Лабораторная работа №9 Определение внешних характеристик центробежного насоса

Цель работы: получить четкое представление об изменении основных параметров, характеризующих работу насоса, в зависимости от расхода через насос (его производительности) и частоты вращения его ротора, познакомиться с методикой экспериментального определения характеристик насоса; построить опытные характеристики центробежного насоса.

Продолжительность работы - 4 часа.

1. Характеристики центробежного насоса

Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются следующие:

• напор насоса

при равенстве скоростей перед и за насосом с₁= с₂и, считая, что перепад геодезических высот входного и выходного патрубков насосаhневелик, напор насоса определяется как

,

где р₂и p₁– соответственно давления рабочего тела на выходе и входе насоса, а ρ –плотность рабочего тела;

• производительность насоса Q[м³/с]или G[кг/с] (объемныйили массовый расход рабочего тела через насос);

• коэффициент полезного действия

,

где N_пр - мощностьпривода насоса, N = ρQH–полезная мощность насоса;

• частота вращения рабочего колеса насоса п [об/мин].

В зависимости от конкретных эксплуатационных условий режим работы насоса может изменяться в довольно широких пределах изменения H, Q, η и п. Для правильного выбора насоса (или системы его регулирования) необходимо знать, как изменяются его основные параметры в зависимости от режима работы. Такое представление дают характеристики насоса.

Под характеристиками насоса обычно понимают зависимости напора (или его производных) и коэффициент полезного действия от расхода рабочего тела, соответствующие постоянным значениям частоты вращения ротора.

Построение характеристик насоса расчетным путем затруднительно, так как закономерности течения на нерасчетных режимах весьма сложны, а характер изменения потерь в насосе изучен пока еще недостаточно. Поэтому характеристики насосов получают обычно экспериментальным путем при испытаниях их на специально оборудованных стендах.

Общее представление о протекании характеристик центробежного насоса может быть получено при приближенном рассмотрении изменения работы, передаваемой в рабочем колесе (эквивалентной полному напору насоса), и так называемых гидравлических потерь в проточной части в зависимости от расхода рабочего тела через насос.

Для получения теоретической зависимости напора насоса расхода (для бесконечного количества лопаток колеса) воспользуемся уравнением Эйлера

Если принять для упрощения рассуждение, что закрутка потока на входе в рабочее колесо отсутствуют, то есть с_1u= 0 или α₁ = 90°, то уравнение для напора примет вид

Из треугольника скоростей на выходе рабочего колеса насоса получим

Скорость с_2rможно выразить через расход и площадь выходного сечения рабочего колеса (уравнение неразрывности) , тогда

Окружная скорость на выходном диаметре рабочего колеса

Подстановка в уравнение напора дает

При работе насоса с постоянной частотой вращения ротора n = constи неизменных геометрических размерах , можно записать следующее выражение для теоретической напор-расходной характеристики насоса:

Это уравнение является уравнением прямой линии; наклон этой прямой к осям координат Q и H_T∞определяется углом β₂ (рис.1).

Действительная характеристика насоса будет отличаться от теоретической из-за наличия потерь в проточной части, а также из-за влияния конечного числа лопаток рабочего колеса.

Потери энергии при изменении расхода изменяются, во-первых, вследствие изменения гидравлического сопротивления проточной части, пропорционального квадрату средней скорости потока (или квадрату расхода), и, во-вторых, по причине изменения направления скорости на входе в межлопаточные каналы, приводящей к появлению удара жидкости о входные кромки лопаток и образованию в потоке вихревых и отрывных зон.

Конечное количество лопаток колеса (в отличие от теоретического бесконечного количества) уменьшает напор насоса практически одинаково для любого расхода.

В зависимости от значения угла β₂на выходе рабочего колеса и конструктивных особенностей проточной части центробежного насоса действительная характеристика может иметь формы, указанные на рис.2.

Коэффициент полезного действия насоса можно выразить как отношение «полезной» мощности (т.е. пошедшей на создание напора H при заданной производительности Q) к мощности привода N_пр

Очевидно, КПД равен нулю при Q = 0 и при H = 0, потому что на всех режимах работы N_пр≠ 0. В пределах между Q = 0 и Q = Q_max(Н = 0) КПД насоса достигает максимума, и теоретическая характеристика η = f(Q) имеет вид, показанный на рис.3. Режим работы насоса, при котором его КПД достигает максимальной величины, называют номинальным режимом.