Характеристика центробежных насосов

Выбор насосов

Изготовленные на заводе насосы подвергают стендовым ис­пытаниям, в задачу которых входит определение зависимости напора, потребляемой мощности и КПД насоса от его подачи. Эти зависимости, представленные графиками ,  и , называют рабочими характеристиками насосов (см. рис. 82, а).

Испытания центробежных насосов осуществляют следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорной трубе, получают при постоянной частоте вращения различные подачи  и соответствующие им напоры . Подачу насоса оп­ределяют при помощи мерного резервуара, водослива или рас­ходомера.

Полный напор насоса  устанавливается как сумма показа­ний манометра, вакуумметра и расстояния по вертикали между приборами . Кроме напора и расхода, в про­цессе испытаний измеряют потребляемую насосом мощность. Если насос приводится в движение электродвигателем перемен­ного тока, потребляемая мощность устанавливается по показа­ниям электроизмерительных приборов и частоте вращения на­соса, определяемой тахометром.

Вначале по данным испытаний строят кривую , на­зываемую главной рабочей характеристикой насоса. Затем, вы­числяя по нижеприведенным формулам значения  и , наносят на график кривые  и .

Мощность, потребляемую насосом,

 

.                                (298)

 

где		- сила тока, ;
		- напряжение, ;
		- КПД электродвигателя.

 

Потребляемую мощность насоса устанавливают по зависимости (247).

Как видно из рис. 82, а, кривая имеет максимум в точке а. Соответствующие этой точке значения расхода и напора являются оптимальными параметрами работы насоса. При работе насоса на холостом ходу  потребляемая насо­сом мощность  составляет около  мощности насоса.

Отрезок 1-2 на кривой  называют восходящей ветвью. В пределах восходящей ветви кривой  насос работает неустойчиво, с сильным шумом и большими гидравли­ческими сопротивлениями. Поэтому восходящая ветвь должна быть как можно меньшей, а работа насоса должна проходить при режимах, расположенных на графике вправо от точки 2.

Для обеспечения легкого пуска насоса необходимо, чтобы напор при закрытой задвижке и работе насоса на холостом ходу  был больше напора, соответствующего максимальному  и , т.е. .

Графические характеристики насоса делятся на пологие, крутые и непрерывно снижающиеся. Крутизну графической характеристики  определяют в процентах:

 

.                                (299)

 

Если полóгая графическая характеристика имеет крутизну в пределах , то у насосов происходят значительные ко­лебания расходов при сравнительно небольших изменениях на­пора. В этом случае Г. Ф. Проскура рекомендует иметь восемь рабочих лопаток.

Если крутизна графической характеристики находится в пре­делах , то насосы целесообразно применять там, где требуется обеспечить почти постоянный расход жидкости при колебании напора в значительных пределах. Здесь число лопа­ток должно быть три-пять.

 

a

       

б                                                        в

 

Рис. 82. Рабочие характеристики насоса

 

 

Непрерывно снижающаяся графическая характеристика не имеет максимума и может быть как крутой, так и пологой. На­сосы с непрерывно снижающейся характеристикой работают устойчиво во всех точках кривой.

При исследовании работы насоса, помимо его рабочих ха­рактеристик, нужно иметь характеристику трубопровода, показы­вающую связь между расходом  и полным напором . Напор, создаваемый насосом, равен геометрической высоте , на ко­торую необходимо поднять жидкость, гидравлическим потерям во всасывающей и нагнетательной трубах и требуемому свободному напору:

 

.                                (300)

 

где  - свободный напор.

Обозначив постоянную величину для данной насосной уста­новки  через  и зная, что потери напора во всасываю­щей и нагнетательной трубах определяются по зависимостям:

 

.                                (301)

 

и

 

.                            (302)

 

Тогда

 

,

 

. (303)

 

Так как выражение, представленное в квадратных скобках, является для данной насосной установки постоянной величиной, кривая зависимости напора от расхода будет представлена па­раболой с вершиной на расстоянии  от начала координат (см. рис. 82,б). Эту кривую называют характеристикой трубопро­вода.

Таким образом, совместная работа насоса и трубопровода характеризуется двумя кривыми : одной для насоса и другой для трубопровода. Для исследования совместной работы насоса и насосной установки наложим эти две кривые в одина­ковом масштабе друг на друга (см. рис. 82, в). Точку пересече­ния кривых А называют рабочей точкой насосной 'установки.

Подача насоса , соответствующая точке А, является пре­дельно возможной для данного трубопровода, так как при  напор, создаваемый насосом, будет уменьшаться, а на­пор со стороны сети будет увеличиваться.

Прикрытие задвижки на напорном трубопроводе будет вы­зывать увеличение напора. Точка А при этом будет переме­щаться влево по характеристике насоса, что в свою очередь вызовет уменьшение подачи. При перемещении, например, точки А в положение 1 подача насоса уменьшится до , а на­пор возрастет до величины, характеризуемой отрезком 1-3, причем часть этого отрезка 2-3 будет затрачиваться на подъем жидкости на геометрическую высоту и преодоление сопротивле­ния трубопровода, а другая часть, 1-2, израсходуется на пре­одоление дополнительного сопротивления прикрытой задвижки.

Прикрывать задвижку можно только до тех пор, пока точка А не достигнет положения, соответствующего максималь­ной ординате кривой . Дальнейшее перемещение точки А влево от точки 4 нежелательно, так как это может привести к неустойчивой работе насоса.

С энергетической точки зрения изменять подачу наиболее рационально путем регулирования частоты вращения рабочего колеса, однако ввиду сложности такое регулирование приме­няют редко.

При выборе насоса необходимо прежде всего учитывать ре­жим его работы. Как указывалось ранее, насосы с пологими характеристиками целесообразно применять в тех случаях, когда требуемая подача колеблется в широких пределах, при этом напор должен оставаться почти постоянным; для условий переменного напора при мало изменяющемся расходе нужно применять насос с крутой характеристикой.

Зная требуемую подачу насоса  и напор  и ориентируясь на стандартные частоты вращения электродвигателей (; ;  и ), по формуле (292) следует подсчитать коэф­фициент быстроходности, а по каталогу подобрать нужный на­сос. Если насос имеет определенный коэффициент быстроходно­сти, частоту вращения электродвигателя для требуемых подачи и напора можно определить по формуле

 

.                                    (304)

 

Для выбора насоса с нужными основными параметрами и наиболее экономичным режимом необходимо построить так на­зываемую универсальную характеристику (рис. 83), представ­ляющую совокупность основных рабочих характеристик , , , , построенных для разных частот вращения рабочего колеса. Универсальную характеристику выполняют на основании опыт­ных данных путем графической обработки основных рабочих ха­рактеристик.

Универсальная характеристика устанавливает связь между основными рабочими параметрами насоса. При ее помощи, зная заданные расход и напор, можно легко найти частоту вращения насоса, а также выбрать наиболее экономичный режим насоса при заданных параметрах.

 

 

Рис. 83. Универсальная характеристика насоса

 

Например, если заданы  и  и необходимо определить частоту вращения , то через точки заданного  проводят горизонтальную прямую до пересечения с вертикальной прямой, проведенной через точку заданного . Пересечение этих прямых даст точку на кривой  и искомую частоту вращения. Пусть ; ; тогда .

При подборе насоса необходимо стремиться к тому чтобы:

- высота всасывания не превышала предела, установленного для данной конструкции насоса;

- напор насоса при закрытой задвижке был больше геометри­ческой высоты подъема жидкости ;

- требуемый диапазон изменения напора и подачи насоса ле­жал в области между точкой, соответствующей наибольшему напору, и точкой пересечения характеристики трубопровода и насоса;

- работа насоса проходила при значениях КПД близких к максимальным (в пределах максимального КПД).