Заметки о применении самовсасывающих динамических насосов
Авторы: Виктор Бендерович, Эрнест Лунаци, Дмитрий Филатов
Самовсасывающие центробежные и вихревые насосы ОНЦс, ХМс и ВКс из нержавеющей стали широко применяются для выгрузки через верхние горловины емкостей таких жидкостей, как спирт, вино, растительное масло, топливо, кислоты, щелочи, растворители и пр. Насосы изготавливаются в общепромышленном и взрывозащищенном исполнениях, с различными типами патрубков, с разными по мощности двигателями в зависимости не только от подачи и напора, но и от плотности и вязкости перекачиваемых жидкостей, с одинарными (рис. 1) и двойными (рис. 2) торцовыми уплотнениями с обогревом и без него.
|
|
|
Рис. 1 Вихревой самовсасывающий насос ВКс |
Рис. 2 Центробежный самовсасывающий насос ОНЦс |
С помощью самовсасывающих насосов проектировщики стремятся решить разнообразные задачи. При этом возникает множество вопросов, связанных со схемами, компоновкой и размерами конкретных установок. Большинство из этих вопросов типичны. Попробуем рассмотреть некоторые из них.
1. Многие считают, что самовсасывающий насос нужно применять там, где во всасывающей трубе насоса возникает большое разрежение. Это ошибка. Разрежение на входе в насос возникает из-за:
- геометрического подъема жидкости во всасывающей трубе к насосу от уровня в емкости или водоеме;
- гидравлических потерь трения о стенки трубы и в арматуре во всасывающем трубопроводе;
- разрежения в сосуде, из которого жидкость поступает в насос. Так бывает при работе насоса в выпарных установках.
При разрежении во всасывающей трубе могут работать и самовсасывающие, и несамовсасывающие насосы, причем, многие несамовсасывающие насосы способны работать при достаточно большом разрежении, при котором самовсасывающие насосы «срывают» подачу.
2. В каталогах самовсасывающих насосов в рекламных целях часто указывают достигаемую насосом максимальную глубину самовсасывания, например, 9 метров (встречаются и такие). Это, порой, вводит в заблуждение проектировщиков, которые полагают, что и после завершения процедуры самовсасывания насос может перекачивать жидкость с указанным разрежением на входе, причем с номинальными подачей и напором. А это не так. Для перекачивающих жидкость самовсасывающих насосов нужно учитывать и ограничения, вытекающие из их кавитационных характеристик. Для того, чтобы правильно оценить возможности применения самовсасывающих насосов, мы пользуемся очевидной зависимостью (см. также рис. 3).
Рис. 3. Схема откачки самовсасывающим насосом жидкости из заглубленного резервуара
где: pат - атмосферное давление, которое зависит от климатических и географических обстоятельств. Даже не в горных условиях оно может меняться в пределах 700…800 мм ртутного столба. Поэтому при анализе конкретных ситуаций перекачки следует учитывать фактическое атмосферное давление, существующее в данном месте и в данный момент времени;
pпар - давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, которое зависит от ее свойств при разной температуре. Насос, благополучно откачивающий бензин высоких сортов из расположенных в северных широтах подземных резервуаров, может оказаться непригодным в жарких странах;
Δhд - допускаемый кавитационный запас насоса, зависящий от его конструкции и подачи;
hпот.вс. - потери напора во всасывающем трубопроводе, зависящие от конструкции данного участка системы и от подачи насоса;
γ – удельный вес жидкости.
На практике приходится откачивать и легкий бензин с удельным весом 0,7 г/см3 , и концентрированную серную кислоту с удельным весом 1,8 г/см3 .
3. Самовсасывающие насосы нужны там, где требуется откачать воздух, изначально имеющийся во всасывающем трубопроводе, создавая в нем разрежение, а уже затем откачивать жидкость.
Самовсасывающий насос полезен и в том случае, если во всасывающем трубопроводе, даже при небольшом разрежении, время от времени оказываются объемы газа (пузыри, пробки). При поступлении газового объема в насос скорость движения жидкости в трубопроводе на всасывании и нагнетании замедляется. После того, как самовсасывающий насос откачает поступившую порцию газа, подача насоса восстанавливается. Несамовсасывающий насос в этих условиях приходится останавливать, выпускать из него воздух, а потом запускать снова.
4. Иногда для удаления газа из нагнетательной трубы самовсасывающего насоса приходится делать особый выпуск, поскольку давление, создаваемое насосом, в проточной части которого присутствует газожидкостная смесь, заметно меньше, чем давление этого же насоса, перекачивающего только жидкость.
5. Самовсасывающие насосы обладают особыми характеристиками: - предельной глубиной самовсасывания; - скоростью откачки газа из всасывающего трубопровода.
Глубину самовсасывания определяют во время заводских испытаний насоса откачкой воздуха из сосуда известного объема, подсоединенного к всасывающему патрубку насоса. По мере откачки воздуха в сосуде создается разрежение, которое фиксирует испытатель. Он же фиксирует отметки времени, в которые достигаются заранее заданные значения разрежения. Чем больше разрежение, тем медленнее оно нарастает, и, наконец, рост разрежения прекращается. Максимальная величина разрежения, выраженного в метрах водяного столба (если испытания проводятся на водяном стенде), и соответствует предельной глубине самовсасывания.
6. Чем больше сосуд, из которого откачивается воздух, тем дольше достигается заданная глубина самовсасывания. Продолжительность данной процедуры характеризует скорость откачки газа (скорость самовсасывания).
7. Иногда промежуток времени, за который в сосуде создается разрежение, равное одному метру водяного столба, в 20 - 40 раз короче, чем промежуток, за который «набирается» последний метр водяного столба, предшествующий предельному разрежению. Зная объем всасывающей трубы насоса, глубину, с которой предстоит откачивать жидкость, и скорость самовсасывания при разных разрежениях на входе, можно приблизительно рассчитать продолжительность процедуры самовсасывания в конкретной установке, где будет работать самовсасывающий насос.
8. В самовсасывающем насосе жидкость смешивается с воздухом, смесь транспортируется в нагнетательный трубопровод или особый элемент насоса, где происходит отделение газа из смеси, а жидкость возвращается ко входу в насос, где снова смешивается с воздухом.
При долгой процедуре самовсасывания ограниченный объем жидкости, изначально присутствующий в насосе (в самовсасывающие насосы обязательно заливают порцию жидкости), нагревается вплоть до кипения. Насос, в котором жидкость кипит, никакого разрежения на входе создать не может, т. е. самовсасывание прекращается.
Именно поэтому в инструкциях к насосу рекомендуется делать всасывающие трубопроводы как можно короче. Если этого сделать нельзя, то к насосу приходится подключать дополнительный сосуд с жидкостью, участвующей в циркуляции от входного участка насоса к выходу и обратно.
9. Из этого следует также, что самовсасывающие насосы не могут откачивать воздух (газ), расположенный над жидкостью с температурой, близкой к кипению. Именно поэтому возникают трудности при самовсасывании теплого бензина высоких марок, из которого даже при небольшом разрежении активно выделяются пары углеводородов.
10. Замечено, что разные экземпляры самовсасывающих насосов даже одной и той же марки, изготавливающиеся одновременно в рамках одного заказа, достигают заданной глубины самовсасывания за разные промежутки времени. Это связано с различиями в зазорах и в расположении некоторых отверстий, обеспечивающих внутреннюю циркуляцию потоков в насосе. Диапазон различий в скорости самовсасывания одного из типоразмеров насоса показан на рис. 4.
Рис. 4. Различия в скорости самовсасывания. Возможные значения продолжительности создания разрежения у насоса ОНЦс 25/25 в объеме воздуха 3 литра
Если всасывающий трубопровод насоса короткий, а глубина самовсасывания далека от предельной, то этими различиями можно пренебречь. Однако в иных случаях ввиду долгой процедуры самовсасывания жидкость в насосе может сильно нагреваться, и самовсасывание не происходит. О таких сложных ситуациях следует предупреждать изготовителя, который имеет возможность доводки конкретного насоса. Правда, это потребует дополнительных испытаний и немного увеличит стоимость насоса.
11. Продолжительность процедуры самовсасывания можно сократить за счет конфигурации всасывающего трубопровода.
Рис. 5. Два варианта всасывающего трубопровода. Вариант с участком Б будет заполняться жидкостью медленнее
На рис. 5 показаны два варианта расположения всасывающего трубопровода. В варианте, изображенном сплошными линиями, самовсасывание произойдет быстрее, чем в варианте, показанном штриховыми линиями. Для заполнения жидкостью участка А потребуется создать разрежение воздуха в трубопроводе, соответствующее высоте Hs1. И только лишь сравнительно короткий вертикальный участок всасывающей трубы заполняется при нарастании разрежения от величины Hs1 до Hs2.
Во втором варианте жидкость сначала заполняет вертикальный участок при изменении разрежения от 0 до Hs2. Затем заполнение длинного участка Б происходит при максимальном разрежении, т. е. при меньшей скорости откачки воздуха (см. рис. 4). Об этом в свое время писали С. С. Руднев и Ю. В. Прокофьев, рассматривая продолжительность заполнения всасывающего трубопровода насоса путем откачки из него воздуха водокольцевым вакуум-насосом. Появление двух дополнительных колен во всасывающем трубопроводе может мало сказаться на его гидравлическом сопротивлении.
12. В производстве пищевых продуктов распространены системы регулярной санитарной мойки емкостей и трубопроводов специальными моющими средствами.
Рис. 6. Упрощенная схема санитарной мойки емкости в пищевом производстве
На рис. 6 представлена упрощенная схема одной из таких систем. Центробежный насос (1) под давлением в несколько бар подает горячий моющий раствор в разбрызгивающую моющую головку (2). Струи моющего раствора, смывая грязь, ударяют в стенки емкости (3) и стекают на дно емкости. Самовсасывающий насос (4) откачивает раствор со дна емкости, подавая его через нагреватель (5) и фильтр (6) в емкость (7). Необходимость в самовсасывающем насосе (4) вызвана тем, что жидкость в трубу на дне емкости (3) уходит вместе с воздухом. Если на позицию (4) установить обычный центробежный насос, то поступающий воздух «сорвет» подачу. Самовсасывающий насос должен успевать откачивать и жидкость, и поступающий с нею воздух. Если этого не происходит, то дно емкости (3) и нижние участки ее стенок промываются плохо, что сказывается на качестве пищевого продукта, который потом заливается в данную емкость.
От самовсасывающего насоса здесь не требуется слишком большая глубина самовсасывания. Но нужна высокая скорость откачки воздуха.
Некоторые предприятия, традиционно применявшие для откачки моющего раствора центробежные самовсасывающие насосы ОНЦс, затем заказывали вихревые насосы ВКс, у которых скорость откачки воздуха в 5 - 10 раз выше. При той же подаче вихревые насосы имеют более мощный электродвигатель, и стоимость насоса выше. Однако такая замена с лихвой окупается сокращением необходимой продолжительности мойки, снижением потерь и повышением качества выпускаемого продукта.
Перечисленные особенности использования самовсасывающих насосов - далеко не исчерпывающие. В текущей работе возникают новые задачи, на которые мы находим новые решения.
Загляните в каталог, там вы найдете нужное оборудование
