Характеристики центробежных насосов

Изготовленные на заводе насосы подвергают стендовым испытаниям, в задачу которых входит определение зависимости напора потребляемой мощности и КПД насоса от его производительности. Графически выраженные зависимости Н = f (Q), N = f (Q) и η = f(Q) при постоянной частоте вращения n = const называются рабочими характеристиками насоса (рис. 4).

Характеристики строят следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорном патрубке, получают различную подачу и соответствующие напоры для данного насоса при неизменной частоте вращения. Во время испытания насоса при каждом установленном расходе измеряют мощность на валу насоса N и подсчитывают значение КПД. Соединив соответствующие точки на графике плавными линиями, получают кривые Q – H, Q – N, Q – η.

Рис. 4. Рабочая характеристика насоса

Точка А характеристики насоса Q – η, отвечающая максимальному значению КПД, - называется оптимальной точкой, так как она соответствует отимальному режиму работы насоса.

Характеристика Q – H называется главной рабочей характеристикой насоса.

Формы характеристики Q – H центробежных насосов могут быть чрезвычайно разнообразными. Наиболее характерными являются пологие, крутопадающие, возрастающие (имеющие max.). Тип характеристики зависит от коэффициента быстроходности, числа лопастей, конструктивных особенностей различных деталей насоса.

Выбор типа насоса для конкретных условий производят с учетом формы рабочей характеристики.

Пологой характеристикой обладают насосы с коэффициентом быстроходности n_s = 80–200. Их особенностью является сравнительно небольшое изменение напора при значительном колебании расхода. Насосы с пологими характеристиками применяют при регулировании подачи задвижками. Поэтому пожарные насосы, установленные на автомобилях, мотопомпах, судах и т.п, подача которых по условиям работы изменяется в больших пределах, должны иметь пологую характеристику.

Круто падающие характеристики имеют насосы с высоким значением коэффициента быстроходности (n_s > 200). Применение таких насосов выгодно, когда необходимы малые колебания расхода при значительном изменении напора, например, на насосных станциях первого подъема при колебании уровня воды в источнике.

Возрастающие характеристики имеют неустойчивый восходящий участок АВ с низким КПД. В этой части кривой возможно образование неустойчивого режима, так как одному значению напора соответствует два значения подачи. Работа пожарных насосов с возрастающей характеристикой допускается только с расходами, превышающими расход Q_в. Эти характеристики присущи тихоходным, центробежным насосам.

Для выбора рабочего режима насоса пользуются универсальными характеристиками, представляющими собой кривые зависимости напора, мощности и КПД от подачи насоса для различных частот вращения.

При расчете насосно-рукавных систем удобно использовать аналитическое выражение главных рабочих характеристик. Если кривую Q – H считать параболой (что вполне приемлемо для практических расчетов), то ее можно выразить уравнением:

(31)

Характеристики насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах, приведены в таблице 11 (приложение 1).

Работа насоса на сеть

Необходимо, чтобы насос по своей характеристике соответствовал характеристике трубопровода, при этом max. отклонение КПД работающего насоса не должно превышать 5–7% оптимального значения.

Для определения требуемого напора насоса с учетом сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводах используется следующая формула:

,м, (32)

где Н_г – геометрическая высота подъема жидкости, м;

h_вс и h_н – потери напора (энергии) при движение жидкости во всасывающей и нагнетательной линии трубопровода, м.

Из гидравлики известно, что потери напора в трубах могут быть выражены следующим образом:

, м, (33)

где s – сопротивление трубопровода.

Следовательно, полный напор насоса может быть представлен как:

,м. (34)

Так как для заданных условий H_Г и H_св известны, то формула может быть записана как:

. (35)

Выражение является характеристикой насосной установки. Если характеристику трубопровода предоставить на одном графике с рабочей характеристикой насоса , то точка пересечения характеристик будет рабочей точкой насоса. Если рабочая точка отвечает оптимальному режиму работы насоса, то он подобран правильно.

Рис. 5. Определение рабочей точки насоса

Если пропускная способность трубопровода Q_в меньше подачи насоса Q_a , то энергия двигателя заканчивается на создании излишнего напора ∆Н = Н_в – Н_в, который вхолостую гасится задвижками. Если пропускная способность трубопровода Q_c больше подачи насоса Q_a, то подача жидкости в трубопровод в необходимом количестве невозможна. В этом случае для получения рабочей точки С необходимо или применить насос с другой характеристикой, или увеличить число оборотов насоса, или уменьшить потери напора в сети.