Практическая работа №4 Тема: Определение рабочих параметров центробежного насоса

Цели работы:

формирование умения определять теоретический и действительный напор центробежного насоса, величину обточки рабочих колес;

закрепление знаний о теоретических основах работы центробежных насосов.

Общие сведения

Основными параметрами насоса являются: подача, напор, высота всасывания, потребляемая мощность и коэффициент полезного действия (КПД). Параметры насоса указываются при работе его на воде.

Под подачей насоса понимают объем перекачиваемой жидко­сти, проходящий через напорный патрубок насоса в единицу времени. Подача выражается в л/с, м³/ч, может быть также выражена в л/мин, м³/с. В нефтяной промышленности подачу погружных насосов для добычи нефти обычно выражают в м³/сут.

Напором насоса называют разность полной удельной энер­гии на выходе и входе в насос, выраженную в м.

Потребляемую насосом мощность выражают в кВт.

В центробежном насосе подводимая к рабочему колесу жидкость имеет определенное направление (вдоль оси вала) и определенную скорость v₀ (рис. 4.1). При входе в колесо струя начинает отклоняться в радиальном направлении, а скорость изменяться до v₁. Продол­жая движение по рабочим каналам колеса, жидкость будет увели­чивать скорость и при выходе дойдет до величины v₂.

Частицы жидкости, проходя по каналам рабочего колеса, будут совершать сложное движение, так как наряду с вращением вместе с колесом с окружной скоростью и они будут перемещаться вдоль лопасти колеса с какой-то относительной скоростью w. Абсолютная скорость с движения жидкости в любой точке канала колеса опре­делится как геометрическая сумма скоростей и и w. Чтобы при входе жидкости на лопасти рабочего колеса не про­исходило удара и отрыва струи, угол β₁ (см. рис. 4.1) должен быть минимальным с тем, чтобы вектор относительной скорости w по воз­можности сближался с касательной к входной части лопасти.

Рисунок 3.1 Графическое изображение скоростей движения жидкости

В рабочем колесе

Теоретический напор рабочего колеса при бесконечно большом количестве лопастей согласно уравнению Эйлера определится по формуле

Н_т= , м (4.1)

где g — ускорение силы тяжести в м/с² (g = 9,81);

u₂ и c₂, u₁ и c₁ — окружная и абсолютная скорости движения частицы жидкости в м/с соответственно на входе в канал рабочего колеса и на выходе из него.

Обычно в центробежных насосах жидкость входит в каналы рабочего колеса радиально, т. е. при угле α = 90°. При этом cos α = 0 и выражение теоретического напора рабочего колеса примет вид:

Н_т = , м. (4.2)

Окружная спорость u₂ на внешней окружности колеса равна

u₂= , м/с (4.3)

где D₂ — диаметр рабочего колеса;

n — скорость вращения в об/мин.

Действительный напор насоса H, создаваемый рабочим колесом, будет всегда меньше теоретического: во-первых потому, что число лопастей в колесе не может быть бесконечным, а во-вторых потому, что и внутри самого колеса имеются гидравлические сопротивления, на преодоление которых тратится часть напора h.

Понижение напора по первой причине учитывается введением в формулу (3.2) поправочного коэффициента k на конечное число лопастей (k<1), а понижение напора по второй причине — введе­нием в формулу гидравлического КПД - η_г.

Напор, развиваемый одним колесом центробежного насоса, пропорционален квадрату числа оборотов насоса и квадрату внешнего диаметра колеса

Н=kn² , (4.4)

где n – число оборотов насоса в минуту,

D₂ – внешний диаметр рабочего колеса, м;

K – коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров рабочего колеса, качества изготовления насоса и величины угла выхода лопатки на внешнюю окружность колеса; для ориентировочных расчетов рекомендуется брать для насосов без направляющего аппарата k = (1.1 – 1,3)*10^-4, а для насосов с направляющим аппаратом k = (1,1 – 1,4)*10^-4.

Задание

Пользуясь данными таблицы 4.1, решить задачи 1, 2.

Задача 1

Найти величину теоретического напора, который может развить колесо центробежного насоса с радиально оканчивающимися лопатками (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 Схема расположения векторов скоростей к задаче 1

Задача 2

Какой напор можно ожидать от центробежного насоса c количеством рабочих колес равным i, при числе оборотов в минуту n, и диаметре рабочего колеса D₂.

Пример выполнения задач:

Исходные данные:

- диаметр рабочего колеса D₂ = 250 мм,

- число оборотов колеса в минуту n = 1450,

- гидравлический КПД η_г = 0,85,

- число рабочих колес i = 5

Для определения теоретического напора Н_т при безударном входе воды в колесо необходимо найти величину окружной u₂ скорости на выходе из колеса

u₂ = = = 18,97 м/с.

Из рис. 3.2 видно, что тангенциальная составляющая абсолютной скорости

c₂ cosα₂ = U_2.

Тогда теоретический напор:

Н_т = = = 31,11 м.

Пользуясь формулой (4.4), можно определить напор, развиваемый одним колесом

Н = k n² = 1,3*10^-4*1450²*0,25² = 17,08 м.

Общий напор, развиваемый центробежным насосом

Н_общ = i Н = 5*17,08 = 85,41 м.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение основным параметрам центробежного насоса.

2. В чем измеряются подача, напор, мощность насоса?

3. От чего зависит теоретический напор центробежного насоса?

4. Почему действительный напор центробежного насоса всегда меньше теоретического?

5. Охарактеризуйте движение жидкости в канале рабочего колеса. Дайте схему.

6. Дайте формулу для определения действительного напора при радиальном входе жидкости в каналы рабочего колеса.

7. Как определить предполагаемый напор, создаваемый насосом с последовательным расположением колес?

8. Для чего применяется последовательное расположение рабочих колес на валу насоса?

Таблица 4.1

Исход-ные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Диаметр рабоче-го колеса D2, мм	255	250	380	350	210	240	270	300	330	360	390	420	450	150	140
Число оборо-тов колеса n, об/мин	1450	960	720	1450	970	960	1450	720	1450	2950	720	1450	960	2950	960
Гидрав-личес-кий КПД ηг	0,83	0,82	0,86	0,85	0,80	0,79	0,81	0,82	0,86	0,85	0,83	0,82	0,86	0,84	0,85
Число рабочих колес i	6	5	8	6	4	5	5	12	5	8	6	5	6	5	12