Лекция 8. Действительные характеристики центробежных насосов.

Построение действительной характеристики насоса теоретическим путём– задача очень сложная из-за большого количества факторов, влияющих на работу насоса, которые не поддаются точному теоретическому расчёту.

Поэтому действительную напорную характеристику получают экспериментальным путём в результате натурных испытаний данного насоса при постоянном числе n оборотов его вала (n=const). При этом одновременно определяют зависимость потребляемой мощности и КПД насоса от расхода (см. рис. 13).

Рис.13. Основные характеристики центробежного насоса, полученные в результате натурных (опытных) испытаний. Штриховыми линиями выделена рабочая область, где КПД насоса лежит в области максимальных значений.

Расчётные обобщённые статистические характеристики насоса.

Существующие в настоящее время стандартные методики гидравлического расчёта лопастных насосов позволяют рассчитывать основные геометрические параметры насосов только по двум основным эксплуатационным параметрам: действительной подаче (расходу) и действительному напору . При этом величины КПД проектируемых насосов выбираются максимальными и назначаются заранее на основе статистических данных о насосах данного класса. Таким образом, насос заранее проектируется на расчётный режим его работы, когда все виды его КПД являются максимальными.

На нерасчётные режимы насосы не проектируются, выполняются только оценочные расчёты. Рассчитать заранее насос для его работы на нерасчётных режимах–задача очень сложная и не всегда выполнимая, и часто– ненужная. Однако, чтобы знать, как меняются параметры проектируемого насоса на режимах, близких к расчётным, рассчитывают обобщённые статистические характеристики насоса на основе опытных данных о насосах данного класса. При этом в основу расчёта обязательно закладывают данные о расчётных параметрах исследуемого насоса.

Определение. Обобщённые расчётные характеристики насосов:

получают в виде степенных рядов по параметру , которыми указанные характеристики приближённо описываются в окрестностях расчетных значений напора, мощности и КПД, соответственно.

Например, на основе обобщённых статистических характеристик подобных насосов, расчётным путём, получают действительную напорную характеристику данного насоса в виде:

.

Здесь А, В, С– коэффициенты, определяемые по среднестатистическим зависимостям, предложенным Б.В.Овсянниковым и Б.И. Боровским [ ] для насосов с , . Здесь и – диаметры на входе в лопастное колесо насоса и на выходе из этого колеса , соответственно.

Обобщённые характеристики лопастных гидравлических насосов получают на основе статистических обработок результатов испытаний геометрически подобных насосов. Расчётные обобщённые характеристики имеют вид:

,

Здесь – безразмерный параметр, который называется расходным комплексом насоса; расчётные значения напора, потребляемой мощности, а также расхода, соответствующие максимальному значению КПД испытуемого насоса, которые определяются по паспорту данного насоса.

Для насоса, который используется на данной экспериментальной установке, расчётные параметры (по данным паспорта насоса) следующие:

Геометрические параметры насоса:

. Основные эксплуатационные свойства лопастных гидравлических насосов.

Лопастные гидронасосы подают жидкость непрерывно. Эти гидромашины– проточные*, здесь вход свободно сообщается с выходом через каналы, образованные поверхностями лопастей и корпуса насоса. Поэтому лопастные гидронасосы заливные, не самовсасывающие. Перед запуском их необходимо заливать, иначе они не будут подавать жидкость в напорную магистраль. Для этой цели используют дополнительную заливную магистраль, а на входе в магистрали всасывания устанавливают дополнительный герметичный обратный клапан. Для заливки перед запуском крупных насосов используют вакуумные насосы.

Крупные центробежные насосы запускаются, в отличие от осевых насосов, при закрытой заглушке (кране) на выходе из насоса. В этом случае пусковая мощность насоса будет минимальной (см. рис. 16). По этой же причине осевые насосы, напротив, запускают при открытой задвижке за насосом.

Рис. 16. Мощностные характеристики центробежного 1 и осевого 2 лопастных насосов.

*) Лопастные гидромашины мы называем здесь “проточными” потому, что существуют ещё гидромашины другого типа – объёмные, которые, в отличие от лопастных гидромашин, называют “герметичными”. В объёмных гидромашинах, в отличие от лопастных, вход постоянно и очень герметично разобщён с выходом, путём прочного контакта силовых элементов насоса, либо между собой ( например между зубьями шестерён в шестерённых насосах), либо с корпусом ( контакт: поршень– гидроцилиндр в поршневых насосах). Объёмные гидромашины основаны на принципе вытеснения жидкости из рабочей полости машины в магистраль вне насоса. Эти машины здесь не рассматриваются.

Следующее важное свойство лопастных гидронасосов состоит в том, что напор этих насосов, т.е. приращение удельной энергии жидкости, прошедшей через насос, (при постоянных оборотах вала насоса) всегда ограничен. Он определяется диаметром рабочего колеса, шириной и углом наклона его лопастей на выходе из насоса, а также расходом (подачей) жидкости согласно формуле (9). Отсюда следует, что при данных оборотах вала и данном расходе лопастной насос может создать только ограниченный по величине напор. С увеличением нагрузки, т.е. с увеличением гидравлического сопротивления на выходе насоса, которое происходит, например, при частичном закрытии крана за насосом или при увеличении высоты подачи жидкости, расход (подача) будет падать, а напор будет расти. Самые большие, но всё же ограниченные напоры, большинство лопастных насосов создают при нулевых расходах (нулевых подачах), когда кран за насосом будет полностью закрыт. Это может быть и тогда, когда противодавление или нагрузка за насосом достигнут предельных, но конечных по величине значений, при которых произойдет останов жидкости в напорной части магистрали, несмотря на то, что насос работает и рабочий диск с лопастями вращается силовым валом привода. При дальнейшем увеличении нагрузки или увеличении противодавления за насосом, может возникнуть возвратное движение жидкости, т.е. движение с выхода– на вход, если давление за насосом станет выше того давления, которое может создать насос. Такое явление может наступить тогда, когда, например, уровень жидкости в баке нагнетания станет выше расчётного. В этом случае может возникнуть и неустойчивый режим работы этих насосов – помпаж, характеризующийся периодичностью прямых и возвратных движений рабочей жидкости, которая попеременно движется– то со входа насоса– на выход, то – с выхода– на вход. Такие явления наблюдаются в лопастных насосах и вентиляторах на нерасчётных режимах их работы.

Из отмеченного выше следует, что в лопастных насосах расход Q жидкости через насос (подача насоса) существенно зависит от давления на выходе из насоса, т.е. – от нагрузки (противодавления) на выходе из насоса. Таким образом, Q=f( ). С увеличением нагрузки подача уменьшается и наоборот (см. рис. 17).

Как видно из рисунка, с увеличением давления на выходе из насоса, расход (подача) жидкости падает. Если это давление превышает некоторое предельное значение, то возможно возвратное течение жидкости. Эта область характеристики насоса отмечена знаком . В области со знаком подача жидкости положительна, в области со знаком подача отрицательна, здесь жидкость движется в обратную сторону.

Рис.17. Зависимость подачи Q центробежного лопастного насоса от давления Р_вых (нагрузки) на выходе из насоса при постоянных оборотах n вала насоса.