Характеристика центробежного насоса: основные параметры и принцип работы

alexxlab | 14.05.2023 | 0 | Разное

Характеристики центробежных насосов

При применении центробежных насосов важно знать характер изменения одних величин в зависимости от других. Удобно независимой величиной считать расход жидкости в системе труб, обслуживаемых данным насосом. Таким образом, производительность насоса Q в этом смысле есть независимая переменная. Изменение остальных параметров в большей или меньшей мере зависит от изменения расхода. Гидравлические величины насоса Q, Н и каждая в отдельности зависят от изменения скоростей в рабочем колесе, поэтому между ними существует связь, определяющая внешнюю характеристику насоса. 

Рис. 10. Теоретические характеристики Рис. 11. Формы лопаток рабочего колеса центробежных насосов. 

Сначала найдем связь между теоретическим напором и расходом. Для этого воспользуемся основным уравнением и выражением . 

Принимая во внимание уравнение неразрывности и исключая из уравнений неизвестные и путем рассмотрения параллелограмма скоростей на выходе из рабочего колеса найдем зависимость  

Из рис. 7 имеем: , где . Следовательно  

Подставляя значение в основное уравнение получим . 

В этом уравнении при постоянном числе оборотов рабочего колеса , , – постоянные. Если обозначить и , получим уравнение . 

Графически в координатах уравнение представляет семейство прямых, исходящих из одной точки , с различными углами наклона к осям в зависимости от значения угла между относительной и окружной скоростью на выходе из рабочего колеса (рис. 10). 

Проанализируем влияние угла на теоретическую характеристику насоса. Из рассмотренного (рис. 11) видно, что при характеристика нисходящая, что соответствует рабочему колесу с лопатками, загнутыми назад по отношению к направлению вращения. При характеристика параллельна оси , а лопатки рабочего колеса радиальные. 

Рис. 12. Характеристики центробежного насоса: а) построение характеристики Н—Q; б) характеристика Н—Q, N—Q, —Q. 

При характеристика восходящая, а лопатки рабочего загнуты вперед по направлению вращения.

Таким образом, при возрастании угла все большая доля напора создается в форме скоростного напора. Этот скоростной напор должен быть преобразован в давление в диффузорной части отвода, что связано с большими гидравлическими потерями. 

Следовательно, гидравлические потери в насосе с лопатками, изогнутыми вперед по ходу, значительно больше, чем в насосе с лопатками, загнутыми назад. Кроме этого, насосы с лопатками, изогнутыми вперед, весьма чувствительны к изменению режима работы. В связи с этим на насосных станциях, где главным критерием их качества является экономичность, применяют насосы с лопатками, загнутыми назад. 

Для получения расчетной характеристики насоса необходимо учесть допущения, которые были приняты при выводе основного уравнения:

Теоретический напор при конечном числе лопаток всегда будет меньше полученного из основного уравнения. Это уменьшение учитывалось коэффициентом поэтому прямая теоретического напора насоса с конечным числом лопаток без учета потерь находится по условию и она пройдет ниже (см.

линию Нт , рис. 12а).  

При расчете необходимо учесть потери напора, которые состоят из:

• потерь на трение в каналах рабочего колеса;
• потерь на входе в рабочее колесо и переходе в направляющий аппарат;
• потерь, связанных с вращательным движением жидкости и отрывом от стенок. 

При расчетной производительности  потери на входе минимальны, но при изменении расхода в ту или другую сторону относительные скорости на входе и выходе из рабочего колеса не совпадают с направлением касательных к лопатке, что приводит к увеличению потерь. В результате всех перечисленных потерь действительная (рабочая) характеристика насоса имеет вид кривой (см. кривую Q — H на рис. 12 а), причем расчетом невозможно точно установить характер этой кривой. 

Рис. 13. Схема стенда для энергетических испытаний насоса: 1 — насос; 2 — мотор-динамометр; 3 — тахометр; 4 — манометр; 5 — вакуумметр; 6 — всасывающая труба; 7 — сливная труба; 8 — поворотный патрубок; 9 — мерный бак; 10 — указатель уровня воды.  

Эта кривая получается путем испытания насоса на специальной установке. В точке А кривая H, полученная опытным путем, ближе всего подходит к кривой и чем меньше расстояние между этими кривыми, тем совершеннее насос. 

Рабочие характеристики центробежных насосов получают при постоянном числе оборотов, изменяя производительность насоса и соответствующий ей напор, мощность и коэффициент полезного действия. Обычно результаты испытания насоса изображают на одном графике в виде трех кривых: , характеризующих работу насоса с энергетической точки зрения. 

Совокупность этих трех экспериментальных кривых называют рабочими характеристиками насоса. Рабочие характеристики, полученные при испытании насоса, являются основными техническими документами, характеризующими энергетические свойства насоса. Они прилагаются к техническому паспорту и используются как исходный материал при подборе насосов и эксплуатационных расчетах. 

На рис. 12б изображена рабочая характеристика «центробежного насоса. На этой характеристике нанесены кривые H, N и функции от Q. Для снятия рабочих характеристик насоса необходимо оборудовать испытательный стенд с приспособлениями для измерения параметров насоса. 

Схема стенда показана на (рис. 13). Испытуемый насос 1 является основным агрегатом стенда, а питание насоса принято по циркуляционной cxeме. Жидкость всасывается из резервуара большой емкости и подается в мерный бак 9, откуда снова возвращается в резервуар. Регулирование расхода производится задвижкой 11. На заводских и лабораторных стендах применяются устройства для непосредственного замера крутящего момента на валу насоса. 

Этой цели могут служить крутильные динамометры, «позволяющие судить о передаваемом моменте по углу закручивания стержня, но чаще применяют мотор-динамометры 2 (балансирные электромоторы), у которых статор имеет возможность качаться на опорах, и момент, возникающий между статором и ротором, можно измерять на статоре с помощью весов. Зная число оборотов по показаниям тахометров и учитывая потери в самом электромоторе, легко определить мощность на валу насоса.  

При более точных измерениях число оборотов фиксируют по показаниям тахоскопов или электроимпульсных счетчиков с точным отсчетом интервалов времени подачи импульсов. Измерение производительности насоса можно производить по-разному. При расходах до 20 л/сек измерение проще всего делать объемным способом. При помощи секундомера или устройства для отсчета интервалов времени определяется время наполнения объема V0, а затем вычисляется расход , где T – время наполнения в сек. 

Для измерения больших расходов применяют водомеры Вентури или мерные шайбы, установленные на прямом горизонтальном трубопроводе. Для водомеров и мерных шайб имеются коэффициенты, позволяющие вычислять расход по показаниям дифференциального манометра, пользуясь формулой , где С – коэффициент, зависящий от вида водомерного устройства, рабочей жидкости в дифманометре и диаметра трубопровода; h — перепад по манометру в м ст. жидкости. 

Измерение напора производится по показаниям двух приборов: вакуумметра, установленного на входе в насос, и манометра, установленного на выходе из насоса.

Последние могут быть пружинные или жидкостные. Вакуумметр следует применять жидкостный, для точного определения вакуума на входе в насос. Перед каждым испытанием необходимо проверять приборы и регулярно продувать соединительные трубки. 

Переводя показания приборов в метры Столба жидкости, для подсчета манометрического напора получим формулу , где – напор по манометру; – вакуум по вакуумметру; – поправка на вертикальное расстояние между манометром и вакуумметром (рис, 13). Если нагнетательный я всасывающий патрубки имеют разные диаметры, то полный напор Н равен , где – скорость во всасывающем патрубке; – скорость в нагнетательном патрубке. Общий к. п. д. насоса подсчитывается по уравнению (формула) где (формула). 

Кроме энергетических испытаний проводят также кавитационные испытания насосов. Эти испытания можно проводить либо на универсальном стенде, либо на специальном кавитационном стенде. Целью кавитационных испытаний является получение допустимого значения вакуума на входе в центробежный насос НВдоП) при котором еще нигде не наблюдается холодное кипение жидкости.

 

Как уже указывалось в § 3, при понижении давления у входа в рабочее колесо ниже давления насыщенных паров данной жидкости при обычной температуре последняя вскипает. Указанное явление называют кавитацией. Когда говорят о кавитации в насосах, то под этим понимают комплекс явлений, сопровождающих вскипание жидкости: 

Рис. 14. Кавитационные разрушения лопаток рабочих колес. 

• Выделение пара и растворенных газов в тех местах, где давление жидкости становится равным давлению ее насыщенных паров.
• Местное повышение скорости в местах скопления пузырьков пара и движение жидкости в смеси с пузырьками газа.
• Конденсация пузырьков, увлеченных потоком в область повышенного давления; при конденсации жидкость устремится к центрам исчезнувших пузырьков газа. 

Это сопровождается быстрым повышением давления с сильными и частыми местными ударами, похожими на уколы, что приводит к навигационному разрушению поверхности лопаток на выходе из рабочего колеса (эрозия, ом. рис. 14).4). Химическое разрушение металла в зоне кавитации кислородом воздуха, который выделяется из жидкости в месте пониженного давления (коррозия). 

Все это сопровождается характерным кавитационным треском и вибрацией насоса. Особенно сильно кавитационному разрушению подвержены чугуны и углеродистые стали, более устойчивы в этом отношении бронза и нержавеющая сталь. В последнее время в крупных насосах наряду с улучшением качества материалов для экономии высококачественных материалов применяют защитные покрытия деталей, подверженных действию кавитации. 

Защитные покрытия встречаются следующих видов: наплавка поверхности твердым сплавом, металлизация поверхности в холодном состоянии, местная поверхностная закалка, тщательная обработка поверхности, покрытие основного металла тонкими пластинками нержавеющей стали. 

Причиной кавитации может быть:

• низкое барометрическое давление на входе во всасывающую трубу,
• большая высота расположения насоса над уровнем жидкости,
• высокая температура жидкости,
• большие потерн напора во всасывающей трубе.  

Рис. 15. Схема кавитационного стенда: 1—насос; 2—резервуар; 3—вакуумметр; 4—водомер Вентури; 5—задвижка; 6— манометр; 7—вакуум-насос. 

Кавитация в центробежных насосах недопустима, так как это уменьшает к.п.д., напор и производительность насоса при одновременном повреждении деталей насоса. 

Рис. 16. Кавитационная характеристика центробежного насоса. 

Для определения кавитационных особенностей насосов составляются кавитационные характеристики Нвлоп =f(Q), полученные путем обработки результатов кавитационных испытаний. Кавитационный стенд представляет собой замкнутую циркуляционную систему, состоящую из насоса, всасывающего и напорного трубопроводов, герметичного резервуара, верхняя часть которого заполнена воздухом. 

Откачивая воздух из резервуара, можно поддерживать различное пониженное давление на входе в насос (рис. 15). Так как система замкнута, то это приводит лишь к общему падению давления в системе без нарушения режима работы. Как показал опыт, в определенных границах изменение показания вакуумметра Hв значения Q, Н и остаются неизменными (рис. 16). При уменьшении давления в резервуаре 2 до некоторого значения Нв появляется шум, характеризующий наступление кавитации, но значения Q, Н и еще не претерпевают заметных изменений. 

При дальнейшем понижении давления Q, И и начинают падать, кавитационный шум усиливается и в конечном счете происходит срыв работы насоса. При полном кавитационном срыве шум становится менее резким. Точно трудно установить момент начала воздействия кавитации, в связи с чем за допустимую вакуумметрическую высоту всасывания Hвкоп принимают то значение, при котором напор насоса Н при неизменной производительности уменьшается на 1÷2% от своего первоначального значения.

 

Проводя серию испытаний при различных расходах, устанавливают допустимое значение вакуумметрической высоты всасывания для каждого Q. На основании этих данных строят кривую Нвкоп=f(Q) и добавляют ее к рабочей характеристике. Таким образом получают график с нанесенными четырьмя кривыми: Н — Q; N — Q; – Q, Hвдоп-Q которые полностью характеризуют работу центробежного насоса по фактическим данным энергетических и кавитационных испытаний (рис. 17). 

  

Рис. 17. Рабочая характеристика насосов 4К-8.  Рис. .18. Подобие режимов работы.

Характеристики насосов

Каждый центробежный насос для бассейна имеет ряд параметров, по которым осуществляется их подбор для выполнения определенных задач. Именно по комплексу необходимых характеристик подбирается та или иная модель насоса. При этом одни параметры должны строго соблюдаться, а другие имеют альтернативные варианты. К списку параметров можно отнести:

• напор;
• подача;
• частота вращения;
• тип питания;
• материал корпуса;
• способ подключения;
• уплотнение вала.

Напор

При работе насоса на выходе создается повышенное давление, которое обеспечивает движение потока жидкости по трубопроводу. Это давление называется напор. Другими словами, это удельная механическая работа, которая передается насосом перекачиваемой жидкости. В виде формулы напор можно выразить следующим образом:

H = E / G, где

E – механическая энергия (Н*м)

G – вес перекачиваемой жидкости (Н).

Так как насос для бассейна перекачивает воду, то напор считается в метрах водного столба. Для наглядности представим вертикальный прозрачный трубопровод, к которому снизу подключен насос. При работе насос поднимает воду на определенную высоту и больше ничего не происходит. Это называется напор при нулевой подаче. То же самое происходит, когда выходной патрубок перекрыт заслонкой. В насосе в это время создается максимальное давление.

Подача

Если заслонку начать приоткрывать, то поток жидкости приходит в движение. Давление в насосе снижается, и энергия рабочего колеса преобразуется в кинетическую энергию потока. С уменьшением напора увеличивается поток. При этом расход жидкости называется подачей.

 

Таким образом, напор и подача взаимосвязаны. На графике эта взаимосвязь выражается гидравлической характеристикой насоса. По оси ординат (ось OY) откладывается напор, а по оси абсцисс (OX) откладывается расход жидкости. График гидравлической характеристики представляет собой нисходящую кривую. Теоретически график должен заканчиваться на оси абсцисс, но так как в трубопроводе всегда существует внутреннее сопротивление, то в реальности график всегда обрывается до оси расхода.

Частота вращения

Большинство насосов имеет скорость вращения 2900 об/мин. Такие насосы создают выше напор, но у них большое изменение подачи происходит только при большом изменении напора. У насосов с частотой вращения 1450 об/мин график гидравлической характеристики более пологий. То есть у них большое изменение подачи при небольшом изменении напора.

Тип питания

Центробежные насосы комплектуются однофазными или трехфазными электродвигателями. При одинаковых рабочих характеристиках насоса можно использовать трехфазный двигатель, который имеет меньшую потребляемую мощность. За счет этого снижается расход электроэнергии. Однако не везде бывает трехфазная сеть, и там приходится использовать насосы с однофазным двигателем.

Материал корпуса

Для изготовления центробежных насосов для бассейна используются следующие материалы:

• пластик – самый распространенный материал для гидравлической части насоса. Часто применяемый пластик армируется стекловолокном, что значительно продлевает срок службы.
• чугун – применяется для производительных насосов большой мощности. Такие насосы выпускаются двух видов – горизонтальные и вертикальные.
• бронза – из нее изготавливаются насосы для бассейнов с морской водой. Бронзовые насосы относятся к премиум-классу.

Способ подключения

Существует четыре способа подключения насосов:

• клеевой – считается самым удобным способом. Для соединения применяется разъемная муфта.
• резьбовой – самый трудоемкий и менее надежный в эксплуатации способ. При этом трубопровод напрямую подключается к насосу. Такой монтаж применяется очень редко, так как при замене насоса приходится разбирать часть трубопровода. Имеет самый большой процент протечек.
• фланцевый – чаще всего применяется на чугунных насосах и при трубопроводах большого диаметра. Такой вид соединения считается самым надежным.
• через резиновую муфту – применяется для производительных насосов и выполняет функцию вибромуфты.

Уплотнение вала

Еще одной характеристикой центробежных насосов является уплотнение вала. Оно бывает двух видов:

• сальниковое;
• скользящее торцевое уплотнение (СТУ).

Сальниковое уплотнение изготавливается из волокнистых материалов, которые поджимаются обжимной втулкой.

Скользящее торцевое уплотнение состоит из двух частей – неподвижного и подвижного износостойких колец. Сопрягающиеся поверхности отполированы. При работе между кольцами образуется граничная водяная пленка, выполняющая функцию смазки и охлаждения. Работа без смазки приводит к сухому трению и разрушению СТУ. Поэтому работа таких насосов на сухую категорически противопоказана.

характеристик | Оценка насосных систем

Характеристики напора (Q-H)

Характеристика Q-H показывает, как зависит напор насоса от расхода насоса или как изменится напор при изменении расхода насоса.

Часто вызывает удивление тот факт, что подача насоса и напор насоса могут быть связаны. Тем не менее, каждый насос имеет свою характеристику, и соотношение для разных насосов различно.

​

Давайте рассмотрим простой способ описания этого: Если шланг поднят высоко над насосом [положение HI], то из его конца будет капать очень небольшой поток [Q1]. Положение h0 имеет специальный термин: оно называется «запорная головка» или «закрытая головка клапана». Если теперь шланг немного опустить до положения H I , из трубы [Q2] выйдет больший поток. Затем этот процесс можно повторить на нескольких головках [Hx] и измерить связанные с ними потоки [Qx]. […]

Характеристика Q-H

Характеристика, полученная таким образом, называется напорной характеристикой центробежного насоса.

Насос может работать в любых лежащих на нем точках.
Разные значения напора соответствуют разным потокам. Как правило, при увеличении напора уменьшается расход и наоборот, при увеличении расхода снижается давление.

Важно.

Насос может работать в любой точке своей характеристики Q-H.

Но некоторые пользователи насосов считают, что насос может обеспечить параметры, указанные на заводской табличке, не больше и не меньше.

​

Данные на заводской табличке насоса относятся только к одной рабочей точке.

От чего зависит напор насоса?

Чем больше диаметр рабочего колеса, тем выше скорость жидкости, тем выше напор насоса.

От чего зависит производительность насоса?

Чем шире канал рабочего колеса, тем больше жидкости проходит через рабочее колесо, тем больше расход насоса.

Рабочий диапазон насоса

Насос может работать в любой точке кривой от нулевого расхода до максимального.

Но производители насосов ограничивают минимальный и максимальный расход. Почему?

Рабочий диапазон насоса

1 – допустимый рабочий диапазон подачи
2 – предпочтительный рабочий диапазон
3 – максимальный уровень вибрации для допустимого рабочего диапазона
4 – максимальный уровень вибрации в предпочтительном рабочем диапазоне
5 – Q bep Расход, соответствующий точке максимальной эффективности
6 – кривая зависимости средней вибрации от расхода, показывающая максимально допустимую вибрацию
7 – Q-H характеристика насоса
8 – точка максимальной эффективности, напор и подача

Допустимый рабочий диапазон насосов должен составлять от 70% до 120% подачи, что соответствует максимальной эффективности насоса.
Предпочтительный рабочий диапазон составляет от 80% до 110% расхода, что соответствует максимальной эффективности насоса. API 610  «Центробежные насосы для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности.

Для насосов для обычной промышленности во время нормальной эксплуатации хорошим эмпирическим правилом является то, что центробежный насос всегда должен работать на уровне от 50% до 120% BEP.
Причина этого диапазона основана на физике конструкции. Эксплуатация в этой зоне обеспечивает наивысший КПД и наиболее надежную работу с наименьшими нагрузками на подшипники, турбулентностью и
вибрация.

Почему уровень вибрации повышается, когда рабочая точка выходит за пределы допустимого рабочего диапазона?

​

Вибрация в насосе вызвана тем, что режим потока нестабилен, образуются завихрения и распределение давления. В точке максимального КПД жидкость в насосе течет без турбулентности и пульсаций давления. При выходе за пределы рабочего диапазона неравномерность потока жидкости тем более нарушается, что приводит к падению КПД и вибрации.

В корпусе насоса могут быть установлены рабочие колеса разного диаметра.

В зависимости от диаметра напор насоса также меняется и мы получаем разные Q-H характеристики.

В каталоге производителя в начале вы можете увидеть поле характеристик всей стандартной гидравлической линейки или линейки, состоящей из гидравлических линеек или моделей насосов.

Каждое поле ограничено левой и правой границами допустимого рабочего диапазона и максимальным и минимальным диаметрами рабочего колеса.

Характеристика мощности вала

Характеристика мощности (Q-мощность) показывает, как мощность, потребляемая насосом, изменяется в зависимости от расхода. Как и в случае с напорной характеристикой, силовая характеристика строится для фиксированной скорости.

Характеристика мощности

Мощность на валу, как следует из названия, мощность, которая передается от двигателя через муфту на вал насоса. Как и кривая напора, эта кривая обычно строится для фиксированной рабочей скорости.
Обратите внимание, что мощность на валу — это не входная мощность двигателя, которую обычно можно измерить в полевых условиях, а выходная мощность двигателя, которую обычно невозможно измерить.
Однако можно получить точную оценку мощности на валу, если известен КПД двигателя при различных условиях нагрузки.

Что необходимо помнить:

– это мощность на валу насоса, а не электроэнергия.

– электрическая мощность, потребляемая электродвигателем, зависит от мощности насоса. Мощности на валу насоса и электродвигателя равны.

Некоторые пользователи считают, что электродвигатель потребляет номинальную мощность, указанную на паспортной табличке.

В большинстве случаев мощность насоса увеличивается по мере увеличения расхода. Для перекачивания большего количества жидкости требуется больше мощности. Но это не всегда справедливо. Бывают случаи, когда силовая характеристика может при достижении определенного значения при дальнейшем увеличении подачи снижаться.
Обратите внимание, что минимальная мощность насоса указана при нулевом расходе. Поэтому центробежный насос запускается либо при полностью закрытой, либо приоткрытой задвижке.

Форма силовой характеристики также может иметь пологую форму. Такой вид характеристики характерен для насосов с большим расходом и малым напором. Осевые или полуосевые насосы.

Форма кривой мощности

Нарастающая характеристика. В этом случае к выбору мощности электродвигателя следует подходить более внимательно.
Существует риск перегрузки двигателя.
БЭП – Q=320 м3/ч H=80 м n=1450 об/мин.
nq=11,5

Ненарастающая характеристика
Нет риска перегрузки двигателя

BEP: Q=1250 м3/ч H=25 м n=1450 об/мин.
nq=54

Крутизна кривых играет важную роль при выборе насосов, методов управления насосами, влияния на параметры насоса после износа. Крутизна характеристик Q-H и Power связаны.

Посмотрите на картинку ниже.

1. Q-H имеет меньшую крутизну (плоскую) Power имеет восходящую форму.

2.Q-H имеет большую крутизну Мощность не имеет восходящей формы.

Характеристика КПД насоса

Характеристика КПД

КПД насоса, как и любого другого механизма, представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой мощности.

P2

Phydr

Производители насосов посредством эксплуатационных испытаний определяют эффективность каждой модели насоса. Эта точка называется точкой наилучшей эффективности (BEP). BEP должен быть указан на всех кривых центробежного насоса. При BEP наименьшее количество жидкости перепускается обратно на сторону низкого давления (или всасывания).

BEP (точка наилучшего КПД. Может быть только одна на кривой. 

Форма характеристики КПД насоса

Форма кривой КПД также может значительно различаться от насоса к насосу. Как показано на рисунке, она может иметь ярко выраженный пик в точке максимального КПД и затем резко снижаться при увеличении или уменьшении подачи. И наоборот, характеристика может иметь растянутую область высокого КПД без ярко выраженного пика.Учитывая тот факт, что насос практически никогда не работает на одной То есть точно подобрать насос под требования системы очень сложно, тогда с точки зрения эксплуатации более предпочтительным выглядит вариант с характеристикой, имеющей широкий диапазон высокого КПД.0005

КПД насоса в каталогах

В каталогах характеристики КПД могут быть представлены либо в виде отдельной кривой, либо в виде линий равного КПД, нанесенных на характеристику Q-H. Точка максимальной эффективности всего одна, так что концентрироваться на ней особого смысла нет. В этот момент насос почти не работает.
Такое представление удобно с точки зрения ударного анализа диаметра рабочего колеса. С уменьшением диаметра КПД насоса несколько снижается. Это снижение в большей степени компенсируется тем, что при уменьшенном диаметре рабочего колеса характеристики насоса соответствуют требованиям системы и насос работает в режиме, наиболее близком к оптимальному.

Особые точки на кривой.

Давайте подробнее рассмотрим характеристики, которые приведены в каталогах производителей. На что обратить внимание при выборе насосов. На рисунке представлена ​​типовая характеристика напора насоса из каталога одного из производителей.
Характеристики насоса даны для конкретной частоты вращения. Реальная скорость насоса на участке будет
отличается от представленного в каталоге. Поэтому при проведении оценки на объекте необходимо привести характеристики к реальной скорости, которая была измерена на объекте или на испытательном стенде.
Например, эта характеристика дана при частоте 1450 об/мин.
Характеристики в каталогах даны на воде при нормальных условиях.
Если насос перекачивает жидкости с другими физическими свойствами, вязкостью, плотностью, то необходимо настроить характеристики. Рассмотрим более подробно влияние свойств жидкости на характеристики насоса отдельно. Например, высокая вязкость жидкости увеличивает потребляемую мощность, что необходимо учитывать при выборе мощности электродвигателя.

Существует несколько моментов и областей характеристик, которые необходимо учитывать при выборе насоса.
1. Точка максимальной эффективности. И соответствующий расход насоса.
2. Правая и левая границы рабочего диапазона. Это область, в которой насос может работать. Нужно оплатить
внимание на другие характеристики насоса в крайних точках рабочего диапазона. Например, какой будет мощность на правом пределе, как правило, это максимальная мощность на валу насоса, которая необходима для подбора мощности электродвигателя.
Мощность при нулевом расходе насоса необходима для подбора электродвигателя.

3. Точка максимального напора. Чаще всего это напор на закрытом клапане при нулевом расходе (отсечной напор). Это значение необходимо для определения максимального давления в гидросистеме и, соответственно, исходя из этого давления выбираются трубопроводы и арматура, но необходимо помнить, что при определении максимального давления в системе необходимо учитывать давление на входе в насос. Максимальное давление определяется как сумма давления на входе в насос и давления соответствующего максимального напора насоса.

Пример характеристик насоса, представленных в каталоге производителей насосов.

Давление насоса или напор насоса — это разница между давлением или напором на входе и выходе насоса.

Иногда пользователи забывают о давлении на входе и учитывают только давление на выходе.

Рабочая точка насоса.

​

Допустимый рабочий диапазон насоса.

Характеристика NPSH.

Более подробную информацию смотрите на странице Кавитация

Характеристика Q-NPSH показывает, как NPSH зависит от производительности насоса.

NPSH (чистый положительный напор на всасывании) — это параметр, характеризующий всасывающую способность насоса.

Эксплуатационные характеристики центробежных насосов

Хотя теория центробежных насосов дает много качественных результатов, наиболее важным показателем производительности насоса является обширное гидравлическое испытание .

В промышленности характеристики всех насосов обычно считываются из их Кривая Q-H или кривая производительности (расход – высота). Как видно, в диаграммах производительности в качестве основных переменных производительности используются напор – Q (обычно в м ³ /ч) и напор насоса – H (обычно в м).

Головка системы

В главе о потерях напора было определено, что как большие потери , так и незначительные потери в трубопроводных системах пропорциональны квадрату скорости потока . Потеря напора в системе должно быть прямо пропорционально квадрату объемного расхода, поскольку объемный расход прямо пропорционален скорости потока.

Следует добавить, что открытые гидравлические системы содержат не только фрикционную головку, но и подъемную головку, что необходимо учитывать. Подъемный напор (статический напор) представляет собой потенциальную энергию жидкости из-за ее подъема над опорным уровнем.

Во многих случаях общий напор системы представляет собой комбинацию высоты напора и 9Фрикционная головка 0200, , как показано на рисунке.

Большинство гидравлических систем представляют собой закрытые гидравлические контуры в атомной энергетике, и эти системы имеют только фрикционную головку (без статической головки).

Головка насоса – кривая производительности

В гидродинамике термин головка насоса используется для измерения кинетической энергии, создаваемой насосом. Напор представляет собой измерение высоты 90 200 столба несжимаемой жидкости 90 201, который насос может создать за счет кинетической энергии, которую насос передает жидкости. 9Напор 0200 и расход определяют производительность насоса, которая графически показана на рисунке как кривая производительности или характеристическая кривая насоса . Основная причина использования напора вместо давления для определения производительности центробежного насоса заключается в том, что высота столба жидкости не зависит от удельного веса (веса) жидкости . Напротив, давление насоса будет меняться. По давлению 9.0200 напор насоса ( ΔP _насос ) — это разница между противодавлением в системе и давлением на входе в насос.

Максимальный напор центробежного насоса в основном определяется наружным диаметром рабочего колеса насоса и угловой скоростью вала – скоростью вращения вала. Напор также будет изменяться по мере увеличения объемного расхода через насос.

При работе центробежного насоса с частотой вращения постоянная угловая скорость , увеличение системного напора (противодавление) на протекающий поток вызывает снижение объемного расхода , который может поддерживать центробежный насос.

Соотношение между напором насоса и объемным расходом (Q) , который может поддерживать центробежный насос, зависит от различных физических характеристик насоса, таких как:

• мощность, подаваемая на насос
• угловая скорость вала
• тип и диаметр рабочего колеса

и используемая жидкость:

• плотность жидкости 102092 0 вязкость жидкости 0302

Эти отношения очень сложные , и его анализ заключается в обширных гидравлических испытаниях некоторых центробежных насосов, как показано на рисунке ниже.

Рабочие характеристики гидравлического контура

Когда мы сопоставляем фрикционные характеристики (напор системы) гидравлического контура и кривую производительности , результат будет описывать характеристики всей системы (например, один контур первичного контура ). На следующем рисунке показана типичная кривая производительности центробежного насоса, связанная с головкой фрикционной системы. Диаграмма характеристик Q-H центробежного насоса и трубопровода

На вертикальной оси, напор насоса — это разница между противодавлением системы и входным давлением насоса ( ΔP _насоса ). На горизонтальной оси v олюметрический расход (Q ) представляет собой расход жидкости через насос. Как видно, напор примерно постоянен при малом разряде, а затем падает до нуля при Q _max . При малом напоре характеристики могут быть нестабильными (с положительным наклоном напора насоса). Это нежелательные характеристики, поскольку нестабильный насос может начать колебаться между двумя возможными комбинациями скорости потока, и трубопровод может вибрировать.

При подаче Q1, напор насоса превышает потери на трение. Следовательно, скорость потока через систему увеличится на . Расход стабилизирует сам в точке, где потери на трение пересекаются с характеристиками насоса.

Для характеристики производительности центробежных насосов определены следующие термины:

• Запорный напор
• КПД насоса
• Точка наилучшего КПД – BEP
• Тормозная мощность, л.с.
• Чистый положительный напор на всасывании

Пример: расчет производительности насоса

В этом примере мы увидим, как спрогнозировать

• расчетный расход воды
• 90 л.с. 2
• головка насоса

центробежного насоса. Эти рабочие характеристики будут получены из уравнения турбомашины Эйлера :

Крутящий момент на валу:                         T _вал     =                                   ρQ(r ₂ V _t2 – r ₁ V _t2 1 9002 9002 200 водяных лошадиных сил:             P _w         =     ω . Вал T        =      ρQ(u ₂ V _t2 – u ₁ V _t1 )

            H           =     P _w / ρgQ      =      (u ₂ V _t2 – у ₁ В _t1 )/г

Приведены следующие данные для водяного центробежного насоса:

• диаметры рабочего колеса на входе и выходе
  • r _{90 1} 3
  • р ₂ = 20 см
• Скорость = 1500 об/мин (оборотов в минуту)
• угол лопасти на входе β ₁ = 30° 9 угол на выходе 20290 0 β ₂ = 20°
• предположим, что ширина лопастей на входе и выходе равна: b ₁ = b ₂ = 4 см .

Решение:

Сначала мы должны вычислить радиальную скорость потока на выходе. На диаграмме скоростей радиальная скорость равна (предполагаем, что поток входит точно перпендикулярно рабочему колесу, поэтому тангенциальная составляющая скорости равна нулю): ω р ₁ тангенс 30° = 2π x (1500/60) x 0,1 x тангенс 30° = 9,1 м/с

Радиальная составляющая скорости потока определяет, насколько объемный расход поступает на рабочее колесо . Итак, когда мы знаем В _r1 на входе, мы можем определить нагнетание этого насоса в соответствии со следующим уравнением. Здесь b ₁ означает ширину лопасти рабочего колеса на входе.

Q = 2π.r ₁ .b ₁ .V _r1 = 2π x 0,1 x 0,04 x 9,1 = 0,229 м ³ /с

мы должны определить тангенциальная скорость V _t2 потока на выходе , так как предполагалось, что тангенциальная скорость V _t1 на входе равна нулю.

Радиальная скорость потока на выходе следует из сохранения Q :

Q = 2π.r ₂ .b ₂ .V _r2 ⇒ V _r2 = Q / 2π.r _{2 0,2 ​​} .2 90 9 / (2π х 0,2 х 0,04) =  4,56 м/с

Из рисунка ( треугольник скоростей ) угол выходной лопасти, β ₂ , можно легко представить следующим образом.

cot β ₂ = (u ₂ – V _t2 ) / V _r2

и, следовательно, скорость тангенциального потока на выходе V _t2 это:

V _t2 = u ₂ – V _r2 . кроватка 20° = ω r ₂ – V _r2 . ctg 20° = 2π x 1500/60 x 0,2 – 4,56 x 2,75 = 31,4 – 12,5 = 18,9 м/с.

Тогда необходимая мощность воды в лошадиных силах будет:

P _w  = ρ Q u ₂ В _t2 = 1000 [кг/м 2 3 x 90,2013 3 /с] х 31,4 [м/с] x 18,9 [м/с] = 135900 Вт = 135,6 кВт

и напор насоса:

H ≈ P _w / (ρ g Q) = 135900 / (1000 x 9,81 x 0,229) = 60,5 м –

5 NCP3

Источник: TVO – Olkiluoto 3 NPP
www.tvo.fi/uploads/julkaisut/tiedostot/ydinvoimalayks_OL3_ENG.pdf

 

Ссылки:

Физика реактора и теплогидравлика:

906959 J. 902 The Introduction to Nuclear Lashmar, J. 902 ори, 2-е изд. ., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).

Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.

Гласстоун, Сесонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317

Тодреас Нил Э., Казими Муджид С. Ядерные системы, том I: Основы термогидравлики, второе издание. CRC-пресс; 2 выпуск, 2012 г., ISBN: 978-0415802871

Зохури Б., Макдэниел П. Термодинамика в системах атомных электростанций. Спрингер; 2015 г., ISBN: 978-3-319-13419-2

Моран Михал Дж., Шапиро Ховард Н. Основы инженерной термодинамики, пятое издание, John Wiley & Sons, 2006 г., ISBN: 978-0-470-03037-0

Кляйнстройер К. Современная гидродинамика. Спрингер, 2010 г., ISBN 978-1-4020-8670-0.

Министерство энергетики США, ТЕРМОДИНАМИКА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ПОТОК ЖИДКОСТИ.