2.1.14 Безразмерные и универсальные характеристики

Рассмотренные действительные характеристик являются размерными и индивидуальными характеристиками, применимыми лишь к данной машине. Однако существуют приёмы изображения характеристик в таких координатах, что они получаются применимы для целой серии подобных машин, это безразмерные характеристики. Они строятся в безразмерных координатах, обозначаемых общепринятыми для подачи, напора, мощности и КПД с буквами, но с чертой сверху: и т.д.

Рассмотрим тип безразмерных параметров, введённых в употребление ЦАГИ для вентиляторов.

Подачи двух подобных вентиляторов, отмечаемых индексами а и b,

; .

Для всей серии подобных вентиляторов

;

.

Поэтому и, илии

Следовательно, геометрически подобные машины. Находящиеся в подобных режимах работы, характеризуются соотношением

=.

Отношение

(2.94)

Называют безразмерной подачей вентилятора или коэффициентом подачи.

Для данной машины, работающей при постоянной частоте вращения, параметр изменяется пропорционально расходу и может быть легко рассчитан.

Безразмерный напор можно вычислить по формуле (без вывода)

(2.95)

где - параметр, не имеющий размерность и называемыйбезразмерным полным напором или коэффициентом напора.

Для машины, работающей с постоянной частотой вращения, параметр пропорционален полному напору.

Аналогичным путём могут быть введены следующие параметры:

Безразмерное давление (коэффициент давления)

; (2.96)

Безразмерная мощность (коэффициент мощности)

(2.97)

Безразмерный КПД

(2.98)

По аналогии с топографической картой, дающей представление и широте, долготе и высоте расположения каждой точки на местности, можно построить топографическую универсальную характеристику центробежной машины. Для этого по осям прямоугольной координатной системы откладывают, аналогично долготе и широте в топографической карте местности, основные параметры машины (напор и подачи или подача и мощность) , а КПД аналогично высоте местности, задаётся в виде изолиний, т. е. линий постоянного КПД. Н а рис. 2.39 приведена универсальная характеристика центробежного насоса.

Рисунок 2.39 Универсальная характеристика центробежного насоса

2.1.15 Испытания насосов

Рассмотрим общие вопросы испытаний насосов и измерений, проводимых на насосной установке с целью получения графических зависимостей ;;, называемых энергетическими характеристиками.

Испытания в эксплуатационных условиях и в лабораториях проводят обычно при постоянной частоте вращения вала машины. Если это условие не выдерживается, измеренные параметры корректируются по формулам пропорциональности.

При испытаниях с целью получения энергетических характеристик измеряют подачу, напор (или давление), мощность и частоту вращения вала машины.

На рис.2.40 дана схема расстановки приборов, применяемых при испытаниях насосов

Рисунок 2.40 Схема измерений при снятии характеристики центробежного насоса при постоянной частоте вращения

Испытание насоса заключается в измерении Q, H, N и n при различных режимах работы, устанавливаемых открытием дросселя Д.

При центробежных насосах испытание начинают с режима холостого хода. Т.е. при полном закрытии дросселя Д; при осевых насосах – с режима максимальной подачи, при полном открытии дросселя. Количество рабочих режимов при испытании, устанавливаемых промежуточным открытием дросселя Д, должно быть не менее 15.

Подача насосов измеряется приборами, устанавливаемыми на напорном трубопроводе. При испытании насосов на воде подача измеряется сужающим устройством (соплом, диафрагмой) или измерением скоростей в мерном сечении (точечный способ с последующим суммированием).

Сужающее устройство, например диафрагма, обусловливает местное падение напора . Присоединим сюда уравнение расхода, получим

, (2.99)

Где .

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по справочникам в зависимости от конструкции диафрагмы и соотношения диаметров её и напорного трубопровода насоса.

При испытаниях насосов в лабораторных условиях подачу можно измерять водосливным устройством или мерными баками.

Статическое давление, развиваемое машиной, измеряют как разность абсолютных статических давлений () в напорном и всасывающем трубопроводах. При этом. Для этой цели применяют манометры. Манометр и вакуумметр располагают на одной высоте, как это показано на рис. 2.40.

При измерениях давлений следует особое внимание обращать на правильное расположение мест отбора давления, т.к. всякое изменение направления движения потока, а также изменение размеров сечения вызывает появление инерционных сил, влияющих на давление в месте расположения импульсного отверстия. Во всех случаях измерений давлений желательно использовать несколько импульсных отверстий, соединённых общей (осредняющей) камерой.

Если определены абсолютные давления иво всасывающем и напорном трубопроводах насоса, то полный напор, развиваемый насосом равен

,

Где и- средние скорости, вычисляемые при подаче к площадям сечений всасывающего и напорного трубопроводов.

Точки, соответствующие измеренным при разных режимах Q и Н, наносят на график, и соединяя их плавной кривой, получают энергетическую напорную характеристику.

Мощность насоса определяют или изменением крутящего момента М на валу и частоты вращения п, или непосредственным измерением мощности, передаваемой двигателем.

Измерение М можно производить несколькими способами. В лабораторных условиях удобно применять балансирный электродвигатель; в этом случае ротор электродвигателя подвешен на подшипниках качения, геометрические оси которых совпадают с осью ротора электродвигателя. Крутящий момент, развиваемый электродвигателем, передаётся через муфту на вал приводимой машины; он получается как результат силового взаимодействия между обмотками статора и ротора электродвигателя. Поэтому момент, вращающий вал машины, равен моменту, равен моменту, стремящемуся повернуть статор электродвигателя относительно его оси; последний измеряется подвешиванием уравновешивающего груза к рычагу, радиально прикреплённому к статору электродвигателя. Если масса груза подвешенного к рычагу, равна т, кг, а горизонтальное расстояние точки подвеса его от оси машины равно l, м, то момент, Дж, передаваемый на электродвигателем на вал машины, равен .

Иногда для измерения М применяют установку электродвигателя на качающей платформе. Этот способ аналогичен описанному с балансирным двигателем.

При измерении момента с балансирным электродвигателем или двигателем на качающейся платформе должны учитываться вентиляционный и механический момент двигателя, определяемые при работе двигателя без нагрузки.

Другой способ измерения крутящего момента заключается в применении торсионного (крутильного) динамометра. При этом между валами электродвигателя и приводимой машиной устанавливают упругий валик, сделанный из стали, с высоким пределом пропорциональности. Момент, передаваемый таким валиком, пропорционален углу закручивания его; поэтому достаточно измерить угол закручивания при вращении валика посредством стробоскопического устройства и по нему определить момент на валу машины.

Частоту вращения вала машины измеряют тахометром или счётчиком.

По измеренному крутящему моменту на валу машины и частоте вращения можно определить мощность, кВт:

или ,

Где , 1/с.

В производственных условиях наиболее доступным является способ определения мощности на валу по электрической мощности на зажимах приводного электродвигателя. В этом случае измеряют электрическую мощность на зажимах электродвигателя и по зависимости между мощностью на зажимах и КПД предварительно испытанного электродвигателя определяют мощность двигателя, которая при соединении с муфтой равна мощности на валу машины:.

При испытании насоса его КПД определяют как частное от деления полезной мощности на мощность насоса:

.

Нанесением на график соответствующих значений и, измеренных для различных режимов, получаем характеристикии.