1.5.Характеристика центробежных насосов. Выбор насосов.

Изготовленные на заводе насосы подвергают стендовым испытаниям, в задачу которых входит определение зависимости напора, потребляемой мощности и КПД насоса от его подачи. Эти зависимости, представленные графиками Н = f(Q), N = f(Q) и =f(Q), называют рабочими характеристиками насосов.

Испытания центробежных насосов осуществляют следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорной трубе, получают при постоянной частоте вращения различные подачи Q и соответствующие им напоры Н. Подачу насоса определяют при помощи мерного резервуара, водослива или расходомера.

Полный напор насоса Н устанавливается как сумма показаний манометра, вакуумметра и расстояния по вертикали между приборами . Кроме напора и расхода, в процессе испытаний измеряют потребляемую насосом мощность. Если насос приводится в движение электродвигателем переменного тока, потребляемая мощность устанавливается по показаниям электроизмерительных приборов и частоте вращения насоса, определяемой тахометром.

Вначале по данным испытаний строят кривую Н = f(Q), называемую главной рабочей характеристикой насоса. Затем, вычисляя по нижеприведенным формулам значения N и , наносят на график кривые N=f(Q) и = f(Q).

Мощность, потребляемую насосом, определяют по формуле

где I — сила тока, а; Е— напряжение, в; - КПД электродвигателя.

Полезную мощность насоса устанавливают по зависимости.

Как видно из рисунка, кривая = f(Q) имеет максимум в точке а. Соответствующие этой точке значения расхода и напора являются оптимальными параметрами работы насоса. При работе насоса па холостом ходу Q = 0 потребляемая насосом мощность составляет около 30 % мощности насоса.

Рис. 89.

Отрезок 1—2 на кривой H=f(Q) называют восходящей ветвью. В пределах восходящей ветви кривой H=f(Q) насос работает неустойчиво, с сильным шумом и большими гидравлическими сопротивлениями. Поэтому восходящая ветвь должка быть как можно меньшей, а работа насоса должна проходить при режимах, расположенных на графике вправо от точки 2.

Для обеспечения легкого пуска насоса необходимо, чтобы напор при закрытой задвижке и работе насоса на холостом ходу был больше напора, соответствующего максимальному и , т. е. .

Графические характеристики насоса делятся на пологие, крутые и непрерывно снижающиеся. Крутизну графической характеристики определяют в процентах:

Если пологая графическая характеристика имеет крутизну в пределах 8—12%, то у насосов происходят значительные колебания расходов при сравнительно небольших изменениях напора. В этом случае Г. Ф. Проскура рекомендует иметь восемь рабочих лопаток.

Если крутизна графической характеристики находится в пределах 25...30%, то насосы целесообразно применять там, где требуется обеспечить почти постоянный расход жидкости при колебании напора в значительных пределах. Здесь число лопаток должно быть три-пять.

Непрерывно снижающаяся графическая характеристика не имеет максимума и может быть как крутой, так и пологой. Насосы с непрерывно снижающейся характеристикой работают устойчиво во всех точках кривой.

При исследовании работы насоса, помимо его рабочих характеристик, нужно иметь характеристику трубопровода, показывающую связь между расходом Q и полным напором . Напор, создаваемый насосом, ранен геометрической высоте , на которую необходимо поднять жидкость, гидравлическим потерям во всасывающей и нагнетательной трубах и свободному напору, который мы желаем иметь:

где — свободный напор.

Обозначив постоянную величину для данной насосной установки через и зная, что потери капора во всасывающей и нагнетательной трубах определяются по зависимостям:

и

подставляя значения и получим

После замены

и

будем иметь

Так как выражение, представленное в квадратных скобках, является для данной насосной установки постоянной величиной, кривая зависимости напора от расхода будет представлена параболой с вершиной на расстоянии h от начала координат. Эту кривую называют характеристикой трубопровода.

Таким образом, совместная работа насоса и трубопровода характеризуется двумя кривыми Н = f(Q): одной для насоса и другой для трубопровода. Для исследования совместной работы насоса и насосной установки наложим эти две кривые в одинаковом масштабе друг на друга. Точку пересечения кривых А называют рабочей точкой насосной установки.

Подача насоса Q, соответствующая точке А, является предельно возможной для данного трубопровода, так как при Q>Q1 напор, создаваемый насосом, будет уменьшаться, а напор со стороны сети будет увеличиваться.

Прикрытие задвижки на напорном трубопроводе будет вызывать увеличение напора. Точка А при этом будет перемещаться влево по характеристике насоса, что в свою очередь вызовет уменьшение подачи. При перемещении, например, точки А в положение 1 подача насоса уменьшится до Q2, а напор возрастет до величины, характеризуемой отрезком 1—3, причем часть этого отрезка 2—3 будет затрачиваться на подъем жидкости на геометрическую высоту и преодоление сопротивления трубопровода, а другая часть, 1—2, израсходуется на преодоление дополнительного сопротивления прикрытой задвижки. Прикрывать задвижку можно только до тех пор, пока точка А не достигнет положения, соответствующего максимальной ординате кривой Н = f(Q). Дальнейшее перемещение точки А влево от точки 4 нежелательно, так как это может привести к неустойчивой работе насоса.

С энергетической точки зрения изменять подачу наиболее рационально путем регулирования частоты вращения рабочего колеса, однако ввиду сложности такое регулирование применяют редко.

При выборе насоса необходимо, прежде всего, учитывать режим его работы. Как указывалось ранее, насосы с пологими характеристиками целесообразно применять в тех случаях, когда требуемая подача колеблется в широких пределах, при этом напор должен оставаться почти постоянным; для условий переменного напора при мало изменяющемся расходе нужно применять насос с крутой характеристикой.

Зная требуемую подачу насоса Q и напор Н и ориентируясь на стандартные частоты вращения электродвигателей (720; 960; 1450 и 2900 1/мин), по формуле следует подсчитать коэффициент быстроходности, а по каталогу подобрать нужный насос. Если насос имеет определенный коэффициент быстроходности, частоту вращения электродвигателя для требуемых подачи и напора можно определить по формуле

Для выбора насоса с нужными основными параметрами и наиболее экономичным режимом необходимо построить так называемую универсальную характеристику, представляющую совокупность основных рабочих характеристик Н, Q, N, , построенных для разных частот вращения рабочего колеса. Универсальную характеристику выполняют на основании опытных данных путем графической обработки основных рабочих характеристик.

Универсальная характеристика устанавливает связь между основными рабочими параметрами насоса. При ее помощи, зная заданные расход и напор, можно легко найти частоту вращения насоса, а также выбрать наиболее экономичный режим насоса при заданных параметрах. Например, если заданы Q и Н и необходимо определить частоту вращения n, то через точки заданного Н проводят горизонтальную прямую до пересечения с вертикальной прямой, проведенной через точку заданного Q. Пересечение этих прямых даст точку на кривой Н=f(Q) и искомую частоту вращения. Пусть Q = 20 л/с; H=12 м; тогда n— 1600 1/мин.

При подборе насоса необходимо стремиться к тому чтобы:

высота всасывания не превышала предела, установленного для данной конструкции насоса;

напор насоса при закрытой задвижке был больше геометрической высоты подъема жидкости;

требуемый диапазон изменения напора и подачи насоса лежал в области между точкой, соответствующей наибольшему напору, и точкой пересечения характеристики трубопровода и насоса;

работа насоса проходила при значениях КПД близких к максимальным (в пределах 93—95% максимального КПД).