Коэффициент быстроходности насосов или удельная частота вращения

Расчет и выбор лопастных машин по их типовым характеристикам применим только в пределах конкретного типа насосов, определяемого соотношением между основными геометрическими параметрами. При переходе от одного конструктивного типа к другому изменяются форма типовой напорной характеристики, величина максимального КПД и соотношение между напором и расходом при номинальных режимах.

Совокупный анализ разнотипных машин возможен только при наличии численного индекса, комплексно характеризующего как конструкции. машины, так и ее эксплуатационные параметры. В качестве такого индекса в теории лопастных машин используется коэффициент быстроходности n_у. Коэффициентом быстроходности турбомашины, называется скорость вращения рабочего колеса модели турбомашины данного типа, соответствующая максимальному КПД при постоянном (эталонном) значении подачи и напора. Для вентиляторов эталонная подача составляет Q_s= 1 м³/с, эталонный напор Н_эт=30 кгс/м², для насосов Q_s=0,075м³/с, Н_s=1 м.

В соответствии с законами пропорциональности

Q n D₁ H n² D₁

----- = ---- (------)³ ; ---- -= ---- (------)²;

Q_s n D₂ H_s n ² D₂

На основе решения двух уравнений

H_s^3\4 Q

n_у = n ------------------------- (3.4).

Q_s H^3\4

Подставив эталонные значения Q_s и H_s, получим коэффициент быстроходности турбомашин:

Q

для вентиляторов n_ув = 12,9 n -------- (3.5).

H^3\4

Q

для насосов n_ув = 3,65 n ------- (3.6).

H^3\4

Коэффициент быстроходности используется при конструировании и экспериментальном исследовании, как безразмерная характеристика, которая не зависит от скорости вращения, диаметра и плотности среды. Она также характеризует тип турбомашины, и под ней понимают скорость вращения модели турбомашины (геометрически подобной действительной машине) с такими размерами, при которых она дает определенную подачу и определенный напор.

Коэффициент быстроходности n_у. имеет строго определенную величину для каждого конструктивного типа лопастных машин, объединяет в себе основные эксплуатационные параметры и поэтому принят в качестве их численного индекса. При изменении конструкции насоса в определенном соотношении с геометрией его проточной части изменяется форма напорной характеристики и величина коэффициента быстроходности. До последнего времени n_у. отражался в марке насоса.

Одним из основных геометрических соотношений, определяющих конструктивный тип лопастного насоса, является отношение внешнего диаметра D₂ рабочего колеса к диаметру D₁ входа в межлопастной канал. В зависимости от указанного отношения и величины коэффициента быстроходности центробежные насосы подразделяются на три типа: тихоходные, нормальные и быстроходные (табл.)

С увеличением n_у. величина _max как правило увеличивается, поэтому быстроходные насосы более экономичны. Это объясняется тем, что межлопастные каналы быстроходных колес короче, следовательно, гидравлические потери меньше. Меньшим напором соответствуют меньшие перепады давления на уплотнителях рабочего колеса.

Снижение перепада давления ведет к снижению утечек. Для дисков с меньшим D₂/ D₁ (h_mp = K³n D₂⁵) потери на дисковое трение будут меньшими. Однако при n_s> 140-200 мин КПД начинает снижаться. В настоящее время в угольной промышленности применяются насосы ЦНС с подачами от 40 до 500 м³/ч, напорами на колесо от 25 до 130 м при частоте вращения 1475-2950 мин^-1. Для насосов n = 1475 мин^-1 n_s= 60-70 мин^-1, а при n = 2950 мин^-1 n_s= 90 100 мин^-1. Удельные частоты вращения современных шахтных центробежных вентиляторов составляют 57 – 84 мин^-1, а осевых 140 – 150 мин^-1.

С изменением коэффициента быстроходности изменяют форму и напорные характеристики. Центробежные насосы развивают максимальный КПД при относительно больших напорах и малых подачах. Увеличение n_у более своего номинального значения, приводит к росту крутизны напорных характеристик, повышению мощности на валу при нулевой подаче и сужению области высоких значений КПД при изменении подачи. У диагональных насосов режим максимального КПД смещается в область больших подач при относительно малых напорах.

Осевые насосы низконапорные машины большой производительности. Мощность N центробежных насосов с увеличением подачи в пределах напорной характеристики повышается, у диагональных остается практически неизменной, а у осевых с ростом подачи мощность понижается. Поэтому пуск осевых насосов с закрытой задвижкой на нагнетании считается недопустимым, так как может привести к значительным перегрузкам двигателей, мощность которых рассчитывается по номинальным режимам с допустимой перегрузкой только в пределах рабочей зоны напорной характеристики. Перед пуском таких насосов сеть опорожняют. Для центробежных и диагональных насосов пуск на закрытую задвижку является предпочтительным.

Напорные характеристики насосов различной быстроходности.