7. Пересчет характеристик лопастных насосов

С помощью зависимостей (16.13)…(16.15) можно построить характеристику любого лопастного насоса, используемого в гидросистеме. Построение характеристики для насоса гидросистемы можно проводить по нескольким точкам в следующем порядке:

1) на оптимальном режиме работы насоса вычисляется его коэффициент быстроходности n_s и из каталога (или справочника) подбирается подобный насос-прототип с известными зависимостями H₁ = f(Q) и η₁ = f(Q);

2) строится характеристика насоса-прототипа (линия Н₁ на рис. 16.6), на которой выделяется необходимое число точек для пересчета;

3) подача насоса-прототипа Q₁ для каждой выбранной точки пересчитывается с использованием формулы (16.13) в подачу насоса гидросистемы

4) напор насоса-прототипа Н₁ для каждой выбранной точки пересчитывается с использованием формулы (16.14) в напор насоса гидросистемы Н_II;

5) все точки наносят на график и через них проводят полученную зависимость H_II = f(Q) (на рис. 16.6 показано перестроение точки А_I в А_II).

Построение зависимости η_II = f(Q) проводят при допущении, что у подобных насосов на подобных режимах работы потери пропорциональны и, следовательно, КПД одинаковы. Тогда зависимость η_II = f(Q)

целесообразно строить по точкам, соответствующим тем же режимам, что и в предыдущем построении, в следующем порядке:

1) строится зависимость η_I = f(Q) для насоса-прототипа (линия η_I на рис. 16.6), на которой выделяются точки на соответствующих режимах (например, точка В₁ соответствует точке А₁);

2) точки с зависимости η_I = f(Q) переносятся на зависимость η_II = f(Q) при подобных режимах работы (например, точка В_I на рис. 16.6 переносится в положение точки В_II);

3) через полученные точки проводится новая зависимость η_II = f(Q)

Таким же образом можно пересчитать характеристики насоса с одной частоты вращения η_I на другую η_II. Но в этом случае зависимости (16.13)…(16.15) упрощаются (так как D_I = D_II) и принимают вид

Такой пересчет проводят в том случае, если в паспорте насоса (или каталоге) дана его характеристика при одной частоте вращения, а насос в гидросистеме работает при другой.

16.8. Кавитационный расчет лопастных насосов

В подразд. 4.3 была рассмотрена кавитация, возникающая в местных гидравлических сопротивлениях при высоких скоростях движения жидкости. Аналогичное явление может происходить и в лопастных насосах (обычно на входе в насосное колесо). В этом случае из-за выделения паров и растворенных газов нарушается нормальная работа насоса, возникает характерный шум, а также падают его эксплуатационные показатели (напор, подача, мощность и КПД). Во избежание кавитации в гидросистеме после выбора насоса проводят его проверочный (кавитационный) расчет.

Для удобства анализа кавитационных процессов в насосах вводят физический параметр – кавитационный запас. Кавитационным запасом напора насоса принято называть разность между полным напором на входе в насос и напором насыщенных паров рабочей жидкости:

где v_вх и р_вх – соответственно скорость и давление жидкости на входе в насос; р_нп – давление насыщенных паров жидкости.

На рис. 16.7 представлена зависимость основных эксплуатационных параметров насоса от кавитационного запаса. На приведенном графике видно их резкое падение после появления кавитации. Предельное значение кавитационного запаса, при котором возможна нормальная работа насоса, называют критическим кавитационным запасом .

Для гарантированного устранения возможности возникновения кавитации допустимый кавитационный запас должен превышать на 10…30 % критический кавитационный запас

Значение критического кавитационного запаса может быть дано в паспорте насоса или получено по результатам кавитационного испытания. Кроме того, оно может быть получено из теории кавитации в лопастных насосах, разработанной С.С.Рудневым. Им установлена следующая связь между критическим кавитационным запасом, частотой вращения и подачей насоса:

где С – кавитационный коэффициент быстроходности (по аналогии с п5).

Численное значение С зависит от конструкции рабочего колеса и меняется в сравнительно узких пределах. Так, для обычных насосов С = 800…1000, для насосов с повышенными кавитационными свойствами (с расширенным входом) С ≥ 1300. Приведенные значения С получаются при подстановке в формулу (16.18) частоты вращения рабочего колеса n в об/мин, подачи насоса Q в м³/с и кавитационного запаса в м.

При проведении кавитационного расчета по формуле (16.17) определяют существующий кавитационный запас на входе в насос. Из справочных данных или с использованием формулы (16.18) находят значение критического кавитационного запаса. Последнее значение позволяет определить допустимый запас напора и сравнить его с существующим кавитационным запасом.