PUMPE Dinamičke pumpe

1. TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišta u Rijeci PUMPEDinamičke pumpe Brodski pomoćni strojevi, dio 5.

2. NETO POZITIVNA VISINA POSISAVANJA (Net Positive Suction Head - NPSH) • NPSH je međunarodno prihvaćena veličina za određivanje osjetljivosti neke pumpe na pojavu kavitacije unutar pumpe. • NPSH vrijednost [m] definira se kao ukupna visina stupca tekućine svedena na tlak u osi rotora, a umanjena za tlak isparavanja tekućine (funkcija temperature). • NPSHrasp je raspoloživa visina posisavanja od strane postrojenja, a NPSHpotr je minimalna potrebna vrijednost za rad pumpe bez kavitacije.

3. Fotografija tragova mjehurića nastalih zbog kavitacije na induceru skaliranog modela niskotlačne pumpe glavnog motora Space Shutlea

4. Nastanak i djelovanje kavitacije Mjehurić pare u fazi implozije

5. Snimak većeg broj mjehurića koji implodiraju u blizini površine

6. Implozija (kolaps) mjehurića pare u blizini čvrste stijenke. Teoretski izračunate konture - Plesset i Chapman 1971. (pune crte) uspoređene su s eksperimentalnim ispitivanjima - Lauterborn i Bolle 1975. (točkice).

7. Brodski vijak oštećen kavitacijom

8. Kavitacija na brodskim vijcima tijekom rada

9. Kavitacija na brodskom vijku Brodski vijak oštećen kavitacijom

10. Tipovi kavitacije koji se mogu javljati na brodskim vijcima

11. Rotor centrifugalne pumpe i distribucija tlaka tekućine

12. Područja pojave kavitacije na rotoru centrifugalne pumpe

13. a) b) Oštećenja izazvana kavitacijom na a) rotoru pumpe; b) usisnom "zvonu"

14. Oštećenja izazvana kavitacijom na površini lopatica rotora

15. Oštećenja izazvana kavitacijom na izlaznim bridovima lopaticama Francis turbine

16. Rotor pumpe oštećen kavitacijom

17. Rotor pumpe oštećen kavitacijom

18. Rotor pumpe oštećen kavitacijom

19. Ujednačavanjem strujanja na usisu u rotorske lopatice, odnosno ugradnjom "inducera" na ulazu u rotor, može se značajno povećati usisna geodetska visina z1.

20. Presjek pumpe sa samocrpnim kolom ("inducerom")

21. Postrojenje za ispitivanje kavitacije

22. Snimak zvuka pri pojavi kavitacije

23. Snimak pojave kavitacije oko rotora centrifugalne pumpe tijekom njenog rada

24. Ukupni napor Manometarska ili piezometrijska visina Pumpa iznad tekućine Pumpa ispod tekućine

25. Prema gore prikazanim skicama, mogu se izvesti sljedeći izrazi: za postrojenje gdje je: Htr - gubici u usisnom cjevovodu do pumpe - tlak para pumpane tekućine, pri čemu je - visinska razlika između pumpe i tekućine za pumpu (ovo se ucrtava u dijagram karakteristika pumpi)

26. Uvjet za rad bez kavitacije u pumpi je da bude: Uvrštavanjem jednadžbe za NPSHrasp u gornji uvjet daje: iz čega slijedi izraz za dopuštenu visinsku razliku između pumpe i razine tekućine koja se pumpa: Pouzdani rad pumpe može se postići samo ako je radi stvarne sigurnosti ispunjen uvjet: Što je NPSHrasp veće od NPSHpotr, to će opasnost od kavitacije biti manja. Sigurnost od pojave kavitacije pruža upravo veličina razlike:

27. TLAK ZASIĆENJA VODENE PARE Pri radu pumpi, osobito volumetrijskih, tlak na usisu pumpe mora uvijek biti viši od tlaka zasićenja pare pumpane tekućine. Visina vodenog stupca ekvivalentnog tlaku zasićenja vodene pare, m Temperatura, C Dijagram ovisnosti tlaka zasićenja vodene pare u ovisnosti o temperaturi vode

28. Promjena karakteristika pumpe pri pojavi kavitacije

29. Primjer 1: • Pumpa s promjerom rotora od 810 mm ostvaruje protok od 1,5 m3/s vode pri brzini vrtnje 19,5 o/s (1170 o/min). Voda se nalazi u rezervoaru pod apsolutnim tlakom 101,32 kPa. Ako su otpori i gubici između rezervoara i usisa pumpe Htr = 2 m, potrebno je odrediti visinu na kojoj će biti usis pumpe, a da se izbjegne pojava kavitacije ukoliko se usisava voda temperature: • a) 15 C (pzas = 1700 Pa,  = 1000 kg/m3) • b) 90 C (pzas = 70000 Pa,  = 965 kg/m3) a) Mora biti zadovoljen uvjet : odnosno, može se pisati: Iz prethodnog izraza, visina montaže pumpe iznad razine tekućine je:

30. Iz dijagrama pumpe je za volumni protok od 1,5 m3/s očitano NPSHpotr = 12 m.

31. Uvrštenjem podataka u izraz za visinu montaže pumpe zr, dobiva se: Iz dobivenog rezultata, može se uočiti da se pumpa mora smjestiti barem 3,84 m ispod razine vode u rezervoaru iz kojeg se usisava voda ako se želi spriječiti pojava kavitacije. b) Ako je voda koja se pumpa zagrijana na 90 C, uz iste uvjete rada kao u prethodnom primjeru, pumpa se mora smjestiti barem 10,69 m ispod razine vode u rezervoaru iz kojeg se voda usisava.

32. Ako nije poznata vrijednost NPSHpotr, njena se vrijednost može približno odrediti sljedećim postupkom. • Najprije se odredi specifična kutna brzina pumpe S, zatim parametar * i potom NPSH vrijednost. • Za protok od 1,5 m3/s, iz dijagrama karakteristika pumpe očita se napor pumpe H = 104 m, koja se vrti brzinom od 19,5 o/s. • Specifična kutna brzina pumpe S iznosi: • Parametar * (Thoma) izračunava se iz specifične kutna brzine pumpe S i iznosi: • Konačno, NPSHpotr dobiva se iz umnoška napora pumpe i parametra *:

33. Primjer 2: Pumpa koja ima vrijednost NPSH 3,2 m, usisava 60% H2SO4 iz rezervoara u kojemu je tlak p1 = 140 kPa. Gustoća tekućine je  = 1500 kg/m3, a tlak zasićenja pzas = 0,38 kPa. Poznavajući podatak da su gubici u usisnom cjevovodu Htr = 1,3 m, potrebno je odrediti visinu usisa pumpe. Iz dobivenog rezultata, može se uočiti da se pumpa može smjestiti najviše 5 m iznad razine tekućine u rezervoaru, ako se želi spriječiti pojava kavitacije.