Действительные характеристики центробежных насосов


Теоретические характеристики насосов, построенные на основании уравнения Эйлера (Рис. 13.8) для идеальной жидкости и рабочего колеса с бесконечным числом лопаток, в практике эксплуатации насосов не применяются. Они позволяют ознакомиться только с сущностью полученных теоретических зависимостей, а для оценки эффективности работы насосной установки применяют действительные характеристики, построенные по данным испытания насоса. Аналитические же способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов, так как трудно учесть воздействие всех факторов, влияющих на работу насоса и которые не поддаются точному теоретическому определению.

В практике изготовляемые заводами насосы проходят испытания на специальных стендах. Испытание насоса проводят при постоянной частоте вращения ().

Регулируя степень открытия задвижки на напорном трубопроводе, получим различные подачи насоса, которые можем измерить одним из известных способов – расходомером Вентури, измерительными диафрагмами, объемным или весовым способами.

При этих значениях подач полный напор определяем как сумму показаний манометра и вакуумметра и расстояния по вертикали между приборами .

Расходуемая мощность (кВт) может быть определена по показаниям электротехнических приборов (амперметра или вольтметра), ,

где  – сила тока, а;

     – напряжение, в;

      – коэффициент полезного действия электродвигателя.

Расходуемую мощность также можно определить и при помощи специального устройства изображенного на рисунке, которое называют мотор-весы.    

Если ротор мотора вращается против часовой стрелки, то статор будет стремиться повернуться в обратную сторону. Этот крутящий момент уравновешивается моментом силы  с плечом , т.е. , где .

Полезную мощность насоса определяют по зависимости (12.8), а коэффициент полезного действия – по зависимости (12.9).

При испытании фиксируют все основные параметры, характеризующие работу насоса, и определяют зависимости напора, потребляемой мощности и КПД насоса от его подачи, замеренной при определенном положении задвижки, т.е. при определенной степени ее открытия.

Эти зависимости представленные графиками ,  и , называют рабочими характеристиками центробежного насоса (Рис. 14.3), причем зависимость  называют главной рабочей характеристикой.

Наиболее оптимальными параметрами работы насоса являются параметры, полученные при максимальном значении коэффициента полезного действия.

Следует отметить, что при закрытой задвижке () насос создает напор  (напор холостого хода), потребляемая  при этом мощность насоса , составляет около 30% нормальной мощности, которая затрачивается на механические потери в подшипниках, сальниках и на нагревание жидкости в насосе. Не рекомендуется допускать продолжительную работу насоса при закрытой задвижке, так как это может привести к температурным деформациям насоса, перегреву подшипников и нарушению работы насоса.

Действительные характеристики насосов используют при подборе центробежного насоса для работы при заданных параметрах. Выбирая насос необходимо стремиться к тому, чтобы в производственных условиях насос работал в оптимальных условиях с учетом возможных отклонений подачи и напора.

Точку «а», на главной рабочей характеристике , соответствующую выбранным или отвечающую действительным условиям работы насоса, называют рабочей точкой. По рабочей точке определяют действительную подачу  и напор , создаваемые насосом. Рабочую точку центробежного насоса необходимо выбирать на нисходящей ветви кривой . Это область устойчивой работы насоса. Восходящий участок характеристики (1 – 2, рис. 14.3), характеризуется неустойчивой работой насоса с резкими колебаниями и даже полным срывом подачи.

Для обеспечения легкого пуска насоса, необходимо чтобы напор холостого хода  был больше напора , соответствующего максимальному КПД, т.е. .

Главные рабочие характеристики , в зависимости от конструктивных особенностей насоса, имеют различный вид:

1. Горбообразная – кривая, характерная для лопаток имеющих угол , у которой максимальный напор  имеет место при (высоконапорные насосы);

2. Крутопадающая – кривая, характерная для лопаток, имеющих угол . Насосы с такой характеристикой предпочтительно использовать в условиях, когда возможны значительные колебания напора без заметного изменения подачи.

3. Пологая характеристика – кривая характерная для лопаток, имеющих угол . Насосы с такой характеристикой применяются при его работе со значительными изменениями подачи, при практически неизменном напоре.

Одна главная рабочая характеристика описывает работу насоса при постоянном выбранном или заданном значении частоты вращения . Для широко распространенных в практике центробежных насосов строят универсальные характеристики (Рис. 14.5).

Универсальная характеристика представляет собой график, на котором приведены кривые напора и мощности  в функции от подачи  при различных частотах вращения рабочего колеса , а также изолинии КПД. Восходящая штриховая линия соответствует максимальному значению КПД (). С помощью универсального графика можно для данной марки насоса установить значения , ,  и  при различной частоте вращения рабочего колеса .

Таким образом, подобные графики позволяют судить о работе насоса при любой подаче для любой практически возможной частоты вращения рабочего колеса.

Например, определим какой напор  создает насос при известной подаче  и частоте вращения рабочего колеса . Для этого через точку, соответствующую заданной подаче , проведем линию перпендикулярную оси абсцисс до пересечения с главной рабочей характеристикой насоса, построенной для заданной частоты вращения . Из полученной таким образом точки пересечения проведем линию параллельную оси абсцисс. Эта линия отсекает на оси ординат искомое значение напора .