Работа 2. 1. Параметрические испытания центробежного насоса

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.

1. Подача 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 = rQ.

Идеальная (теоретическая) подача насоса Q_т- сумма подачи насоса Q и объемных потерь DQ

 

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. DQ = 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

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, v_в- cредние скорости движения жидкости в напорном и всасываю-щем трубопроводах, м/с.

3. Мощность насоса N- мощность, потребляемая насосом.

где М _, w- крутящий момент на валу и угловая скорость вала на­соса.              Полезная мощность N_n- мощность, сообщаемая насосом перекачиваемой жидкости и определяемая зависимостью

Мощность насоса больше полезной мощности на величину по­терь энергии.

4.
КПД насоса h- отношение полезной мощности и мощности насоса

 

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.

____________________________

* Знак «минус» перед p_в ставится в том случае, когда на входе в насос из­быточное давление, т. е. насос работает в подпоре.

Гидравлические потери- потери, связанные с преодолением гидравли-ческих сопротивлений в рабочих органах насоса.

  Объемные потери-  потери, обусловленные утечкой жидкости из на-порной 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

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

 

где DN_Г- мощность, затраченная на преодоление гидравлических

сопротивлений в насосе;

Dp_Г, DH_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

 

где DN_У- мощность, потерянная с утечками.

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

5. Допускаемый кавитационный запас Dh_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, Dh_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

         Рис. 2.1 Характеристика насоса К90/85 (4К-6).

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- Dh_доп= f(Q). Харак­теристики получают в результате параметрических испытаний на­сосов на заводах-изготовителях и помещают в каталогах. На рис 2.1 приведены характеристики насоса К 90/85 (4К-6) при п= 2900 об/мин для диаметра рабочего колеса Д₂=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.                                                                                                                        Описание установки. Для испы­тания насосов используются ус­тановки с открытой или закрытой циркуляцией жидкости. На рис. 2.2 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.  

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 (тахометр12).

Рис. 2.2. Схема лабораторной установки.

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.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных: 1. При закрытой задвижке 8 залить водой всасывающий трубопровод 3 и насос 1, а затем включить насос.

2. При режиме работы насоса, когда (Q=0) снять показания диф­ференциального манометра 6, вакуумметра 9, манометра 10, весов 13 и тахометра 12.

3. Создать не менее восьми различных режимов работы насоса с помощью задвижки 8, обеспечивая различную подачу вплоть до Q_max. При каждом режиме снимать показания приборов, перечис­ленных в п. 2. Результаты замеров записать в табл. 2.1.

4. Вычислить параметры, необходимые для построения напорной и энергетической характеристик.

Подачу насоса Q- по формуле

где С- постоянная диафрагмы ;

h-перепад давлений по дифманометру 6, мм. рт. ст.

  Напор насоса Н^оп- по формуле (2.5), в которой средние ско­рости          движения жидкости в напорном и всасывающем трубопро­водах равны:

                                    

Здесь Q_оп- подача насоса, м³/с;

         d_н, d_в,- диаметры напорного и всасывающего трубопроводов, м. Мощность насоса N_оп - по формуле:

где М- крутящий момент на валу насоса, Н. м;                                          w- угловая скорость вала насоса, рад/с;                                                 F- показания весов, н;

     F₀- показания весов при отключенном насосе, н;                L- длина рычага, м;                                                    n_оп- частота вращения вала насоса, об/мин.

Поскольку при каждом режиме работы частота n_оп может от­личаться от номинальной n_н, подачу Q_оп, напор Н_оп и мощность N_оп необходимо привести к величине n_н по формулам подобия:

 

Если n_оп = n_н, то Q = Q_оп ; H = H_оп ; N = N_оп.     

Полезную мощность и КПД насоса вычислить по формулам (2.4) и (2.5).                                                                                              

Результаты вычислений записать в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Измеряемые параметры

Рассчитываемые параметры

pм, Па

pв, Па

h,  мм.  рт.  ст

F, H

nоn, об/мин

Hоn, М

Nоn, квт

Nn, квт

Qоn, Л/С

H, м

N,  квт

Q, л/с

h

5. По данным табл. 2.1 построить графические зависимости H = f(Q), N = f(Q); h = f(Q).

Основные контрольные вопросы

1. Назовите технические показатели насоса.

2. Что такое подача насоса, идеальная подача и как она оп­ределяется при испытаниях?

3. Что такое напор насоса и как его определить по показани­ям приборов?

4. Что такое мощность насоса и полезная мощность?

5. Что такое КПД насоса? Какие потери учитывает КПД на­соса и его связь с другими КПД?

6. Что называется характеристикой насоса?

7. Что называется полем насоса Q - Н и связь его с КПД на­соса?

8. Показания каких приборов необходимо знать для опреде­ления мощности насоса и полезной мощности?

9. Как изменяются подача, напор и мощность насоса при из­менении частоты вращения рабочего колеса?

Литература к работе 2.1: 8, 20, 26, 41, 44, 58.