5. Действительные характеристики центробежного нагнетателя при постоянной частоте вращения

Очевидно, что каждому нагнетателю свойственны определен­ные значения рабочих параметров Q, H, p, N и η, зависящих от частоты вращения вала. При различных режимах работы нагнета­теля рабочие параметры его различны.

Между рабочими параметрами приняты следующие соотно­шения:

H = f (Q); N = f(Q); η = F^/ (Q)

H_ст = φ (Q); η_cт = θ (Q) (8.12)

Эти соотношения (зависимости), представленные графически, называются характеристиками нагнетателя.

Основным видом характеристик является напорная Н = f(Q) при постоянной частоте вращения, получаемая при испытании нагнетателя. Заметим, что в уравнениях (12) аргументом являет­ся подача нагнетателя Q. При испытаниях нагнетателя в целях по­лучения характеристик при л = сопи изменение подачи достига­ется изменением степени открытия дросселя на напорной трубе.

Действительный напор, развиваемый нагнетателем, меньше те­оретического H_т из-за потерь напора в проточной полости и от­клонения действительной структуры потока от теоретической.

Потери напора в проточной полости нагнетателя зависят от средней скорости потока (квадратично) и, следовательно, про­порциональны квадрату подачи. Кроме того, потери напора опре­деляются ударом и срывом потока с лопаток при отклонении ре­жима работы нагнетателя от расчетного.

В результате характеристика действительного напора распола­гается ниже характеристики теоретического напора.

В зависимости от значения угла β₂ и конструкции проточной полости нагнетателя характеристика действительного напора мо­жет иметь две типичные формы.

На рис.20 представлены характеристики нагнетателя, типич­ные для β₂ ^> 90 °. Особенностью действительной характеристики в этом случае является наличие максимума и, следовательно, нео­днозначность зависимости Н=f(Q) в пределах напоров от H_xх до Н_max. Нагнетатели с такой характеристикой, работая в интервале подач от 0 до Q^′ могут самопроизвольно менять подачу, переходя в неустойчивый режим, называемый помпажем. Это отрицатель­ное свойство нагнетателей с характеристикой такого типа.

Характеристика, свойственная центробежным нагнетателям с β₂ < 90°, представлена на рис. .21. Такая характеристика напора, называ­емая стабильной, обеспечивает устойчивый режим работы нагнетателя в широком диапазоне подач от 0 до Q.

Рис.22. Характеристи­ки теоретической и дей­ствительной мощностей центробежной машины

Действительная мощность нагнетате­ля, необходимая для его привода, боль­ше теоретической из-за затрат энергии на преодоление гидравлических сопро­тивлений в проточной полости и меха­нического трения в подшипниках и уплотнениях, поэтому характеристика дей­ствительной мощности располагается выше теоретической (рис. 22).

Теоретическая мощность при Q = 0 (при закрытом дросселе) равна нулю. Действительная мощность при Q = 0 называется мощ­ностью холостого хода N_XХ, затрачиваемой на покрытие потерь в этом режиме. Потери вызваны циркуляционными потоками в про­точной полости нагнетателя, дисковым трением о жидкость (газ), механическим трением в подшипниках и уплотнениях.

По характеристике действительного напора и действительной мощности определяется КПД центробежного нагнетателя, кото­рый представляется отношением мощности, передаваемой в нем потоку, т.е. полезной мощности, к мощности, затрачиваемой на привод нагнетателя:

η = ρ* Q*g *H/100*N.

Пользуясь этим равенством, легко представить форму характе­ристики КПД при n = соnst. Если дроссель закрыт, то Q=0, но нагнетатель развивает напор Н, расходуя мощность холостого хода Н_хх При этом η = 0. При увеличении открытия дросселя напор падает и при Q mах достигает значения Н= 0. В этом режиме нагне­тателя η = 0. Но если функция η = F'(Q) в некотором интервале аргумента имеет два нулевых значения, то в этом интервале η имеет и максимальное значение. Таким образом, характеристика КПД при n = соnst имеет форму, показанную на рис. 23.

Режим нагнетателя, при котором КПД максимален, называют оптимальным. В этом режиме затрата мощности на привод про­изводится с наивысшим энергетическим эффектом и наиболее экономично.

Значения напора, давления, подачи и мощности, приводимые в справочной ли­тературе (если нет специальных оговорок) характеризуют оптимальный режим рабо­ты нагнетателя