МУ по лабораторным работам ГИДРАВЛИКЕ

Лабораторная работа №8

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Цель работы:

1.Изучить работу насосной установки с центробежным насосом.

2.Освоить методику параметрических испытаний центробежного

насоса.

3.Получить характеристику центробежного насоса.

Основные теоретические сведения

Параметрические испытания проводятся с целью определения технических показателей (параметров) и характеристик насосов.

Подача насосаQ– объем жидкости, перекачиваемый насосом в единицу времени (м3/с, л/с, м3/ч).

Идеальная (теоретическая) подача насоса Qт– сумма подачи насоса Qи объемных потерь Q:

Напор насосаH–приращение полной удельной энергии жидкости, проходящей через насос, м. Для работающего насоса напор можно определить по показаниям манометра и вакуумметра:

где pм,pв– показания манометра и вакуумметра, расположенных соответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса, Па (рис. 8.1); Zм – превышение оси вращения стрелки манометра над точкой подключения вакуумметра, м; Vн,Vв – средние скорости движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводах, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м3.

Знак «минус» перед pв ставится, когда на входе в насос избыточное давление, т.е. насос работает в подпоре.

Мощность насосаN– мощность, потребляемая насосом:

гдеМ –крутящий момент на валу;ω– угловая скорость вала насоса. Полезная мощностьNпмощность, сообщаемая насосом перекачивае-

мойжидкости и определяемая зависимостью

гдеp – давление, Па.

КПД насосаη–отношение полезной мощности к мощности насоса, т. е.

41

Для испытания насосов используются установки с открытой или закрытой циркуляцией жидкости. На рис. 8.1 приведена лабораторная установка открытого типа.

Рис. 8.1. Схема установки испытания насосов с открытой циркуляцией жидкости:

1 – центробежный насос с электродвигателем; 2 – обратный клапан; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – отводящий трубопровод; 5 – диафрагма; 6 – ртутный дифференциальный манометр; 7 – напорный трубопровод; 8– задвижка; 9 – вакуумметр; 10 – манометр;

11 – электродвигатель; 12 – тахометр; 13 – весы; 14 – рычаг

Для заливки водой насоса и всасывающего трубопровода последний соединяется с вакуумным насосом, который создает необходимый вакуум во всасывающем трубопроводе 3 перед пуском насоса. Под действием разности давлений на свободной поверхности воды в приемном резервуаре и во всасывающем трубопроводе 3 открывается клапан 2 и вода заполняет трубопровод и насос.

Характеристика центробежного насоса– графическая зависимость напораH, мощности N, КПДη и допустимого кавитационного запаса hд

частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос.

42

Графическая зависимость включает характеристики: напорную – H = f(Q),энергетические –N = f(Q);η = f(Q)и кавитационную – hд== f(Q).

Характеристики получают в результате параметрических испытаний

Рис. 8.2. Характеристики насоса

На напорных характеристиках показан рабочий интервал насоса по подаче и напору (поле насоса Q – H), получаемый путем изменения частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внешнему диаметру. В пределах рабочего интервала КПД насоса имеет максимальное значение или меньше его не более чем на 10%.

43

Порядок выполнения лабораторной работы и обработка опытных данных

1.Призакрытой задвижке 8 залить водой всасывающий трубопровод 3 и насос 1, а затем включить насос.

2.При режиме работы насоса, когда Q = 0, снять показания дифференциального манометра 6, вакуумметра 9, манометра 10, весов 13 и тахометра 12.

3.Создать одиннадцать различных режимов работы насоса с помощью задвижки 8, обеспечивая различную подачу от 0 до 1, с шагом 0,1.

При каждом режиме снимать показания приборов, перечисленных в п. 2. Результаты замеров записать в табл. 8.1.

4. Вычислить параметры, необходимые для построения напорной и энергетической характеристик.

Подачу насоса Q, л/с,рассчитывают по формуле

где С – постоянная диафрагмы, равная 0,7; h – перепад давлений по дифманометру, мм рт. ст.

Напор насоса H, м, рассчитывают по формуле

где Рм– показания манометра, кПа; Рв– показания вакуумметра, кПа;ρ – плотность воды, равная 1 т/м3; g= 9,81 м/с2.

Мощность на валу насоса Nнрассчитывают по формуле

где М – крутящий момент на валу насоса, Н·м; ω – угловая скорость вала насоса, рад/с; F – показания весов, Н; Fо = 0, показания весов при отклю-

44

ченном насосе, Н(для перевода в ньютоны показания весов в кг необходимо умножить на 9,81 м/с2);L– длина рычага,L =0,716 м; nос – частота вращения вала насоса, об./мин.

Полезную мощность и КПД насоса η вычислить по формулам (8.4) и

(8.5).

Результаты вычислений записать в табл. 8.2.

= f(Q),Nн= f(Q);Nп= f(Q);η=f(Q).

45

Лабораторная работа №9

КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Цель работы:

1.Убедиться на практике в существовании явления кавитации в центробежном насосе и понять причины ее возникновения.

2.Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.

3.Получить в результате испытаний кавитационную характеристику

насоса.

Основные теоретические сведения

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом.

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом h– превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров:

где р,V– абсолютное давление и скорость на входе в насос;рнп – давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры(табл.9.1).

Таблица 9.1

Зависимость давления насыщенных паров от температуры

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом hкр – кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характеристике (Н = f( Н)) или на1 м при напоре насоса более 50м.

46

Величину критического кавитационного запаса hкр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике или по формуле С.С.Руднева:

где n– частота вращения, об./мин; Q – подача насоса, м3/с; С – кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна:600–800 – для тихоходных насо- сов;800–1000 – для нормальных насосов;1000–1200 – для быстроходных насосов.

Работа насоса без изменения основных технических показателей,

т. е. без кавитации, определяется допустимым кавитационным запа-

сом hдоп, вычисляемым по формуле:

где А– коэффициент кавитационного запаса,A=f( hкр), А = 1,05–1,3. Графическая зависимость допустимого кавитационного запаса от по-

дачи в рабочем интервале hдоп = f(Q) называется кавитационной характеристикой насоса (рис. 9.1).Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

Частная кавитационная характеристика–это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H= f( h) (рис. 9.2).

Рис. 9.1. Кавитационная характеристика насоса

Рис. 9.2. Частные кавитационные характеристики насоса

47

При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по фор-

муле:

где pм,pв, рнп – показания манометра, вакуумметра и давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, Па.

Полученные опытным путем значения hдоп приводятся к номинальной частоте вращения nн по формуле

и строится частная кавитационная характеристика насоса (см. рис. 9.2).

По каждой частной кавитационной характеристике находим hкр и Q, а затем hдоп по формуле (9.4). По значениям hдоп и Q1 строим кавитационную характеристику hдоп = f(Q) (см. рис. 9.1).

Работа насоса при его эксплуатации контролируется по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос.

Связь кавитационного запаса с вакуумом можно найти из выражения

Употребляется также понятие вакуумметрической высоты всасывания Нвс, которая связана с вакуумом зависимостью

где hвс – потери напора во всасывающем трубопроводе.

Максимальная (критическая) высота всасывания, т. е.высота, при которой начинается кавитация, вычисляется по формуле:

48

Допустимая высота всасыванияHвс, т. е.высота, при которой обес-

печивается бескавитационная работа насоса:

Установка с замкнутой схемой циркуляции жидкости (рис. 9.3) включает в себя испытуемый центробежный насос 1, бак 3, всасывающий 2 и нагнетательный 5трубопроводы, вакуумный насос 4, контрольноизмерительную аппаратуру (манометр 8 и вакуумметр 7, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 6 и тахометр 9).

Дифманометр

Рис. 9.3. Схема установки для кавитационных испытаний насоса

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения частных кавитационных характеристик

Частные кавитационные характеристики H = f( h) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.С этой целью необходимо:

1.Включить насос1, обеспечить заданную подачу задвижкойна трубопроводе 5.

2.Уменьшать ступенчато давление на входе в насос включением вакуумного насоса4, начиная с давления, заведомо исключающего кавита-

цию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Qi = = constи снимая на каждой ступени показания манометра8, вакуумметра 7,дифманометра6и тахометра9.

49

Результаты измерений записать в табл.9.2.

4. Вычислить параметры, необходимые для построения частной кавитационной характеристики:

4.1. Напор насоса Н, м:

где С – постоянная диафрагмы, равная 0,4; h – перепад давлений по дифманометру, мм рт. ст.;

4.3.Скорость V, м/с:

где d– диаметр трубопровода,d=0,5 дм. 4.4.Кавитационный запас hдоппо формуле(9.4).

Если в опытах частота вращения nоп отличается от номинальной nн более чем на 0,5 %, кавитационный запас hдоп необходимо привести к nн по формуле(9.5). Если же nоп отличается от nн менее чем на 0,5 %, принять

h= hдоп.

5. Результаты вычислений записать в табл.9.2 и построить по ним частные кавитационные характеристики (см. рис. 9.2).

Таблица 9.2

Результаты вычислений

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения кавитационной характеристики

Для получения кавитационной характеристики hдоп = f(Q) необхо-

димо:

50