6. Робота № 6. Дослідження роботи відцентрового насоса
Мета роботи: ознайомлення з методикою отримання основних характеристик відцентрового насоса та їх визначення за даними експериментального дослідження.
Результат
роботи слід представити у вигляді
залежностей напору насоса
,
споживаної потужності
та коефіцієнта корисної дії (ККД)
від його подачі
,
тобто залежностей виду
,
та
для різних значень
частоти обертання робочого колеса
насоса. Крім того, виконується порівняння
зазначених характеристик з такими, що
отримані за допомогою співвідношень
теорії подібності.
Загальна інформація
Відцентровім та іншім лопатним насосам у порівнянні з об’ємними насосами притаманні ряд переваг та недоліків. Вони мають практично рівномірну подачу та невимогливі до чистоти робочої рідини. Однак, вони не можуть перекачувати в’язкі рідини та не забезпечують сухе всмоктування. Тому перед початком роботи такого насоса його всмоктувальний патрубок повинен бути заповненим робочою рідиною. Крім того, лопатні насоси мають нежорстку характеристику, тобто подача насоса суттєво залежить від його напору (і навпаки). При зміненні опору в трубопроводі змінюється напір, а з ним й подача насоса.
Робота відцентрового насоса, як і інших лопатних насосів характеризується подачею , напором , потужністю та коефіцієнтом корисної дії (ККД) .
Подачею насоса називається об’єм рідини, що проходить в одиницю часу крізь поперечний переріз вихідного патрубка насоса.
Напір насоса – це енергія, яку отримує кожен кілограм переміщуваної рідини, тобто йдеться про приріст повної питомої механічної енергії
переміщуваної рідини. Напір насоса дорівнює різниці повного напору (питомої механічної енергії) потоку у вхідному та вихідному перерізах насоса, тобто
,
(6.1)
де
–
геометричний напір (питома потенціальна
енергія положення), м;
– п’єзометричний
напір (питома потенційна енергія тиску)
потоку, м ;
– швидкісний
напір (питома кінетична енергія) потоку,
м;
– густина
рідини, кг/м³;
– прискорення
вільного падіння, м/с²;
– усереднена
по перерізу потоку швидкість руху
рідини, м/с.
Одиниця вимірювання напору в системі одиниць SI – це метр (м) стовпця переміщуваної рідини.
Корисна
потужність
насоса –
це енергія, що передається потоку рідини
в одиницю часу
.
(6.2)
Споживана
потужність
насоса –
це енергія, що передається до валу насоса
в одиницю часу.
ККД насоса дорівнює відношенню корисної потужності до споживаної
.
(6.3)
Залежність напору, потужності та ККД від подачі насоса при постійній частоті обертання робочого колеса називається робочою характеристикою насоса.
На рис. 6.1 наведено типову робочу характеристику відцентрового насоса.
Сукупність напору, потужності та ККД , що відповідає на даній
характеристиці певній подачі, називається режимом роботи насоса.
Рис. 6.1. Робоча характеристика відцентрового насоса
Режим роботи насоса, що відповідає найбільшому значенню ККД (найменшим гідравлічним втратам), називається розрахунковим режимом, а режими, що відрізняються від розрахункового, – робочими режими. Робоча характеристика насоса завжди визначається експериментальним шляхом, тобто шляхом випробувань насоса, що працює на відповідний споживач або на гідравлічну систему, що його імітує, тобто у складі насосної установки.
Насосна установка містить такі основні елементи: насос, приймальний та напірний резервуари, напірний та всмоктувальний трубопроводи, запірно-регулюючу арматуру та контрольно-вимірювальні прилади.
Механічна
енергія, що передається робочим колесом
насоса рідини при її русі по її
трубопроводам із приймального резервуара
в напірний, у загальному випадку
витрачається на підйом рідини на висоту
,
подолання різниці тисків у резервуарах,
а також втрачається на подолання в’язкого
тертя (гідравлічні втрати), переходячи
в теплову енергію. Ця енергія, що перепадає
на одиницю маси переміщуваної
рідини,
називається потрібним
напором і дорівнює
,
(6.4)
де
– геометричний напір установки, м;
і
– тиск над вільною поверхнею в напірному
та приймальному резервуарах, Па;
– гідравлічні
втрати, м.
Залежність потрібного напору від об’ємної витрати рідини в трубопроводах називається характеристикою насосної установки.
Очевидно, що рідина буде переміщуватись по трубопроводам установки із заданою витратою у випадку, коли корисний напір та потрібний рівні, тобто
,
(6.5)
Даній умові відповідає режим, визначуваний так званою робочою точкою. Робоча точка – це точка перетину характеристики насоса та кривої потрібного напору. Робоча точка визначає режим роботи даного насоса при роботі на дану насосну установку.
Очевидно, що змінення характеристики насосної установки або насоса призводять до змінення його робочого режиму. Змінення режиму роботи насоса будь-яким чином називається регулюванням. Серед таких відомих способів регулювання, як байпасірованіє (перепуск), дроселювання та змінення частоти обертання робочого колеса насоса, найбільш економічним є останній. При даному способі регулювання змінюється характеристика насоса, а відповідно й споживана потужність. Для реалізації такого способу регулювання необхідний привід насоса із змінною частотою обертання.
При
зміненні частоти обертання робочого
колеса характеристика насоса може бути
перерахована на інше її значення,
наприклад, на частоту
,
коли відома характеристика насоса при
частоті
,
,
. (6.6)
Залежності (6.6) наведено за умови незмінності густини робочої рідини.
.