Центробежный насос предназначен для перекачки жидкостей, а не газов. Однако в гидравлическом контуре вода может иногда находиться и в паровой, и в жидкой фазе. Переход воды в состояние пара может привести к появлению серьезных проблем. Напомним, что при атмосферном давлении вода кипит при 100°С. Впрочем, глагол "кипит" вовсе не означает, что воду обязательно нужно нагревать, чтобы она закипела.
Мы знаем что понижая давление с помощью вакуумного насоса можно добиться кипения воды при температуре намного ниже 100°С {см. раздел 1). Между прочим, это хорошо известное явление широко используется при осушке холодильного контура {см. раздел 56).
Рассмотрим связь "температура-давление" для воды {см. рис. 77.1). Если избыточное давление равно -0,95 бар, то есть абсолютное давление равно 0,05 бар, то вода будет кипеть уже при температуре 30°С.

Это означает, что при абсолютном давллении ниже 0,05 бар вода будет кипеть и при температуре низке 30°С. Все это замечательно, если мы хотим осушить холодильный контур, однако это мозкет оказаться настоящей катастрофой для трубопровода, по которому мы перекачиваем воду.

Как работает центробежный насос?

Чтобы понять, как работает центробежный насос, представим себе гибкий шланг, одним концом опущенный в стакан с водой {см. рис. 77.2).

Если шланг очень быстро изогнуть в плоскости рисунка, появится центробежная сила, которая приведет к разряжению внутри шланга и подъему жидкости от точки А к точке В.

Поступая в точку С, вода будет выплескиваться под давлением: мы получим "эффект пращи".

Чем длинее шланг и чем быстрее он изгибается, тем больше центробежная сила и тем больше будет давление, создаваемое в точке С.

Как следует из названия, работа центробежного насоса основана на таком же явлении.

Как меняется давление в крыльчатке насоса?

При работе насоса давление воды по мере ее продвижения по крыльчатке меняется.
На всасывании между точками 1 и 4 лопатки крыльчатки создают разряжение. Далее, когда вода начинает двигаться перпендикулярно оси насоса, она испытывает давление под действием центробежной силы между точками 5 и 6.
Под этим давлением вода выплескивается с крыльчатки насоса в точке 6, точно так же, как камень вылетает из пращи.
Чем быстрее вращается крыльчатка и чем больше ее диаметр, тем больше будет центробежная сила и тем выше будет давление в точке 6.

Теперь представим, что на всасывающей фланец насоса вода поступила нагретой до 80СС при избыточном давлении 0 бар (см. рис. 77.4). По мере продвижения воды давление начнет падать и, если когда-нибудь, например, при подходе к точке 3, абсолютное давление упадет до 0.45 бар, то, как показывает кривая на рис. 77.1. вода начнет вскипать! Если температура воды на входе в насос равна 30°С, а избыточное давление так же равно 0 бар, то вскипание воды произойдет при понижении абсолютного давления менее 0,05 бар, например, в точке 4. Однако и в том, и в другом случаях, если давление на входе в насос будет более высоким, то и в крыльчатке насоса оно тоже повысится, а значит опасность вскипания воды в насосе будет гораздо меньше.

Опасность вскипания воды в насосе тем выше, чем низке ее давление на входе в насос, и чем выше ее температура.

В чем заключается опасность вскипания воды в крыльчатке?
Чтобы оценить последствия возможного вскипания воды в крыльчатке насоса, вспомним очень существенную разницу между плотностью жидкости и пара (см. раздел I).
Для воды, например, одна капля может произвести примерно 1 л пара: то есть маленькая капля воды, вскипев, произведет столько пара, что им будет занят весь внутренний объем крыльчатки (см. рис. 77.5, верхняя схема).
Итак, первая неприятность состоит в том, что если насос вместо жидкости начнет всасывать пар, то расход резко упадет. Но это еще не все!
Как холодильщики, мы знаем, что рост давления приводит к конденсации пара, и этот факт мы используем в наших конденсаторах. Однако то же самое произойдет, когда пар, образовавшийся в результате вскипания воды на входе в крыльчатку, попадет в зону высокого давления (точка 5 на. рис. 77.3). В этот момент пар резко конденсируется и объем, который он занимал, стремительно уменьшится (см. рис. 77.5, нижняя схема). Это резкое уменьшение объема создаст внезапный вакуум вокруг капли, образовавшейся на месте паровой каверны, и последующее "охлопывание" жидкости, сопровождаемое гидравлическим ударом.
Такие удары начинают следовать с высокой частотой один за               Рис. 77.5.
другим и вызывают серьезные повреждения: эрозию лопаток,
вырывание из них кусочков металла и разрушение насоса. Шум, который при этом излает насос, похож на тот, как если бы в него попала галька или мелкие камни.

Если насос работает в режиме кавитации (кавитирует), расход воды через него резко падает и крыльчатка очень быстро разрушается.

Когда возникает опасность кавитации?


Мы уже говорили, что чем выше температура воды и ниже ее давление на входе в насос, тем больше опасность кавитации.
Если перекрыт вентиль на входе в насос или забит фильтр, установленный на всасывании, давление на входе в крыльчатку начинает падать.

В результате оно становится ниже атмосферного и даже при температуре воды 20°С (в соответствии с характеристиками насоса) возникает опасность кавитации (см. рис. 77.6).

Никогда не включайте насос при закрытом вентиле на входе в него: вы рискуете рано или поздно вывести насос из строя.




Примечание. В воде в растворенном виде присутствуют микроскопические воздушные пузырьки. Кроме того, при заливке контура в него также попадает и воздух. Этот воздух, растворенный в воде, не может быть полностью удален из контура, особенно из закрытого контура, например, когда неудачно расположены или неправильно подобраны дренажные камеры

Мы уже видели, что давление воды на участке крыльчатки от точки 1 до точки 4 падает (см. рис. 77.7). Падение давления приводит к выделению из воды растворенного в ней воздуха и число воздушных пузырьков увеличивается. Затем эти пузырьки сливаются друг с другом и образуют более крупные пузыри*.
Далее эти пузыри двигаются к выходу из крыльчатки и попадают в зону 5, где давление заметно повышается. В результате пузыри уменьшаются в объеме и воздух, который в них содержится, вновь растворяется в воде. Многочисленные
изменения объемов пузырей, так же, как и кавитация, приводят к возникновению гидравлических ударов, генерируют нежелательные шумы, вызывают снижение расхода и способствуют коррозии и преждевременному износу оборудования.
Еще раз напоминаем, что давление в любой точке гидравлического контура не должно падать ниже атмосферного давления.
Действительно, слишком низкое давление в контуре может привести к подсосу атмосферного воздуха либо через автоматический дренажный клапан (поз. А на рис. 77.8), либо через уплотнение приводного вала насоса (поз. В).
Дополнительную информацию по этому вопросу при желании вы сможете найти в разделе 93. б.
* В отечественной литературе процесс слияния газовых (воздушных) пузырей получил название коалесценции (прим. ред.).