Характеристики центробежных насосов: Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов

alexxlab | 28.11.1973 | 0 | Разное

Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов

Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

Центробежные насосы

В рубрике «Общее» рассмотрим, как подобрать центробежный насос и какие его основные рабочие характеристики. Для правильного подбора и эксплуатации центробежных насосов необходимо знать и понимать такие основные параметры оборудования как подача, напор, потребляемая мощность, КПД, высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH), их взаимосвязь между собой и другими параметрами насоса при различных условиях эксплуатации. Для подбора насосов существуют рабочие характеристики в виде графиков или таблиц выражающих зависимость напора, мощности и КПД насоса от его подачи. Эти характеристики, называются рабочими характеристиками и создаются они во время проведения испытаний насосов в заводских лабораториях. Данные характеристики являются основным техническим документом, характеризующим технико-экономические свойства конкретного, центробежного насоса. Характеристики насосов затем размещаются в каталоги, также в каталогах приводится краткое описание, область применения насосов их назначение, описание конструкции насосов, чертежи общих видов и габаритные размеры. С помощью этих каталогов осуществляется подбор центробежных насосов. Крупнейшие производители насосного оборудования предлагают потребителям специальные собственные программы для оптимального подбора насосов, у немецких компаний Wilo – это программа Wilo-Select, у Grundfos – это программа WinCAP.

 Основные рабочие характеристики центробежных насосов

 Насос – это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. Основными характеристиками насоса являются: подача, напор, КПД, потребляемая мощность и кривая NPSH.

Подача или производительность – это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой «

Q» и измеряется в м³/час (кубических метрах в час) или л/сек, (литрах в секунду).

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой «Н» и измеряется в метрах водного столба (м).

Рабочая характеристика – это кривая выражающая зависимость между расходом и напором насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатировать.

КПД любого механизма представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой мощности и обозначается это отношение буквой «η». Поскольку «вечный двигатель» пока не изобретен, то КПД любого привода всегда будет меньше 1, или меньше 100 %. Для центробежного насоса общий КПД определяется значением КПД двигателя «η_м» (электрического или механического) и КПД насоса «η_р»

. Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД «η». КПД насосов различного назначения может колебать в очень широких пределах. Так для насосов с мокрым ротором КПД изменяется от 5% до 54%, а для высокоэффективных насосов с сухим ротором он изменяется в пределах от 30% до 80%. Насосное оборудование практически никогда не работает при постоянной подаче. Поэтому, при выборе оборудования необходимо убедится, что рабочая точка насоса находится в средней трети его рабочей характеристики, где наиболее оптимальный КПД. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая характеристика указывается отдельно для каждого насоса.

Как мы говорили выше, насос это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. В результате этого преобразования затрачивается энергия (мощность). Количество затраченной энергии и является потребляемая мощность «Р₁

». Как и любую машину, насосную часть характеризует потребляемая мощность «Р₂». Величина мощности насосной части прямо пропорциональна напору и подаче и обратно пропорциональна коэффициенту полезного действия (КПД). Математически это выражается при помощи следующей формулы: Р₂₌(р*Q*H)/(367*η), где:

P₂ – потребная  мощность [кВт]

ρ – плотность [кг/дм³]

Q – расход [м³/ч]

H – напор [м]

η – КПД насоса (например, 0,5 при 50%)

Кавитация – это образование пузырьков газа в результате появления локального давления ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости на входе в рабочее колесо. Работа насоса в таком режиме приводит к снижению производительности (напора) и КПД. Из-за схлопывания пузырьков воздуха в областях с более высоким давлением обычно на выходе рабочего колеса происходят микроскопические взрывы, вызывающие скачки давления, шумы и разрушение материала внутренних деталей насоса. Необходимым параметром центробежного насоса является значение

NPSH (высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса). NPSH определяет минимальное давление на входе насоса, необходимое для того, чтобы насос работал без кавитации. Другими словами это дополнительное давление, необходимое для предотвращения появления пузырьков газа в процессе работы. Кривая NPSH насоса – это графическая зависимость, полученная в результате кавитационных испытаний центробежного насоса в заводской лаборатории. В силу различных причин, в том числе из-за сложности физических процессов, происходящих на всасывающем патрубке насоса, этому необходимому параметру при подборе насосов и его эксплуатации не уделяется должное внимание.

Графические характеристики насосов

 Почти все, о чем мы говорили выше, изображено на графических характеристиках (Рис.1) взятых из каталога. Мы не будем конкретно привязываться к типу оборудования и фирме производителю насосов. Нас больше интересует сам принцип подбора центробежного насоса. На графике (Поз. 1) изображена рабочая характеристика насоса, выражающая зависимость между расходом и напором насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженная в (м³/час) и (л/сек). По оси ординат располагается напор насоса, выраженный в метрах (м). Как видно из графика при «нулевом» расходе насос выдает максимальный напор равный примерно 57 метров. При максимальном расходе примерно 8 м³/час, насос создает напор примерно 19 метров. Это крайние рабочие точки по расходу и напору для данного, конкретного типа насоса. Теоретически рабочая точка может располагаться в любом месте рабочей характеристики насоса. За пределами рабочей характеристики эксплуатировать любой насос

категорически запрещено.

На графике (Поз. 2) находится графическая зависимость КПД от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м³/час) и (л/сек). На оси ординат располагается КПД насоса, выраженный в процентах (%). Как видно из графика КПД равняется нулю при нулевом расходе. Насос работает, но расхода нет, и никакая полезная работа при этом не выполняется. Зеленым прямоугольником (Поз. 4) выделена примерная оптимальная рабочая область с оптимальным КПД насоса. Максимальный КПЛ в нашем случае будет при расходе примерно 3,5 м³/час и напоре примерно 43 м. (данная рабочая точка обозначена синей линией).

На графике (Поз. 3) изображена графическая зависимость высоты водяного столба жидкости NPSH от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м

3/час) и (л/сек). На оси ординат находится высота подпора водяного столба, выраженная в метрах (м). Из графика видно, что чем больше расход насоса, тем больше должна быть высота подпора. При максимальном КПД насоса подпор на входе в насос должно составлять примерно 1,5 м.

Характеристика насоса

И в заключение можно отметить следующее. Для долгой и надежной эксплуатации насосного оборудования необходимо выбрать правильное и оптимальное соотношение между расходом, напором, КПД и NPSH насоса, а в конечном итоге и с его ценой. Ведь для покрытия потребностей в воде можно выбрать насос с большим запасом по мощности или менее мощный, но более эффективный. В первом случае придется тратить денег больше два раза. Первый раз при покупке, более мощный насос стоит дороже, и второй раз во время эксплуатации оборудования платить больше за перерасход электроэнергии. И если покупка оборудования – это одноразовая трата денежных средств, то эксплуатация оборудования – это трата постоянная.

 Спасибо за оказанное внимание.

 P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его в социальных сетях своим друзьям и знакомым.

Еще похожие посты по данной теме:

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.

Центробежные насосы.

Насосы динамические



Центробежный насос

Как уже отмечалось в предыдущей статье, к динамическим относятся насосы, увеличивающие кинетическую энергию потока жидкости посредством своих рабочих органов или внешнего силового поля. Это лопастные насосы, электромагнитные насосы, а также насосы, использующие силы трения и инерции (струйные, вихревые и т. п.).

Лопастные насосы классифицируются на три группы: центробежные, осевые и диагональные (полуосевые). У осевых насосов подвод и отвод жидкости к рабочему колесу осуществляется параллельно оси вала, у центробежных – перпендикулярно.

Диагональные (полуосевые) насосы отличаются особой конструкцией рабочего колеса, лопатки которого имеют сложную изогнутую форму, предложенную инженером Джеймсом Френсисом, поэтому колеса таких насосов часто называют турбинами Френсиса.
Диагональные и осевые насосы иногда называют пропеллерными насосами. Оба эти типа насосов выполняются почти исключительно с открытыми рабочими колесами (пропеллерами).

В гидравлических системах промышленного оборудования и машиностроении наибольшее применение получили центробежные насосы, благодаря простоте изготовления и эксплуатации, что выражается в технологической и эксплуатационной экономичности.

Принцип действия центробежного насоса основан на динамическом взаимодействии лопастей колеса с обтекающей их жидкостью, при этом подведенная к колесу энергия приводного двигателя передается жидкости. Благодаря особой форме корпуса (улитки) центробежного насоса и воздействию центробежных сил, объем захваченной приемным патрубком жидкости преобразуется в направленный поток, обладающий кинетической энергией движения.

На рис. 1 изображена схема центробежного насоса консольного типа.
Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов: подвода (соединенного с питающей магистралью), рабочего колеса 3 и отвода (имеющего выход в напорную магистраль).
По подводу жидкость поступает в рабочее колесо из всасывающего трубопровода. Подвод должен обеспечить поток жидкости на входе в колесо, симметричный оси вращения. На рисунке 1 показан подвод, выполненный в виде конфузора, соосного с рабочим колесом.

Рабочее колесо обычно состоит из ведущего и ведомого дисков, между которыми находятся лопасти, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Иногда рабочие колеса центробежных насосов выполняют открытыми (как на рис. 1), без ведомого диска, при этом лопасти крепятся непосредственно к ступице на ведомом валу 4 насосной установки, получающем вращение от приводного электродвигателя.

Назначением отвода, выполняемого обычно в форме спирали (улитки), является сбор жидкости, выходящей по периферии колеса, подведение ее к напорному трубопроводу системы и уменьшение скорости жидкости для преобразования части кинетической энергии в потенциальную энергию давления с возможно меньшими гидравлическими потерями.
На схеме показан спиральный отвод, осевые сечения которого, начиная от клина 2, постепенно увеличиваются. Спиральный отвод переходит в диффузор 1, соединенный с напорной линией системы.

Перед началом работы насос и всасывающий трубопровод должны быть заполнены жидкостью, которая разделяет подвод и отвод и играет роль уплотнения. Для выполнения этого требования центробежные насосы гидравлических систем промышленного оборудования и другой техники обычно погружают в жидкость, находящуюся в питающем объеме (баке).

Рабочее колесо насоса приводится во вращение электродвигателем. Под действием центробежной силы жидкость, находящаяся в насосе, начинает двигаться по каналам между лопастями колеса в направлении от его центра к периферии, то есть к стенкам спирального отвода.
Вследствие этого на входе в рабочее колесо в его центральной части образуется разрежение (вакуум) и за счет разности давлений жидкость из бака через всасывающий трубопровод и подвод поступает (засасывается) в насос.
Жидкость, движущаяся под действием лопастей в рабочего колеса вдоль стенок спирального отвода, отсекается клином 2 и направляется в диффузор 1, соединенный с напорным трубопроводом системы.

Таким образом, при постоянном вращении рабочего колеса обеспечивается подача жидкости в напорный трубопровод непрерывным потоком без пульсаций.

Работа центробежного насоса, как и всех прочих гидравлических машин подобного типа, характеризуется:

• объемной подачей;
• напором;
• полезной мощностью;
• потребляемой мощностью;
• КПД и частотой вращения.

***



Характеристики центробежных насосов

Подачей Q насоса называется объем жидкости, подаваемой в напорный трубопровод в единицу времени. В общем случае подача центробежного насоса зависит от наружного диаметра и ширины рабочего колеса на выходе, а также от частоты его вращения.

Напор H представляет собой разность удельных энергий жидкости на выходе и входе насоса, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости:

H = (z_н – z_в) + (р_н + р_в)/ρg + (v²н – v²в)/2g    м,       (1)

где:
(z_н – z_в) – расстояние по вертикали между входом в насос и выходом из него (удельная потенциальная энергия положения), м;
(р_н + р_в)/ρg – напор, создаваемый давлением (удельная потенциальная энергия давления), м;
р_н, р_в – давления жидкости на выходе и входе насоса, Па;
(v²_н – v²_в)/2g – скоростной напор (удельная кинетическая энергия), м;
v_н, v_в – скорости движения жидкости на выходе и входе насоса, м/с;
ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Каждая единица веса жидкости, прошедшая через центробежный насос, приобретает энергию в количестве H.
За единицу времени через насос проходит жидкость весом ρgQ. Следовательно, энергия, приобретенная за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:

N_n = ρgQH,    Вт.

Мощностью N_н насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от приводного электродвигателя в единицу времени.
Мощность насоса N_н больше полезной мощности N_n на величину потерь.
Потери мощности в насосе оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД):

η = N_н/N_n.

С изменением частоты вращения рабочего колеса насоса его параметры изменяются.

Подача центробежного насоса изменяется пропорционально частоте вращения рабочего колеса:

Q₁/Q₂ = n₁/n₂.

Напор, развиваемый насосом, изменяется пропорционально квадрату частоты вращения рабочего колеса:

H₁/H₂ = (n₁/n₂)².

Мощность, потребляемая насосом, изменяется пропорционально кубу частоты вращения рабочего колеса:

N₁/N₂ = (n₁/n₂)³.

Потребным напором H_потр системы, на которую работает центробежный насос, называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из бака по напорному трубопроводу к потребителю при заданном расходе.
Пренебрегая малым скоростным напором жидкости в баке, получим:

H_потр = H_г + Σh,    м

где:
H_г – геометрический напор, определяемый высотой подъема жидкости, м;
Σh – сумма потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах, м.

Графики (рис. 2) зависимостей напора H = f(Q), мощности Nn = f(Q) и КПД η = f(Q) от подачи насоса называются его внешними или рабочими характеристиками.

Определение режима работы насоса в системе основано на совместном рассмотрении характеристик насоса и системы. Характеристика системы выражается уравнением (1), в котором потери напора Σh являются функцией расхода.
График характеристики системы H_потр = f(Q), строится на одном графике с характеристиками насоса в одном масштабе.

Насос в данной гидравлической системе работает в режиме, при котором потребный напор H_потр равен напору H насоса, то есть при котором энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводу, равна энергии, сообщаемой насосом жидкости.
Режим работы насоса будет определяться точкой А пересечения графиков характеристик насоса H = f(Q) и системы H_потр = f(Q). Эта точка называется рабочей точкой гидравлической системы.

Режим работы насоса определяется расходом Q_А и напором H_А. Однако требуемый для работы гидравлической системы расход жидкости может меняться. В этом случае возникает необходимость регулирования подачи насоса.

***

Способы регулирования подачи центробежных насоов

Регулирование подачи центробежного насоса дросселированием.
Если необходима подача Q_В < Q_А, то этой подаче должна соответствовать новая рабочая точка B (см. рис. 2).
Чтобы характеристика системы H_потр = f(Q) проходила через точку B необходимо увеличить гидравлические потери в напорном трубопроводе, например, прикрывая специально установленный в этом трубопроводе вентиль. При этом потребный напор увеличится.
Следует отметить, что дроссельное регулирование подачи насоса неэкономично, так как вызывает дополнительные потери энергии. Однако это регулирование отличается простотой при эксплуатации.

Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса.
Характеристики насоса H = f(Q) и системы H_потр = f(Q) могут быть изменены путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса.
Для регулирования частоты вращения необходимы более сложные и дорогие электродвигатели, например электродвигатели постоянного тока.
Регулирование подачи насоса изменением частоты вращения рабочего колеса более экономично при эксплуатации, чем дроссельное регулирование, так как при этом отсутствуют потери энергии в вентиле напорного трубопровода системы.

Регулирование подачи центробежного насоса перепуском жидкости.
Такое регулирование осуществляется отводом части жидкости из напорного трубопровода системы в бак по трубопроводу, на котором стоит специальный вентиль. При изменении степени открытия этого вентиля изменяется расход жидкости, подаваемой к потребителю.
Энергия жидкости, отводимой в бак, не используется, поэтому регулирование перепуском неэкономично.

***

Достоинства и недостатки центробежных насосов

Центробежные насосы обеспечивают значительную объемную подачу жидкости, мало чувствительны к загрязнениям, не требуют высокой точности изготовления деталей.
Как и все динамические насосы, центробежные лишены такого недостатка, как неравномерность (цикличность) подачи, характерного для объемных насосов. Однако напор, создаваемый центробежными насосами (как, впрочем, и другими видами динамических насосов) недостаточен для обеспечения работы силовых приводов промышленного оборудования и техники.
Недостатком центробежных насосов является непостоянство давления в напорной магистрали, что тоже ограничивает область их применения.
Кроме того, следует отметить низкий КПД гидравлической передачи насос-двигатель, составляющий иногда не более 10%, т. е. большая часть мощности приводного двигателя тратится на различные потери.

Насосы такого типа используются, например, в системах подачи смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки на металлорежущих станках, в системах охлаждения двигателей автотракторной техники (помпы системы охлаждения), в бытовой технике (стиральные машины, бытовые помпы и т. п.), для подачи воды при поливе сельскохозяйственных культур и водоснабжении населенных пунктов и т. п.

***

Шестеренные (зубчатые) насосы



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

напор, подача, рабочая точка. Регулирование насоса.

Для правильной эксплуатации циркуляционных насосов и их подбора при создании различных перекачивающих установок необходимо знать как изменяются основные параметры насосов в различных условиях их работы.

Важно иметь сведения об изменении напора H, расхода мощности N и коэффициента полезного действия (КПД) насоса при изменении его подачи Q. В технике принято характеристики насоса представлять в виде графиков, которые характеризуют взаимное изменение основных параметров насоса в различных условиях работы.

Содержание статьи

Как получить технические характеристики насосов

Основной считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.

Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов.

Технические характеристики насосов получают при проведении испытаний.

При испытании насоса жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара, жидкость подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.

При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля от нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.

При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, рабочее давление нагнетания насоса, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.

Гидравлическая характеристика насоса

Гидравлической характеристикой насоса – в зависимости от источника она может быть названа напорной характеристикой насоса – называют зависимость подачи от напора. Перед тем как перейти к описанию и её построению необходимо определиться с основными понятиями.

Основные параметры насоса

Подача q насоса (производительность насоса) – это количество жидкости, которое перекачивает насос в единицу времени. Обозначается буквой Q. Измеряется в кубических метрах в час(м³/ч), или литрах в час(л/ч).

Напор насоса – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости. Другими словами напор это высота столба воды на которую насос способен поднять жидкость. Напор насоса обозначается буквой H. Измеряется в метрах водного столба (м).

Мощность – это полное приращение энергии, получаемое всем потоком в насосе в единицу времени. Обозначается буквой N. Измеряется в киловаттах(кВт)

КПД (коэффициент полезного действия) насоса – это отношение полезной мощность к потребляемой насосом. КПД является безразмерной величиной.

Замер подачи большей частью осуществляется мерной дроссельной шайбой или соплом по величине перепада давления до и после прибора; перепад давления измеряется дифференциальным манометром.

По данным замеров подачи, напора и мощности, определяют КПД насоса. В результате получают таблицу значений напора, мощности и КПД для последовательного ряда значений подачи насоса от нуля до некоторого максимального значения.

Опытные значения напора, расхода, мощности и КПД могут быть представлены в виде системы точек. Соединяя точки плавными кривыми, получаем непрерывную зависимость рассматриваемых параметров от подачи насоса при постоянном числе оборотов. Эти кривые являются основными характеристиками насоса при постоянном числе оборотов. Напор насоса обычно имеет большие значения при меньшей подаче и уменьшается с её возрастанием.

Отдельные типы насосов имеют отличные характеристики, например техническая характеристика центробежного насоса представляет собой плавную кривую, а у оборудования объемного типа график выглядит ступенчато.

Холостой ход насоса

Холостой ход насоса – это работа насоса при нулевой подаче

Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение N, которое называется мощностью холостого хода. Величина мощности холостого хода зависит от типа насоса, его коэффициента быстроходности. При холостом ходе его полезная мощность равна нулю, и следовательно, КПД также равен нулю.

С возрастанием подачи КПД растет, достигая оптимального значения при режиме, близком к расчетному, а затем начинает падать. Такие характеристики дают достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, если насос снабжен двигателем с постоянным числом оборотов.

Иногда возникает потребность в более сжатом выражении характеристики насоса. Тогда строят одну характеристику Q-H, помечая на ней точки с определенными значениями КПД. Зная для каждой точки характеристики подачу, напор и КПД, легко вычислить мощность.

При изменении частоты вращения, например 60% от номинала или 80% от номинала, характеристика Q-H насоса смещается ниже или выше номинальной.

При испытании и построении характеристики насоса, измеряют не только подачу и напор, но и расход мощности и КПД, которые также наносятся на график.

По составленному графику устанавливается оптимальный режим работы насоса, соответствующий максимальному значению коэффициента полезного действия (КПД) насоса. Затем определяются значения подачи, напора и мощности, соответствующие наиболее выгодным условиям работы насоса. Такой режим работы называется “Рабочей точкой” насоса.

Рабочая характеристика насоса

Рабочая характеристика – это кривая, на которой отражена зависимость между подачей и напором насоса. На рабочей характеристике указывается рабочая точка.

Рабочая точка насоса – это точка на пересечении гидравлической характеристики сети и напорно-расходной (напорной характеристики) характеристики насоса.

Выбирают рабочую точку циркуляционного насоса уже на нисходящей ветки кривой Q-H. Это область устойчивой работы насоса. Восходящая часть кривой Q-H является областью неустойчивой работы, частых срывов подачи.

Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение, которое называется мощность холостого хода. При работе на холостом ходу полезная подача (производительность) насоса равна нулю, а следовательно его КПД так же равен нулю – жидкость не перемещается. С возрастанием подачи КПД растет до своего оптимального значения, а затем начинает падать.

Техническая характеристика центробежного насоса дает достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, его сильных и слабых сторонах, и его работе в трубопроводной сети.

Регулирование работы насоса

Изменение технической характеристики насоса или характеристики системы для обеспечения требуемой подачи называется регулированием насосной установки и осуществляется несколькими способами.

Регулирование воздействием на систему является наиболее распространенным и простым способом. В этом случае регулирование осуществляется задвижкой или вентилем, устанавливаемым обычно в непосредственной близости от насоса на напорном трубопроводе. Такой способ регулирования называется дросселированием.

Дросселирование на всасывающем трубопроводе не рекомендуется из-за опасности возникновения кавитации. Каждому положению задвижки соответствует своя характеристика системы и рабочая точка перемещается от исходного значения подачи к требуемому.

Другим способом регулирования работы насоса является регулирование изменением частоты вращения насоса. Этот способ позволяет свести к минимуму потери, не требует изменения характеристики систему, но предполагает использование привода с регулируемой частотой вращения, либо специальных устройств.

Остальные способы изменения технической характеристики насоса требуют вмешательства в его конструкцию, например возможно:
   уменьшить напор применив входной направляющий аппарат
   регулировать подачу насоса путем изменения угла установки лопастей рабочего колеса
   для многоступенчатого насоса можно воспользоваться изменением числа работающих ступеней.

Видео по теме. Частные характеристики насоса

На практике техническая характеристика насоса может изменяться и комбинированным способом регулирования, например изменением частоты вращения и дросселированием.

Перед выпуском оборудования в эксплуатацию снимают частные характеристики насоса. Одной из таких кривых является кавитационная зависимость. Такой график показывает как изменяется напор насоса с изменением давления на всасе. Частные кавитационные характеристики насоса необходимы для определения минимального подпора на всасе и исключения появления кавитации.

Вместе со статьей “Характеристика насоса: напор, подача, рабочая точка. Регулирование насоса.” читают:

Главные показатели и характеристики автоматических насосов для воды

Дополнительная информация и консультации специалистов

pea.ru »  » Главные показатели и характеристики автоматических насосов для воды Главные показатели и характеристики автоматических насосов для воды Все насосное оборудование имеет номенклатурные показатели, которые характеризуют основные особенности их работы и сферу применения. В каталогах производителей и технической литературе приводятся основные характеристики насосов и графики, описывающие параметры функционирования, однако при выборе оборудования сложно однозначно опираться на них. Основные показатели и характеристики насосов, приводимые в описаниях и технической литературе, следующие: Подача насоса Q – показатель, характеризующий объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени. Кроме объемной подачи насос может иметь характеристику массовой или весовой подачи, однако принято указывать именно объем перекачиваемой среды, измеряемый под давлением на выходе насоса. Кроме подачи часто имеет значение производительность насоса, то есть расход рабочей жидкости на входе. Напор насоса H – показатель, характеризующий разность механической энергии движения жидкости на выходе и входе насоса. Напор, как и подача, может быть весовым, объемным и массовым. Характеристика весового напора используется наиболее широко, однако она неприменима для описания насосов, используемых в условиях отсутствия гравитации. Кроме того, параметром напора также пренебрегают для высоконапорных агрегатов, создающих большую скорость движения среды, потому как эта величина ничтожно мала по сравнению со статическим давлением. Коэффициент полезного действия агрегата – показатель, характеризующий отношение полезной гидравлической мощности к полной мощности, подводимой к насосу. Максимальное значение величины КПД характеризует оптимальный режим работы насоса. Различают оптимальный и номинальный режим работы насоса. Последний характеризуется допустимыми параметрами работы насоса, а оптимальный – это режим работы с такими параметрами, когда насос функционирует наиболее эффективно. Параметры кавитации, надкавитационный напор – характеристики, описывающее избыточное давление жидкости над удельной энергией ее насыщенных паров. Значение надкавитационного напора должно соблюдаться во избежание существенного снижения напора и КПД насоса. Существуют следующие параметры надкавитационного напора: подавляющий напор – такое значение надкавитационного напора, при котором признаков кавитации не обнаруживается; эрозионный напор – значение, при котором наблюдается эрозионное воздействие жидкости на рабочие органы насоса, определение значения эрозионного напора происходит исходя из анализа виброзвуковых характеристик работы насоса или при помощи метода лаковых покрытий; параметрический напор – значение напора, при котором появляются устойчивые каверны, значение параметрического напора описывает такое состояние, когда происходит уменьшение напора на 2% по сравнению с бескавитационным режимом работы при неизменной подаче; предельный напор – минимальное значение надкавитационного напора, при котором еще сохраняется кинематическое подобие течений при моделировании работы насоса или при специальных испытаниях. Номинальная высота самовсасывания – величина, характеризующая расстояние по вертикали от поверхности жидкости до верхней точки области возникновения кавитационных явлений. Величина указывается для насосов, обеспечивающих постоянное во времени самовсасывание. Минимальное время самовсасывания – допустимая продолжительность работы самовсасывающего насоса при сохранении параметра нормальной высоты самовсасывания. В том случае, когда время самовсасывания для насоса не ограничено, то принимается такое значение, когда подача воздуха на вход насоса уменьшается на 25%. Итак, были перечислены технологические характеристики насосов. Есть также эргономические показатели, относящиеся к внешним параметрам эксплуатации насосов: внешняя утечка – количество жидкости, вытекающей во внешнюю среду через какие-либо щели или дефекты уплотнений при номинальном режиме и определенном давлении на входе; уровень звукового давления – уровень шума, создаваемого насосом, измеряется на расстоянии 1м от внешнего контура установки при номинальной работе насоса; уровень вибрации – характеристика, определяющая уровень вибрации в точках, где она максимальна, по среднеквадратическому отклонению скорости и ускорения на поверхности насоса. Любой насос также имеет показатели надежности. Надежность характеризуется максимальными допусками отклонений от показателей, при которых может происходить работа насоса. В этом случае, чем выше допуски, тем выше надежность насоса. Дополнительная информация, консультации, цены Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов – заполните форму справа, или позвоните. Описание отдела Электрооборудование, производство и поставка Производство, поставка и монтаж электростанций, ИБП, стабилизаторов, электрощитового оборудования, насосов, установок компенсации реактивной мощности, трансформаторов, электротехнического оборудования. +7 (495) 229-85-86 [email protected]

Характеристики насосов

Характеристики насосов

Характеристика водопроводных центробежных насосов

Марка насоса	Марка насоса по каталогу 1974 г.	Число обор. в мин.	Диам. раб. колеса, мм	Напор насоса в начале раб. области, м	Расход насоса в начале раб. области, л/c	КПД насоса в начале раб. области	Напор насоса в конце раб. области, м	Расход насоса в конце раб. области, л/c	КПД насоса в конце раб. области	Фиктивн. макс. высота подъема воды, м	Фиктивн. сопр. насоса, (с/л)2·м
1.5К-8/ 19	1.5К-6	2900	128	20.3	1.66	44	14.0	3.88	53	21.7	0.498
2К-20/ 30	2К-6	2900	162	35	2.77	50	24.0	8.33	63	36	0.175
2К-20/ 18	2К-9	2900	129	21	3.05	56	17.5	6.11	66	21.1	0.124
3К-45/ 54	3К-6	2900	218	58	8.5	55	45.0	16.94	63	65.8	0.0563
3К-45/ 30	3К-9	2900	168	34.8	8.33	62	27.0	15.0	72	38.5	0.05
4К-90/ 87	4К-6	2900	272	98.0	18.05	65	72.0	32.5	68	105.6	0.0237
4К-90/ 55	4К-8	2900	218	61.0	18.05	64	45.0	31.1	69	67.3	0.0217
4К-90/ 30	4К-12	2900	174	38.0	18.05	73	27.5	31.1	79	41.8	0.0124
4К-90/ 20	4К-18	2900	148	25.7	13.88	76	18.9	27.77	77	29.5	0.0137
6К-160/ 30	6К-8	1450	328	36.5	33.05	70	28.0	55.0	75	39.3	0.00297
6К-160/ 20	6К-12	1450	264	22.5	35.0	76	17.5	51.11	79	25.2	0.00259
8К-300/ 25	8К-12	1450	315	33.0	61.11	80	25.0	91.66	80	36.9	0.00129
8К-300/ 18	8К-18	1450	268	20.4	61.11	80	15.0	91.66	80	24.3	0.000913

Характеристика водопроводных центробежных насосов

Марка насоса	Марка насоса по каталогу 1974 г.	Число обор. в мин.	Диам. раб. колеса, мм	Напор насоса в начале раб. области, м	Расход насоса в начале раб. области, л/c	КПД насоса в начале раб. области	Напор насоса в конце раб. области, м	Расход насоса в конце раб. области, л/c	КПД насоса в конце раб. области	Фиктивн. макс. высота подъема воды, м	Фиктивн. сопр. насоса, (с/л)2·м
600В-1.6/ 100-А	28В-12	600	1100	100	1527.77	88				76.7	11.8·10-6
800В-2.5/ 100-А	32В-12	500	1360	90	2388.88	88				78.2	4.12·10-6
1000В-4/ 63-А	40В-16	368	1450							43.8	1.02·10-6
	40В-24	500	1185							51.8	1.01·10-6
	52В-11	375	2000							115	0.676·10-6
	52В-17	375	1800							74.8	0.412·10-6
	70В-36	375	1990							89.5	0.260·10-6

Характеристика водопроводных центробежных насосов

	16НДн	960	460							26.1	17.0·10-6
Д2500-17	20НДн	960	550							38.3	7.8·10-6
	24НДн	730	690							36.3	5.18·10-6
	6НДс	2950	242							92.6	0.0033
Д1250-65	12НДс	960	460							34.2	0.000129
	12НДс	1450	460							76.5	0.0001
	14НДс	960	540							47.3	0.0000835
	14НДс	1450	540							107.3	0.000088
	18НДс	730	700							46.0	0.000040
	18НДс	960	700							75.2	0.000030
	20НДс	730	765							55.3	0.000029
	20НДс	960	765							92.2	0.0000236
	22НДс	730	860							67.0	0.000015
	22НДс	960	860							118.2	0.0000167
	24НДс	600	990							62.0	0.00000526
	24НДс	750	990							98.8	0.00000614
	4НДв	1450	280							28.6	0.00728
	4НДв	2950	280							121.0	0.0096
	5НДв	1450	350							45.2	0.00286
	6НДв	1450	405							61.7	0.00157
	8НДв	960	525							47.8	0.000464
	8НДв	1450	525							100.4	0.000286

Характеристика водопроводных центробежных насосов

	10Д-6	1450	465							80.7	0.00084
	10Д-9	1450	366							51.2	0.00059
	12Д-6	1450	546							110.8	0.000435
	12Д-9	1450	432							68.8	0.000258
	12Д-13	1450	365							45.3	0.000191
	12Д-19	1450	300							29.0	0.000168
	14Д-6	1450	660							150.0	0.00022
	20Д-6	970	855							121.0	0.000075
	32Д-19	585	740							26.7	0.00000487
	32Д-19	730	740							40.7	0.00000449
	48Д-22	485	985							34.0	0.00000084
	20НДс-В	730	765							56.2	0.0000293
	20НДс-В	960	765							92.0	0.0000232
	24НДс-В	600	990							61.6	0.00000555
	24НДс-В	750	990							97.0	0.00000555

	М-8*4	1450	375							208	0.0129
	10М-7*6	1470	456							490	0.00877
	10М-8*6	1470	400							361	0.0095
	28М-12*2	980	890							263	0.000090
	10НМК*2	1450	590							241	0.000755
	10НМК*2	1450	545							200	0.00078
	3В-200*2	1450	445							134	0.00212
	3В-200*4	1450	445							268	0.00415
	5МД-7*3	2950	285							298	0.04
	8МД-12*3	2900	262							263	0.0102
	8МБ-9*2	2950	360							375	0.00625
	12НА*5	1450	210							78.4	0.0136
	12А-18*6	1450	210							96.0	0.0174
	20А-18*3	1450	340							125	0.00145
	24А-18*1									63.7	0.000167
	6АП-9*6	2880	82							59.8	3.35
	8АП-9*6	2850	111							124	1.04
	10АП-18*6	2880	129							131	0.138
	12АП-18*2	2865	185							91.3	0.114
	14АП-18*2	2880	305							373	0.09
	АТН-8-1*7									38.0	0.227

Центробежные насосы типа К и КМ – горизонтальные, одноступенчатые, с рабочим колесом одностороннего входа, консольно расположенным на конце вала насоса, предназначены для перекачивания воды с температурой до 80 С (ТИП К) и до 50 С (тип КМ). Подача насосов – 4.5 – 330 м3/ч при напоре 8.8 – 98 м.

Буквы и цифры, составляющие марку насоса, обозначают: первая цифра – диаметр входного патрубка, уменьшенный в 25 раз, мм; буква К – консольный, М – моноблочный, цифры перед чертой – подачу, м3/ч, после черты – напор, м.

Центробежные насосы типа Д – одноступенчатые, с горизонтальным, двухсторонним подводом воды к рабочему колесу. Подача насоса типа Д 180 – 12500 м³/ч при напоре 10 – 125 м

Буква и цифры, составляющие марку насоса, обозначают: Д – центробежный насос с двухсторонним входом; первые цифры – номинальную подачу, м³/ч; вторые (после тире) – напор, м. Насосы типа Д предназначены для перекачивания воды и жидкости, имеющие сходные с водой свойства с температурой до 85 С. Содержание твердых включений в воде не должно превышать 0.05 % массы при размере частиц не более 0.2 мм.

Целесообразные пределы обточки рабочего колеса центробежных насосов

Коэффициент быстроходности колеса насоса	Уменьшение нормального диаметра колеса, %	Примерное снижение КПД насосов, % на каждые 10 % обточки
60 – 120	20 – 15	1.0 – 1.5
120 – 200	15 – 11	1.5 –2.0
200 – 300	11 – 7	2.0 – 2.5

÷Построение характеристик насосов. Характеристики центробежных насосов

Подача центробежного насоса напрямую зависит от абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, которая в свою очередь зависит от частоты вращения рабочего колеса. Чем больше частота вращения рабочего колеса насоса, тем выше абсолютная скорость вращения, а, следовательно, и выше подача насоса.

Полезная мощность насоса – произведение удельной энергии (Q∙H):

24. Характеристики центробежного насоса.

Зависимости между параметрами H=f(Q), N=f(Q), η=f(Q), выраженные графически в виде кривых линий – характеристики насосов .

Действительные характеристики центробежного насоса

Приведенные на рисунке характеристики центробежного насоса справедливы для определенной частоты вращения рабочего колеса, при изменении частоты вращения характеристики насоса также меняются.

Характеристики центробежного насоса при разных частотах вращения рабочего колеса (n 1 > n 2 )

Подача центробежного насоса зависит от напора и, следовательно, в значительной степени от гидравлического сопротивления сети трубопроводов и аппаратов, через которые транспортируется жидкость. Поэтому систему насос-сеть следует рассматривать как единое целое, а выбор насосного оборудования и трубопроводов должен решаться на основании анализа совместной работы элементов этой системы.

25. Рабочая точка центробежного насоса, работающего на сеть. Способы регулирования подачи насоса. Потребляемая мощность.

Совместная характеристика центробежного насоса и сети

Точка пересечения двух кривых (точка А) называется рабочей точкой. Она показывает максимальное количество жидкости Q 1 , которое может подавать данный насос в данную сеть. Если нужно увеличить подачу в сеть, то следует увеличить частоту вращения рабочего колеса. При необходимости снижения подачи до Q 2 необходимо изменить характеристику сети: частично перекрыв нагнетательный трубопровод, что приведет к потерям напора на преодоление гидравлического сопротивления задвижки или вентиля на этом трубопроводе.

При параллельном соединении – увеличение производительности. При последовательном соединении – увеличение напора.

Таким образом, центробежный насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка отвечала заданной производительности и напору при максимально возможных значениях коэффициента полезного действия насоса.

26. Параллельное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

Схема параллельной работы двух центробежных насосов:

При параллельной работе двух или более насосов происходит увеличение производительности. Основным условием параллельной работы является близость их характеристик по напору. Поэтому используют, как правило, одинаковые или хотя бы похожие насосы.

Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих параллельно

27. Последовательное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

Схема последовательной работы двух центробежных насосов

При последовательной работе двух или более насосов происходит увеличение напора. Необходимым условием последовательной работы насосов является близость (лучше равенство) их характеристик по производительности.

Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих последовательно

Тема: Характеристики центробежных насосов: теоретические, рабочие, универсальные, сводные (графики полей). Характеристика трубопровода. Приведенная характеристика насоса. Испытания насосов. Построение рабочих характеристик насоса.

Характеристикой насоса назы­вается графически выраженная зави­симость основных энергетических по­казателей от подачи при постоян­ной частоте вращения вала рабо­чего колеса, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.

Основные параметры лопастных насосов подача (Q , напор H , мощ­ность N , коэффициент полезного действия h и частота вращения вала рабочего колеса n) находятся в определенной зависимости, которая лучше всего уясняется из рассмот­рения характеристических кривых. Значения напора, мощности и КПД для ряда значений подачи могут быть представлены в виде системы точек в координатах H-Q , N –Q, h -Q . Соединяя точки плавными кривыми, получаем непре­рывную графическую характеристику зависимости рассматриваемых па­раметров от подачи насоса при по­стоянной частоте вращения п . Ос­новной характеристической насоса является график, выражающий зависимость развиваемого насосом напора от подачи H=f(Q) при постоянной частоте вращения n = const. Для построения теорети­ческой характеристики насоса при заданных конструктивных размерах воспользуемся уравнением центро­бежного насоса. Если поток на входе в колесо не закручен, то Н т = u 2 J 2 × cos a 2 / g.

Теоретическая подача насоса Q т = h об × m z pD2b 2 w 2 sinb 2 , откуда

где D 2 – диаметр рабочего колеса;

b 2 – ширина рабочего колеса;

Из рис. 1 следует, что

J 2 cos a 2 = u 2 – w 2 cosb 2

J 2 cos a 2 = u 2 –

Подставляя полученное значение J 2 × cos a 2 в основное уравнение теорети­ческого напора, получаем:

Н т = u 2 ) или

Н т = (1)

При n = const окружная скорость u 2 будет постоянной. Очевидно, что для

рассматриваемого насоса D 2 , b 2 и tgb 2 являются постоянными величинами. Обозначая

А =В

получим: Hr=A-BQт. (2)

Таким образом, зависимость тео­ретического напора Н т от теорети­ческой подачи Q т выражается урав­нением первой степени, которое в координатах Q т и Н т графически изображается прямыми линиями; наклон этих прямых зависит от зна­чения углового коэффициента, яв­ляющегося функцией угла b 2 .

На рис. 1, 2 приведена графи­ческая интерпретация уравнения (2) для различных значений уг­лового коэффициента. Проанализируем положение прямых

В характеристике центробежного насоса (рис. 2.8. ) указано изменение напора Н , мощности N , потребляемой насосом, и КПД η в зависимости от подачи Q насоса при неизменной частоте вращения вала.

Рис. 2.8. Характеристика лопастного насоса

Режим работы насоса с наибольшим КПД называют оптимальным (Q опт ). Область в пределах изменения подачи при небольшом снижении КПД (Q 1 , Q 2 ) называют рабочей. Насос рекомендуется применять в пределах этих параметров.

Теоретический напор насоса (H Т∞) при бесконечном числе лопаток изменяется линейно в зависимости от изменения подачи. Действительно, с изменением подачи меняется только величина скорости с u2∞ прямо пропорциональная количеству жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса. Таким образом, напор H Т∞ как функция от подачи представляется прямой линией (см. рис. 2.8.).

При переходе к реальному насосу напор уменьшается, что обусловлено потерями в связи с конечным числом лопаток (на рис. 2.8. заштрихованная зона 1), потерями напора в каналах насоса (зона 2), потерями на входе в колесо, переходе в отвод и в отводе (зона 3).

Напор насоса обычно наибольший при нулевой подаче на режиме, который называется режимом закрытой задвижки. У некоторых насосов наибольший напор не совпадает с нулевой подачей. Характеристика такого насоса показана на рис. 2.8. пунктиром. Здесь, в области малых подач, работа насоса будет неустойчивой, так как напор не определяет однозначно количество подаваемой жидкости (при одной и той же величине напора может быть подача большая и меньшая).

Нулевому напору насоса всегда соответствуют нулевой КПД и наибольшая подача насоса, так называемая работа насоса на излив, т. е. без преодоления полезных сопротивлений. Мощность, потребляемая насосом при нулевой подаче или нулевом напоре, не равна нулю, так как при этих режимах имеются потери на дисковое трение, рециркуляцию жидкости у входа и выхода из колеса, механические и объемные потери (утечка).

Запуск центробежного насоса производится в режиме закрытой задвижки, так как при этом наименьшая мощность потребляемая насосом, а следовательно и минимальный пусковой ток на обмотке электродвигателя.

Определение рабочей характеристики насоса при изменении частоты вращения вала

На рис. 2.9. показаны характеристики насоса при частоте вращения вала 2900 и 2600 об/мин. Подача Q 2 получена пересчетом подачи Q 1 по формуле (2.19). Новый напор (точка 2) определен по формуле (2.18). Мощность при новом режиме (точка 2” ) определена по формуле (2.20). КПД при новом режиме не изменяется, и точку 1” перенесем по горизонтали в точку 2“.

Влияние плотности и вязкости перекачиваемой жидкости на работу насоса

Центробежные насосы на нефтяных промыслах применяются для подачи весьма разнообразных по своим физическим показателям жидкостей: сильно минерализованной воды (плотность более 1000 кг/м 3), сырой нефти и некоторых нефтепродуктов (плотность менее 1000 кг/м 3), но при этом с большой вязкостью.

Основная трудность в получе­нии характеристик насосов расчет­ным путем заключается в выборе коэффициентов потерь, влияющих на подачу и напор насоса. Поэтому при расчете режима работы насоса поль­зуются опытными характеристиками, которые получают при испытаниях насосов. Насосы, изготовляемые отечественными насосостроительными заводами, подвергаются ис­пытаниям в соответствии с ГОСТ 6134-71. Мелкие и средние насосы испытываются на заводском испы­тательном стенде, крупные насосы допускается испытывать на месте эксплуатации при частоте вращения, отличающейся от номинальной не более чем на 5 %.

На основании опытных измерений подачи и напора на входе и вы­ходе, а также потребляемой мощ­ности и вакуумметрической высоты всасывания, вычисляют напор, приведенный к оси насоса, полезную мощность и

коэффициент полезного действия, допустимого кавитационного запаса для ряда значений подачи (15 -16 точек) можно представить в виде системы точек в координатах H , N , Q ,  h ,  (рис. 3. а). Соединяя соответствующие точки плавными линиям получаем графики зависимости рассматриваемых параметров от подачи насоса при постоянной частоте вращения для данного диаметра рабочего колеса.

Полученные кривые H – Q , N – Q,  – Q,  h – Q называются энергетическими характеристиками центробежного насоса и вписываются в паспорт насоса. Из рис. 3, а видно, чтоІмаксимальному значению КПД соот­ветствует подача Q p и напор H р (расчетные параметры). Точка Р характеристики H – Q , отвечающая максимальному значению КПД, на­зывается оптимальной режимной точкой.

Из теоретической зависимости H – Q следует, что с уменьшением подачи напор возрастает и при по­даче, равной нулю, т. е. при за­крытой задвижке на напорном трубопроводе, достигает максималь­ного значения. Однако испытания показали, что некоторые насосы развивают максимальный напор пос­ле открытия задвижки, т. е. напор возрастает при начальном увеличе­нии подачи, а затем падает. Гра­фическая характеристика (рис. 3, б) имеет восходящую ветвь от Q o до Q б . Такие графические ха­рактеристики называются восходя­щими. Из рис. 3, 6 видно, что напору Н А соответствуют две по­дачи Q A и Q 1 . Изменение подачи насоса наступает внезапно, сопро­вождается сильным шумом и гид­равлическими ударами, сила которых зависит от диапазона изменения подачи и длины трубопровода. Ра­бота насоса в пределах подачи от нуля до Q 2 называется областью неустойчивой работы.

Характеристики, не имеющие воз­растающей ветви, называются ста­бильными. Режим работы насосов, имеющих стабильную рабочую ха­рактеристику Н –Q , протекает ус­тойчиво во всех точках кривой. Форма характеристики Н –Q за­висит от коэффициента быстро­ходности насоса n s , чем больше коэффициент быстро­ходности, тем круче кривая Н –Q .

При стабильной пологой харак­теристике напор насоса даже при значительном изменении подачи из­меняется незначительно. Насосы с пологими характеристиками целе­сообразно применять в системах, где при постоянном напоре тре­буется регулирование подачи в широких пределах, например в безбашенной системе водоснабжения

Е. А. Прегер на основании анали­за характеристик Н- Q составил уравнение, дающее аналитическую зависимость между параметрами Q и Н

H = а 0 +Qa 1 +Q 2 a 2

Ограничиваясь лишь рабочей частью характеристик Н- Q , можно упростить указанное уравнение, а именно:

для насосов чистой воды H = a – bQ 2

а для насосов сточных вод H = a – bQ .

Приведенные уравнения справед­ливы в пределах, где рабочие ха­рактеристики Н- Q могут быть при­няты за прямую или квадратич­ную кривую. Коэффициенты а и b постоянны и их значения установ­лены для выпускаемых типоразме­ров насосов.

Универсальная характеристика насоса

Универсальная характеристика позволяет наиболее полно исследо­вать работу насоса при переменных частоте вращения, КПД и мощности насоса для любой режимной точки.

Необходимо отметить, что режим работы насоса с пониженной час­тотой вращения допускается, но по­вышение частоты вращения больше чем на 10-15 % должно быть со­гласовано с заводом-изготовителем.

Требования потребителей по по­даче и напору чрезвычайно раз­нообразны и экономически нецеле­сообразно изготовлять насосы для каждого расчетного случая.

Пространство (на рис. 5 за­штриховано), заключенное между характеристиками Н- Q при номи­нальном размере колеса и Н cp – Q cp при максимально допустимой срезке колеса (линия б) и извилистыми линиями, соответствующими по­дачам в пределах рекомендуемых отклонений КПД, называется полем насоса – рекомендуемая область применения насоса.

В каталогах-справочниках при­водятся сводные графики полей насосов. По этим графикам удоб­но подбирать насос на заданный режим работы.

n, cp =1-(1- )(D / D cp ) 0,25 .

Экспериментальное исследование n| ср показывает, что при срезке коле­са КПД изменяется незначительно в зависимости от коэффициента быстроходности. С достаточной сте­пенью точности можно принять, что КПД насоса уменьшается на 1 % на каждые 10 % срезки колеса с коэффициентом быстроходности n s = 60÷200 и на 1 % на каждые 4 % срезки при n s = 200÷300.

В зависимости от коэффициента быстроходности рекомендуются сле­дующие пределы срезки колес:

60

120

200

Рабочими характеристиками называются зависимости напора, мощности и полного КПД от производительности насоса при постоянном числе оборотов рабочего колеса, полученные при испытаниях насоса. При этом производительность насоса изменяют с помощью задвижки, установленной на нагнетательной линии насоса.

Примерный вид полученных кривых представлен на рисунке:

Мощность, потребляемая насосом, увеличивается с ростом подачи. При закрытой задвижке (Q = 0) потребляемая мощность минимальна (она затрачивается на циркуляцию жидкости внутри насоса). Этот режим используется при пуске насоса, чтобы не допустить перегрузки электродвигателя. Затем задвижка плавно открывается, постепенно увеличивая нагрузку на двигатель.

Главной характеристикой насоса принято считать зависимость H = f (Q). При этом напор уменьшается с ростом подачи, и насос способен работать, создавая на различных режимах разнообразные пары значений H и Q.

КПД насоса сначала растет с ростом подачи, затем начинает уменьшаться. Режим работы, при котором КПД близок к максимальному, называется оптимальным .

Для выбора оптимального режима работы насоса необходимо иметь его главную характеристику при различных числах оборотов рабочего колеса. Имея полученную в результате испытаний зависимость H = f (Q) при числе оборотов n, можно построить графики данной зависимости для других чисел оборотов. Для этого используются формулы пропорциональности. Абсциссы точек экспериментальной кривой пересчитываются пропорционально числу оборотов в первой степени, а ординаты – пропорционально числу оборотов во второй степени. Получается семейство главных характеристик насоса при различных числах оборотов. При этом кривые, сохраняя свою форму, располагаются выше или ниже экспериментально полученной кривой:

Для решения вопроса, какое число оборотов выгодней использовать, на полученных кривых наносят точки, соответствующие определенным значениям КПД, которые соединяют плавными кривыми. Совокупность кривых на данном графике называется универсальными характеристиками центробежных насосов.

Работа насоса на гидравлическую сеть.

Рабочая точка гидравлической сети

Поскольку насос может работать при различных сочетаниях (парах) значений Q – H, очень важно определить его параметры при работе на определенную сеть (трубопровод). Особенностью работы насоса является то, что он как бы «подстраивается» под сеть, то есть развивает напор, равный требуемому напору для данной сети. Поэтому определение рабочих параметров производят так: на одном и том же графике строят главную характеристику насоса (Н н = f (Q)) и характеристику сети H с = f (Q). Как было показано ранее, характеристика сети описывается уравнением

H c = H c т + AQ²

Точка пересечения указанных характеристик и дает рабочую точку насоса при работе на данную сеть (точку А). Если рабочая точка попадает в зону оптимального режима, то считается, что насос правильно подобран к данной сети. Если не попадает, то возможны следующие методы выведения насоса на оптимальный режим работы:

1. Подобрать новую главную характеристику насоса путем изменения числа оборотов рабочего колеса (ориентируясь на универсальную характеристику).

2. Изменить характеристику сети (дросселируя нагнетательный трубопровод (уменьшая его сечение) с помощью задвижки).

Если указанные методы не дают нужного результата, то следует по каталогу подобрать насос с требуемой главной характеристикой.

Вихревые насосы

Вихревой насос имеет цилиндрический корпус 1, всасывающий патрубок 2, рабочее колесо 3 с радиальными прямыми лопатками. Полость всасывания отделена от плоскости нагнетания перемычкой b. Торцевые зазоры между рабочим колесом и корпусом, а также радиальный зазор между кромкой лопатки и перемычкой – не более 0,15мм. В боковых и периферийных стенках корпуса имеются концентричный канал 4, начинающийся у входного окна и заканчивающийся у напорного патрубка 5. Жидкость через входной патрубок 2 поступает в канал 4 и далее в рабочее колесо 3. Получив под действием центробежных сил приращение кинетической энергии, жидкость выталкивается в канал 4. При взаимодействии с жидкостью, которая движется в канале с меньшей скоростью, она сообщает импульс в направлении вращения рабочего колеса.

При переходе жидкости из колеса 3, имеющего меньшее сечение межлопастного пространства в канал 4, имеющий большее сечение, кинетическая энергия частично преобразуется в энергию давления. Двигаясь в направлении стрелок, отдав часть энергии потоку, проходящему по каналу, жидкость снова всасывается рабочим колесом.

Таким образом, в отличие от центробежного насоса, в вихревом насосе жидкость многократно взаимодействует с лопатками рабочего колеса, получая каждый раз приращение энергии.

Поэтому напор такого насоса в 3 ÷ 5 раз больше, чем у аналогичного по размерам и числу оборотов центробежного насоса. Однако жидкость, проходя через насос, многократно изменяет направление скорости, возникают большие местные потери напора (энергия теряется на вихреобразование). Поэтому максимальное значение КПД для таких насосов не превышает 35 ÷ 40%.

Низкий КПД препятствует применению вихревых насосов при больших мощностях, хотя их напор и достигает 250м. Вихревые насосы получили широкое применение для перекачивания легколетучих жидкостей (ацетона, бензина, спирта). Особенно перспективно их использование при перекачивании смеси жидкости и газа. Вихревые насосы не пригодны для перекачивания жидкостей с большой вязкостью, так как при этом резко падают напор и КПД. Их не следует также использовать для жидкостей, содержащих абразивные частицы (при этом быстро увеличиваются торцевые и радиальные зазоры и падает объемный КПД вследствие интенсивных перетечек). Большинство вихревых насосов обладают самовсасывающей способностью при использовании специальных устройств (напорных колпаков с воздухоотводом).

Осевые насосы

Осевые насосы применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить большие производительности при малых значениях напора. Рабочее колесо 1 выполнено в форме пропеллера или гребного винта парохода. Жидкость подводится к рабочему колесу и отводится из него в осевом направлении.

Для уменьшения потерь энергии за рабочим колесом устанавливается направляющий аппарат 2 (неподвижные лопасти, которое делают закрученное после лопастей движение жидкости более спокойным, гасят турбулентность). Производительность насоса изменяется в пределах Q = 0,1 ÷ 25м³∕с, напор Н = 4÷6м. Рабочие характеристики осевых насосов имеют вид, представленный на рисунке.

При малых Q главная характеристика круто падает, имея перегиб в точке А. Мощность, в отличие от центробежного насоса, подает с ростом Q и имеет максимум при Q = 0 (при закрытой задвижке на нагнетательной линии). Поэтому пуск насоса производится при открытой задвижке. Большие значения H и N при малых Q можно объяснить движением части жидкости из нагнетательного патрубка 3 обратно в рабочее колесо (жидкость многократно проходит через рабочее колесо, при этом ее напор растет, однако и потребляемая мощность увеличивается и снижается КПД). Рабочий режим насоса – правее точки В (от Q min до Q max).

Достоинствами осевых насосов являются высокая производительность, простота конструкции, нечувствительность к загрязнению жидкости, а недостатком – низкий напор.

ГЛАВА 7. Объемные насосы

Рабочий процесс у объёмных насосов основан на периодическом заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из занятого объема рабочей камеры. При этом объём рабочей камеры непрерывно изменяется, поскольку попеременно сообщаяется с всасывающей и нагнетательной линиями. Вытеснителями могут быть поршни, зубья шестерён, винты и т.д.

К общим свойствам объёмных насосов относятся:

1. Цикличность рабочего процесса и неравномерность подачи;

2. Герметичность, обеспечиваемая отделением полости всасывания от полости нагнетания;

3. Самовсасывание;

4. Жёсткость напорной характеристики (подача практически не зависит от сопротивления сети).

Поршневые насосы.

Эксплуатационные характеристики центробежного насоса

Эксплуатационные характеристики центробежного насоса

Расход жидкости Содержание
Гидравлические и пневматические знания
Гидравлическое силовое оборудование

Эксплуатационные характеристики центробежного насоса

Эксплуатационные характеристики центробежного насоса – Обычно центробежный насос производит относительно небольшое повышение давления в жидкости.Это давление увеличение может быть от нескольких десятков до нескольких сотня фунтов на центробежный насос с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (фунты Сила на квадратный дюйм Дифференциальный) эквивалентно DP. В данном контексте это разница давлений между всасывание и разгрузка насос.PSID также можно использовать для описания падения давления. через компонент системы (сетчатые фильтры, фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы, так далее.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение системы противодавление на текущий поток вызывает уменьшение величины объемного расхода что центробежный насос может поддерживать.

Анализ взаимосвязи между объемный расход (), который центробежный насос V может поддерживать и перепад давления поперек насоса (DPpump) основан на различных физические характеристики насос и жидкость в системе. Переменные оценены инженерами-проектировщиками, чтобы определить это отношения включают эффективность насоса, мощность, подаваемая на насос, ротационная частота вращения, диаметр рабочего колеса и лопатки, плотность жидкости и вязкость жидкости.Результат этого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего на одной конкретной скорости проиллюстрировано по графику ниже.

Головка насоса по вертикальной оси – это разница между системой назад давление и давление на входе насоса (DPpump). Объемный расход (В ) по горизонтальной оси – скорость, с которой жидкость протекает через насос.График предполагает одно конкретное скорость (N) рабочего колеса насоса.

Центробежный фокус: характеристики центробежных насосов

Австралийский технический справочник по насосам от PIA – это краеугольный документ для австралийской насосной промышленности и, по нашему мнению, незаменим для всех, кто имеет дело с насосами на регулярной основе. В этой продолжающейся серии мы представляем сокращенные главы из классической книги, чтобы продемонстрировать различные затронутые области и заново познакомить читателей с техническими аспектами насосов.В этом выпуске мы исследуем определяющие характеристики центробежных насосов.

Как описано в предыдущем выпуске, Давайте рассмотрим классный ( Pump Industry , выпуск 10, май 2015 г.), центробежный насос – это роторный насос, в котором установленное на валу рабочее колесо вращается внутри корпуса насоса, тем самым ускоряя перекачиваемый насос. жидкость радиально наружу. Таким образом, двумя основными компонентами центробежного насоса являются:

• Вращающийся элемент, состоящий из крыльчатки на валу.
• Стационарный корпус.

Эти компоненты могут быть разных типов, а центробежные насосы могут иметь различные конфигурации, в зависимости от требований области применения, для которой требуется насос.

Рабочие колеса

Вращательное движение рабочего колеса передает энергию перекачиваемой жидкости в виде скорости, часть которой затем преобразуется в давление в каналах рабочего колеса.

Различные типы используемых рабочих колес включают:

Рабочие колеса с радиальным потоком

Жидкость поступает в рабочее колесо в осевом направлении и выходит в радиальном направлении, изменяя направление потока на 90 °.Эти рабочие колеса могут быть одностороннего всасывания (когда жидкость входит в рабочее колесо с одной стороны) или двухстороннего всасывания (когда жидкость поступает с обеих сторон).

Рабочие колеса с осевым потоком

Жидкость входит и выходит из рабочего колеса в осевом направлении (т.е. поток не меняет направление). Только одинарное всасывание.

Рабочие колеса смешанного типа

Жидкость поступает в рабочее колесо в осевом направлении и выходит как в радиальном, так и в осевом направлении. Может быть одинарным или двойным всасыванием.

Индукторы

Это в основном рабочие колеса с осевым потоком и удлиненными лопатками. Они действуют как линейный усилитель для главного рабочего колеса при плохих условиях всасывания.

Оболочки

Преобразование скоростного напора в напор в корпусе насоса происходит либо через спиральный корпус, либо за счет стационарного диффузора.

Спиральные кожухи

Это самый распространенный тип кожуха. Площадь поперечного сечения улитки увеличивается от водораздела (который направляет жидкость к выпускному отверстию) до внутреннего конца выпускного конуса, что приводит к почти постоянной средней скорости воды.Большая часть преобразования скоростного напора в напор происходит в нагнетательном конусе.

Корпуса

доступны как с одинарной, так и с двойной спиралью. В некоторых ситуациях, особенно когда насос работает с пониженным расходом, неравномерное распределение давления вокруг рабочего колеса может вызвать нежелательную радиальную нагрузку на вал. Конструкция с двойной спиралью снижает это.

Диффузоры

Диффузор входит в корпус насоса и плавно направляет поток в нагнетательную трубу (или на следующее рабочее колесо в случае многоступенчатого насоса).Многолопастные диффузоры образуют радиально расходящиеся каналы для воды по периферии рабочего колеса и восстанавливают большую часть общего напора.

Лопатки диффузора могут быть радиальными или осевыми. Радиальные лопатки используются в большинстве случаев. Однако осевые лопатки могут использоваться в случаях, когда необходимо уменьшить внешний диаметр корпуса или увеличить зазор между рабочим колесом и лопатками диффузора (например, для уменьшения эрозии кончика лопастей в высокоскоростных насосах.

Вал и подшипники

Вал передает крутящий момент на крыльчатку.С опорой на подшипники вал также устанавливает рабочее колесо внутри корпуса.

Одноступенчатые насосы с консольным колесом обычно работают в режиме жесткого вала (без изгиба вала) ниже критической скорости первого вала (самой низкой собственной резонансной частоты вибрации ротора насоса).

Многоступенчатые насосы часто работают в режиме гибкого вала с частотой вращения выше первой критической. В этих насосах гидродинамическая поддержка и демпфирование, обеспечиваемые зазорами, обычно гарантируют удовлетворительную «мокрую» работу.

Что такое осевое усилие?

Объединенные неуравновешенные силы в насосе, которые действуют на рабочее колесо и конец вала в осевом направлении, известны как осевое усилие.

Вклады в осевое усилие включают давление всасывания и «гидравлический дисбаланс» рабочих колес (вызванный беспрепятственным ростом давления на заднем бандаже рабочего колеса). В насосах меньшего размера, у которых диаметр всасывания аналогичен диаметру вала, влияние этого давления обычно минимально.Однако в насосах с большим и / или большим напором осевое усилие может быть намного больше, и часто необходимо принимать меры для борьбы с ним.

Уравновешивание осевой тяги в центробежных насосах

Наиболее распространенный способ борьбы с осевым усилием заключается в использовании «гидравлически сбалансированного» рабочего колеса с задним кольцом и балансировочными отверстиями, которое снижает давление в задней части рабочего колеса за счет утечки на сторону всасывания. Другой метод – использовать задние (откачивающие) лопатки рабочего колеса.

Многоступенчатые насосы могут иметь противоположные рабочие колеса для уравновешивания осевого усилия или могут использовать уравновешивающее устройство, такое как уравновешивающий диск или уравновешивающий барабан.

Одноступенчатый насос с рабочим колесом двойного всасывания

Хотя насос этого типа теоретически должен иметь полную осевую балансировку, небольшие различия в литье могут вызвать небольшие различия в схеме потока каждого входа (проушины) рабочего колеса, что приведет к остаточному осевому давлению. Для восприятия этой тяги используется шарикоподшипник комбинированного радиально-упорного типа.

Одноступенчатое консольное рабочее колесо

Эта конструкция крыльчатки включает компенсационное кольцо на задней крыльчатке, которое имитирует дополнительную «проушину» в задней части крыльчатки. Практически полная осевая балансировка достигается за счет «уравновешивающих отверстий» в заднем кожухе, которые допускают утечку на сторону всасывания.

Неуравновешенная нагрузка на привод, вызванная давлением всасывания, действующим на область вала через сальник, может вызвать некоторое остаточное осевое усилие. Однако он обычно невелик, и его можно решить, установив упорный подшипник.

Многоступенчатый горизонтальный насос с балансирным диском

В этом случае неуравновешенное осевое усилие приблизительно равно перепаду давления насоса, действующему на кольцевую поверхность заднего кожуха рабочего колеса. Уравновешивающий диск вращается вместе с валом и автоматически регулирует зазор таким образом, чтобы давление во внутренней балансировочной камере противодействовало осевому давлению рабочих колес.

Многоступенчатый насос с уравновешивающим барабаном

Площадь уравновешивающего барабана аналогична зоне дисбаланса рабочего колеса, но немного меньше, чтобы гарантировать остаточную неуравновешенную нагрузку и удерживать вал в напряжении.Осевая нагрузка воспринимается упорным подшипником. Упорный подшипник может быть шарикового типа, но упорный подшипник с наклонной подушкой может использоваться для приложений с высокими скоростями или высокими осевыми нагрузками.

Что такое радиальная тяга?

Когда насос с одной спиральной камерой работает с максимальной эффективностью, скорости потока и, следовательно, давления, действующие на рабочее колесо, одинаковы по всей спиральной камере. Когда насос работает с расходом, отличным от точки максимальной эффективности (BEP), давления перестают быть однородными, что приводит к радиальному осевому движению.

Величина радиального усилия определяется общим напором, диаметром рабочего колеса и шириной рабочего колеса. Насосы с высоким напором и большим диаметром рабочего колеса будут испытывать более высокое радиальное усилие. Если насосы этого типа часто эксплуатируются ниже BEP, срок службы подшипников может сократиться, а большие прогибы вала в конечном итоге могут привести к выходу вала из строя.

Борьба с радиальной тягой

В этой ситуации есть несколько вариантов борьбы с радиальной тягой. Один из вариантов – использование вала увеличенного размера с подшипниками большего размера.Однако это может существенно увеличить стоимость насоса.

Еще одно решение для приложений с высоким напором – использование корпуса с двойной спиралью. Это делит поток на два почти равных потока за счет использования двух водоразделов, разнесенных на 180 °. Хотя неравенство давления в спиральной камере сохраняется, две противоположные радиальные силы почти компенсируют друг друга, значительно уменьшая радиальное усилие. Кожухи диффузорного типа также практически исключают радиальную тягу аналогичным образом.

Дополнительную информацию, а также подробные схемы и схемы можно найти в Австралийском техническом справочнике по насосам , доступном на веб-сайте PIA (насосы.asn.au/publications). В следующем выпуске Pump Industry мы рассмотрим концепцию удельной скорости.

Характеристическая кривая | КСБ

На характеристических кривых центробежных насосов показано изменение следующих параметров в зависимости от расхода (Q): напор (H) (см. Кривую H / Q), потребляемая мощность (P), КПД насоса (η) и NPSHr, то есть NPSH требуется насосом. Форма характеристической кривой в первую очередь определяется типом насоса (т. Е. Рабочим колесом, корпусом насоса или конкретной скоростью.Вторичные воздействия, такие как кавитация, производственные допуски, размер и физические свойства перекачиваемой жидкости (например, вязкость, перенос твердых частиц или перекачка пульпы не учитываются на этих диаграммах.

Для нормального рабочего диапазона центробежных насосов (n, Q и H все положительные), достаточно построить характеристическую кривую в первом квадранте системы координат H / Q.
Рисунки с 1 по 4 Характеристическая кривая

Инжир.1 Характеристическая кривая: кривые центробежного насоса для различных конкретных скоростей. Кривые, построенные в процентном соотношении, относящиеся к точке наилучшего КПД (нс увеличиваются слева направо)

Рис.2 Характеристическая кривая: центробежный насос с радиальным потоком, удельная частота вращения Рис. 3 Характеристическая кривая: Центробежный насос смешанного типа, удельная частота вращения nS 80 об / мин.

Рис. 4 Характеристическая кривая: Центробежный насос с осевым потоком, удельная скорость nq ~ 200 об / мин.

По мере увеличения удельной скорости (отрицательный) наклон кривой H / Q становится более крутым.

В случае центробежных насосов с низкой удельной скоростью кривая эффективности относительно плоская в вершине, тогда как кривая эффективности высокоскоростных насосов более острая (см. «Высокая удельная скорость»).

Кривая потребляемой мощности насоса с низкой удельной скоростью имеет минимальное значение при Q = 0 (точка отключения), тогда как потребляемая мощность насоса с высокой удельной скоростью достигает максимума при Q = 0.

Представление параметры в характеристической кривой могут предоставить

• Качественную информацию
  См. рис.1 Характеристическая кривая
• Количественная информация о существующих центробежных насосах с различной удельной скоростью
  См. Рис. 2–4 Характеристическая кривая

Даже при заданной удельной скорости на форму характеристической кривой можно повлиять путем выбора подходящего коэффициента напора. Чем выше коэффициент напора для данных рабочих характеристик, тем меньше диаметр рабочего колеса, тем более пологая кривая H / Q и круче кривая P / Q. Таким образом, можно согласовать характеристическую кривую насоса с требованиями конкретной системы. См. Рис.5 Характеристическая кривая

Рис.5 Характеристическая кривая: влияние коэффициента напора на форму характеристической кривой

Для нормального рабочего диапазона центробежных насосов (n, Q и H все положительные) достаточно построить характеристическую кривую в первом квадранте системы координат H / Q.
Рабочие точки, в которых насосы обычно не работают, расположены в трех других квадрантах. К ним относятся, например, работа в турбинном режиме, поведение насоса после отказа привода или запуска (пусковой момент при обратном направлении вращения).

Полная таблица характеристик центробежного насоса (таблица выбора четырехквадрантных характеристических кривых) в первую очередь составлена ​​на основе экспериментов и зависит от типа насоса. На рис. 6 показан пример центробежного насоса двойного всасывания с ns = 35 об / мин (по Степанову).
См. Рис.6 Характеристическая кривая
Рис. 6 Кривая характеристик: Полная диаграмма характеристик центробежного насоса двойного всасывания с nq = 35 об / мин (по Степанову)

Наиболее ясное общее представление получается при нанесении на одну диаграмму следующих рабочих параметров центробежного насоса: скорость вращения как относительная скорость (n / nN) против расхода как относительная скорость потока (Q / Qopt) с напором (H) и крутящий момент (T).Все параметры указаны в процентах от их расчетных значений (включая отрицательные значения), чтобы облегчить перевод результатов в диаграммы для аналогичных насосов.

Как считывать кривую центробежного насоса

Возможность считывать кривые насоса имеет важное значение для долгосрочной работы насоса. В новых областях применения они помогают выбрать насос, отвечающий требованиям к производительности. В приложениях для поиска и устранения неисправностей они помогают инженерам и операторам оценивать условия и решать проблемы с производительностью.

Если вы плохо знакомы с насосами и обработкой жидкостей, чтение кривой насоса может быть сложной и запутанной задачей. Когда вы думаете, что понимаете кривые, вы понимаете, что разные типы насосов (центробежные, поршневые, пневматические диафрагмы и т. Д.) Также имеют разные типы кривых. В этом посте мы разберем анатомию кривой центробежного насоса.

Центробежный насос передает энергию жидкости и в зависимости от системы имеет характеристики расхода и напора.Величина необходимого давления, которое должен преодолеть насос, определяет, где будет точка производительности на кривой и какой поток будет производиться. По мере увеличения давления поток уменьшается, перемещая точку производительности влево от кривой. При понижении давления рабочая точка смещается вправо от кривой, и расход увеличивается.

При рассмотрении кривых для нового приложения следует учитывать множество факторов. Но в большинстве случаев выбор следует делать как можно ближе к точке максимальной эффективности или BEP.BEP – это рабочая точка на кривой производительности, которая показывает точку наивысшего КПД для диаметра рабочего колеса насоса.

В идеале насосы работают на этом этапе всю свою жизнь. Но в реальных приложениях сбои в системе и колебания спроса заставляют насосы работать за пределами идеальных условий. Вот несколько общих терминов, которые вы можете услышать при описании насоса, работающего с максимальной эффективностью:

1. Работа вдали от BEP – насос работает при расходах больше или меньше точки наилучшего КПД
2. Работа справа от BEP – работа с более высоким расходом, чем точка максимальной эффективности
3. Работа слева от BEP – насос работает при расходах ниже точки наилучшего КПД

Почему это важно? Эксплуатация насоса с максимальной эффективностью, так или иначе, может привести к увеличению затрат на электроэнергию, но самым большим последствием выхода насоса из строя является повышенная вероятность отказа.

Работа насоса слева или справа от BEP означает, что дверь открыта для таких проблем, как:

• Кавитация
• Чрезмерная вибрация, приводящая к преждевременному износу уплотнений, валов, рабочих колес и подшипников
• Повышенная рабочая температура из-за рециркуляции всасывания или нагнетания, вибрации или разрушения смазочных материалов
• Неоднократные отказы, требующие затрат времени и денег на ремонт

Давайте начнем с определения и описания информации, которую вы найдете на кривой производительности центробежного насоса.См. Примеры, относящиеся к приведенной ниже кривой производительности.

1. НАЗВАНИЕ

Поле заголовка содержит информацию о модели насоса, размере, скорости и других критериях идентификации, характерных для насоса. При проверке производительности существующего насоса убедитесь, что вы подбираете насос для соответствующей кривой.

2. ПОТОК

Чтобы начать свой выбор, определите объем потока, необходимый от насоса. В этом примере мы выбрали 300 галлонов в минуту.Горизонтальная ось кривой указывает поток.

3. ГОЛОВА

Вам также необходимо знать общий напор, который насос должен преодолеть при указанном расходе. В этом примере мы будем использовать 100 футов. Вертикальная ось указывает голову. Следуйте за 100-футовой кривой, пересекающей линию потока, что указывает на вашу рабочую точку.

4. ОТДЕЛКА РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Иногда рабочие характеристики не могут быть достигнуты с крыльчаткой максимального размера. Чтобы учесть эти рабочие характеристики, центробежные насосы допускают обрезку рабочих колес.

Уменьшение размера рабочего колеса ограничивает насос до ваших конкретных требований к производительности. На кривой в левой части кривой указаны диаметры крыльчатки, а производительность для каждого трима выделена жирной линией. Наш выбор составляет от 10 до 11 дюймов, поэтому обрезка 10,5 дюймов является подходящей.
Центробежные насосы также могут быть ограничены с помощью переменной скорости, что является идеальным средством управления, когда для одного насоса требуется несколько точек производительности, а не достигается одной регулировкой без модификации системы.Кривые переменной скорости будут рассмотрены в более позднем посте.

Мощность в лошадиных силах обозначена поперек кривой пунктирной линией, в данном случае под углом вниз. Наша точка производительности находится между линиями 10 и 15 л.с., по нашим оценкам, для этого выбора требуется 12 л.с.

Требуемый чистый положительный напор на всасывании

(NPSH _R ) важен для правильной работы насоса. Это минимальная величина давления на стороне всасывания насоса для преодоления потерь на входе насоса.

Кривая насоса определяет NPSH _R , а не имеющийся чистый положительный напор на всасывании (NPSH _A ).NPSH _A – это расчет напора, который может обеспечить система. Если не достигается достаточный NPSH, в насосе образуется кавитация, что влияет на производительность и срок службы насоса.

При выборе лучшего насоса для области применения важным фактором является эффективность. На кривой насоса КПД – это отношение энергии, подаваемой насосом, к энергии, подаваемой насосу. Чем выше КПД, тем меньше энергии требуется для работы в определенной точке производительности. КПД насоса 60-80% является нормальным.

8. МИНИМАЛЬНЫЙ ПОТОК

Центробежный насос требует, чтобы через насос проходил минимальный поток для рассеивания выделяемого тепла. С левой стороны кривой минимальный расход обозначен вертикальной жирной линией; Работа слева от этой линии не рекомендуется и может значительно сократить срок службы насоса.

Умение считывать кривую центробежного насоса важно для здоровья вашей системы. Слишком большое отклонение от кривой или слишком большое отклонение назад может вызвать повреждение насоса, чрезмерное потребление энергии и общую низкую производительность.

Вот дополнительное видео с иллюстрациями, в котором показано, как считывать кривую насоса на примере выше.

Нужна дополнительная помощь по кривой помпы? Спросите нас об этом! Мы рады предоставить техническую помощь предприятиям в Висконсине, Миннесоте, Айове и Верхнем Мичигане.

Насосы – Руководство лаборатории прикладной механики жидкостей

В системах водоснабжения и водоотведения насосы обычно устанавливаются у источника для повышения уровня воды и в промежуточных точках для повышения давления воды.Компоненты и конструкция насосной станции жизненно важны для ее эффективности. Центробежные насосы чаще всего используются в системах водоснабжения и водоотведения, поэтому важно узнать, как они работают и как их проектировать. Центробежные насосы имеют ряд преимуществ перед другими типами насосов, в том числе:

• Простота конструкции – отсутствие клапанов, поршневых колец и т.д .;
• Высокая эффективность;
• Возможность работы против переменного напора;
• Подходит для привода от высокоскоростных первичных двигателей, таких как турбины, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и т. Д.; и
• Непрерывная разгрузка.

Центробежный насос состоит из вращающегося вала, который соединен с рабочим колесом, которое обычно состоит из изогнутых лопастей. Рабочее колесо вращается внутри корпуса и всасывает жидкость через проушину корпуса (точка 1 на рисунке 10.1). Кинетическая энергия жидкости увеличивается из-за энергии, добавляемой крыльчаткой, и поступает в нагнетательный конец корпуса, который имеет расширяющуюся область (точка 2 на рисунке 10.1). Соответственно увеличивается давление внутри жидкости.

Рисунок 10.1: Схема типичного центробежного насоса

Производительность центробежного насоса представлена ​​в виде характеристических кривых на рисунке 10.2 и состоит из следующего:

• Напор в зависимости от нагнетания,
• Тормозная мощность (входная мощность) в зависимости от разряда и
• Эффективность в зависимости от расхода.

Рисунок 10.2: Типичные кривые производительности центробежного насоса при постоянной скорости вращения рабочего колеса. Единицы для H и Q произвольны.

Характеристики коммерческих насосов предоставляются производителями. В противном случае насос следует испытать в лаборатории при различных условиях нагнетания и напора для получения таких кривых. Если один насос не может обеспечить расчетный расход и давление, можно рассмотреть дополнительные насосы, включенные последовательно или параллельно с исходным насосом. Должны быть построены характеристические кривые насосов, включенных последовательно или параллельно, поскольку эта информация помогает инженерам выбрать необходимые типы насосов и их конфигурацию.

Многие насосы используются по всему миру для перекачивания жидкостей, газов или смесей жидкость-твердое вещество. Насосы используются в автомобилях, плавательных бассейнах, лодках, водоочистных сооружениях, колодцах и т. Д. Центробежные насосы обычно используются при перекачивании воды, сточных вод, нефти и нефтехимии. Важно выбрать насос, который наилучшим образом соответствует потребностям проекта.

Целью этого эксперимента является определение рабочих характеристик двух центробежных насосов, когда они сконфигурированы как один насос, два насоса последовательно и два насоса параллельно.

Каждая конфигурация (одиночный насос, два насоса последовательно и два насоса параллельно) будет испытываться при скоростях вращения насосов 60, 70 и 80 об / сек. Для каждой скорости настольный регулирующий клапан будет установлен на полностью закрытый, 25%, 50%, 75% и 100% открытый. Будет производиться сбор воды по времени, чтобы определить скорость потока для каждого испытания, и будут получены значения напора, гидравлической мощности и общей эффективности.

Для проведения эксперимента с насосами требуется следующее оборудование:

• Гидравлический стенд P6100 и
• Секундомер.

Гидравлический стенд оснащен одним центробежным насосом, который приводится в действие однофазным двигателем переменного тока и управляется блоком управления скоростью. Вспомогательный насос и блок управления скоростью поставляются для увеличения производительности стенда, так что эксперименты можно проводить с насосами, подключенными последовательно или параллельно. На входе и выходе насосов установлены манометры для измерения напора до и после каждого насоса. Ватт-метр используется для измерения входной электрической мощности насосов [10].

7.1. Общая теория насосов

Рассмотрим насос, показанный на рисунке 10.3. Работа, выполняемая насосом на единицу массы жидкости, приведет к увеличению напора, скоростного напора и потенциального напора жидкости между точками 1 и 2. Следовательно:

• работа насоса на единицу массы = Вт / м
• Увеличение напора на единицу массы
• Увеличение скоростного напора на единицу массы
• увеличение потенциального напора на единицу массы

в котором:

Вт : рабочий

M : масса

P : давление

: плотность

v : скорость потока

g : ускорение свободного падения

z : высота

Применяя уравнение Бернулли между точками 1 и 2 на рисунке 10.3 результатов в:

Поскольку разница между высотами и скоростями в точках 1 и 2 незначительна, уравнение принимает следующий вид:

Разделив обе части этого уравнения на:

Правая часть этого уравнения – манометрический напор, H _м , следовательно:

Рисунок 10.3: Схема системы насос – трубопровод

7.2. Мощность и КПД

Гидравлическая мощность ( Вт, _ч ), подаваемая насосом в жидкость, является произведением увеличения давления и расхода:

Повышение давления, создаваемое насосом, можно выразить через манометрический напор,

Следовательно:

Общий КПД () насосно-моторного агрегата можно определить путем деления гидравлической мощности ( Вт, _ч ) на входную электрическую мощность ( Вт, _i ), т.е.э .:

7.3. Одинарный насос – производительность трубопроводной системы

При перекачивании жидкости насос должен преодолевать потерю давления, вызванную трением в любых клапанах, трубах и фитингах в системе трубопроводов. Эта потеря напора на трение приблизительно пропорциональна квадрату расхода. Общий напор системы, который должен преодолеть насос, складывается из общего статического напора и напора трения. Полный статический напор представляет собой сумму статической высоты всасывания и статического напора нагнетания, которая равна разнице между уровнями воды нагнетания и резервуара источника (Рисунок 10.4). График общего напора для системы трубопроводов называется кривой системы ; он наложен на характеристическую кривую насоса на рис. 10.5. Рабочая точка для комбинации насос-трубопроводная система находится там, где два графика пересекаются [10].

Рисунок 10.4: Система насосов и трубопроводов с указанием статического и полного напора: подъемный насос (слева), насос с затопленным всасыванием (справа)

Рисунок 10.5: Рабочая точка насосно-трубопроводной системы

7.4. Насосы серии Насосы

используются последовательно в системе, где происходят существенные изменения напора без какой-либо заметной разницы в расходе.Когда два или более насоса соединены последовательно, скорость потока во всех насосах остается неизменной; однако каждый насос способствует увеличению напора, так что общий напор равен сумме вкладов каждого насоса [10]. Для насосов серии n:

Составную характеристическую кривую последовательно включенных насосов можно получить, сложив ординаты (напоры) всех насосов для одинаковых значений расхода. Точка пересечения составной характеристической кривой напора и кривой системы показывает рабочие условия (точку производительности) насосов (Рисунок 10.6).

7,5. Насосы параллельно

Параллельные насосы полезны для систем со значительными колебаниями напора и без заметного изменения напора. Параллельно каждый насос имеет одинаковый напор. Однако каждый насос вносит свой вклад в разряд, так что общий расход равен сумме вкладов каждого насоса [10]. Таким образом для насосов:

Составная характеристическая кривая напора получается суммированием расхода всех насосов при одинаковых значениях напора.Типичная кривая трубопроводной системы и рабочая точка насосов показаны на Рисунке 10.7.

Рисунок 10.6: Характеристики двух последовательно соединенных насосов

Рисунок 10.7: Характеристики двух параллельно включенных насосов

8.1. Эксперимент 1: Характеристики одиночного насоса

a) Настройте гидравлические стендовые клапаны, как показано на Рисунке 10.8, для выполнения теста одиночного насоса.

b) Запустите насос 1 и увеличивайте скорость, пока насос не будет работать со скоростью 60 об / сек.

c) Поверните регулирующий клапан стенда в полностью закрытое положение.

d) Запишите давление на входе насоса 1 (P ₁ ) и давление на выходе (P ₂ ). Запишите входную мощность с ваттметра (Wi). (При полностью закрытом регулирующем клапане нагнетание будет нулевым.)

e) Повторите шаги (c) и (d), установив регулирующий клапан скамьи на 25%, 50%, 75% и 100% открытия.

f) Для каждого положения регулирующего клапана измерьте скорость потока, набрав соответствующий объем воды (минимум 10 литров) в мерный резервуар, или используя ротаметр.

g) Увеличивайте скорость, пока насос не будет работать со скоростью 70 об / сек и 80 об / сек, и повторите шаги (c) – (f) для каждой скорости.

Рисунок 10.8: Конфигурация гидравлических стендовых клапанов для испытания с одним насосом.

8.2. Эксперимент 2: Характеристики двух насосов серии

a) Настройте гидравлические стендовые клапаны, как показано на рисунке 10.9, для последовательного испытания двух насосов.

b) Запустите насосы 1 и 2 и увеличивайте скорость до тех пор, пока насосы не начнут работать со скоростью 60 об / сек.

c) Поверните регулирующий клапан стенда в полностью закрытое положение.

d) Запишите давление на входе насоса 1 и 2 (P ₁ ) и давление на выходе (P ₂ ). Запишите входную мощность для насоса 1 с ваттметра (Wi). (При полностью закрытом регулирующем клапане нагнетание будет нулевым.)

e) Повторите шаги (c) и (d), установив регулирующий клапан скамьи на 25%, 50%, 75% и 100% открытия.

f) Для каждого положения регулирующего клапана измерьте скорость потока, набрав соответствующий объем воды (минимум 10 литров) в мерный резервуар, или используя ротаметр.

g) Увеличивайте скорость, пока насос не будет работать со скоростью 70 об / сек и 80 об / сек, и повторите шаги (c) – (f) для каждой скорости.

Примечание. Показания ваттметров должны быть записаны для обоих насосов, предполагая, что оба насоса имеют одинаковую входную мощность.

Рисунок 10.9: Конфигурация гидравлических стендовых клапанов для серийных испытаний насосов.

8.3. Эксперимент 3: Характеристики двух параллельных насосов

а) Сконфигурируйте гидравлический стенд, как показано на Рисунке 10.10, чтобы провести испытания насосов параллельно.

b) Повторите шаги (b) – (g) в эксперименте 2.

Рисунок 10.10: Конфигурация гидравлических стендовых клапанов для параллельных насосов

Перейдите по этой ссылке, чтобы получить доступ к рабочей книге Excel этого руководства.

9.1. Результат

Запишите свои измерения для экспериментов с 1 по 3 в таблицы исходных данных.

Таблица сырых данных

Одинарный насос: 60 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)

Одинарный насос: 70 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)

Одинарный насос: 80 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса последовательно: 60 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса последовательно: 70 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса последовательно: 80 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса параллельно: 60 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса параллельно: 70 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

Два насоса параллельно: 80 об / с
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Объем (л)
Время (с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 1, P 2 (бар)
Насос 1 Входная электрическая мощность (Wi)
Давление на входе насоса 2, P 1 (бар)
Давление на выходе насоса 2, P 2 (бар)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Wi)

9.2. Расчеты

• Если использовался объемный мерный резервуар, рассчитайте расход по формуле:

• Исправьте измерение повышения давления (выходное давление) на насосе, добавив 0,07 бар, чтобы учесть разницу в 0,714 м по высоте между точкой измерения давления на выходе насоса и фактическим выходным соединением насоса.
• Преобразуйте показания давления из бар в Н / м ² (1 бар = 10 ⁵ Н / м ² ), затем рассчитайте манометрический напор по формуле:

• Рассчитайте гидравлическую мощность (в ваттах) по уравнению 6, где Q выражается в м ³ / с, в кг / м ³ , g в м / с ² и H _м в метрах.
• Рассчитайте общий КПД по уравнению 7.

Примечание:

– Общий напор для последовательно включенных насосов рассчитывается по уравнению 8b.
– Общий напор для параллельно включенных насосов рассчитывается по уравнению 9b.
– Общая электрическая входная мощность для насосов, подключенных последовательно и параллельно, равна (Wi) _pump1 + (Wi) _pump2 .

• Обобщите свои расчеты в таблицах результатов.

Таблицы результатов

Одинарный насос: Н (об / с)
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Расход, Q (л / мин)
Расход, Q (м 3 / с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (Н / м 2 )
Скорректированное давление на выходе насоса 1, P 2 (Н / м 2 )
Насос 1 Входная электрическая мощность (Вт)
Напор насоса 1, Нм (м)
Гидравлическая мощность насоса 1, Вт ч (Вт)
Общий КПД насоса 1, η 0 (%)

Два насоса последовательно: N (об / с)
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Расход, Q (л / мин)
Расход, Q (м 3 / с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (Н / м 2 )
Скорректированное давление на выходе насоса 1, P 2 (Н / м 2 )
Насос 1 Входная электрическая мощность (Вт)
Давление на входе насоса 2, P1 (Н / м2)
Скорректированное давление на выходе насоса 2, P2 (Н / м2)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Вт)
Напор насоса 1, Hm (м)
Гидравлическая мощность насоса 1, Вт · ч (Вт)
Напор насоса 2, Нм (м)
Гидравлическая мощность насоса 2, Вт · ч (Вт)
Общий напор, Hm (м)
Общая гидравлическая мощность, Втч (Вт)
Общая входная электрическая мощность, Вт (Вт)
Общий КПД обоих насосов, η 0 (%)

Два насоса параллельно: N (об / с)
Положение клапана открыто	0%	25%	50%	75%	100%
Расход, Q (л / мин)
Расход, Q (м 3 / с)
Давление на входе насоса 1, P 1 (Н / м 2 )
Скорректированное давление на выходе насоса 1, P 2 (Н / м 2 )
Насос 1 Входная электрическая мощность (Вт)
Давление на входе насоса 2, P1 (Н / м2)
Скорректированное давление на выходе насоса 2, P2 (Н / м2)
Насос 2 Входная электрическая мощность (Вт)
Напор насоса 1, Нм (м)
Гидравлическая мощность насоса 1, Вт · ч (Вт)
Напор насоса 2, Нм (м)
Гидравлическая мощность насоса 2, Вт · ч (Вт)
Общий напор, Hm (м)
Общая гидравлическая мощность, Втч (Вт)
Общая входная электрическая мощность, Вт (Вт)
Общий КПД обоих насосов, η 0 (%)

Используйте предоставленный шаблон, чтобы подготовить лабораторный отчет для этого эксперимента.Ваш отчет должен включать следующее:

• Таблица (ы) исходных данных
• Таблица (и) результатов
• График (ы)
  • Напор в метрах по оси Y против объемного расхода, в литрах / мин по оси X.
  • Постройте график зависимости гидравлической мощности в ваттах по оси Y от объемного расхода в литрах / мин по оси X.
  • Отобразите эффективность в% по оси Y относительно объемного расхода, в литрах / мин по оси X на ваших графиках.

На каждом из приведенных выше графиков покажите результаты для одного насоса, двух насосов, включенных последовательно, и двух насосов, включенных параллельно – всего три графика.Не соединяйте экспериментальные точки данных и используйте наилучшее соответствие для построения графиков

• Обсудите свои наблюдения и любые источники ошибок при подготовке характеристик насоса.

Акцент на неустойчивую радиальную ось

 Международный журнал вращающихся машин

Номенклатура

𝑠: Удельная скорость [об / мин, м3 / с, м]

Ψ: Давление на голову [-]

 : Коэффициент расхода [-]

: Коэффициент мощности [-]

: Расход [м

3 / ч]

: Напор [м]

: Скорость вращения [об / мин]

: Диаметр рабочего колеса [м]

: Мощность [кВт]

: КПД [%]

: Ускорение свободного падения [м / с2]

: плотность [кг / м3]

: Соотношение напора в режиме турбины и насоса

: Соотношение расхода в режиме турбины и насоса

: Коэффициент мощности в режиме турбины и насоса

: Коэффициент эффективности в режиме турбины и насоса

:

1𝐻: Приведенные переменные для постоянного напор

𝑟: Коэффициент радиального усилия [-]

: Радиальная сила [Н]

2: Ширина на выходе рабочего колеса [м]

2: Диаметр рабочего колеса на выходе [ м].

Индексы

: номинальная точка

: турбинный режим.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить французских производителей насосов

и членов рабочей группы CETIM по условиям эксплуатации центробежных насосов

в квадрантах 

, которые предложили и поддержали эту работу.

Ссылки

[] JFCombes, A. Boyer, L.Gros, D.Pierrat, G.Pintrand и

P. Chantrel, «Экспериментальные и численные исследования

радиальной тяги в центробежном насосе. ”В материалах 12-го Международного симпозиума по явлениям переноса

и динамики вращающихся машин

, стр. – , Гонолулу, Гавайи,

США, , ISROMAC--.

[] С. Гуо и Х. Окамото, «Экспериментальное исследование гидравлических сил

, индуцированных взаимодействием ротора и статора в центробежном насосе

», Международный журнал вращающихся машин, том , вып.

, стр.  – , .

[] Ф. Р. Ментер, «Сравнение некоторых недавних моделей турбулентности с вихревой вязкостью

», Journal of Fluids Engineering, vol., no.

, стр.  – , .

[] M. Asuaje, F. Bakir, S. Kouidri, F. Kenyery, and R. Rey,

«Численное моделирование потока в центробежном насосе:

влияние спирали на скорость и давление  elds, International

Journal of Rotating Machinery, vol., no., pp. – ,

.

[] J.Parrondo-Gayo, J.Fern

´

andez-Francos, J. Gonz´

alez-P´

erez и

L. Fern´

andez-Arango, «Экспериментальное исследование неустойчивого распределения давления

вокруг выхода рабочего колеса центробежного насоса

», в материалах ASME Fluids Engineering Division

Summer Meeting, , ASME-FEDSM-- .

[] Т. Агарвал, «Обзор насоса как турбины (PAT) для гидроэнергетики micro-

», International Journal of Emerging Technology и

Advanced Engineering, vol., no., pp.  – , .

[________________] Р.Барио, Дж. Фернандес, Дж. Паррондо и Э. Бланко, «Прогнозирование производительности

центробежного насоса, работающего в прямом и обратном режиме

с использованием вычислительной гидродинамики», в Proceedings of

Международная конференция по возобновляемым источникам энергии и энергии

Quality, Гранада, Испания, .

[] С. Равал и Дж. Т. Кширсагар, «Численное моделирование насоса

, работающего в турбинном режиме», в материалах 23-го Международного симпозиума пользователей насосов

, –.

[] С. Дерахшан и А. Нурбахш, «Теоретические, числовые

и экспериментальное исследование центробежных насосов в реверсивном режиме работы

», Экспериментальная геология и гидродинамика, т., № 4, с.

, стр.  – -, .

[] С. Р. Натанасабапати и Дж.Т. Кширсагар, «Насос как турбина –

, опыт работы с CFX-.», Корпоративные исследования и инж.

Отделение

, Kirloskar Bros. Ltd .; , http://www.ansys.com/

staticassets / ANSYS / staticassets / resourcelibrary / confpaper /

-Int-ANSYS-Conf-р.pdf.

[] Х. Наутиял, В. Варун и А. Кумар, «Насосы с обратным ходом.

аналитическое, экспериментальное и вычислительное исследование: обзор»,

Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol., нет., Стр.

 – -, .

[] Р.Т. Кнапп, «Полные характеристики центробежных насосов

и их использование для прогнозирования переходных процессов», Транзакционные ионы

Американского общества инженеров-механиков, том , стр. –

, -.

[] С. Дерахшан, Б. Мохаммади и А. Нурбахш, «E-

Повышение эффективности центробежных реверсивных насосов», Журнал

Fluids Engineering, том , №, ArticleID, pages,

.

[] С. Дерахшан и А. Нурбахш, «Экспериментальное исследование

характеристических кривых центробежных насосов, работающих как турбины

при различных удельных скоростях», Experimental ermal and Fluid

Science, vol. ., no., стр. – -, .

[] D.Pierrat, L.Gros, andG.Pintrand, Mod´

elisation des

´

Несжимаемые материалы, Approche Coupl´

ee — d´

eCoupl´

ee,

LesOuvragesduCetim.

[] Ф. Р. Ментер, «Зональные модели турбулентности с двумя уравнениями, квт для аэродинамических потоков

», в материалах 24-й конференции по гидродинамике

, Орландо, Флорида, США, июль, статья AIAA  -.

[–] М. С. Дарвиш и Ф. Мукаллед, «Схемы TVD для неструктурированных сетей

», Международный журнал тепломассообмена,

т. , нет. , стр.  – , .

[] L.Gros, A.Couzinet, D.Pierrat, and L.Landry, «Полная диаграмма характеристик насоса

и -квадрантная диаграмма, исследованная с помощью экспериментальных и численных подходов

», in Proceedings of the

ASME Конференция, Хамамацу, Япония, , AJK .

[] Д. Пьерра, Л. Гро, Г. Пинтран, Б. Ле Фур и Ф. Дьомлаи,

«Экспериментальные и численные исследования опережения кавитации на передней кромке

в спирально-центробежном насосе. ”В

Труды 12-го Международного симпозиума по транспорту

Явления и динамика вращающихся машин, Гонолулу,

Гавайи, США, февраль, ISROMAC--.

[] Д. Пьерра, Л. Гро, А. Кузине, Г. Пинтран и Ф. Дьомлай,

«О кавитации на передней кромке геликоцентробежного насоса: экспериментальные и численные исследования

», в трудах

3-го Международного совещания рабочей группы IAHR по центробежным насосам

| Как они работают

Конструктивные характеристики центробежных насосов

Рабочее колесо

Рабочее колесо центробежного насоса доступно в различных формах и размерах в зависимости от требуемой производительности и характеристик перекачиваемых жидкостей.

Рабочее колесо всех типов оснащено специальными лопатками на задней стороне ступичного диска для компенсации осевых усилий и снижения давления в камере уплотнения. Напор, создаваемый этими лопастями, противодействует разнице активного давления между спиралью и камерой уплотнения, которая толкает перекачиваемую жидкость к самой камере.

Рабочие колеса изготавливаются из различных материалов в зависимости от химической жесткости и / или абразивной способности перекачиваемой жидкости.

Все рабочие колеса динамически балансируются перед установкой на насосы.

Кожух

Корпус центробежных насосов снабжен одинарным всасывающим патрубком с одинарным спиральным трубчатым аэратором, доступным в двух версиях: с узкой спиралью или широкой спиралью.

Корпуса обычно изготавливаются из тех же материалов, что и рабочие колеса, однако для конкретных требований могут использоваться другие материалы.

Уплотнение между корпусом и крышкой достигается за счет встроенного плоского уплотнения, которое лучше выдерживает нагрузки, вызываемые давлением и температурой.

Материалы, используемые для этих уплотнений, полностью не содержат асбеста.

Кожух может быть изготовлен в обогреваемом исполнении (/ RR), поэтому в нем имеется камера для нагрева пара до давления 7 бар и температуры 180 ° C. Насосы серий RN / RNS и RKN / RKNS стандартизированы на основе норм UNI EN 22858 и в дополнение к нормам ISO 5199.

Крышка

Крышка изготовлена ​​таким образом, что позволяет снимать крыльчатку без снятия кожуха с труб.Материалы, из которых изготовлена ​​крышка, такие же, как и для корпуса.

Наружная зона камеры уплотнения может быть изготовлена ​​в двух вариантах:

a) Версия с охлаждением / R
Производится с помощью охлаждающей камеры, в которой циркулирует вода под давлением до 4 бар.
Используется, когда чрезвычайно высокая температура перекачиваемой жидкости может отрицательно сказаться на работе и долговечности уплотнения вала.

b) Версия с подогревом / RR
Производится с помощью камеры нагрева, в которой циркулирует пар до 7 бар и 180 ° C.
Используется, когда перекачиваемая жидкость имеет тенденцию к затвердеванию, если она не поддерживает свою температуру. Если это произойдет, это может нарушить работу уплотнения вала.

.