Испытание центробежного насоса

Казань – 2005

Сущность работы. В центробежном насосе (рис.1) передача энергии от электродвигателя потоку жидкости осуществляется при помощи колеса с профилированными лопатками. При вращении рабочего колеса насоса жидкость, заполняющая пространство между лопатками, также приводится во вращение. Под влиянием центробежных сил, развивающихся при этом, жидкость перемещается к периферии колеса и выбрасывается в канал, окружающий колесо. Одновременно на входе в рабочее колесо давление понижается (становится ниже атмосферного). Под действием образовавшегося перепада давлений (атмосферного, действующего на свободную поверхность питательного бака, и давления в центре рабочего колеса) жидкость непрерывно всасывается насосом. Так как окружная скорость на периферии колеса больше, чем у входа на лопатки, абсолютная скорость жидкости на выходе с лопатки становится больше, чем на входе. Таким образом, жидкость, пройдя через рабочее колесо, получает приращение энергии.

Рис. 1. Схема центробежного насоса

В дальнейшем кинетическая энергия, полученная жидкостью, преобразуется в потенциальную (энергию давления) в спиральной камере (улитке) насоса, поперечное сечение которой постепенно увеличивается к выходному патрубку. При этом скорость жидкости снижается, и кинетическая энергия потока частично преобразуется в энергию давления.

Центробежные насосы перед пуском необходимо заливать перекачиваемой жидкостью. Для того, чтобы жидкость могла удерживаться в насосе, на нижнем конце всасывающей трубы, спускаемой в питательный бак или водоём, устанавливают приёмный (обратный) клапан с сеткой-фильтром. Приёмный клапан пропускает жидкость только в одном направлении – к насосу.

При одном и том же числе оборотов центробежный насос может иметь

различные значения напора Н и производительности Q в зависимости от сопротивления сети. Напор и производительность – это основные параметры насоса. Напор - приращение полной удельной энергии жидкости внутри насоса

(измеряется высотой столба перекачиваемой жидкости). Объёмная производительность насоса - объём жидкости, перекачиваемый насосом в линию нагнетания в единицу времени.

Установление зависимости между

Рис. 9.2. Рабочие характеристики

напором и производительностью H = f₁(Q) при постоянном числе оборотов имеет большое практическое значение, поскольку сеть, по которой насос перекачивает жидкость, может иметь различное сопротивление. Указанная зависимость обычно получается опытным путем и называется главной характеристикой насоса.

Характеристики мощности N = f₂(Q) и полного КПД η = f₃(Q), также

получаемые при испытании насоса, дают ясное представление о взаимной зависимости всех рабочих параметров насоса при данном числе оборотов. Характеристики насосов широко используются при изучении работы центробежных насосов и при проектировании гидравлических установок.

С увеличением подачи Q потребляемая насосом мощность N непрерывно возрастает. При закрытой задвижке (Q=0) насос потребляет минимальную мощность, которая расходуется лишь на преодоление трения в подшипниках и сальниках, а также на перемешивание жидкости рабочим колесом в корпусе насоса. Во избежание перегрузки электродвигателя необходимо пускать центробежный насос при закрытой задвижке на нагнетательной линии.

При изменении числа оборотов центробежного насоса от n₁, до n₂; его подача, напор и потребляемая мощность также изменяются в соответствии с законом пропорциональности:

(1)

Изменение сопротивления сети и, следовательно, режима работы машины производится путем открытия (закрытия) задвижки. В опытах желательно охватить всю область от Q=0 (полное закрытие задвижки) до Q=Q_max(полное открытие задвижки).

В условиях эксплуатации, когда центробежный насос подаёт жидкость в определенную сеть, рабочие параметры насоса могут быть установлены при совмещении его главной характеристики с характеристикой сети (рабочая точка). Режим работы насоса при наибольшем КПД называется оптимальным режимом работы. При проектировании гидравлических установок выбор насоса необходимо производить с учетом того, чтобы рабочая точка лежала в области, близкой к оптимальному режиму.

Цель работы: 1) ознакомление с конструкцией насосной установки; 2) проведение испытания центробежного насоса типа Кс 10-55/2; 3) построение рабочих характеристик насоса при n =const по опытным и расчетным данным; 4)определение оптимальных параметров насоса при данном числе оборотов.

Описание установки (рис. 3). Центробежный насос 1 соединен с помощью упругой муфты с асинхронным электродвигателем 2. Вода всасывается насосом из питательного бака 3, свободная поверхность воды в котором выше уровня насоса. В связи с этим насос не требует заливки. На всасывающем трубопроводе установлена задвижка 4, служащая для создания дополнительного сопротивления на всасывающей линии, а также для отключения насоса от сети во время ремонта. На нагнетательном трубопроводе установлены задвижка 5 для регулирования производительности насоса и счетчик 11 для измерения подачи. Гидравлическая система замкнута, т. е. насос всасывает воду из питательного бака 3 и подает её в тот же бак. На пульте управления насосной установкой смонтированы манометр 7, вакуумметр 10, амперметр 9, вольтметр 6, тахометр 8,секундомер.

Порядок проведения работы. Перед включением электродвигателя насоса необходимо открыть задвижку на всасывающей линии. После этого, проверив наличие воды в питательном баке, включают насос. Первое наблюдение проводится при полностью закрытой задвижке на нагнетательной линии. Во избежание нагрева воды работа насоса при

Рис. 3. Схема установки

закрытой задвижке не должна продолжаться более 5 минут. Последующие наблюдения проводят при постепенном открытии задвижки для каждого нового режима работы (не менее 7-8 опытов). Последнее наблюдение проводят при полностью открытой задвижке. Для каждого режима измеряют следующие величины: 1) объём воды V (показание водомера типа ВВ-50), прошедшей за время τ (примерно 60-120с); 2) давление в нагнетательной р_м и всасывающей р_в линиях насоса (показания манометра и вакуумметра); 3) напряжение U и силу тока I (показания вольтметра и амперметра); 4) число оборотов n (показание тахометра).

Обработка результатов опытов. Производительность насоса определяется по формуле

. (2)

Напор Н, развиваемый насосом, находится следующим образом:

, (3)

где р_м - давление в нагнетательной линии; рв - разрежение во всасывающей

линии; ρ - плотность жидкости (воды); Z_м - расстояние от оси насоса по вертикали до центра манометра; Z - расстояние по вертикали между точками присоединения вакуумметра и манометра.

Мощность, потребляемая насосом, определяется из зависимости:

, кВт (4)

где U - напряжение; I - сила тока; η_дв - КПД электродвигателя; соsφ -

коэффициент мощности. При расчетах принять соsφ =0,85, η_дв ==0,8.

Полный КПД наcоса вычисляется по формуле (в СИ)

. (5)

При увеличении подачи насоса нагрузка на электродвигатель также возрастает, что приводит к некоторому уменьшению числа оборотов асинхронного электродвигателя. В случае заметного изменения числа оборотов насоса найденные значения параметров насоса (Q, Н, М) следует пересчитать на одно и то же число оборотов n_p (по указанию преподавателя). Пересчет производится в соответствии с зависимостями (1).

Все величины, измеренные в процессе испытания и полученные расчетом, заносятся в таблицу:

№ п/п	Измеренные величины	Вычисленные величины
	pM, кгс/см2	PВ, кгс/см2	V, л	τ, с	U, в	I, А	n, об/мин		Н, м	N. кВт	η
	5.70					7.5		0.5	59.36	2.031	0.143
	5.40							2.12	56.30	2.167	0.539
	5.00	0.060						3.57	52.83	2.438	0.758
	4.40	0.140				9.5		4.76	47.53	2.573	0.862
	3.95	0.210						5.56	43.65	2.708	0.878
	3.55	0.260						6.25	40.08	2.708	0.907
	2.90	0.135						7.14	32.17	2.708	0.831
	2.50	0.400						7.69	30.79	2.708	0.857

Рассчитаем производительность насоса:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Напор, развиваемый насосом, будет равен:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Вычислим мощность, потребляемую насосом:

1)

2)

3)

4)

5)

Полный КПД насоса:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

Вывод:в результате проделанной работы мы ознакомились с конструкцией насоса, испытали его режимы работы, построили диаграммы рабочих характеристик насоса по расчетным и экспериментальным данным. Из последних следует, что наиболее эффективный режим работы – это такой режим, при котором значения напора, расхода и КПД будут оптимальными и сбалансированными.