Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Балаковский инженерно-технологический

ИСПЫТАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплинам: «Гидравлика», «Механика жидкости и газа», «Водоснабжение и водоотведение с основами гидравлики», «Гидрогазодинамика», «Гидравлика и гидропневмопривод»

для студентов направлений: «Теплоэнергетика и теплотехника», «Строительство», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Строительство уникальных зданий и сооружений» », «Наземные транспортно-технологические средства»

профиль «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование»

очной, заочной и заочно-сокращенной форм обучения

Балаково 2015

Цель работы: экспериментально получить характеристику центробежного насоса и приобрести навыки проведения экспериментальных исследований.

Основные понятия

Устройство и принцип действия насоса

Насоспредставляет собой гидравлическую машину для создания напорного потока жидкости путем преобразования механической энергии приводного двигателя в кинетическую и потенциальную энергию движущейся жидкости. За счет этой энергии насосы поднимают жидкость на необходимую высоту и перемещают на требуемое расстояние. Работа центробежного насоса (рис.1) основана на силовом воздействии лопастей 2 рабочего колеса 1 с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости.

Рис. 1. Схема центробежного насоса

При вращении рабочего колеса на жидкость, находящуюся в межлопастном канале, будет действовать центробежная сила. Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной части повышенное давление. Жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса, поступает в спиральный отвод 3 и далее в напорный трубопровод 4. Спиральный отвод предназначен не только для улавливания жидкости, выходящей из рабочего колеса, но и для частичного преобразования ее кинетической энергии в потенциальную энергию давления. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить непрерывный подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу по всасывающей трубе 5 и отвод от него по напорной трубе 4.

Основными энергетическими параметрами насосов являются:

напор Н, подача Q, мощность N, коэффициент полезного действия , допустимая вакуумметрическая высота всасывания Н_{вак.доп}. или кавитационный запасh

Характеристикой насоса называется зависимости напора, мощности, КПД и кавитационного запаса от подачи.

Напор насоса Н– та удельная энергия, которую насос сообщает жидкости. Он равен разности значений полного напора жидкости за насосом и перед ним. В геометрической интерпретации это высота, на которую жидкость способна подняться под действием статического давления и разности скоростей на входе в насос и выходе из него. Напор насоса можно определить при помощи подключенных к нему манометра и вакуумметра по формуле:

, (1)

где P_м– показания манометра;

P_в– показания вакуумметра;

h₀– расстояние по вертикали между центром манометра и точкой подсоединения вакуумметра;

V_нсредняя скорость жидкости в точке подключения манометра;

V_в– средняя скорость жидкости в точке подключения и вакуумметра;

gускорение силы тяжести;

  плотность жидкости. Приводится в приложении.

Подача насоса Qобъем жидкости, подаваемый насосом в единицу времени.

Мощность насоса Nмощность, потребляемая насосом, необходимая для создания требуемого напора и преодоления всех видов потерь энергии в насосе.

Мощность насоса определяется по формуле N=N_П/, (2)

где N_Пполезная мощность насоса;

  коэффициент полезного действия насоса.

Полезная мощность насоса N_Пмощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости, определяется по формуле:

N_П =gHQ .(3)

Коэффициент полезного действия насоса отношение полезной мощности к мощности насоса:(4)

=_о_г_м , (5)

где _ообъемный КПД, учитывающий потери мощности в насосе изза внутренних утечек, перетекания жидкости через зазоры из полости с высоким давлением в полость с низким давлением;

_ггидравлический КПД, учитывающий потери мощности на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе;

_ммеханический КПД, учитывающий потери мощности в подшипниках, уплотнениях и трение наружной поверхности рабочего колеса о жидкость.

Вакуумметрическая высота всасывания H_вакразность абсолютных давлений окружающей средыР_АТи на входе в насос P_вх, выраженная высотой столба жидкости. При наличии показаний приборов определяется по формуле:

, (6)

где V_всредняя скорость жидкости на входе в насос.

При определении высоты установки насоса относительно уровня жидкости в питающем резервуаре необходимо знать допустимую вакуумметрическую высоту всасывания H_{вак.доп}, которая обеспечивает устойчивую работу насоса. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания для нормального атмосферного давления 0,1 МПа и температуры перекачиваемой жидкости 20⁰С приводится в паспорте насоса.

При определении высоты установки насоса чаще используется кавита ционный запас.

Кавитационный запас hпревышение полного напора жидкости во всасывающем патрубке над давлением насыщенных паров этой жидкости. Определяется по формуле:

, (7)

где P_ВХабсолютное давление жидкости на входе в насос;

P_НП давление насыщенных паров жидкости. Приводится в приложении.

При наличии показаний приборов кавитационный запас определяется по формуле:

, (8)

где Р_АТ давление над свободной поверхностью жидкости, в открытых резервуарах равно атмосферному;

h₁расстояние по вертикали от точки присоединения вакуумметра до центра манометра.

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков заполненных газом или паром. Кавитация возникает при понижении давления, в результате чего жидкость закипает или из нее выделяется растворенный газ. В большинстве случаев выделение газа не играет существенной роли. В потоке жидкости падение давления обычно происходит в области повышенных скоростей. При движении жидкости в области повышенного давления происходит конденсация паров в пузырьке, его захлопывание, при котором частицы жидкости движутся внутрь пузырька и сталкиваются друг с другом. Это приводит к мгновенному местному повышению давления, достигающему тысяч атмосфер. Имеет место эрозионное разрушение стенок каналов. В лопастных насосах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и возникает на лопатке рабочего колеса вблизи ее входной кромки. Давление здесь значительно ниже, чем давление во входном патрубке насоса, изза местного возрастания скорости и гидравлических потерь в подводе.

Режим, при котором начинается падение напора и мощности, называют первым критическим режимом. Ему соответствует первый критический кавитационный запас . Режим, при котором происходит резкое падение напора и мощности, полный срыв работы насоса называют вторым критическим режимом. Ему соответствует второй критический кавитационный запас.

Допустимый кавитационный запас приводится в паспорте машины. Он на (1030)% больше критического.