Снова пришло время грунтовки, часть 1

Sep 27, 2023

В своей колонке о применении высокотемпературных насосов за июнь 2022 года я несколько раз заявлял/подразумевал, что тепло — это свойство материала. Наблюдательный и знающий читатель напомнил этому старому инженеру, что тепло технически не является свойством, а представляет собой просто переходную энергию. Тепло — это функция процесса/пути. Мой многолетний опыт работы с паровыми турбинами и паровыми столами должен был напомнить мне об этом, поэтому прошу прощения у г-на Ришара Мольера. Для тех любопытных душ, которые хотят глубже понять, пожалуйста, посмотрите определения тепла, энтальпии и энтропии.

Пользователи насосов часто обращаются ко мне с просьбой решить полевые проблемы. В большом проценте случаев основная причина находится на стороне всасывания насоса. Я написал множество колонок, посвященных насосным системам (сторона всасывания), о чистой положительной высоте всасывания (NPSH), критическом погружении и других распространенных проблемах в полевых условиях, включая самовсасывающие насосы. Вдохновленный недавними проблемами, я решил посвятить больше времени дальнейшему изучению проблем самовсасывания.

грунтованный

Что это значит, когда кто-то говорит, что насос залит? Простое определение заключается в том, что и насос, и связанная с ним всасывающая линия полностью заполнены жидкостью. Кроме того, в системе всасывания нет значительного количества воздуха, паров или других газов, поскольку эти пары и неконденсирующиеся газы были удалены в процессе заливки. Технически самовсасывающий насос можно считать «заполненным», но не полностью залитым, если заливочная камера заполнена, а корпус и всасывающая линия — нет.

Центробежный насос можно заправить разными способами, и для достижения этой цели существуют как внутренние, так и внешние методы. В этой статье основное внимание будет уделено самовсасывающим насосам внутреннего типа.

Не все насосы созданы равными

Я буду рассматривать только центробежные насосы из категории самовсасывающих, но сначала сделаю несколько общих замечаний о насосах объемного типа (ПД). По сути, все объемные насосы по своей конструкции, в принципе, являются самовсасывающими. Следовательно, проблемы с заливкой не так распространены в этом мире, за исключением случаев, когда насос работает всухую. Хотя при использовании насосов PD могут возникнуть проблемы с заливкой, но их масштабы незначительны по сравнению с проблемами центробежных насосов.

В качестве упрощенного примера, для насосной системы PD перепад давления между источником всасывания и насосом достаточно велик для перемещения многофазных жидких комбинаций воздуха, пара, газов и жидкости в линии всасывания и через насос. Насос PD способен перекачивать двухфазные жидкости, в то время как большинство центробежных насосов этого не делают. Мое утверждение предполагает, что система спроектирована правильно, всасывающая линия не имеет утечек и насос находится в исправном состоянии.

В случае центробежных агрегатов насос сам по себе не может преодолеть количество энергии, необходимое для перемещения всего воздуха, паров и газов по всасывающей трубе и через насос.

Как я уже говорил в предыдущих статьях, центробежные насосы не являются компрессорами. Упрощенный взгляд на эту проблему состоит в том, что вода примерно в 800 раз плотнее воздуха. Следовательно, насосу придется работать в 800 раз тяжелее и/или дольше, чтобы перекачивать воздух, а не жидкость. (На уровне моря вода при температуре 68 F в 784 раза плотнее воздуха.)

Центробежные насосы не всасывают жидкость в насос

Высота всасывания просто означает, что максимальный уровень перекачиваемой жидкости физически находится ниже центральной линии крыльчатки насоса. Большинство центробежных насосов могут работать с высотой всасывания, если их предварительно заправить.

Вопреки городским мифам и разговорным выражениям, центробежные насосы не способны «высасывать» жидкость с нижней отметки до уровня насоса. Я признаю, что работающий насос действительно создает небольшой перепад давления (возможно, небольшой вакуум?) вблизи отверстия крыльчатки. В меньшей степени следует понимать также, что жидкости не обладают значительной прочностью на разрыв (по сравнению с твердыми телами); следовательно, крыльчатка не может ни захватывать, ни тянуть жидкость. Какой-то внешний источник энергии должен работать совместно с насосом, чтобы фактически проталкивать (а не поднимать или всасывать) жидкость в насос. В открытой системе необходимая внешняя энергия обычно обеспечивается окружающим атмосферным давлением. Поскольку мы полагаемся на атмосферное давление, важно понимать, что количество доступной энергии не является ни слишком обильным, ни постоянным. Атмосферное давление будет меняться вместе с барометрическим давлением (погодой) и, что более важно, оно будет меняться с высотой над уровнем моря. Бывают редкие случаи, когда атмосферное давление превышает 14,7 фунтов на квадратный дюйм абсолютного давления (псии), потому что место находится ниже уровня моря (два известных примера — Долина Смерти в Калифорнии и Мертвое море на границе Израиля и Иордании).