Р

Рисунок 1.22

Рабочая характеристика насоса

абочая характеристика насоса это графическая зависимость напора H, потребляемой мощности N, и КПД от подачи Q насоса при неизменной частоте вращения вала (рис. 1.22). Режим работы насоса с наибольшим КПД называют оптималь­ным (Q_опт). Область в пределах изменения подачи при небольшом снижении КПД (Q₁, Q₂) называют рабочей зоной. Насос рекомендуется при­менять в пределах этих параметров. Напор насоса обычно наи­больший при нулевой подаче на режиме, который называет­ся режимом закрытой задвиж­ки. У некоторых насосов наибольший напор не совпадает с нулевой подачей. Здесь, в области малых подач, работа насоса будет неустой­чивой, так как напор не опре­деляет однозначно количе­ство подаваемой жидкости (при одной и той же величине напора может быть подача большая и меньшая). Нулевому напору насоса всегда соответствуют нулевой КПД и наибольшая подача насоса, так называемая работа насоса на излив, т. е. без преодоления полезных сопротивлений. Мощность, потреб­ляемая насосом при нулевой подаче или нулевом напоре, не равна нулю, так как при этих режимах имеются потери на дисковое трение, рециркуляцию жидкости у входа и выхода из колеса, механические и объемные потери (утечка). Запуск центробежного насоса производится в режиме закрытой задвижки, так как при этом обеспечивается наименьшая мощность потребляемая на­сосом, а следовательно и минимальный пусковой ток на обмотке элек­тродвигателя.

П

Рисунок 1.23 Универсальная рабочая характеристика насоса

остроив характеристики насоса при нескольких значениях вра­щения вала и соединив точки равного КПД, получим универсальную характеристику насоса при изменении частоты вращения его вала (рис. 1.23). Если при построении универсальной кривой принимались внутренние КПД насоса, то кривые равных КПД представляют со­бой параболы. При общем КПД насоса (с учетом механических по­терь в сальниках и подшипниках) эти кривые искажаются и не соот­ветствуют форме параболы. Универсальная характеристика позволяет по одному графику оп­ределить параметры насоса при изменении частоты вращения его вала.

Чтобы определить рабочий режим насоса при его работе на определённый трубопровод необходимо построить рабочую характеристику сети. Рабочая характеристика сети – это график, отражающий зависимость напора в сети от подачи в сети. Этот график строится по математической формуле вида:

H = H_ст + kQ², (1.29)

где H_ст – статический напор;

kQ² - удельная энергия, которая позволяет жидкости перемещаться по сети за счёт преодоления гидравлических сопротивлений.

Статический напор выражает удельную энергию, за счёт которой жидкость поддерживается в сети, но не перемещается по ней. Второе слагаемой выражает удельную энергию, которая позволила бы жидкости перемещаться по сети за счёт преодоления гидравлических сопротивлений. С помощью рабочей характеристики сети можно выбрать конкретную конструкцию насоса или спрогнозировать рабочие параметры насоса. Точка пересечения графиков характеристик сети и насоса называется рабочей точкой, её координаты соответствуют рабочей подаче и рабочему напору насоса (рис. 1.24).

Рисунок 1.24 Определение рабочих параметров насоса

Широко используется совместная работа центробежных насосов в одну линию. Для этого насосы могут быть соединены параллельно - для увеличения подачи, или последовательно - для увеличения напора. Последний метод широко используется при создании многоступенчатых центробежных насосов, развивающих высокое давление.

Последовательная работа на­сосов применяется при необхо­димости увеличить напор жид­кости, подаваемой в нагнетатель­ный трубопровод. При этом пер­вый насос (рис. 1.25, а) подает жидкость на прием второго насо­са. Второй насос нагнетает ее в трубопровод. Таким образом, через оба насоса проходит одинаковое количество жидкости, которая подается в нагнетательный трубопровод с напо­ром, равным сумме напоров этих насосов (рис. 1.25, б). При последовательной работе насосов подача первого насоса дол­жна быть равной подаче второго или несколько большей (в пределах рабочей области второго насоса), а напор в начале нагнетательного трубопровода должен быть допустимым для второго насоса по усло­вию сохранения его прочности.

а) б) в)

Рисунок 1.25 Последовательное соединение насосов

Наиболее часто насосы работают параллельно (насосные станции водоподъема, перекачки нефти, нагнетание воды в пласт). Такие на­сосы обычно устанавливают в одной насосной. Они могут иметь раз­ные характеристики. Рассмотрим упрощенный случай работы двух насосов, близкий к практическим задачам, когда можно пренебречь сопротивлением всасывающей части системы и напорных трубопро­водов до узловой точки. При параллельной работе насосов подача их складывается, а на­поры равны. Для получения суммарной их характеристики необходимо сложить абсциссы характе­ристик обоих насосов при рав­ных ординатах (напорах) (рис. 1.26).

Рисунок 1.26 Параллельное соединение насосов

При параллельной работе двух насо­сов возможен режим их работы, при котором напор одного из них превысит напор другого в его режиме нулевой подачи. Тогда один насос будет нагнетать жидкость через другой в сто­рону его приема. Такая работа возможна, например, при возрастании давления в нагнетательном трубопроводе и в случае запуска одно­го из насосов при открытой задвижке на его выкиде и при работающем втором насосе. Поэтому необходимо для параллельной работы подбирать насосы так, чтобы рабочий напор не превышал напора при нулевой подаче од­ного из насосов. Рекомендуется подбирать насосы для параллельной работы с возможно близкими напорами при нулевой подаче. Для пре­дотвращения перекачки жидкости одним насосом через другие необ­ходимо у выкидов насосов устанавливать обратные клапаны.

Во время экс­плуатации насоса на рабочее колесо действует осевая сила — результат воздействия потока жидкости на внутреннюю и наружную поверхности этого колеса. Осевая сила может быть значительной и в аварийной ситуации вызывать смещение рабочего колеса, нагрев подшипников, а при смещении ротора — соприкосновение колеса с неподвижными частя­ми корпуса, в результате чего происходят истирание стенок рабочего колеса и поломка насоса.

Для уравновешивания осевой силы в одноступенчатых насосах применяют:

• рабочие колеса с двусторонним входом;

• взаимно противоположное расположение рабочих колес;

• отверстия в рабочем колесе и уплотнение на нем со сторо­ны нагнетания;

• разгрузочную камеру, сообщающуюся с областью всасывания с помощью трубки или через отверстия в заднем диске; недостаток камеры — снижение к. п. д. насоса на 4 - 6%;

• радиальные ребра, уменьшающие воздействие осевой силы за счет снижения давления жидкости на заднем диске;

• упорные подшипники.

Для уравновешивания осевого усилия в многоступенчатых насо­сах используют:

• рабочие колеса при соответствующей системе подвода жидкости от колеса к колесу;

• рабочие колеса с дисками различного диаметра (увеличивают диаметр переднего дис­ка или уменьшают диаметр заднего диска);

• автоматическую гидравлическую пяту (рис. 1.27), установлен­ную за последней ступенью насоса.

Рисунок 1.27 Схема узла гидропяты:

1- камера с давлением нагнетания; 2 – разгрузочная камера; 3 – диск гидропяты

Вопросы для самоконтроля:

1. Область применения динамических насосов.

2. В чем особенность работы динамических насосов?

3. На какие типы можно разделить динамические насосы?

4. Какие насосы относят к насосам трения?

5. В чем преимущества центробежных насосов?

6. Как осуществляется создание напора в насосе?

7. Как влияет на напор количество лопаток в рабочем колесе?

8. Из каких элементов состоит рабочее колесо?

9. Что такое треугольник скоростей?

10. Сущность явления под названием «относительный вихрь».

11. От чего зависит подача центробежных насосов?

12. В каких координатах строится рабочая характеристика насоса?

13. Как определяется рабочая зона насоса?

14. Каким образом устраняется явление кавитации?

15. Почему насос запускают при закрытой задвижке на выкиде?

16. Для чего применяют параллельное и последовательное соединение насосов?

17. Причины возникновения осевого давления и способы его уравновешивания.