Лабораторная работа № 6

Параметрические испытания центробежного насоса

 

Вводная часть

Параметрические испытания проводятся с целью определения технических показателей (параметров) и характеристик насосов.

Работа насоса характеризуется следующими основными техническими показателями: подачей, напором, мощностью, коэффициентом полезного действия, частотой вращения и допускаемым кавитационным запасом.

1Подача насоса Q – объем жидкости, перекачиваемый насосом в единицу времени (м³/с, л/с, м³/ч).

Массовая подача насоса G – масса жидкости, перекачиваемая насосом в единицу времени (кг/с, кг/ч). Массовая подача связана с объемной зависимостью G = r Q.

Идеальная (теоретическая) подача насоса Q_т – сумма подачи насоса Q и объемных потерь D Q

. (30)

Объемные потери возникают в результате перетекания (утечек) жидкости под действием перепада давления из напорной полости во всасывающую и изменяются при прочих равных условиях практически прямо пропорционально перепаду давления, т. е. D Q = a p.

Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса, скорости движения рабочих органов и гидравлического сопротивления сети, на которую работает насос.

2 Напор насоса H – приращение полной удельной энергии жидкости, проходящей через насос (м). Для работающего насоса напор можно определить по показаниям манометра и вакуумметра

(31)

где p_м, р_в [*]– показания манометра и вакуумметра, расположенных со ответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса, Па;

z_м – превышение оси вращения стрелки манометра над точкой подключения вакуумметра, м;

V_М, V_в – средние скорости движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводах, м/с.

3 Мощность насоса N – мощность, потребляемая насосом.

(32)

где М – крутящий момент на валу;

w – угловая скорость вала насоса.

Полезная мощность N_n – мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости и определяемая зависимостью

(33)

Мощность насоса больше полезной мощности на величину потерь энергии.

КПД насоса h– отношение полезной мощности и мощности насоса:

(34)

КПД насоса учитывает все виды потерь энергии, связанные с передачей её перекачиваемой жидкости. Потери энергии в насосе складываются из механических, гидравлических и объемных.

Механические потери – потери на трение в подшипниках, сальниках, поршня о стенки цилиндра и т. п.

Гидравлические потери – потери, связанные с преодолением гидравлических сопротивлений в рабочих органах насоса.

Объемные потери – потери, обусловленные утечкой жидкости из напорной полости насоса во всасывающую через зазоры. В связи с этим следует различать механический, гидравлический и объемный КПД.

Механический КПД насоса h _м – величина, выражающая относительную долю механических потерь энергии в насосе

(35)

где DN _м– мощность механических потерь;

N_Т – мощность насоса за вычетом мощности механических потерь (теоретическая мощность).

Гидравлический КПД насоса – отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затрачен­ной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе

(36)

где DN_Г – мощность, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе;

 

D p_Г, D H_Г – потери давления или напора на преодоление гидравлических сопротивлении в рабочих органах насоса.

Объемный КПД насоса h_о– отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками

(37)

где D N_У – мощность, потерянная с утечками.

Связь КПД насоса с другими частными КПД можно представить в виде:

(38)

5 Допускаемый кавитационный запас D h _доп– кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения основных технических показателей (без кавитации).

Для правильной эксплуатации насосов и их подбора необходимо знать, как изменяются основные технические показатели насоса (Н, N, h, D h _доп) при изменении его подачи Q, т. е. знать его характеристику.

Характеристика центробежного насоса – графическая зависимость напора Н, мощности N, КПД h и допускаемого кавитационного запаса Dh _доп (или допускаемого вакуума ) от подачи Q при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос. Она включает три характеристики: напорную – H= f (Q), энергетическую (две кривых) – N = f (Q); h = f (Q) и кавитационную – D h _доп = f (Q). Характеристики получают в результате параметрических испытаний на­сосов на заводах-изготовителях и помещают в каталогах. На рисунке 16 приведены характеристики насоса К 90/85 (4К-6) при n = 2900 об/мин для диаметра рабочего колеса Д ₂= 272 мм и обточенного Д₂ =250 мм, для последнего кривые показаны пунктиром.

На напорных характеристиках волнистыми линиями показана рекомендуемая область применения насоса по подаче и напору (поле насоса Q – Н), получаемая изменением частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внешнему диаметру. В пределах поля насоса КПД имеет максимальное значение или меньше его не более чем на 10 %.

Параметрические испытания насосов проводятся в соответствии с ГОСТ 6134 – 71 «Насосы динамические. Методы испытаний».

Цель работы

1 Изучить работу насосной установки с центробежным насосом.

2 Освоить методику параметрических испытаний центробежного насоса.

3 Получить характеристику центробежного насоса.

 

 

Рисунок 16 – Характеристика насоса К 8/18 при частоте вращения 48с^-1

(2900 об/мин); жидкость – вода r=1000 кг/м³

 

Описание установки

Для испытания насосов используются установки с открытой или закрытой циркуляцией жидкости. На рисунке 17 приведена лабораторная установка открытого типа. Она состоит из центробежного насоса 1 с электродвигателем 11, всасывающего трубопровода 3 с обратным клапаном 2, напорного трубопровода 7 с задвижкой 8, напорного резервуара 4 и контрольно-измерительной аппаратуры 5, 6 и 9 – 14.

 

 

Рисунок 17 – Схема лабораторной установки

 

Контрольно-измерительная аппаратура служит для замера подачи (диафрагма 5 и ртутный дифференциальный манометр 6), давления на выходе из насоса (манометр 10), вакуума на входе в насос (вакуумметр 9), крутящего момента на валу насоса (балансирный электродвигатель 11 с рычагом 14 и весами 13) и частоты вращения вала электродвигателя (тахометр 12).

Для заливки водой насоса и всасывающего трубопровода последний соединяется с вакуумным насосом, который создает необходимый вакуум во всасывающем трубопроводе 3 перед пуском насоса. Под разностью давлений на свободной поверхности поды в приемном резервуаре и во всасывающем трубопроводе 3 открывается клапан 2 и вода заполняет трубопровод и насос.