Практическая работа № 5

Тема: Построение рабочей характеристики центробежного насоса

Цели работы:

формирование навыков построения рабочей характеристики центробежного насоса, умения правильно ею пользоваться;

формирование умений производить перерасчет подачи, напора и мощности насосов для разного числа оборотов и измененного диаметра рабочего колеса.

Общие сведения

Характеристика насоса — изображаемая графически функциональная зависимость основных технических показателей (напора, потребляемой мощности, к.п.д., вакуумметрической высоты всасы­вания или допускаемого кавитационного запаса) от подачи и час­тоты вращения вала при постоянной вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос. Если частота вращения вала постоянна, характеристики Н-Q; N-Q; η-Q и ∆h_д-Q называют paбочими (рис. 5.1). Основное назначение характеристики, заключается в правильности выбора режима работы центробежного насоса.

Эти характеристики позволяют определить:

1) подачу насоса при заданном сопротивлении трубопровода — по кривой Н-Q;

2) затраты энергии — по кривой N-Q;

3) экономичность работы насоса — по кривой η-Q;

4) допускаемый кавитационный запас — по кривой ∆h_д.

Рисунок 5.1 Рабочая характеристика центробежного насоса

Приводимые в справочниках (паспортах) значения подачи, напора, мощности и КПД обычно соответствуют оптимальному ре­жиму работы насоса — максимуму кривой η-Q. Зона, в пределах которой рекомендуется эксплуатация насоса, называется рабочей частью характеристики (вблизи максимума КПД).

Особо важное значение имеет график Н-Q, связывающий напор и подачу центробежных насосов. Центробежные насосы имеют "мягкую" характеристику, т.е. подача, развиваемая насосом, зависит от изменения давления в нагнетательной линии.

При эксплуатации центробежных насосов возникает необходимость изменять режим их работы. Это можно производить путем изменения частоты вращения ротора или используя рабочие колеса различных диаметров, которыми комплектуется насос или получаемыми обтачиванием по наружному диаметру. При этом зависимость между основными параметрами будет следующая:

- при изменении частоты вращения

- при изменении диаметра рабочего колеса

- в случае одновременного изменения и частоты вращения ротора и диаметра рабочего колеса, параметры будут определяться следующим образом:

, (5.1)

где и Q₁ и Q₂ – подачи до и после изменения параметров ротора соответственно, Н₁ и Н₂ – напоры до и после изменения параметров ротора соответственно, D₁ и D₂ – диаметры рабочих колес, n₁ и n₂ – прежняя и измененная частота вращения ротора соответственно.

По форме кривой N-Q определяют время запуска насоса, так как с целью предупреждения перегрузки его включают при минимальной мощности. В частности, для осевых и вихревых насосов максимальная потребляемая насосом мощность имеет место при Q = 0 (рис. 5.2). Для центробежных насосов потребляемая насосом мощность возрастает с увеличением подачи насоса, причем для центробежных насосов потребляемая мощность при Q = 0 равняется приблизительно 0,4-0,6 N_опт. Для диагональных (полуосевых) насосов потребляемая мощность достигает максимума при оптимальной величине подачи насоса и с дальнейшим увеличением подачи насоса, уменьшается.

Поэтому центробежные и диагональные насосы, характеризующиеся восходящей кривой N-Q, следует запускать при Q=0 (закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе). В этом случае насос потребляет мощность, затрачиваемую на нагревание жидкости в корпусе насоса. Вихревые и осевые насосы, характеризующиеся нисходящей кривой N-Q, следует запускать при открытой задвижке на нагнетательном трубопроводе.

Для всех типов насосов угол наклона кривой η-Q к оси абсцисс возрастает с увеличением подачи насоса до максимума, а затем уменьшается. Если такая кривая имеет плоскую вершину (незначительное изменение к.п.д. в области максимума), насос можно использовать в широком диапазоне подачи.

Запуск центробежного насоса производится в режиме закрытой задвижки, так как при этом наименьшая мощность, потребляемая насосом, а следовательно и минимальный пусковой ток на обмотке электродвигателя.

Задание

На основе данных таблицы 5.1 построить кривые зависимостей Н-Q; η-Q до и после изменения частоты вращения ротора (n₂ = 960 мин^-1) и диаметра рабочего колеса с D₂₁ =350 мм до D₂₂ =300 мм. Проанализировать изменения характеристики.

Методические указания к решению задачи

Исходные данные:

- первоначальная частота вращения ротора n₁;

- новая частота вращения ротора n₂;

- первоначальный диаметр рабочего колеса D₂₁;

- новый диаметр рабочего колеса D₂₂;

- таблица зависимости напора и КПД насоса от его подачи.

Для построения кривых зависимости напора и КПД от подачи при его первоначальных параметрах необходимо изобразить прямоугольную систему координат, выбрать масштаб, и, пользуясь таблицей зависимости напора и КПД от подачи насоса (в соответствии с заданием по варианту), построить на одном поле два графика: график напора от подачи и график КПД от подачи, определив рабочую часть насоса (см. рис. 5.2, а).

Далее производится пересчет параметров насоса при изменении частоты вращения ротора и диаметра рабочего колеса по выше приведенным формулам (5.1).

По результатам расчетов заполняется таблица зависимости напора и КПД от подачи насоса аналогичная таблице 2 и строится рабочая характеристика насоса после изменения частоты вращения ротора и параметров рабочего колеса (рис. 5.2, б).

Анализ изменения графика зависимости Н—Q заключается в выявлении степени влияния каждого из параметров (n и D₂) на кривую рабочей характеристики насоса.

а)

б)

Рисунок 5.2 Пример выполнения графика:

а – рабочая характеристика насоса до изменения параметров;

б – рабочая характеристика насоса после изменения параметров.

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется напор при изменении подачи центробежного насоса?

2. От чего зависит подача центробежного насоса?

3. От чего зависит напор центробежного насоса?

4. Что такое коэффициент быстроходности центробежного насоса?

5. Как определяется рабочая зона насоса?

6. Почему центробежные насосы запускают на закрытую задвижку?

7. Как изменяется мощность насоса при изменении подачи?

8. Как строится рабочая характеристика насоса?

9. Какой режим работы насоса называют оптимальным?

Таблица 5.1

Вариант 1	Q,дм3/с	0	10	20	30	40	50	60
	Н, м	102	105	107	106	103	98	80
	, %	0	40	48	60	67	70	63
	N, кВт	33,3	41	58	67	83	92	98
	n, с-1	50
Вариант 2	Q,дм3/с	0	10	20	30	40	50	60	70	80
	Н, м	38	40	41	41	40	38	35	31	25
	, %	0	23	42	56	67	70	71	69	58
	N, кВт	20	22	24	28	31	35	39	42	46
	n, с-1	25
Вариант 3	Q,дм3/с	0	20	40	60	80	100	120
	Н, м	50	58	58	56	52	47	39
	, %	0	35	58	69	74	74	69
	N, кВт	34	41	52	65	67	84	92
	n, с-1	50
Вариант 4	Q,дм3/с	0	20	40	60	80	100
	Н, м	85	83	82	78	72	50
	, %	0	38	61	76	80	68
	N, кВт	42	57	69	84	98	103
	n, с-1	25
Вариант 5	Q,дм3/с	0	40	80	120	160	200	240
	Н, м	90	94	96	96	94	90	86
	, %	0	36	60	74	80	82	82
	N, кВт	70	100	160	220	270	300	320
	n, с-1	50
Вариант 6	Q,дм3/с	0	30	60	90	120	150	180	210	240
	Н, м	100	110	120	120	110	100	90	80	86
	, %	0	37	58	65	75	82	82	80	78
	N, кВт	70	100	160	220	270	300	320	330	335
	n, с-1	25
Вариант 7	Q,дм3/с	0	40	80	120	160	200	240
	Н, м	85	83	82	78	72	60	55
	, %	0	36	60	74	80	82	82
	N, кВт	70	100	160	220	270	300	320
	n, с-1	50
Вариант 8	Q,дм3/с	0	10	20	30	40	50	60	70	80
	Н, м	73	75	76	80	82	80	76	74	72
	, %	0	36	60	74	80	82	82	80	78
	N, кВт	70	100	160	220	270	300	320	330	340
	n, с-1	25