РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Графически изображённые зависимости H = f₁(Q), N = f₂(Q), h = f₃(Q) при постоянном числе оборотов называются рабочими характеристиками насоса.

Основное уравнение центробежных насосов с радиальным входом жидкости (9.50) с учётом соотношений (9.55), (9.57) и (9.61) можно представить в виде:

(9.76)

и тогда гидравлическая мощность (9.15) будет равна:

. (9.77)

На рис. 9.18 изображены теоретические характеристики центробежных насосов с бесконечным числом лопастей для различных их форм
(см. рис. 9.16), но с одинаковыми геометрическими размерами и . Устойчивая работа насоса, благоприятные условия работы двигателя, ввиду сравнительно слабо изменяющейся гидравлической мощности, обеспечиваются только для рабочих колёс с лопастями, загнутыми назад
(b₂ < 90^о, ctgb₂ > 0^о).

Действительные рабочие характеристики центробежных насосов отличаются от теоретических тем больше, чем больше подача насоса, ввиду увеличения потерь напора в проточной части насоса и отклонения картины течения от струйной модели.

Рис. 9.18. Теоретические рабочие характеристики

центробежных насосов для различных форм лопастей

Изготовленные насосы подвергаются стендовым испытаниям, в задачу которых входит определение действительной зависимости напора, потребляемой мощности, КПД насоса от его подачи, т.е. определение рабочих характеристик насоса.

Принципиальная схема установки для проведения испытаний показана на рис. 9.19.

Рис. 9.19. Схема кавитационной установки

Насос 1 подаёт воду через водомерный узел 4, который в случае использования дроссельного устройства снабжён дифференциальным манометром 8, в бак 2 и забирает воду из того же бака. Задвижка 5 служит для регулирования подачи насоса, а 6 - для отключения его при замене. Манометр 12 и вакуумметр (или мановакуумметр) 7 используются для определения напора насоса. Температура воды контролируется термометром 9, а уровень воды в баке по водомерному стеклу 10. Для определения потребляемой мощности можно использовать мотор-весы, позволяющие определить момент на валу насоса и число оборотов (значит, и угловую скорость) вала. Если перекрыть кран 11 для сообщения бака с атмосферой, то, используя вакуум-насос 3 и создавая в баке разряжение, можно получить кавитационные характеристики насоса и зависимости H^д_вак = f(Q) или
H^д_вс = f(Q), которые также являются рабочей характеристикой насоса.

Испытания начинаются при полностью закрытой задвижке 5, а затем проводят серию опытов при различной степени открытия задвижки 5, до тех пор, пока она не будет открыта полностью, т.е. насос практически будет работать на излив воды. В результате опытов получают серию значений подачи насоса и после обработки опытных данных по вышеприведённым формулам получают серию значений напора H, мощности N, КПД h, допустимой вакуумметрической высоты всасывания H^д_вак.

По полученным данным строят зависимости H = f₁(Q); N = f₂(Q);
h = f₃(Q) и H^д_вак = f(Q), для n=const. В каталогах и паспортах насосов их обычно представляют как показано на рис. 9.20, а. Для всех приведённых кривых масштаб по оси абсцисс Q одинаков, а по оси ординат масштаб H, N, h и H^д_вак указан слева и справа от поля графика.

Точка А (см. рис. 9.20, а) характеристики насоса Q - h, отвечающая максимальному значению КПД, называется оптимальной точкой и насосы должны подбираться так, чтобы они работали в режиме, близком к оптимальной точке.

При закрытой задвижке (Q = 0) насос полезной работы не совершает и подводимая к нему мощность затрачивается на механические потери в подшипниках, сальниках и нагревание воды в корпусе насоса. Во избежание перегрева жидкости в насосе допускается кратковременная работа с закрытой задвижкой, но для облегчения пуска следует включать насос при закрытой задвижке. При подборе насосов используют графики полей насосов (рис. 9.20, б, в), на которых показаны области Q = H всех предусмотренных типоразмеров центробежных консольных насосов (рис. 9.20, б) и насосов двухстороннего входа (рис. 9.20, в).

а

б

в

Рис. 9.20. Рабочие характеристики насосов:

а - рабочие характеристики насоса К 160/20; б - сводный график полей Q – H
центробежных консольных насосов типа К и КМ; в - сводный график полей Q – H
центробежных насосов входа типа Д

Характеристика Q = H называется главной рабочей характеристикой насоса. Формы характеристик центробежных насосов (рис. 9.21) могут быть пологие 1, крутопадающие 2 и возрастающие (имеющие максимум - 3). Форма характеристики зависит от коэффициента быстроходности, числа лопастей, конструктивных особенностей насоса. Насосы с пологими характеристиками 1 (см. рис. 9.21) используются в тех случаях, когда по условиям работы должна существенно изменяться подача насоса при примерно одинаковом напоре. Такие требования должны обеспечить перевозные пожарные насосы, пожарные и хозяйственные насосы специальных и объединённых противопожарных водопроводов, насосы, подающие воду в установки пожаротушения.

Рис. 9.21. Форма Q - H характеристик

центробежных насосов

Коэффициент быстроходности таких насосов лежит в пределах
80 < n_s < 200 (об/мин).

Применение насосов с крутопадающей характеристикой 2 (см. рис. 9.21) целесообразно в тех случаях, когда желательно иметь малый диапазон колебания расходов при значительных колебаниях напора насосов, например, на насосных станциях первого подъёма при значительном колебании уровня воды в источнике. Крутопадающие характеристики имеют насосы с высоким значением коэффициента быстроходности (n_s > 200).

Возрастающие характеристики 3 (см. рис. 9.21) имеют вначале неустойчивый участок работы АД, так как одному значению напора соответствуют два значения подачи. Работа таких насосов допускается только с расходами, превышающими расход Q_D. Возрастающие характеристики имеют тихоходные центробежные насосы (n_s < 80).

Для выбора рабочего режима насоса и соответствующего числа оборотов пользуются универсальными характеристиками (рис. 9.22), представляющими собой графики зависимостей напора от подачи для различных чисел оборотов.

Рис. 9.22. Универсальная характеристика насоса

На поле характеристики наносятся также кривые равных КПД и зависимости мощности от подачи. Для построения универсальных характеристик проводятся испытания насоса при различных числах оборотов и построение серии рабочих характеристик для каждого числа оборотов рабочего колеса. Иногда приводятся безразмерные универсальные характеристики, в которых значения подачи, напора и КПД отнесены к их оптимальным значениям, т.е. к их значениям при максимуме КПД. При расчёте насосно-рукавных систем удобно пользоваться аналитическими характеристиками, которые с точностью вполне приемлемой для практических расчётов можно представить в виде:

, (9.78)

где численные значения параметров a и b для главных характеристик Q-H пожарных насосов приведены в задачнике [32]. Более точное аналитическое описание главной характеристики Q - H можно сделать, используя полином с большим числом членов, более высокой степени, но при этом сильно усложняется расчёт насосно-рукавных систем при несущественном повышении его точности.