18. Способы получения характеристик насосов

При расчете режима насоса, как правило, пользуются опытными характеристиками, которые получают при испытании насосов.

При проведении опытных испытаний осуществляют измерения:

• подачи насоса;

• напора насоса на входе и выходе из него;

• потребляемой мощности насоса;

• вакуумметрической высоты всасывания насоса.

По результатам измерений вычисляют:

• напор, приведенный к оси насоса;

• полезную мощность при постоянной частоте вращения;

• КПД при постоянной частоте вращения.

Полученные значения напора, мощности, КПД и допустимого кавитационного запаса для ряда значений подачи представляют в виде системы точек в координатах: H, N, , h_ДОП и Q .

Соединяя соответствующие точки плавными линиями, получают графически выраженные зависимости рассматриваемых параметров от подачи насоса при постоянной частоте вращения для данного диаметра рабочего колеса.

Полученные кривые: , , , называются энергетическими характеристиками центробежного насоса и вписываются в паспорт насоса.

Рабочие характеристики центробежного насоса представлены на рисунке:

Максимальному значению КПД соответствует подача и напор (расчетные параметры).

Точка Р характеристики , отвечающая максимальному значению КПД, называется оптимальной режимной точкой.

Характеристика показывает, что с уменьшением подачи напор возрастает и при подаче, равной нулю, т. е. при закрытой задвижке на напорном трубопроводе, достигает максимального значения. Данная характеристика называется стабильной (характеристика, не имеющая возрастающей ветви).

Режим работы насоса, имеющего стабильную рабочую характеристику , протекает устойчиво во всех точках кривой.

Характеристика насоса, в соответствии с которой, напор возрастает при начальном увеличении подачи, а затем падает, называется восходящей.

Восходящая характеристика представлена на рисунке:

Графическая характеристика имеет восходящую ветвь от до .

Напору соответствуют две подачи и . Изменение подачи насоса наступает внезапно, сопровождается сильным шумом и гидравлическими ударами.

Работа насоса в пределах подачи от нуля до называется областью неустойчивой работы.

Форма характеристики зависит от коэффициента быстроходности насоса . Чем больше коэффициент быстроходности, тем круче кривая .

Насосы со стабильными пологими характеристиками целесообразно применять в системах, где при постоянном напоре требуется регулирование подачи в широких пределах.

Насосы со стабильными крутопадающими характеристиками целесообразно применять в системах со значительными колебаниями напора при необходимости сохранения по возможности постоянной подачи.

Насосы с восходящими характеристиками рекомендуется применять в системах, где подача не снижается до (до подачи, соответствующей напору при закрытой задвижке).

19. Изменение характеристик насосов при изменении частоты вращения рабочего колеса

При необходимости пересчета паспортных характеристик, установленных при частоте вращения на другую частоту вращения рабочего колеса при , то можно воспользоваться следующими выражениями, полученные из закона подобия центробежных насосов:

; (19-1)

; (19-2)

. (19-3)

Приведенные выше выражения называются законом пропорциональности.

;

;

.

Высота всасывания насоса при работе его с частотой вращения определяется по уравнению:

,

где и - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания при частотах вращения и .

Установленный закон пропорциональности позволяет по одной опытной характеристике построить ряд характеристик насоса в широком диапазоне изменения частоты вращения.

Необходимо отметить, что режим работы насоса с пониженной частотой вращения допускается всегда, но повышение частоты вращения больше чем на 10 – 15 % должно быть согласовано с заводом-изготовителем.

Исключая из уравнений (19-1) и (19-2) частоту вращения, получим:

и ,

откуда: , откуда: .

Таким образом, получено уравнение параболы с вершиной в начале координат, проходящей через точку А, принадлежащую кривой и имеющую координаты и .

Парабола ОА_i – A₂ – A₁ – A представляет собой геометрическое место точек, определяющих режимы насоса, подобных режиму в точке А, и называется параболой подобных режимов.

Пересчет координат точки А по закону пропорциональности для любой другой частоты вращения приведет к точкам на параболе подобных режимов.

Пересчет всякой другой точки В, С, … характеристики построенной при частоте вращения на частоту , , … даст точки , , … ; , , … и так далее, которые расположатся соответственно на параболах ; .

Соединяя точки плавной кривой, получаем характеристику насоса для частоты вращения .

Для характеристик … построения будут аналогичными.

Теоретически параболы подобных режимов являются линиями постоянного КПД.

В действительности насос не сохраняет постоянство КПД. Это связано с тем, что при изменении частоты вращения в разной степени и с разной интенсивностью проявляются потери мощности насоса (механические, объемные, гидравлические).

Отмечая на полученных характеристиках , … точки с равными значениями КПД и соединяя их плавными кривыми, получаем так называемую универсальную характеристику.

Из которой видно, что максимальное значение КПД обеспечивают двигатели с частотой вращения 1450 мин^-1.

20. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Требования потребителей по подаче и напору чрезвычайно разнообразны, поэтому экономически нецелесообразно изготовлять насосы для каждого расчетного случая.

Для увеличения области применения насоса в практике проектирования и эксплуатации насосных станций применяют срезку рабочего колеса насоса, т. е. уменьшают диаметр рабочего колеса по внешнему обводу , сохраняя .

Подачу и напор насоса, имеющего срезанное рабочее колесо диаметром , можно определить по уравнениям закона подобия центробежных насосов:

; ; ,

зная подачу и напор насоса при номинальном (не срезанном) рабочем колесе диаметром .

Из закона подобия при условии, что частота вращения и ширина колеса , получим:

, (20.1)

. (20.1)

Экспериментальная проверка полученных равенств показывает, что для центробежных насосов, имеющих коэффициент быстроходности , лучшее соответствие расчетных величин и опытным данным получается при расчете величины срезки колеса по формулам:

, (20.2)

, (20.2)

откуда: , .

Для исследования положения режимных точек работы насоса при срезке рабочего колеса насоса рассмотрим уравнения (20.1).

Из уравнений следует, что:

, ,

Откуда: , или .

Выражая отношение коэффициентов через: , получим:

.

Следовательно, перемещение режимных точек в координатах при уменьшении диаметра рабочего колеса насоса происходит по прямым линиям (I), проходящим через начало координат. Таким образом точка 1 с параметрами и перемещается в положение 2 с параметрами и .

Проведем аналогичные исследования равенств (20.2):

.

.

Откуда: , или

Выражая отношение коэффициентов через: , получим:

.

Таким образом, при расчете срезки рабочего колеса по уравнениям (20.2) режимные точки перемещаются по квадратичным параболам (II) с вершинами в начале координат, т. е. точка 1 при срезке колеса перемещается в положение 3.

Изменение КПД насоса можно рассчитать по формуле Муди:

.

Экспериментальное исследование показывает, что при срезке колеса КПД изменяется незначительно в зависимости от коэффициента быстроходности.

С достаточной степенью точности можно принять, что КПД насоса уменьшается на 1% на каждые 10% срезки колеса с коэффициентом быстроходности и на 1% на каждые 4% срезки при .

В зависимости от коэффициента быстроходности рекомендуются следующие пределы срезки колес:

. . . . . . 20 – 15%

. . . . . 15 – 11%

. . . . . 11 – 7 %

Оптимальный КПД насоса соответствует его расчетным подаче и напору , поэтому насос следует подбирать таким образом, чтобы рабочая подача соответствовала максимальному или близкому к максимальному значению КПД. Желательно, чтобы отклонения КПД насоса, выбранного для заданного режима работы, составляли не более 5 – 10% от максимального КПД.

Пространство, заключенное между характеристиками при номинальном размере колеса и при максимально допустимой срезке колеса (линия б) и извилистыми линиями, соответствующими подачам в пределах рекомендуемых отклонений КПД, называется полем насоса – рекомендуемой областью применения насоса.

В каталогах-справочниках приводятся сводные графики полей насосов. По этим графикам удобно подбирать насос на заданный режим работы.

Сводный график полей насосов типа К приведен на рисунке: