Кавитационные испытания насоса на холодильных агентах
Кавитационная установка является частью теплоиспользующего агрегата турбина-компрессор. Основные особенности стенда заключаются в тем, что подача насоса измеряется объемным способом; подпор на всасывании регулируется дросселированием жидкости; в схему включены элементы, позволяющие контролировать выполнение отдельных замеров. Замкнутая установка содержит герметичный насос, ресивер-теплообменник, измерители расхода, регулирующие вентили, баллоны со сжатым азотом, вакуум-насос, систему трубопроводов и арматуру, измерительные приборы. Из ресивера-теплообменника жидкость стекает в объемные измерители расхода. Подачу насоса определяют по времени заполнения мерной емкости между рисками на смотровых стеклах расходомеров. Во время замера вентиль 6 закрыт. Когда наполняется верхний сосуд, нижний опорожняется. Поэтому контрольные измерения можно выполнять по второму расходомеру.
Мерные сосуды соединены между собой и с ресивером-теплообменником уравнительной паровой линией. Для предотвращения вспенивания и разбрызгивания потока в верхней части расходомеров установлены конические обтекатели, равномерно распределяющие жидкость по стенкам сосудов, в нижнем сосуде имеется успокоительная сетка. Через напорную магистраль жидкость насосом подается в ресивер-теплообменник, по медным трубкам которого пропускается холодная или горячая вода. В ресивере рабочее вещество находится в состоянии насыщения. При выходе из аппарата жидкость переохлаждается в холодильнике, выполненном заодно с расходомерами. Регулируя подачу холодной и горячей воды, можно изменять давление и температуру жидкости на входе в насос. Для устранения влияния регулирующего вентиля 8 предусмотрен горизонтальный участок всасывающей трубы, равный 25 ее диаметрам.
При испытаниях температура холодильного агента измерялась во всасывающем и нагнетательном патрубках насоса и после ресивера-теплообменника. В этих же точках определялось давление. Манометры были установлены, кроме того, на теплообменнике и всасывающем трубопроводе перед регулирующим вентиле.
Для повышения точности измерений давление перед входом в насос определялось по ртутному дифференциальному манометру, соединенному другим концом с ресивером-теплообменником. Приработе на агентах низкого давления показания образцового манометра, установленного на теплообменнике, контролировались по дифференциальному манометру, сообщающемуся с атмосферой. В зависимости от величины давления применялись образцовые манометры с различными пределами измерения не ниже 0,2 класса точности. Подача воды измерялась объемным способом. Из сливного резервуара вода циркуляционным насосом подавалась в ресивер-теплообменник. Измерение расхода и температуры воды на выходе из ресивера позволяло установить подачу агента по тепловой нагрузке аппарата. Таким образом, расход жидкости определялся тремя независимыми способами. Максимальное расхождение не превышало 2%.
Во время проведения опытов температура измерялась ртутными лабораторными термометрами с ценой деления 0,1. На всех режимах работы насоса температура всасывания поддерживалась постоянной с точностью ±0,1°. Испытания герметичного насоса проводились на воде, этиловом спирте, фреонах R-12, R-113, R-142 и аммиаке.
Обычно в установках замкнутого типа избыточный подпор регулируется вакуумированием системы или изменением высоты столба жидкости на всасывании в насос. Однако эти методы понижения давления не применимы при испытаниях насоса на холодильных агентах. При вакуумировании установки насос отсасывает пары рабочего вещества и выбрасывает их в атмосферу. Высокая стоимость и токсичность многих агентов исключают возможность понижения давления таким способом. При работе насоса на различных жидкостях минимально необходимый подпор на всасывании может изменяться в широких пределах. Поэтому регулирование давления за счет изменения геометрического подпора связано с необходимостью создания стенда большой высоты.
При снятии кавитационных характеристик насоса на холодильных агентах давление всасывания понижалось в регулирующем вентиле. Принято считать, что дросселирование жидкости изменяет
структуру потока на входе в насос и вызывает некоторое искажение кавитационных характеристик. Для выяснения влияния способа регулирования кавитационные испытания на воде проводились с помощью вакуум-насоса и дросселированием жидкости на всасывании.
Аналогичные результаты получены при испытании центробежного насоса.
Таким образом, выбор способа регулирования подпора на всасывании не оказывает влияния на форму кавитационной характеристики насоса. Это дает основание для пересмотра техники
кавитационных испытаний, особенно в тех случаях, когда обычные методы изменения давления в системе не применимы.
Кавитация — сложное явление, зависящее от многих трудно-учитываемых факторов. Для выяснения воспроизводимости результатов испытаний кавитационные характеристики снимались на одинаковых режимах в разное время. Во всех случаях наблюдалась практически полная повторяемость опытов. Значения минимально необходимого подпора на всасывании отличались не более чем на 3%.
Площадь гистерезисной петли занимает 0,2% общей площади, заключенной под напорной характеристикой. На некоторых режимах гистерезис вообще не наблюдался.
Условия развития кавитации в значительной мере определяются содержанием в жидкости нерастворенных газов. Наличие воздуха ухудшает кавитационные свойства агентов. При работе насоса на воде, этиловом спирте и фреоне R-113 во всем всасывающем трубопроводе давление было меньше атмосферного. В связи с этим тщательно контролировалась герметичность системы. Для уменьшения вероятности проникновения воздуха в установку предусмотрено минимальное количество фланцевых соединений и вентилей.
Везде, где это было возможно, вентили с сальниковыми уплотнениями заменялись мембранными. Во фреоновых вентилях были тщательно отшлифованы штоки и установлены фторопластовые листовые прокладки. В нерабочем положении насоса вентили закрывались защитными колпаками на свинцовых прокладках. Перед заполнением агентом установка опрессовывалась углекислотой или сжатым азотом и оставалась под давлением 15,7 x 105 н/м2 в течение 24 ч, падение давления не допускалось. Затем установка вакуумировалась до остаточного давления 1—2 мм рт. ст. и выдерживалась под вакуумом 48 ч, повышение давления указывало на неплотность системы.
Для выяснения влияния газов на развитие кавитации были проведены две серии опытов. Сначала сжатый азот подавался в верхнюю точку ресивера-теплообменника, затем — во всасывающий трубопровод непосредственно перед регулирующим вентилем. Испытания проводились на воде и фреоне R-113. Результаты опытов обрабатывались в виде зависимости коэффициента ухудшения кавитационной характеристики насоса – K и от давления в ресивере Ра. Коэффициент К — отношение минимально необходимого подпора для жидкости, содержащей газ, к подпору при перекачивании дегазированной жидкости. Перед снятием кавитационных характеристик вода обрабатывалась вакуумированием в течение четырех часов при давлении, соответствующем температуре насыщения 353,16° К. Поэтому первая контрольная точка отвечает нулевому содержанию газа. При изменении абсолютного давления от 0,47 x 105 до 4 x 105 н/м2 объемное содержание растворенного в воде азота повышалось до 5,6% ,при этом минимально необходимый подпор увеличивается на 7%. В первой серии опытов нерастворившийся газ собирался в верхней части ресивера-теплообменника и практически не участвовал в циркуляции жидкости. При впрыске во всасывающую линию азот, увлекаемый потоком воды, попадал в насос. Пузырьки нерастворенного газа играли роль центров паровой кавитации и тем самым способствовали ухудшению всасывания. Однако при достаточном подпоре газовые пузырьки проталкивались потоком жидкости через насос в ресивер-теплообменник,и кавитация не наступала. Через некоторое время в системе восстанавливалось термодинамическое равновесие. Поскольку при одинаковых температуре воды и парциальном давлении азота количество газа не изменялось, для различных условий проведения опытов. Из этого следует, что при исследовании кавитационных свойств однородных жидкостей неплотности в любом аппарате столь же недопустимы, как и во всасывающем трубопроводе.
Очень часто для регулирования подпора используют компрессор, нагнетающий воздух в ресивер. На основании проведенных опытов можно сделать вывод, что подобный способ снятия характеристик вносит погрешность в результаты кавитационных испытаний насосов.
При работе насоса на фреоне R-113 температура жидкости в ресивере-теплообменнике поддерживалась 300° К. При этой температуре парциальное давление фреона R-113 было таким же, как и при работе насоса на воде. Поэтому можно сравнить результаты опытов на различных жидкостях не только при постоянных давлениях в ресивере, но и при одинаковых парциальных давлениях азота.
На фреоне R-113 картина развития кавитации несколько изменяется. При одном и том же давлении коэффициент ухудшения кавитационной характеристики увеличивается. Это, по-видимому, объясняется лучшей растворимостью азота во фреоне Ф-113 по сравнению с водой и, следовательно, более высоким содержанием растворенного газа. На основании результатов испытаний можно сделать вывод, что при вакууме в системе (Ра < 0,98 x 105 н/м2) степень ухудшения кавитационных характеристик насоса практически не зависит от свойства рабочей жидкости.
Кавитационная установка является частью теплоиспользующего агрегата турбина-компрессор. Основные особенности стенда заключаются в тем, что подача насоса измеряется объемным способом; подпор на всасывании регулируется дросселированием жидкости; в схему включены элементы, позволяющие контролировать выполнение отдельных замеров. Замкнутая установка содержит герметичный насос, ресивер-теплообменник, измерители расхода, регулирующие вентили, баллоны со сжатым азотом, вакуум-насос, систему трубопроводов и арматуру, измерительные приборы. Из ресивера-теплообменника жидкость стекает в объемные измерители расхода. Подачу насоса определяют по времени заполнения мерной емкости между рисками на смотровых стеклах расходомеров. Во время замера вентиль 6 закрыт. Когда наполняется верхний сосуд, нижний опорожняется. Поэтому контрольные измерения можно выполнять по второму расходомеру.
Мерные сосуды соединены между собой и с ресивером-теплообменником уравнительной паровой линией. Для предотвращения вспенивания и разбрызгивания потока в верхней части расходомеров установлены конические обтекатели, равномерно распределяющие жидкость по стенкам сосудов, в нижнем сосуде имеется успокоительная сетка. Через напорную магистраль жидкость насосом подается в ресивер-теплообменник, по медным трубкам которого пропускается холодная или горячая вода. В ресивере рабочее вещество находится в состоянии насыщения. При выходе из аппарата жидкость переохлаждается в холодильнике, выполненном заодно с расходомерами. Регулируя подачу холодной и горячей воды, можно изменять давление и температуру жидкости на входе в насос. Для устранения влияния регулирующего вентиля 8 предусмотрен горизонтальный участок всасывающей трубы, равный 25 ее диаметрам.
При испытаниях температура холодильного агента измерялась во всасывающем и нагнетательном патрубках насоса и после ресивера-теплообменника. В этих же точках определялось давление. Манометры были установлены, кроме того, на теплообменнике и всасывающем трубопроводе перед регулирующим вентиле.
Для повышения точности измерений давление перед входом в насос определялось по ртутному дифференциальному манометру, соединенному другим концом с ресивером-теплообменником. При
работе на агентах низкого давления показания образцового манометра, установленного на теплообменнике, контролировались по дифференциальному манометру, сообщающемуся с атмосферой. В зависимости от величины давления применялись образцовые манометры с различными пределами измерения не ниже 0,2 класса точности. Подача воды измерялась объемным способом. Из сливного резервуара вода циркуляционным насосом подавалась в ресивер-теплообменник. Измерение расхода и температуры воды на выходе из ресивера позволяло установить подачу агента по тепловой нагрузке аппарата. Таким образом, расход жидкости определялся тремя независимыми способами. Максимальное расхождение не превышало 2%.
Во время проведения опытов температура измерялась ртутными лабораторными термометрами с ценой деления 0,1. На всех режимах работы насоса температура всасывания поддерживалась постоянной с точностью ±0,1°. Испытания герметичного насоса проводились на воде, этиловом спирте, фреонах R-12, R-113, R-142 и аммиаке.
Обычно в установках замкнутого типа избыточный подпор регулируется вакуумированием системы или изменением высоты столба жидкости на всасывании в насос. Однако эти методы понижения давления не применимы при испытаниях насоса на холодильных агентах. При вакуумировании установки насос отсасывает пары рабочего вещества и выбрасывает их в атмосферу. Высокая стоимость и токсичность многих агентов исключают возможность понижения давления таким способом. При работе насоса на различных жидкостях минимально необходимый подпор на всасывании может изменяться в широких пределах. Поэтому регулирование давления за счет изменения геометрического подпора связано
с необходимостью создания стенда большой высоты.
При снятии кавитационных характеристик насоса на холодильных агентах давление всасывания понижалось в регулирующем вентиле. Принято считать, что дросселирование жидкости изменяет
структуру потока на входе в насос и вызывает некоторое искажение кавитационных характеристик. Для выяснения влияния способа регулирования кавитационные испытания на воде
проводились с помощью вакуум-насоса и дросселированием жидкости на всасывании.
Аналогичные результаты получены при испытании центробежного насоса.
Таким образом, выбор способа регулирования подпора на всасывании не оказывает влияния на форму кавитационной характеристики насоса. Это дает основание для пересмотра техники
кавитационных испытаний, особенно в тех случаях, когда обычные методы изменения давления в системе не применимы.
Кавитация — сложное явление, зависящее от многих трудно-учитываемых факторов. Для выяснения воспроизводимости результатов испытаний кавитационные характеристики снимались на одинаковых режимах в разное время. Во всех случаях наблюдалась практически полная повторяемость опытов. Значения минимально необходимого подпора на всасывании отличались не более чем на 3%.
Площадь гистерезисной петли занимает 0,2% общей площади, заключенной под напорной характеристикой. На некоторых режимах гистерезис вообще не наблюдался.
Условия развития кавитации в значительной мере определяются содержанием в жидкости нерастворенных газов. Наличие воздуха ухудшает кавитационные свойства агентов. При работе насоса на воде, этиловом спирте и фреоне R-113 во всем всасывающем трубопроводе давление было меньше атмосферного. В связи с этим тщательно контролировалась герметичность системы. Для уменьшения вероятности проникновения воздуха в установку предусмотрено минимальное количество фланцевых соединений и вентилей.
Везде, где это было возможно, вентили с сальниковыми уплотнениями заменялись мембранными. Во фреоновых вентилях были тщательно отшлифованы штоки и установлены фторопластовые листовые прокладки. В нерабочем положении насоса вентили закрывались защитными колпаками на свинцовых прокладках. Перед заполнением агентом установка опрессовывалась углекислотой или сжатым азотом и оставалась под давлением 15,7 x 105 н/м2 в течение 24 ч, падение давления не допускалось. Затем установка вакуумировалась до остаточного давления 1—2 мм рт. ст. и выдерживалась под вакуумом 48 ч, повышение давления указывало на неплотность системы.
Для выяснения влияния газов на развитие кавитации были проведены две серии опытов. Сначала сжатый азот подавался в верхнюю точку ресивера-теплообменника, затем — во всасывающий трубопровод непосредственно перед регулирующим вентилем. Испытания проводились на воде и фреоне R-113. Результаты опытов обрабатывались в виде зависимости коэффициента ухудшения кавитационной характеристики насоса – K и от давления в ресивере Ра. Коэффициент К — отношение минимально необходимого подпора для жидкости, содержащей газ, к подпору при перекачивании дегазированной жидкости. Перед снятием кавитационных характеристик вода обрабатывалась вакуумированием в течение четырех часов при давлении, соответствующем температуре насыщения 353,16° К. Поэтому первая контрольная точка отвечает нулевому содержанию газа. При изменении абсолютного давления от 0,47 x 105 до 4 x 105 н/м2 объемное содержание растворенного в воде азота повышалось до 5,6% ,при этом минимально необходимый подпор увеличивается на 7%. В первой серии опытов нерастворившийся газ собирался в верхней части ресивера-теплообменника и практически не участвовал в циркуляции жидкости. При впрыске во всасывающую линию азот, увлекаемый потоком воды, попадал в насос. Пузырьки нерастворенного газа играли роль центров паровой кавитации и тем самым способствовали ухудшению всасывания. Однако при достаточном подпоре газовые пузырьки проталкивались потоком жидкости через насос в ресивер-теплообменник,и кавитация не наступала. Через некоторое время в системе восстанавливалось термодинамическое равновесие. Поскольку при одинаковых температуре воды и парциальном давлении азота количество газа не изменялось, для различных условий проведения опытов. Из этого следует, что при исследовании кавитационных свойств однородных жидкостей неплотности в любом аппарате столь же недопустимы, как и во всасывающем трубопроводе.
Очень часто для регулирования подпора используют компрессор, нагнетающий воздух в ресивер. На основании проведенных опытов можно сделать вывод, что подобный способ снятия характеристик вносит погрешность в результаты кавитационных испытаний насосов.
При работе насоса на фреоне R-113 температура жидкости в ресивере-теплообменнике поддерживалась 300° К. При этой температуре парциальное давление фреона R-113 было таким же, как и при работе насоса на воде. Поэтому можно сравнить результаты опытов на различных жидкостях не только при постоянных давлениях в ресивере, но и при одинаковых парциальных давлениях азота.
На фреоне R-113 картина развития кавитации несколько изменяется. При одном и том же давлении коэффициент ухудшения кавитационной характеристики увеличивается. Это, по-видимому, объясняется лучшей растворимостью азота во фреоне Ф-113 по сравнению с водой и, следовательно, более высоким содержанием растворенного газа. На основании результатов испытаний можно сделать вывод, что при вакууме в системе (Ра < 0,98 x 105 н/м2) степень ухудшения кавитационных характеристик насоса практически не зависит от свойства рабочей жидкости.