NPSH-ul la pompele centrifuge si prevenirea cavitatiei

Cum se defineste termenul NPSH la pompele centrifuge, ce legatura are cu fenomenul de cavitatie si cum poate fi prevenit acest fenomen?

Pentru a preveni fenomenul cavitatiei la pompele centrifuge, presiunea fluidului in toate punctele sale trebuie sa se situeze peste presiunea de saturatie. Dimensiunea fizica care determina daca presiunea fluidului pompat este suficient de mare pentru evitarea cavitatiei este reprezentata de NPSH (acronim din limba engleza ce semnifica net positive suction head, adica inaltimea coloanei de fluid din aspiratie) si se masoara in metri coloana de fluid. NPSHa (adica NPSH disponibil) este diferenta dintre presiunea fluidului la intrarea in aspiratie si presiunea de saturatie a acestuia. NPSHr (adica NPSH necesar) este presiunea minima necesara in aspiratie pentru evitarea cavitatiei.

Conditia matematica care trebuie indeplinita pentru evitarea cavitatiei este ca NPSHa sa fie mai mare sau egal cu NPSHr. Valoarea NPSHr este o functie de debitul la care functioneaza pompa (creste odata cu cresterea debitului) si este specificat de producator.

Valoarea NPSHa se calculeaza in functie de conditiile de exploatare, in felul urmator:

NPSHa=Pa+Pst-Hf-Psat

unde

Pa = presiunea absoluta la suprafata lichidului;

Pst = presiunea statica datorata diferentei de nivel dintre suprafata lichidului pompat si axa aspiratiei pompei;

Hf = pierderile de presiune din aspiratia pompei datorate armaturilor si frecarilor din tevi;

Psat=Presiunea de saturatie a fluidului.

Daca o pompa functioneaza in cavitatie, trebuie luate urgent masuri pentru ca ea sa fie scoasa din acest regim, intrucat se poate distruge foarte repede. Asa cum am aratat si mai sus, in cazul in care o pompa functioneaza in cavitatie valoarea NPSHa este mai mica decat a NPSHr. Trebuie deci sa crestem valoarea NPSHa pana cand depaseste NPSHr.

Prima metoda ar fi sa crestem NPSHa. Acest lucru se poate face prin cresterea presiunii in partea de aspiratie. De exemplu, daca pompa aspira dintr-un rezervor deschis, cresterea nivelului rezervorului are ca efect cresterea NPSHa. O alta metoda de crestere a NPSHa ar fi scaderea temperaturii lichidului pompat, deoarece odata cu scaderea temperaturii acestuia scade si presiunea lui de saturatie.

Micsorarea pierderilor de presiune (Hf) conduc de asemenea la cresterea NPSHa. Pentru atingerea acestui deziderat se poate creste diametrul tevii de aspiratie, se pot elimina din armaturile nenecesare, se poate scurta traseul tevii de aspiratie.

A doua metoda de eliminare a cavitatiei este scaderea NPSHr. Valoarea NPSHr pentru pompele centrifuge variaza in functie de anumiti parametri, cel mai important fiind debitul. Cu cat debitul pompei este mai mare, cu atat NPSHr este mai mare. Asadar, daca se stranguleaza o vana de pe refularea pompei, micsorandu-se astfel debitul pompei, concomitent se va micsora si valoarea NPSHr. Totusi avand in vedere ca debitul de apa este o necesitate a sistemului din care face parte pompa, aceasta este o optiune disponibila doar din punct de vedere teoretic.

Caracteristica complexa a pompelor centrifuge

CARACTERISTICA

COMPLEXA A POMPELOR CENTRIFUGE

1 Generali

tati

Pentru o evaluare completa a performantelor unei pompe centrifuge, in afara de caracteristica ei interioara este necesar a cunoaste si modul de corelare al altor parametrii functionali de baza.

Evolutia parametrilor functionali in functie de debit este puternic influentata de forma rotorului pompei centrifuge, deci de turatia specifica ce se poate exprima cu relatiile:

Numita turatia specifica la putere unitara, sau numita turatie specifica la debit unitar.

Sau:

Dar in relatia (2) se inlocuiesc debitul si inaltimea cu expresiile cunoscute:

si

se obtine expresia:

Asadar turatia specifica a unei masini hidraulice depinde de doua grupe de factori: o prima grupa o formeaza randamentele volumetric si hidraulic, parametrii functionali care depind de geometria rotorului, o a doua grupa cuprinde elementele constructive de baza ale rotorului care intervin sub forma de rapoarte.

Dintre acestea un rol important il detine raportul diametrel

or

In tabelul 1 se prezinta clasificarea motoarelor pentru pompe si evolutia puterii consumate si a inaltimii de pompare in functie de debit.

Raportul dimensiunilor principale ale rotorului (diametrul de iesire si cel de intrareD2/D1) se micsoreaza pe masura ce creste turatia specifica, asadar pentru obtinerea aceleiasi marimi a unei inaltimi H, rotoarele cu

rapoarte D2/D1

mici necesita turatia de functionare din ce in ce mai mare. Cum vitezele de transport u2 sunt limitate de rezistenta materialelor folosite, rezulta ca fiecarei categorii de rotoare ii corespunde o inaltime limita (fig. 1,I). Pe de alta parte cresterea diametrului D1 precum si a dimensiunilor b1, b2, face ca debitul sa creasca , o data cu cresterea turatiei specifice corespunde unor masini cu

deb,0 data cu cresterea turatiei specifice. In concluzie, cresterea turatiei specifice corespunde unor masini ca debite din ce in ce mai mari dar cu inaltimea de proportii din ce in ce mai mari. Odata cu sporirea turatiei specifice, formele consmetrice ale rotoarelor se modifica: astfel rotoarele de tip rodiul devine treptat diagonale si in final axiale.

Turatia specifica a masinilor tursionoase

reprezinta o marime simetrica deosebit de pretioasa in studiul compatarii acestora.

In figura 1,II este reprezentata variatia randamentului in functie de modificarea debitului pentru cele patru tipuri de rotoare. In figura 1,III este prezentata variatia randamentului in functie de turatia specifica nh.

a)

b)

c)

d)

I)

Fig. 1 Variatia

parametrilor pompelor clasificate in functie de nh

Evaluarea exacta a performantelor functionale ale unei pompe centrifuge se face de catre firma constructoare si este prezenta in catalogul pompei respective.

In general firma constructoare prezinta obligatoriu caracteristica intens a pompei centrifuge sau cu puterea consumata de acesta.

2 Obiectivele

lucrarii.

a) Determinarea experimentala a dependentei parametrilor:H, Pn , Pa , hpc in functie de debitul pompei.

b)Evaluarea debitului cu diafragma.

3 Descrierea standului.

Schema principala a standului este prezentata in figura 2. Standul este in circuit inchis.

Cu ajutorul ventilulV2

refularea pompei este dirijata in

rezervorul R. Prin inchiderea ventilului V2 si deschiderea ventiluluiV1apa din rezervorul R este evacuata si se pateu face etalonarea diafragmei.

Pompa centrifuga din componenta standului, este o pompa centrifuga tip Sadu, cu 7 etaje si statori pale.

4 Modul de efectuare a lucrarii.

La pornirea motorului electric, puntea wattmetrica trebuie sa se afle pe o treapta de

sensibilitate scazuta pentru a fi protejata la curentii de pornire (comutatorul ampermetrului se aseza pe 100A).

a)     

Determinarea experimentala a curbel

or:H(Q); Pn

(Q); Pa

(Q); hp

c

(Q).

Figura 2. Schema standului pentru trasarea caracteristicii complexe a unei pompe centrifuge:

PC- pompa centrifuga tip Sadu

ME- motor electric

asincron; Pw- punte watmetrica

M- mamometru; Mv- manocvacumetru; D- diafragma

MD- moment diferential; R- rezervor; V1, V2, V3- ventile

N- indicator de nivel

Se inchide ventilulV1

si se inchide V2. Se porneste pompa centrifuga.

Pentru deschiderea totala a cavei de refulare precum si pentru diferite obtineri partiale ale acesteia

se fac urmatoarele criterii:

Pa – puterea activa, citita la puterea watmetrica cumulata pe o scara convenabila pentru afectarea citirilor;

Dh – denivelarea coloanei de mercur la momentul diferential al debitmetrului cu diafragma;

pa – presiunea la aspiratia pompei(monomacvmetru Mv)

pr – presiunea la refularea pompei(monometruM)

z – diferenta

de cota intre punctele de masurare pentru pa, pr

b)Etalonarea debitului cu diafragma.

Se inchide ventilul V2 si se deschide V1.

Pentru de refulare complet deschisa si apoi pentru diferite obturari partiale ale acesteia se fac urmatoarele criterii:

Dh - denivelarea coloanei de mercur la momentul diferential

DH – denivelarea la

rezervorul ( R ), citata la sticla de nivel ( N )

t – timpul (cronometrat) in care se produce denivelarea DH.

5 Prelucrarea datelor experimentale

Se completeaza tabelul 2 cu marimile masurate la punctul 4. si cele calculate.

Tabelul 2 .Valorile masurate si calculate pentru trecerea caracteristicii complexe

Nr. crt pr

bar

Debitul se calculeaza cu relatia

( 6)

Puterea utila a pompei centrifuge se determina cu expresia:

P= gHQ (7)

Inaltimea de pompare se calculeaza cu expresia:

(8)

Randamentul pompei centrifuge se calculeaza astfel:

unde hME

este randamentul

motorului electric asincron.

Prin determinarea corecta a puterii Pn se recomanda prelucrarea matematica a datelor experimentale pentru constructia caracteristicii interne H=f(Q) si numai dupa aceea se determina Pn.

Pentru determinarea constantei diafragmei se completeaza tabelul 8,3.

Tabelul 3 Determinarea constantei diafragmei.

Nr. crt.

mmcHg

1

2

.

.

.

n

Constanta diafragmei la cateva”I” se determina cu relatia

(10)

in care debitul Qi

se calculeaza cu relatia

(11)

unde Ar

este aria suprafetei sectiunii transversale a rezervorului ( R ),

(12)

Constanta diafragmei se determina cu media aritmetica a valorilor din tabelul 3:

(13)

Se traseaza intr-o singura diagrama dependentele:H(Q), Pn(Q), Pa(Q), hpc(Q) si se interpreteaza rezultatele.