4.3.3 Характеристики лопастных машин
Характеристикой динамического насоса называется зависимость основных его технических показателей от подачи при постоянных частоте вращения рабочего органа, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.
Рабочие органы насоса рассчитывают для определённого сочетания подачи, напора и частоты вращения, причём размеры и форму проточной полости выбирают так, чтобы гидравлические потери при работе на этом режиме были минимальными. Такое сочетание подачи, напора и частоты вращения называется расчётным режимом. При эксплуатации насос может работать на режимах, отличных от расчётного. Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать, как изменяются напор, КПД и мощность, потребляемая насосом, при изменении его подачи, т.е. знать характеристику насоса.
Основными характеристиками центробежного насоса являются рабочая и универсальная характеристики.
Рисунок 4.7 – Характеристики центробежных насосов
а – рабочая; б – универсальная
Рабочая характеристика (рисунок 4.7, а) включает зависимости:
-
напорная характеристика;
-
характеристика мощности на валу;
-
экономическая характеристика;
-
допустимая высота всасывания, полученная
в результате кавитационных испытаний
насоса (кавитационный запас).
Рабочая
характеристика является частной, т.к.
получена при определенной частоте
вращения рабочего колеса. Однако при
эксплуатации появляется необходимость
судить о параметрах насоса Q,
H,
P
и
при любой возможной частоте вращения
рабочего колеса. Для этого служит
универсальная характеристика насоса
(рисунок 4.7, б).
На ней совмещаются характеристики
насоса полученные при разных частотах
вращения рабочего колеса.
4.3.4 Эксплуатационные расчеты центробежных насосов
В процессе проектирования насосных установок и станций необходимо учитывать ряд требований, от выполнения которых зависит надежность работы. Прежде всего выбор типоразмера насосов и их числа должен производиться в соответствии с необходимыми расходами и напорами.
Большое значение имеет геометрическая высота всасывания насоса, которая зависит от потерь во всасывающей линии. Поэтому для увеличения геометрической высоты всасывания и снижения опасности возникновения кавитации следует уменьшать потери во всасывающем трубопроводе следующими способами:
длина всасывающего трубопровода должна быть минимальной;
скорость во всасывающем трубопроводе должна быть меньшей, чем в напорном, т. е. всасывающий трубопровод должен иметь больший диаметр.
нужно избегать лишних поворотов всасывающего трубопровода, чтобы не создавать дополнительных местных потерь. Если устанавливается приемный клапан для заливки насоса, то учитываются гидравлические потери и в самом клапане, и в решетке. Размер клапана должен быть больше, чем размер трубопровода.
Надежность работы и легкость запуска насоса зависят от качества прокладывания всасывающего трубопровода:
всасывающий трубопровод был полностью герметичным, так как при работе в нем создается довольно глубокий вакуум и через неплотности в стыках будет всасываться воздух, который не только вызывает снижение подачи, но может привести и к полному прекращению подачи в напорный трубопровод;
форма всасывающего трубопровода должна быть такой, чтобы в нем не могли создаваться «воздушные мешки», которые при вращении рабочего колеса расширятся, перекроют все сечение и насос не запустится.
Для запуска в работу центробежного насоса необходимо заполнить жидкостью всю всасывающую линию и рабочее колесо; чтобы при этом жидкость не вытекала из насоса, в нижней части на всасывающей трубе установлен обратный клапан вместе с фильтрующей сеткой.
Для
того чтобы перемещать жидкость по
трубопроводам установки из приемного
резервуара в напорный, необходимо
затрачивать энергию на подъем жидкости
на высоту hГ,
на преодоление разности давлений
в резервуарах и на преодоление суммарных
гидравлических потерь
всасывающего и напорного трубопроводов.
Т.о. энергия необходимая для перемещения
единицы веса жидкости из премного
резервуара в напорный по трубопроводам
установки или потребный
напор
установки определяется по формуле
где 
– статический напор установки, постоянный
для данных условий.
Характеристикой насосной установки называется зависимость потребного напора от расхода жидкости. Геометрический напор и разность давлений от расхода не зависят, следовательно, статический напор также не зависит от расхода. При турбулентном режиме гидравлические потери пропорциональны расходу во второй степени
,
где k – сопротивление трубопровода насосной установки.
Следовательно,
можно найти по формуле
.
Т.о., при изменении расхода в трубопроводе можно построить зависимость потребного напора от расхода – характеристику насосной установки (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 – Характеристика насосной установки
Уровень в приемном резервуаре совмещен с осью Q. Т.к. статический напор не зависит от расхода, то характеристика насосной установки представляет собой характеристику трубопровода , смещенную вдоль оси напоров на величину .
Насос
установки работает на таком режиме, при
котором
,
т.е. при котором энергия, потребляемая
при движении жидкости по трубопроводам
установки (
)
равна энергии, сообщаемой жидкости
насосом (
).
Определение рабочего режима насосной
установки производится совмещением на
одном графике (рисунок 4.9) в одинаковых
масштабах характеристики насоса с
характеристикой насосной установки.
Равенство напоров получается для режима,
определяемого точкой А
пересечения характеристик, которая
называется рабочей или режимной точкой
с координатами: потребный напор –
и фактическая подача
.
Рисунок 4.9 – Определение режима работы на сеть
Точка
должна находится в зоне оптимального
КПД, которая определяется по характеристике
КПД. Т.е. КПД в этой зоне не должен
отличаться от максимального больше чем
на
.
При отсутствии насоса с необходимыми характеристиками устанавливают два и более меньших по параметрам насосов.
Для каждого вида насосов предусматривается выпуск определённого ряда типоразмеров, соответствующих требуемому диапазону параметров, который и представляет собой номенклатуру насосов.
Номенклатуры
насосов в форме полей
(рисунок 4.10), на которых показаны области
всех предусмотренных типоразмеров
насосов данного вида, приводятся в
соответствующих каталогах и справочниках,
где обычно даются их характеристики и
необходимые размеры насосов.
Рисунок 4.10 – Сводный график полей консольных насосов
Номенклатуры насосов содержатся и в ГОСТах. Эти данные используются при подборе насосов и проектировании насосных установок и станций.
При отсутствии насоса с необходимыми характеристиками устанавливают два и более меньших по параметрам насосов.