Подбор центробежных насосов

Подбор насоса для заданных условий — важнейший этап проектирования насосной установки и насосной станции. Вопросы, связанные с подбором количества и марок насосов для насосной станции, будут рассмотрены во втором разделе настоящей книги, а задачи, связанный с выбором насоса к отдельной насосной установке, рассмотрим ниже. Для подбора насоса к насосной установке необходимо иметь исходные данные, которые характеризуют трубопроводы, и требования, предъявляемые к проектируемой установке. В эти данные, составленные в виде проектного задания, должны войти:

1) сведения о назначении и характере работы насосной установки;

2) гидравлическая характеристика трубопроводов, в том числе потребная максимальная и минимальная производительность установки Qmax и Qmin потребный напор, соответствующий максимальному и минимальному расходам Нmaх и Нmin;

3) сведения об источниках или питательных резервуарах;

4) сведения о месте и условиях расположения насосного агрегата;

5)сведения о двигателях и источниках энергии;

6) особые требования. По этим данным, пользуясь каталогами и справочниками по насосам, кно выбрать насос следующими двумя способами: а) по характеристикам,б) по коэффициенту быстроходности.

Подбор насоса к насосной установке по характеристикам

1. Предварительно подбирают тип и марку насоса по сводному графику рабочих полей насосов соответствующего назначения (приложение 1). Подбор производится для средних значений расходов и напоров.При выборе точки с координатами Qcp и Нср желательно стремиться к тому, чтобы она лежала в средней части рабочего поля выбираемого насоса.

2) Пользуясь каталогом, находим рабочую характеристику выбранного насоса и строим совместную характеристику насоса и трубопровода. Таким построением получают рабочую точку, которая соответствует Qcp и Hср. Зная Qmax и Qmin. пo кривой определяем соответствующие значения к. п. д. Если эта значения не меньше принятого минимального к. п. д., то данный насос удовлетворяет исходным данным по энергетическим показателям. Для построения характеристики насосной установки можно воспользоваться также универсальной характеристикой насоса. Этой характеристикой пользоваться удобнее, так как одновременно с энергетическими показателями находится нужное число оборотов рабочего колеса.

3) По формуле (2. 33) определяют максимальное значение геодезической высоты всасывания, соответствующее Qmax затем сравнивают ее с заданной минимальной высотой всасывания. Если геодезическая высота всасывания по формуле (2.33) получится больше заданной, то выбранный насос удовлетворяет исходным данным по своим кавитационным свойствам. 4) Выписываем из каталога-справочника геометрические, механические и гидравлические данные выбранного насоса.

 

Подбор насоса по коэффициенту быстроходности

1- По средним значениям расхода и напора Qcp и Hср, принимая стандартное число оборотов рабочего колеса, вычисляем по формуле (2.29) коэффициент быстроходности ns.

2- По величине коэффициента быстроходности и значениям Qcp и Иср подбираем насос. Поскольку в этом случае насос был подобран с использованием закона подобия для оптимальных значений к. п. д., то нет необходимости в дополнительной проверке по характеристике.

3- Зная коэффициент быстроходности, по известным Qcp, п и определенном по формуле (2.35) коэффициенте кавитации Скр, находим значение вакуумметрической высоты всасывания насоса Hв Затем по формуле (2.33) для Qmax. находим максимальное значение геодезической высоты всасывания и сравниваем ее с заданной по соображениям стоимости строительства. Если максимальное значение геодезической высоты всасывания больше заданной, то насос удовлетворяет заданию и по кавитационным свойствам. Подбор насоса по коэффициенту быстроходности удобно производить в случае, если нет характеристик насосов, а имеются только параметры, соответствующие оптимальному режиму работы. Для быстрого определения коэффициента быстроходности ns, коэффициента кавитации Скр и вакуумметрической высоты всасывания в зависимости от n, Q, Н при подборе насоса по способу (б) в конце книги помещены приложения II и III.

Вопрос №44. Предельная высота всасывания.

При работе насоса разность давлений в приемном резервуаре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопротивления во всасывающем трубопроводе, поэтому расчет и проектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при проектировании насосной установки.

Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называют геометрической высотой всасывания hвс. Для нахождения допустимой геометрической высоты всасывания запишем уравнение Бернулли.  Для сечений О—О и 1—1 (рис. а):

где Shs — сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, что z1- z0⁼ hвс, а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Если давление P1 опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости Ps при данной температуре, то наступит кавитация.

Кавитация в переводе на русский язык означает пустотообразование. Явление кавитации представляет собой процесс нарушения сплошности течения жидкости, который происходит там, где давление, понижаясь, достигает давления насыщенных паров жидкости. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Находясь в области пониженного давления, пузырьки объединяются, превращаясь в большие пузыри каверны. Потоком жидкости каверны сносятся в область повышенного давления, где разрушаются вследствие конденсации заполняющего их пара. В центре каждой каверны происходит соударение частиц жидкости, что вызывает гидравлические удары. Опытами установлено, что, когда пузыри лопаются, повышаются местное давление и местная температура.

При этом местное давление достигает значений, больших 100 МПа, что сопровождается образованием положительно и отрицательно заряженных частиц ионов.

Это явление приводит к разрушению рабочих органов насоса. Поэтому кавитация в насосах недопустима. Особенно быстро разрушаются алюминий и механически обработанный чугун, а наиболее стойкой оказывается обладающая большой вязкостью нержавеющая сталь. При шлифовке и полировке стойкость металлов против кавитационного разрушения повышается. Применение стойких в отношении кавитационного разрушения материалов позволяет непродолжительное время работать в условиях местной кавитации.

Первым и главным условием устранения кавитации является правильное назначение допустимой высоты всасывания.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DRзап - запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

Следовательно,

 кавитационный запас напора,

Из формулы видно, что для увеличения геометрической высоты всасывания необходимо уменьшать потери во всасывающем трубопроводе, скорость при входе в насос и давление насыщения паров. В связи с этим всасывающую линию насоса делают возможно короче, большого диаметра, с минимумом перегибов и местных сопротивлений. Снизить значение Рsв большинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температурой перекачиваемой жидкости. Однако если представляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшить.

Максимальная геометрическая высота всасывания насосов не может быть более Рат/pg, что для воды составляет 10 м. Высота всасывания центробежных насосов обычно не превышает б...7 м. Если по расчету получается hвс < 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как

где Нвак — вакуумметрическая высота всасывания,

то можно записать

Следовательно, вакуумметрическая высота всасывания складывается из геометрической высоты всасывания hвс, потерь напора Shs во всасывающем трубопроводе и скоростного напора при входе в насос v²1/2g.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

В каталогах и паспортах насосов приводят допустимую вакуумметрическую высоту или допустимый кавитационный запас.

находим геометрическую высоту всасывания насоса:

Вопрос № 45. Осевые насосы, характеристики.

Рабочую характеристику осевого насоса с жестко закрепленными лопатками (рис. 56) получают путем испытания его при постоянном числе оборотов рабочего колеса. Осевые насосы больших размеров в ряде случаев имеют поворотные лопатки для регулировки производительности насоса. Схема механизма поворота лопаток осевого насоса изображена на (рис. 57). На схеме цапфа лопатки 1 поворачивается в подшипниках 2, установленных во втулке рабочего колеса. На цапфах закреплены рычаги 3, связанные вертикальными тягами 4 с крестовиной 5. При перемещении крестовины вверх или вниз лопасти рабочего колеса поворачиваются. Перемещение крестовины осуществляется посредством сервомотора, т. е. цилиндра 7 с поршнем 6, шток которого соединен с крестовиной. Сервомотор располагается во втулке рабочего колеса, а масло к нему подается через полый вал рабочего колеса насоса. Для таких насосов с поворотными лопатками строят рабочие характеристики при различных углах установки лопаток. Кроме этого, для осевых насосов строят характеристики при различном числе оборотов рабочего колеса (рис. 58).

Рис. 56. Рис. 57.

 

Эти характеристики получают опытным путем при испытании насоса на стенде, который напоминает испытательный стенд для центробежных насосов. Характер кривых осевых насосов отличается от характера соответствующих кривых центробежных насосов. Это отличие обусловлено тем, что с уменьшением производительности против нормальной в осевых насосах увеличивается радиальный поток жидкости от втулки по направлению к наружному диаметру колеса и возникают кольцевые вихри, которые достигают максимума при Q = 0. Вследствие этих вихрей напор и потребляемая мощность резко увеличивается при уменьшении расхода, что обусловливает крутой подъем кривыхпри расходах меньше расчетной производительности насоса. Сравнивая характеристики осевых и центробежных насосов, можно выделить особенности характеристик осевых насосов. К числу этих особенностей относятся:

1- крутое падение кривой Н = f(Q) и наличие на этой кривой точки перегиба, которая соответствует максимальному к. п. д.;

2- резкое возрастание потребляемой мощности при понижении расхода;

3- небольшая область наивыгоднейших условий работы, так как при отклонении расхода в обе стороны от расчетной производительности к, п. д. насоса резко уменьшается.

Рис. 58.

 

Исходя из указанных свойств характеристики, пуск осевого насоса следует производить при открытой задвижке, а регулирование осуществлять устройствами, которые сохраняют высокое значение к. п. д. на всех рабочих режимах, отличных от наивыгоднейшего Регулирование осевых насосов осуществляется при помощи:

а)двигателей, допускающих изменение числа оборотов;

б)гидромуфт, которые позволяют изменять число оборотов насоса при неизменном числе оборотов двигателя;

в)рабочих колес с поворотными лопатками, у которых изменение угла наклона лопаток дает возможность осевым насосам работать е высоким к. п. д. на всех режимах.

Рис. 59.

 

Рис. 60. Рис. 61.