1.4.1 Подача

Подача насоса измеряется посредством диафрагмы 12, установленной на напорном трубопроводе. При протекании жидкости через суженное отверстие получается местное увеличение скорости потока и связанное с ним понижение давления, так как часть потенциальной энергии жидкости переходит в кинетическую.

Изменение потенциальной энергии (перепад давления) измеряется дифференциальным ртутным манометром 14. В связи с тем, что изменения кинетической и потенциальной энергии взаимосвязаны по закону сохранения энергии, то по измеренному перепаду давления расчетным путем могут быть

Таблица 1. Протокол энергетических испытаний центробежного насоса

определены кинетическая энергия, скорость и подача жидкости.

Подача определяется по формуле

где

μ – коэффициент диафрагмы, зависящий от числа Re, отношения диаметров диафрагмы и трубопроводов d/D. Определяется μ

либо по специальным номограммам, либо путем тарировки;

F_o– площадь отверстия диафрагмы;

– суммарный перепад на дифференциальном ртутном манометре в мм рт.ст.

В нашем случае С = 4.95, следовательно, подача определяется в м³/ч

1.4.2 Напор

Напор насоса определяется как разность полных энергий на выходе из насоса и перед ним. Полный напор равен сумме пьезометрического (энергия давления) Р/ρg , скоростного (кинетическая энергия) V²/2g и геометрического (энергия положения) Z напоров.

Энергия на выходе из насоса

Энергия на входе в насос

Напор насоса

Обозначим через y = Z_н - Z_в расстояние между уровнями точек замеров.

Давление нагнетания измеряется манометром M рис. 1. Так как соединительная трубка заполнена водой, манометр показывает давление, которое меньше давления в сечении Н на величину столба h_м. Следовательно, абсолютное давление на выходе из насоса

где M – показание манометра в метрах столба жидкости (м ст.ж,);

H_атм – атмосферное давление, м ст.ж.

Давление на входе в насос измеряется ртутным мановакуумметром Н_вак. Аналогично вышесказанному, учитывая поправку, абсолютное давление на входе в насос

где Н_вак– показания мановакуумметра в метрах столба жидкости. Следовательно, напор насоса:

так как в нашем случае y+h_M =h_в

Знак плюс берется в случае наличия вакуума на входе, знак минус - при избыточном давлении.

Разность скоростных напоров, м ст.ж.

где d_н – диаметр напорного трубопровода, d_в – диаметр всасывающего трубопровода, Q – подача насоса, м³/ч.

В данном случае d_н = 0,1м, d_в = 0,13.

1.4.3. Мощность

Мощность насоса определяется посредством измерения кроящего момента при помощи мотор-весов.

При работе мотора между статором и ротором вследствие взаимодействия электромагнитных сил возникают два равных по величине и противоположных по знаку крутящих момента. Момент, приложенный к ротору, обеспечивает вращение вала насоса. В него входят:

крутящий момент на валу насоса;

крутящий момент, затрачиваемый на преодоление вентиляционных потерь мотора.

Крутящий момент, приложенный к статору, является реактивным, В обычных моторах он воспринимается фундаментом, в мотор-весах он уравновешивается усилием на плече определенной длины. Для удобства расчетов длина плеча принята равной l = 0,716 м. Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление вентиляционных потерь, уравновешивается обычными весами (13) и переводится в ньютоны (1кг = 9,807 н).

Реактивный крутящий момент

Мощность насоса в Вт

где n – частота вращения насоса в минуту. При l = 0,716 м имеем мощность в кВm

1.4.4. Частота вращения

Частота вращения намеряется тахометром 1, установленным ив щите управления в об/мин.

1.4.5. Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД насоса определяется отношением полезной мощности к мощности насоса и определяется выражением:

Для температуры воды Т = 291-298°К, ρ=1000кг/м³, g=9,81 м/с², тогда КПД в %

1.4.6. Построение характеристики насоса

На подготовленные системы координат для характеристик (на миллиметровой бумаге) наносятся точки, определенные по результатам замеров. Полученные точки соединяем плавной кривой таким образом, чтобы на ней располагалось примерно 50 % точек. Разброс точек объясняется неточностью снятия замеров и колебаниями режима работы насоса. Характеристика строится для режима с частотой вращения n=1000об/мин. Пример характеристики показан на рис. 1.3.

1.4.7. Построение универсальной характеристики

На общий график в прямоугольной системе координат наносятся характеристики Q - Н и Q - η для трех частот вращения. На кривых Q - Н отмечаются точки с одинаковым значением КПД. Одинаковые значения КПД получают сечением кривых Q - η линиями, параллельными оси абсцисс Q – через интервал 1-2 %. Каждая точка пересечения секущих и кривых Q - η переносится

по вертикали до пересечения вертикали с кривой Q - Н соответствующей частоты вращения. Соединяя точки с одинаковыми значениями КПД плавными кривыми, получают универсальную характеристику насоса, которая позволяет легко определить частоту вращения, КПД и мощность для любого сочетания напора и подачи. Пример универсальной характеристики показан на рис. 1.4.

1.4.8. Пересчет характеристик по формулам пропорциональности

Пересчет характеристик проводится для частоты вращения 800 об/мин на 1000 об/мин, для 1000 об/мин на 1200 об/мин и 1200 об/мин на 800 об/мин по формулам пропорциональности в общем виде:

где D – выходной диаметр рабочего колеса (может быть любым линейным размером, характеризующим геометрия колеса); ρ – плотность жидкости.

Для испытываемого насоса

тогда формулы пропорциональности будут иметь вид:

1.5. Содержание отчета

1. Теоретическая часть и расчетные зависимости для определения параметров насоса.

2. Заполненные протоколы испытаний.

3. Характеристика центробежного насоса.

4. Универсальная характеристика насоса.

1.6. Контрольные вопросы

1. Что такое подача насоса?

2. Что такое напор насоса?

3. Что такое центробежный насос?

4. Что такое характеристика насоса?

5. Что такое универсальная характеристика насоса?

6. Приборы и устройства для измерения напора и подачи.

7. Как запускается центробежный насос?

Лабораторная работа 2

КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

2.1. Цель работы

При кавитационных испытаниях определяется вакуумметрическая высота всасывания, при которой начинается кавитация и строятся кавитационные характеристики – зависимость напора Н и мощности N от кавитационного запаса Δh при постоянной подаче Q и постоянной частоте сращения n, а также характеристика.

2.2. Опытная установка и порядок проведения испытаний

Кавитационные характеристики снимаются на той же установке (см. рис 1.1.), на которой проводятся энергетические испытания. Поэтому схему установки приводить необязательно.

Для измерения в широких пределах у входа в насос, на всасывающем трубопроводе, установлена задвижка 7. Для уменьшения неравномерности потока, вызванной задвижкой, после нее установлен бачок 6, в котором находятся успокоительные решетки для упорядочения потока жидкости перед поступлением ее в насос.

Порядок снятия кавитационной характеристики следующий: пуск насоса производится, как и при энергетических испытаниях. При помощи регулирующей задвижки 4 устанавливается подача, при которой необходимо снять характеристику. Снимаются показания ртутного мановакуумметра 9, манометра 11, термометра 5 и весов 13. Затем при помощи задвижки 7 устанавливается новое значение вакуума на входе в насос. При этом несколько изменяется подача насоса и ее нужно восстановить при помощи регулирующей задвижки. После этого опять снимаются показания приборов. Испытания продолжают подобным образом, получая последовательно показания мановакуумметра 3; 4; 6; 6,5; 7; 7,5, поскольку шкала ртутного мановакуумметра 9 проградуирована в метрах водяного столба (м вод. ст.), В дальнейшем вблизи кавитационного режима необходимо снять несколько точек с меньшими интервалами, чтобы зафиксировать перегиб кривых H и N.

Частота вращения насоса при испытаниях поддерживается постоянной. Значение Qопт (оптимальный) берется из характеристики лабораторной работы 1. Обычно кавитационные испытания проводят при трех-четырех значениях подач: 0,5Qопт;0,75Qопт, Qопт, 1,25 Qопт.

Запись показаний приборов и обработка результатов испытаний производятся в протоколе кавитационного испытания насоса, бланки которых должны быть заранее подготовлены (табл. 2).

2.3. Определение опытных величин

При наступлении развитой кавитации напор и мощность резко падают; начало падения кривых напора и мощности определяет значение критического кавитационного запаса.

Кавитпционный запас определяем по формуле

Значение Pб определяется по барометру в мм рт. ст. При переводе атмосферного давления в м вод. ст. необходимо помнить, что давление в 760 мм рт. ст. соответствует 10,33 м вод. ст.

Шкала мановакуумметра на всасывании проградуирована в м вод. ст., поэтому значение Hвак отсчитывается непосредственно по мановакууиметру.

Значение Pп/ρ·g определяется по табл. 3.

Допустимый кавитационный запас вычисляется по формуле

где К – коэффициент запаса, зависящий от типа насоса и условий его работы. В нашем случае К= 1,25.

Напор H и мощность N определяются так же, как при энергетических испытаниях (см. лабораторную работу 1).

2.4. Построение навигационной характеристики

Но результатам замеров в протоколах подсчитываются величины для различных подач. Затем на график наносятся значения Н и N при соответствующих величинах Δh. Пример кавитационной характеристики показан на рис. 2.1. На кавитационных характеристиках отмечается величин Δhкр, при которой отмечается резкое падение кривых напора и мощности.

2.5. Построение характеристики)

По известным из кавитационной характеристики значениям Δh_кр определяется величина Δh_доп .

а допустимая вакуумметрическая высота всасывания подсчитывается по формуле

для четырех значений подачи : 0,5Qопт, 0,75Qопт, Qопт, 1,25 Qопт.

Подученные значения наносятся на характеристику n=1000 об/мин, точки соединяются плавной кривой. Иногда на характеристики наносят вместо кривой кривую^.