4. Действительные характеристики

В реальных условиях напоры меньше теоретического Н_т вследствие потерь в проточной части, которые зависят от средней скорости потока (квадрат скоростей) и пропорциональны квадрату подачи. При отклонении режима работы от расчетного возникают дополнительные потери из-за ударов и срыва потока с лопаток. Это приводит к тому, что действительные характеристики располагаются ниже. В зависимости от угла β^* нагнетатели имеют две типичные характеристики (рис.4)

Рис.4. Напорная характеристика нагнетателей при различных β^*

Для нагнетателя с β^*>90 наблюдается mах и как следствие -неоднозначность зависимости Н_Т=f(V) в пределах напоров от Н_хх до Н_mах, что приводит к возможности самопроизвольного изменения подачи и перехода в неустойчивый режим работы - помпаж.

Для центробежных нагнетателей β^*> 90 свойственна стабильная характеристика, обеспечивающая устойчивый режим работы в широком диапазоне подач от V=0 до V_max. Естественно, что действительная N_наг>N_T на величину затрат энергии по преодолению гидравлических сопротивлений в проточной части и механических потерь на трение (подшипники и уплотнителя) при V=0 теоретическая N=0, а действительная - это мощность на режиме холостого хода. Она характеризует потери на этом режиме, вызванные циркуляцией рабочего тела в проточной части нагнетателя, дисковым трением о рабочее тело (газ, жидкость), механическим трением.

Второй важной характеристикой является к.п.д. нагнетателя.

, (23)

где: η представляет собой отношение мощности, передаваемой к потоку рабочего тела, и мощности, затрачиваемой на привод нагнетателя.

При неизменной частоте вращения к.п.д. дважды обращается в 0 при V = 0 и при Н = 0. Оптимальным является режим, при котором η = η_max. Численное значение этих режимов приводится в справочниках нагнетателей рис.5.

Рис.5. Изменение к.п.д. нагнетателя от расхода

5. Характерисхики нагнетателя при переменной частоте вращения.

Эта характеристика строится на базе известной, при n_а = idem на основании теории подобия, по уравнению пропорциональности. Принимая, что η₀ и η_r, не зависят от n и сохраняют свое неизменное значение в подобных режимах. По формулам пересчета получаем значения напора и расхода при другой частоте вращения (рис.6.).

Рис.6. Характеристика нагнетателя при переменной частоте вращения

; ; выбираем на напорной характеристике Н-V (линии 1а, 2а, 3а) точки (1,2,3 и т.д.) строим т. 1в, 2в, 3в и т.д. и получаем Н = f(V). Линии 1 (авс) и т.д., удовлетворяющие условиям параболы Н = mV². Причем при пересчете характеристик по формулам подобия к.п.д. η_а = idem, т.е. это линии постоянного значения к.п.д. и имеем семейство кривых при разных частотах вращения.

6. Характеристика мощности от расхода N = f(v)

Мощностная характеристика нагнетателя при переменной частоте вращения (n≠idem) получается аналогично по формулам пропорциональности линии 1,2,3,4 при постоянном значении η, а линии a, c, h являются линиями постоянной частоты вращения (рис.7).

Рис.7. Мощностная характеристика нагнетателя

Эти линии являются линиями постоянных к.п.д. и представляют собой кубические параболы N=eV³ (а)

При работе нагнетателя на сеть с каким-то статическим напором, полный напор нагнетателя Н= Н_ст+mV² (б) и в этом случае к.п.д. при изменении режима работы меняется. Условие η= idem при изменении частоты вращения соблюдается лишь в случае, когда напор сети Н=mV² (подчиняется закону параболы), т.е. сеть не имеет статического напора.

7. ХАРАКТЕРИСТИКА К.П.Д. НАГНЕТАТЕЛЯ η =f(V) ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ (рис.8.).

Н,η

V

η`_a

η`_a

η`_a

n_в

n_а

η_max=const

a_а

а_в

V_а`

V_в`

Рис.8. Изменение к.п.д. нагнетателя при переменной частоте вращения

При постоянной частоте вращения n=n_a, режим работы нагнетателя определяется при изменении n до n_в, подача определяется т. 2 - V_в, а исходя из сохранения постоянного значения η, η_1a и η_в линия перемещается, т.е. численное значение к.п.д. не меняется, меняется лишь направление к.п.д. (деформация линии к.п.д.) (рис.8.).

Регулировочной характеристикой называют зависимость напора мощности и η при различных частотах вращения. Формы характеристик зависят от конструкции нагнетателя и свойств рабочего тела. При их изменении меняется форма и её положение (рис. 9.).

Рис.9. Регулировочная характеристика нагнетателя

На рисунке 9 представлена совместная характеристика напора Н, мощности N и коэффициента полезного действия η для трех различных частот вращения N =eV³; Н = mV² – напор и мощность сети.

Характеристики нагнетателей получают на основании опытных данных. Испытания насосов проводят, как правило, на чистой пресной воде при T<323 К и ρ= 988 кг/м3.

При работе их на другой среде, отличной от стандартной, или другой температуре заводские характеристики используются для перестроения с учетом физических характеристик продукта (в первую очередь вязкости, т.к. она влияет на гидравлическое сопротивление проточной части и на величину затрат мощности).

С увеличением вязкости уменьшается подача, напор и к.п.д., а мощность возрастает. Как правило, пересчет осуществляется с использованием поправочных коэффициентов, полученных при испытаниях (рис. 10).

; ; (24)

и

;

Рис.10. Характеристики нагнетателей для различных рабочих тел

стандартные характеристики (для воды)

пересчитанные характеристики (любая жидкость μ)

Численные значения характеристик приводятся в справочной литературе. Построение можно начинать с произвольной точки. Так для ц/б насосов при μ = 50÷100 и поправочные коэффициенты находятся в интервале К_V=0,9÷0,7; К_Н=0,92÷0,65; К_η=0,7÷0,4.