Технические характеристики центробежного насоса. Рабочие характеристики центробежных насосов

Подача — Q [м³/ч] — объём воды, подаваемый насосом в единицу времени. Оптимальная подача центробежного насоса достигается при максимальном значении коэффициента полезного действия. Фактическая подача насоса определяется развиваемым напором и может быть вычислена по напорно-расходной характеристике конкретного насоса.

Напор — H [м.вод.ст] — разница давлений между входным и выходным патрубком насоса. В замкнутом циркуляционном кольце напор насоса определяется суммой потерь напора на всех элементах циркуляционного кольца.

Напорно-расходная характеристика — графическое отображение зависимости напора центробежного насоса от его подачи. Тихоходные насосы с частотой вращения менее 1500 об/мин обладают более пологой характеристикой, то есть напор создаваемый насосом с изменением подачи изменяется не столь существенно как у быстроходных насосов.

Гидравлическая характеристика сети — графическое отображение зависимости потерь напора в сети (циркуляционном кольце) от протекающего расхода. Гидравлическая характеристика сети имеет форму параболы, так как изменение потерь напора в циркуляционном кольце, равно квадрату изменения протекающего расхода.

Рабочая точка насоса — точка на пересечении напорно-расходной характеристики насоса и гидравлической характеристики сети. Рабочая точка определяет какими будут подача и напор насоса при включении его в сеть (циркуляционное кольцо). Напор всегда равен сопротивлению системы, а установившийся расход можно определить опустив с рабочей точки перпендикуляр на ось подачи (абсцисс).

Высота всасывания — Нвс [м] — разница уровня в метрах, между осью рабочего колеса насоса и уровнем жидкости в нижнем резервуаре, за вычетом потерь напора в трубопроводе соединяющим нижний резервуар с насосом и при условии, что вода в нижнем резервуаре находится под атмосферным давлением.

Подъём воды с нижнего резервуара происходит за счёт разницы давлений, при этом в рабочем колесе насоса создаётся разрежение, а на воду действует атмосферное давление. Так как атмосферному давлению соответствует столб воды высотою в 10,3 метра, а насос не может создать в рабочем колесе абсолютный вакуум — высота всасывания насоса не может быть более 8 метров.

Кавитационный запас — NPSH [м.вод.ст] — минимальное давление во всасывающем патрубке насоса обеспечивающее безкавитационную работу. Значение кавитационного запаса определяется опытным путём производителями насосов и приводится в виде графика в зависимости от подачи насоса.

Полезная мощность насоса — Nu [Вт] — определяется полной энергией передаваемой в насосе жидкости за единицу времени.

Nu = ρ . g . Q . H

Мощность на валу насоса — Nw [Вт] — механическая мощность, которая передаётся на вал центробежного насоса. Механическая мощность больше полезной, на величину гидравлических потерь и потерь на трение в рабочем колесе.

КПД насоса — η [%] — коэффициент полезного действия характеризующий степень совершенства центробежного насоса и определяется как отношение полезной мощности к мощности на валу.

Класс энергоэффективности — — общепринятая классификация бытовых товаров отображающая эффективность использования энергии. Классы энергоэффективности обозначаются латинскими буквами от A до G. Товары маркированные буквой A имеют наименьшее энергопотребление, а товары с маркировкой G соответственно — наибольшее.

Если сравнивать насосы с похожими гидравлическими характеристиками различного класса энергоэффективности, можно установить что разница в потреблении энергии насосами двух смежных классов составляет 22%. Насос класса A потребляет только около 33% электроэнергии, необходимой для работы насоса класса D.

Номинальный диаметр — DN — численное обозначение внутреннего диаметра присоединительных патрубков центробежного насоса общее для всех трубопроводных элементов. Номинальный диаметр насоса не имеет размерности, но его значение приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.

Ряд условных проходов DN (Ду) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)». Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр — Ду насоса.

Номинальное давление — PN — наибольшее избыточное давление воды с температурой в 20°C, при котором допускается длительная работа насоса.

Альтернативным обозначением номинального давления, распространённым в странах постсоветского пространства, было условное давление — Ру насоса. Ряд номинальных давлений PN (Ру) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

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.

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.

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