РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Основная трудность в получении характеристик насосов расчетным путем заключается в выборе коэффициентов потерь, влияющих на подачу и напор насоса. Поэтому при проектировании пользуются опытными характеристиками, которые получают при испытании насосов. Насосы, производящиеся в РФ, подвергаются испытаниям в соответствии с ГОСТ 6134-2007.

Каждый насос или насосы одной серии перед пуском в эксплуатацию обязательно проходят проверку на специальных гидравлических стендах (рис. 10.1), где в процессе экспериментов при различных расходах перекачиваемой жидкости определяется напор Н, мощность N, допустимый кавитационный запас Д/гДОп и КПД ц. Стенд включает в себя два насосных агрегата консольного типа 1, которые с помощью всасывающих трубопроводов 2 откачивают воду из приемного резервуара 8. Далее по напорным трубопроводам 3 вода подается в мерный бак 7, из которого порциями возвращается в приемный резервуар 8. К всасывающим трубопроводам подключены вакуумметры 5 для измерения величины вакуума Рвак на входе в насосы. К напорным трубопроводам подключены манометры 6 для определения избыточного давления Рм.

На пульте управления 9 располагаются кнопки для включения и выключения агрегатов, а также амперметр и вольтметр. Для перекрытия потока воды и для изменения степени сопротивления трубопроводов для различных опытов предусматривается устройство задвижек на всасывающей линии 4 и напорной линии 10.

Для получения характеристик насоса выполняют серию опытов. Для каждого опыта изменяют степень открытия задвижки 10 на напорном трубопроводе. После этого на приборах фиксируется величина давления во всасывающем Рвак и напорном Рм трубопроводе, а также значение силы тока / и напряжения U в электрической сети. Объем воды в мерном баке W принимается постоянным для всех опытов и фиксируется по шкале бака с учетом времени наполнения по секундомеру t. Число оборотов электродвигателя п насоса определяется с помощью тахометра, который прикладывается к торцу вала электродвигателя. Все показатели заносятся в табл. 10.1.

Далее выполняется расчет характеристик насоса, результаты которого заносятся в табл. 10.2. Подача насоса вычисляется по формуле:

Напор насоса определяем с помощью уравнения (2.6).

Стенд гидравлической лаборатории кафедры водопользования и экологии СПбГАСУ

Рис. 10.1. Стенд гидравлической лаборатории кафедры водопользования и экологии СПбГАСУ

Для расчета скоростных напоров предварительно необходимо вычислить значения скорости потока во всасывающей и напорной трубе с помощью известной зависимости:

где d - внутренний диаметр трубы. Величина (z2 - Z) представляет собой разность отметок положения приборов для измерения давления в мерных сечениях на входе и выходе.

Далее определяется потребляемая насосом мощность NB по зависимости

где cos ср - параметр, зависящий от электрической части. В данном случае параметр равен 0,85.

Таблица 10.1

Измеряемые величины

Номер опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Показания манометра Рм, кгс/см2

1,95

1,90

1,85

1,80

1,75

1,60

1,50

1,40

1,30

1,20

1,10

1,00

Показания вакуумметра Рвак, кгс/см2

0

0,02

0,05

0,07

0,08

0,17

0,23

0,27

0,32

0,36

0,43

0,47

Объем воды в мерном баке W, л

0

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Время заполнения мерного бака t, с

0

65

25

22

21

17

14

13

12,5

12

11

11

Показания вольтметра U, В

386

383

382

381

381

381

380

380

380

380

380

386

Показания амперметра /, А

3,3

3,3

3,3

3,3

3,3

3,35

3,35

3,37

3,38

3,39

3,38

3,42

Число оборотов электродвигателя п, об./мин

2850

2850

2845

2850

2840

2840

2840

2840

2840

2840

2840

2830

Как видно из табл. 10.1, при изменении сопротивления напорного трубопровода наблюдается изменение частоты вращения электродвигателя. Поэтому все параметры насоса необходимо пересчитать для одной паспортной частоты электродвигателя, которая составляет 2900 об./мин. Корректировка характеристик выполняется с помощью формул пересчета (7.19).

С помощью пересчитанных параметров насоса (Q, Н и NB) определяется значение полезной мощности Nn и КПД по зависимостям (2.13) и (2.14).

Итогом расчета является построение характеристик насоса, которое выполняется по данным табл. 10.2. На графике откладываются значения напора, мощности, КПД и допустимого кавитационного запаса* в зависимости от подачи (*результаты по экспериментальному исследованию АИЯ0П не представлены). После чего соответствующие точки соединяются плавными линиями (рис. 10.2). Характеристики H-Q, N-Q, Д/гДОп-<2, ц-Q указываются в паспорте насоса. На рис. 10.2 показана точка Р на характеристике H-Q, которая соответствует максимальному значению КПД и называется оптимальной режимной точкой.

Анализируя зависимость H-Q, можно сделать вывод, что с уменьшением подачи насоса напор возрастает и достигает максимальной величины Но при закрытой задвижке на напорном трубопроводе, когда расход перекачиваемой жидкости равен нулю.

Однако на практике встречаются агрегаты, которые развивают максимальный напор Ятах после полного открытия задвижки. На рис. 10.2 показан пример характеристики (H-Q'), когда напор возрастает при начальном увеличении подачи до величины Нтах, а затем снижается. Характеристика Н-Q' называется восходящей и имеет в начале участок неустойчивой работы А-В-С с низким значением КПД. Как правило, у насосов, имеющих подобную характеристику, одному напору соответствуют разные значения подачи, что приводит к возникновению гидроударов (помпаж) во время работы.

Характеристика H-Q (см. рис. 10.2) не имеет возрастающего участка характеристики, поэтому называется стабильной. Работа насоса, имеющего стабильную рабочую характеристику H-Q, протекает устойчиво во всех точках кривой.

Таблица 10.2

Расчетные величины

Номер опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Подача Q, л/с

0,000

0,308

0,800

0,909

0,952

1,176

1,429

1,538

1,600

1,667

1,818

1,818

Скорость Увс, м/с

0,000

0,223

0,580

0,659

0,690

0,852

1,036

1,114

1,159

1,208

1,317

1,317

Скорость Унап, м/с

0,000

0,273

0,708

0,804

0,842

1,041

1,265

1,361

1,416

1,475

1,609

1,609

Напор Я, м

19,52

18,82

18,03

17,33

16,73

14,34

12,75

11,35

9,86

8,46

6,77

5,37

Мощность на валу NB, кВт

1,875

1,860

1,856

1,851

1,851

1,879

1,874

1,885

1,891

1,896

1,891

1,943

Параметры насоса при п = 2900 об./мин

Q, л/с

0,000

0,313

0,815

0,925

0,972

1,201

1,459

1,570

1,634

1,702

1,856

1,863

Я, м

20,21

19,48

18,73

17,94

17,45

14,96

13,30

11,84

10,28

8,82

7,06

5,64

NB, кВт

1,575

1,562

1,574

1,555

1,577

1,600

1,596

1,606

1,611

1,616

1,611

1,678

Полезная мощность Nn, кВт

0,00

0,06

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,18

0,16

0,15

0,13

0,10

КПД ц, %

0,0

3,8

9,5

10,3

10,8

11,3

11,9

11,2

9,9

9,3

8,1

6,0

Форма характеристики зависит от коэффициента быстроходности насоса ns. Чем больше коэффициент, тем круче проходит кривая. Для примера на рис. 10.2 представлена крутопадающая характеристика H-Q". Характеристика H-Q в данном случае носит название пологой. Как правило, насосы с пологой характеристикой применяются в тех случаях, когда необходимо регулировать производительность при постоянном значении напора. Насосы с крутопадающей характеристикой, наоборот, используют в системах со значительными колебаниями давления при сохранении, по возможности, постоянной подачи. Применение насосов с характеристикой, имеющей неустойчивый участок, также допустимо, только при условии подачи расхода, превышающего значение Qc (подачи, соответствующей напору Н при закрытой задвижке).

Характеристики центробежных насосов

Рис. 10.2. Характеристики центробежных насосов

Степень крутизны характеристики насоса можно оценить с помощью отношения

где Но - напор насоса при работе с закрытой задвижкой; Н,, - напор насоса при максимальном КПД. Для пологих характеристик коэффициент находится в диапазоне от 8 до 12 %, для крутопадающих - от 25 до 30 %.

В случае отсутствия паспортной характеристики можно получить аналитическую зависимость между параметрами Н и Q, пользуясь уравнением Е. А. Прегера, которое представляет собой функцию полной квадратичной параболы:

где Н - напор, создаваемый насосом при произвольном режиме его работы; Q - подача насоса; ао - постоянная, положительная по величине, равная напору, создаваемому насосом при его нулевой подаче; а и й2 - постоянные, положительные или отрицательные по величине, зависящие от формы напорной характеристики насоса.

Также на практике достаточно широко используют более простые аналитические зависимости. Для водопроводных насосов можно применять уравнение неполной квадратичной параболы:

Для канализационных насосов применимо уравнение прямой:

Для определения характеристики насоса необходимо вычислить постоянные данных уравнений. В случае использования уравнения вида (10.5) нужно на основании заводских или лабораторных данных установить значение напора Н, создаваемого насосом и соответствующего трем его подачам. Далее составляется система из трех уравнений:

решая которую, устанавливаются значения ао, а и аг. При использовании уравнений типа (10.6) и (10.7) поступают аналогично, записывая систему из двух уравнений.

Задача 1. В ходе экспериментов центробежного насоса консольного типа на стенде были определены значения расхода и напора для двух вариантов работы. В первом случае задвижка на напорной линии полностью была открыта. Производительность насоса составила Q = 1400 л/с, а напор Н = 23,6 м. Во втором случае задвижку наполовину закрыли. Производительность снизилась до 0,2 = 700 л/с, а напор составил Яг = 31,3 м. Необходимо построить характеристику H-Q насоса.

Решение. Используя значения параметров, записываем уравнение (10.6) для двух режимов:

Решение системы уравнений (10.10) позволяет вычислить величину постоянных:

Запишем уравнение характеристики H-Q рассматриваемого насоса:

Далее, подставляя в уравнение (10.12) значение расхода, определяем координаты точек характеристики насоса. Результаты расчета оформляются в виде табл. 10.3.

Таблица 10.3

Подача Q, л/с

0

200

500

700

1000

1200

1400

1550

Напор Я, м

33,8

33,6

32,5

31,3

28,6

26,3

23,8

21,3

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >