметрическую высоту всасывания.

Геометрическая высота всасывания представляет собой разность отметок двух горизонтальных плоскостей, одна из которых проходит через условную линию на всасывании насоса (как правило это ось насоса), а вторая совпадает со свободной поверхностью перекачиваемой жидкости в приемном резервуаре или источнике.

Содержание статьи

• Высота всасывания и кавитация насоса
• Геометрическая высота всасывания
• Максимальная допустимая высота всасывания
• Видео по теме

Высота всасывания и кавитация насоса

По условиям работы насоса, на стороне всасывания могут быть установлены определенные ограничения, которые обусловлены возможностью возникновения в некоторых зонах всасывающего трубопровода особого явления, называемого кавитацией.

Сущность кавитации заключается в образовании разрывов сплошности потока в тех местах, где давление снижается до величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости. В таких местах происходит быстрое вскипание жидкости, но так как давление в потоке не бывает строго постоянным, а пузырьки пара переносятся потоком, то вслед за вскипанием происходит обратный процесс быстрой конденсации пузырьков пара.

Подробное описание явления кавитации описано здесь

Обобщенно говоря разрушение кавитацией поверхности проточной части насосов имеет весьма характерный вид, а работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, внутренним треском, ударами и повышенной вибрацией.

Явление кавитации обычно возникает во всасывающей части насоса. В некоторых случаях кавитация может возникнуть и на напорной части в месте срыва потока с рабочих поверхностей лопаток.

Геометрическая высота всасывания

Для определении высоты всасывания воды и предупреждения кавитации, для обеспечения нормальной работы центробежного насоса на всасывающей стороне является определение и поддержание такого давления разрежения, при котором кавитация не появится.

Степень разряжения зависит от превышения внешнего атмосферного давления над внутренним абсолютным давлением всасывания жидкости во входной части рабочего колеса.

Для определения высоты всасывания насоса напишем уравнение сохранения энергии (уравнение Бернулли) для струйки жидкости А-Б, движущейся от поверхности нижнего уровня до входа на рабочие лопасти насоса

где Σh_вс — гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода

Наименьшая высота расположения точки Б входа в межлопаточные каналы над нижним уровнем, при которой возникает кавитация, называется срывная или критическая геометрическая высота всасывания.

Н_кав – кавитационный запас

С – коэффициент, определяющий стойкость насоса к кавитационным явлениям. Он лежит в пределах 500 – 1500.

n – частота вращения насоса

Q – подача насоса

Работа насоса при Н_кр.вс. – практически недопустима, потому что малейшее случайное понижение давления в потоке повлечет за собой в этих условиях развитие кавитации и срыв работы насоса. Нормальная работа возможно только когда допустимая высота всасывания ниже критической (максимальной высоты всасывания).

Максимальная высота всасывания

Надежность работы насоса в кавитационном смысле обеспечивается обычно запасом около 25%, т.е.

Разумеется допустимая высота всасывания существенно зависит от температуры жидкости. Очевидно, что повышение температуры всасываемой жидкости уменьшает максимальную и допустимую высоты всасывания.

При высоких температурах жидкости допустимая высота всасывания может быть отрицательной, что указывает на необходимость расположения уровня всасывания жидкости выше оси насоса. Следовательно возможно два различных варианта установки насоса.

Установка насоса по схеме а характерна для насосов, подающих жидкости с низкой температурой, а установка по схеме б – для насосов, подающих жидкости с высокой температурой, а так же при всасывании насосами холодной воды из пространств с достаточно высоким вакуумом.

Установки выполненные по схеме б часто встречаются в теплоэнергетике в схемах регенерации и питания паровых котлов.

Видео по теме

Когда насос перекачивает горячую воду, резервуар, из которого он всасывает, приходится располагать выше насоса. Но по строительным и компоновочным соображениям иногда бывает трудно осуществить требуемую расчетом высоту. Поэтому можно уменьшить её снижением скорости воды во всасывающем трубопроводе и понижением его сопротивления.

Такое достигается увеличением диаметра всасывающего трубопровода, уменьшением его длины, а также выбором рациональной конструкции тех элементов всасывающего трубопровода, которые дают место снижению напора.

В некоторых случаях допускаемую высоту всасывания можно понизить повышением давления в резервуаре, из которого происходит всасывание.

Высота всасывания.

Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности давлений в приемной емкости р₀ и на входе в насос р_вс, или под действием разности напоров .

Высота всасывания может быть определена из уравнения (9-8):

9-15

Принимая во внимание, что практически скорость , получим

9-16

Таким образом, высота всасывания насоса увеличивается с возрастанием давления р₀ в приемной емкости и уменьшается с увеличением давления р_вс, скорости жидкости w_вc и потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Если жидкость перекачивается из открытой емкости, то давление р₀ равно атмосферному р_а. Давление на входе в насос р_вс должно быть больше давления p_t насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания (р_вс > pt), так как в противном случае жидкость в насосе начнет кипеть. При этом в результате интенсивного выделения из жидкости паров и растворенных в ней газов возможен разрыв потока и уменьшение высоты всасывания до нуля. Следовательно

9-17

Из уравнения (9-17) следует, что высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, ее температуры (и соответственно – давления ее паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода.

При перекачивании из открытых резервуаров высота всасывания не может быть больше высоты столба перекачиваемой жидкости, соответствующего атмосферному давлению, которое зависит от высоты места установки насоса над уровнем моря. Так, например, при перемещении воды при 20° С высота всасывания даже теоретически не может быть более 10 м на уровне моря и 8,1 м на высоте 2000 м (8,1 м – значение атмосферного давления в м вод.ст. на этой высоте).

Давление насыщенного пара жидкости увеличивается с повышением температуры и становится равным внешнему (атмосферному) давлению при температуре кипения. При увеличении температуры перекачиваемой жидкости высота всасывания насоса уменьшается. Как следует из уравнения (9-17), высота всасывания для жидкостей, имеющих температуру, близкую к температуре кипения при условиях всасывания, может оказаться равной нулю.

Поэтому при перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приёмной емкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасывания, или создают избыточное давление в приемной емкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости.

На допустимую высоту всасывания насосов оказывает также влияние явление кавитации.

Кавитация возникает при высоких скоростях вращения рабочих колес центробежных насосов и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счет гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Явление кавитации приводит к уменьшению допустимой вакуумметрической высоты всасывания, под которой понимают разность давлений в приемной емкости и во всасывающем патрубке насоса, выраженную в м столба перекачиваемой жидкости

Практически высота всасывания насосов при перекачивании воды не превышает следующих значений:

Температура, °С

Высота всасывания, м

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Высота всасывания насосов

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляется за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо.

Давление в области перед колесом не является постоянным. Оно определяется (зависит) от:

расположения насоса по отношению к уровню свободной поверхности приемного резервуара;

гидравлического сопротивления на участке всасывающего трубопровода;

скорости движения жидкости.

Для установления точной зависимости между всеми этими параметрами рассмотрим три возможных схемы установки центробежного насоса.

Схема 1. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен ниже оси рабочего колеса насоса.

Применяя уравнение Бернулли для двух сечений (уровня свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре О – О и сечения 1 – 1 на входе в насос) можно получить уравнение для определения абсолютного давления в сечении перед входом в насос:

,

где — разность отметок оси рабочего колеса и свободной поверхности жидкости в резервуаре, м;

— суммарные гидравлические потери во всасывающей линии насоса, м.

Давление на входе в насос, работающем в заданном режиме по схеме 1, определяется параметром:

, (*)

который обычно называется геометрической высотой всасывания.

называется вакуумметрической высотой всасывания.

Зависимость между геометрической высотой всасывания и вакуумметрической определяется из уравнения (1*) и представляется в следующем виде:

; (2*)

. (3*)

Схема 2. Забор насоса жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности жидкости расположен выше оси рабочего колеса насоса.

Если принять за плоскость отсчета сечение 0 – 0, то единственное отличие данной схемы от схемы 1 будет заключаться в том, что величина будет иметь отрицательное значение. В этом случае уравнения (2*) и (3*) примут вид:

;

.

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором.

При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

Схема 3. Откачка жидкости из замкнутого резервуара

Принципиальное отличие данной схемы работы насоса от рассматриваемой схемы 2 заключается в том, что вакуумметрическая высота всасывания в этом случае равна:

.

где — некоторое избыточное давление, которое в зависимости от технологического назначения установки, конструктивных особенностей ее исполнения и режима работы может быть положительным, отрицательным или даже знакопеременным.

При различных соотношениях абсолютных значений давление на входе в насос может быть больше или меньше атмосферного.

В зависимости от конструктивного исполнения центробежного насоса отсчет геометрической высоты всасывания ведется по-разному:

для горизонтальных насосов она равна разности отметок оси рабочего колеса и свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре;

для насосов с вертикальным валом она отсчитывается от средины входных кромок лопастей рабочего колеса до свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Параметр , определяя положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоисточнике, и тем самым определяет глубину заложения фундамента машинного здания. Таким образом, увеличение является крайне желательным.

Анализ структуры формулы (*) указывает на предпочтительность коротких всасывающих линий с малой скоростью течения и минимумом местных сопротивлений.

Высота всасывания насоса: теория, которая поможет разобраться в практике

Устанавливать в подземный водозабор погружное оборудование не всегда целесообразно. Этому препятствует либо малый диаметр колодца, либо сезонный характер его эксплуатации. В таких случаях приходится качать воду с поверхности.

В связи с этим, на первый план выходит вопрос: «Какова максимальная высота всасывания насоса?» — ведь от неё зависит, какой может быть допустимая глубина водозаборного сооружения.

Что является движущей силой для жидкости?

Существует два способа, с помощью которых жидкость может подниматься вверх:

1. Когда ёмкость герметично запечатана, и в неё под давлением подаётся газ. Но это не наш случай.
2. Нам интересная вторая ситуация, когда жидкость поднимается по сосуду за счёт разности атмосферного давления (Ра) и тяги — разрежения (Р1), которое создаётся насосом.

Движение воды вверх осуществляется за счёт атмосферного давления и разрежения Обычный бытовой насос поднимает воду максимум на 7 метров Такое расположение агрегата над уровнем воды просто идеально

На заметку: Без давления, которое атмосфера оказывает на жидкость, её подъём был бы невозможен ни при каких условиях. На уровне моря оно соответствует показателю 1 бар или около того, что соответствует примерно 10 метрам водяного столба.

Но эта высота, по сути, чисто теоретическая, потому что, чем выше находится местность над уровнем моря, тем меньше давит атмосфера. На небольшом взгорье высотой в 2000м, давление снижено примерно на четверть — до 0,77 бар.

Так как на находящуюся в колодце воду так же действует атмосфера, то, какое бы разрежение ни создавал насос, находящийся на поверхности земли, вода в низине не сможет поднять выше десятка метров, а на возвышенности высота подъёма насосом не будет выше шести-семи метров. То есть, высота местности имеет решающее значение.

Обратный клапан: что это такое и для чего используется

Кроме особенностей местности, на высоту подъёма воды влияют и другие критерии. Например, следует учитывать и возможные потери давления, которые неизбежно возникают в определённых случаях. Чтобы было понятно, что это за ситуации, рассмотрим, что происходит, когда насос отключается.

• Когда разрежение больше не создаётся, вода, находящаяся в полости всасывающей трубы, устремляется вниз – откуда и пришла. В конечном итоге труба станет пустой. Чтобы поднять воду снова при последующем запуске насоса, он должен ещё раз разредить воздух.

Перед первым запуском в насос заливается вода

• При первом запуске, чтобы это произошло, в него заливается вода, но после того, как она слилась, самозаполнения не произойдёт. Двигатель начнёт работать вхолостую, что, в конце концов, приведёт к поломке.
• Следовательно, нужно сделать так, чтобы жидкость оставалась в камере насоса при его отключении, что позволит агрегату быстро войти в рабочий режим. Обеспечить задержку воды призван клапан, который при её обратном движении закрывает просвет трубы — примерно как на фото.

Принцип работы обратного клапана

• Благодаря ему, после каждого отключения вода остаётся и в самом насосе, и в трубе. И на первый план выходит вопрос обеспечения клапану герметичности, которая нарушается из-за попадания в него ила и песка.
• Поэтому перед клапаном обязательно ставится фильтровальная металлическая сетка, которая, вместе с ним образует так называемое, кольцо опускной (всасывающей) трубы. Потери давления на нём будут тем более существенными, чем больше загрязнён фильтр.

Кольцо трубы с обратным клапаном для колодезного насоса

• Кроме того, во всасывающем трубопроводе имеются и другие слабые места: вентиля, повороты, разветвления. В зависимости от конфигурации трассы и её комплектации соединительной и запорной арматурой, потери давления могут доходить до двух десятых бар, что соответствует двум метрам водного столба.

Так как в этой ситуации высота всасывания уменьшится на эти же 2 метра, очень важно приложить все усилия, для того, чтобы воспрепятствовать потерям давления.

Прочие факторы, влияющие на высоту всасывания

Если говорить не только о воде, а о перекачивании жидкости, как таковой, то на высоту всасывания влияет ещё и её плотность. Чем она более вязкая – тем на меньшую высоту жидкость можно поднять.

Расчёт высоты всасывания насоса

Ещё один фактор, который оказывает существенное влияние – температура жидкости. Чем она ниже, тем насосу легче работать, и тем с более низкой отметки он может поднять воду. Заметим, что при нагревании воды появляется опасность явления кавитации, поэтому насосы нужно оберегать от скачков температур и давления.

Насосы с большой высотой всасывания – это те, которые создают разрежение 0,8 бар. То есть, они поднимают воду с отметки 8м, если нет потерь давления. Вы спросите: как тогда откачивают воду с артезианских глубин? Хороший вопрос.

Что может увеличить высоту подъёма

Одним из решений для увеличения высоты подъёма воды на поверхности земли (например, на этажи задания), является ступенчатая установка нескольких насосов. Но это довольно сложная схема, особенно для монтажа своими руками — да и цена вопроса довольно высока. В случае с глубоким колодцем она и вовсе не может быть реализована.

Камера многоступенчатого насоса

• Следующий вариант – это использование многоступенчатого насоса. В нём присутствует не одна, а несколько крыльчаток, каждая из которых повышает давление ещё на 1 бар. Чем больше ступеней – тем выше напор.
• И ещё одно решение задачи: когда требуется поднимать воду с глубины, превышающей 7м, используют насос, оснащённый встроенным или выносным эжектором. Если сказать упрощённо — он повышает скорость движения потока, создавая при этом область низкого давления. Тем самым, получается необходимый нам эффект разрежения. Такие насосы способны поднять воду с довольно большой глубины – до 45м, что зависит от мощности эжектора.

Насосы с выносным эжектором

Определение напора таково: это сумма высоты, на которую поднимается вода, и её потерь на трассе между всасывающим и напорным трубопроводом. При этом геометрическая высота подъёма состоит из разницы между верхним и нижним уровнями воды.

Гидравлические потери рассчитываются суммарно, на основании всех конструктивных особенностей трубопровода.

• Данные показатели очень важны для промышленности, в которой чаще используются поверхностные насосы. На их основе проектируют уровень заглубления фундаментов машинных залов, в которых располагается оборудование. Соответственно, от них зависят и затраты на капстроительство.

У погружного насоса отрицательная высота всасывания Подготовка канализационного оборудования к монтажу Погружной садовый насос

Выше речь шла о положительной высоте всасывания, когда ось насоса находится выше зеркала воды в источнике. Если же свободная поверхность воды располагается над насосом, высота всасывания будет отрицательной.

По этому принципу функционирует погружное оборудование, которое и выручает, когда воду нельзя достать с помощью насоса, работающего на поверхности. Более подробную информацию по этой теме вы получите, посмотрев видео в этой статье, но надеемся, что и наша инструкция оказалась для вас полезной.