4.2. Коэффициент быстроходности нагнетателя

Для оценки конструктивной формы нагнетателей можно применять понятие коэффициента быстроходности (удельной частоты вращения) п', представляющего собой частоту вращения вала нагнетателя, геометрически подобного данному, но имеющему подачу V'= 1 м³/c, удельную работу L'= gH'= 1 Дж/кг и развивающему напор Н'= 0,102 м в режиме максимального КПД.

Численные значения удельной частоты вращения для подобных нагнетателей одинаковы, и поэтому n’ является характеристическим коэффициентом для геометрических подобных нагнетателей, выпускаемых заводом.

В практике насосостроения употребляется до настоящего времени понятие коэффициента быстроходности n_s как размерной величины, отнесенной к единичным величинам Н'= 1 м и N'= 1 л.с. = 0,736 кВт.

При этом из условий подобия получим

(4.16)

Коэффициенты быстроходности определяются величинами n, V и Н и при заданном значении n в процессе регулирования подачи могут принимать значения от 0 до .

Для характеристики нагнетателя вычисляют его коэффициент быстроходности по значениям n, V, Н, относящимся к режиму с максимальным КПД.

4.3. РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

Каждому нагнетателю свойственны определенные значения его рабочих параметров V, Н, р, N, , зависящих от частоты вращения его вала. При разных режимах работы нагнетателя рабочие параметры его различны.

Общеприняты следующие формы соотношений между рабочими параметрами

H=f(V), N=F(V), =F(V)

Эти соотношения, представленные графически, называются характеристиками нагнетателя.

Основным типом характеристик является напорная H=f(V) при постоянной частоте вращения, получаемая испытанием нагнетателя. В уравнениях характеристик аргументом является подача нагнетателя V. При испытании нагнетателя с целью получения его характеристик при n = const изменение подачи достигается изменением открытия дросселя на напорной трубе.

4.4. Действительные характеристики нагнетателя при постоянной частоте вращения

Существуют теоретические и действительные характеристики нагнетателей. Теоретические характеристики не учитывают потерь.

Действительный напор, развиваемый нагнетателем, меньше теоретического из-за потерь напора в проточной полости и из-за отклонения действительной структуры потока от предположенной при выводе уравнения Эйлера, 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 ₂ и конструкции проточной полости нагнетателя характеристика действительного напора может иметь две типичные формы.

На рис. 4.7 представлены теоретические и действительные характеристики, типичные для _2л > 90°. Особенностью действительной характеристики в этом случае является наличие максимума и, следовательно, неоднозначность зависимости Н = f (V) в пределах напоров от Н_х.х до Н_макс. Нагнетатели с такой характеристикой, работая в интервале подач 0 - V', могут самопроизвольно менять подачу, переходя в неустойчивый режим, называемый помпажем. Это отрицательное свойство нагнетателей с характеристикой такого типа.

Другая форма характеристики, свойственная центробежным нагнетателям с _2л < 90°, представлена на рис. 4.8.

Т акая форма характеристики напора, называемая стабильной, обеспечивает устойчивый режим работы нагнетателя широком диапазоне подач от V = 0 до Vмакс.

Действительная мощность нагнетателя, необходимая для его привода, больше 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, как это показано на рис. 4.9.

Теоретическая мощность при V = 0 (при закрытом дросселе) равна нулю. Действительная мощность при V = 0 называется мощностью холостого хода Nх.х, 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.

К ПД нагнетателя представляется отношением мощности, передаваемой в нем потоку, т.е. полезной мощности, к мощности, затрачиваемой на привод нагнетателя.

Л егко представить форму характеристики КПД при п = const Если дроссель закрыт, то V = 0, но нагнетатель развивает напор Н, расходуя мощность холостого хода. При этом  = 0. При увеличении открытия дросселя напор падает и при Vmax достигает значения Н = 0. В этом режиме нагнетателя  = 0. Но если функция в некотором интервале аргумента имеет два нулевых значения, то в этом интервале имеет максимум. Таким образом, характеристика КПД при n = const имеет форму, показанную на рис. 4.10.

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

Напоры, давления, подачи и мощности, приводимые в справочниках по нагнетателям, относятся, если нет оговорок, к оптимальному режиму нагнетателя.

4.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ

Пересчет характеристик по напору и подаче ведется по формулам:

При пересчете V и Н по формулам пропорциональности КПД нагнетателя полагаются постоянными, поэтому линии являются линиями постоянных КПД.

Если в графике рис. 4.11 построить указанным способом характеристики Н = f(V) для нескольких частот вращения, то получим семейство кривых, связанное условиями подобия, называемое характеристикой напора при переменной частоте вращения.

Пересчет характеристик мощности N=F(V) проводится аналогичным способом.

Если на одном графике построить характеристики Н, N,  динамического нагнетателя для трех различных частот вращения, то такое семейство характеристик, связанное условиями динамического подобия, называют характеристикой при переменной частоте вращения или регулировочной характеристикой.

4.6. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ И УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

Характеристики, рассмотренные ранее строятся в размерных координатных системах и определяют .свойства только одного, данного нагнетателя, т.е. являются индивидуальными.

Существуют способы изображения характеристик в относительных системах координат, такие характеристики называются безразмерными и применимы для целой серии геометрически. подобных нагнетателей. Относительные, безразмерные координаты обозначаются горизонтальной черточкой над буквой, обозначающей рабочий параметр нагнетателя. КПД являются относительными величинами и поэтому чертой не отмечаются.

(4.22)

Величину называют безразмерной подачей или коэффициентом подачи.

(4.23)

Называется безразмерным напором или коэффициентом напора.

Аналогичным путем могут быть установлены безразмерное давление (коэффициент давления)

(4.24)

и безразмерная мощность (коэффициент мощности)

(4.25)

Коэффициент полезного действия является безразмерным параметром

(4.26)

Если на характеристику нагнетателя при n = var нанести точки с одинаковыми КПД и соединить эти точки плавными линиями, то получим универсальную (топографическую) характеристику.

Лекция 5