Характеристики центробежных насосов

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО РАЗДЕЛУ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Тема I. НАСОСЫ

Работа № 1

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

Содержание работы:

1. Изучить разновидности, устройство и принцип работы динамических насосов.

2. Изучить правила монтажа и эксплуатации.

3. Запустить и отрегулировать насос на заданный рабочий режим.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Центробежные и вихревые насосы относятся к группе динами­ческих насосов, объединенных общим признаком, а именно — в них жидкая среда перемещается под силовым действием на неё в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

При этом на входе в насос и во всасывающем патрубке созда­ётся разряжение, а на выходе и в напорном патрубке - избыточное давление.

Явление кавитации и способы борьбы с ней

Если давление во всасывающей части насоса понижается до так называемого давления насыщенного пара жидкости при данной тем­пературе (табл. 1), то сплошность внутри капельной жидкости на­рушается. Образуются полости, заполненные газом, паром или их смесью, это явление называется кавитацией (от латинского слова cavitas - пустота).

Таблица 1

Давление Р_п.ж. насыщенных паров для воды в зависимости от температуры t °С

Возникшие в потоке жидкости кавитационные пузырьки перено­сятся дальше в область повышенного давления, где Р > Р_п.ж. и здесь происходит их конденсация или смыкание.

Высокочастотная киносъёмка показала, что время увеличения объёма пузырька порядка 0,002 с, а время смыкания (разрушения) -0,001 с.

За 1 секунду в объёме 1 см³ могут образоваться и разрушить­ся более 30 миллионов кавитационных пузырьков, из которых не ме­нее 1000 смыкаются на твердой стенке, ударяя в неё с давлением порядка 2×l0⁵... 3,4×I0⁵ Па.

Эти большие давления, повторяющиеся с частотой порядка 1000 Гц, разрушают материал проточной части гидравлических машин, то есть происходит кавитационная эрозия.

Кроме воздействия пузырьков на материал, при кавитационной эрозии, наблюдаются также химические процессы коррозии металлов и электролитические явления. В лопастных гид­равлических машинах кавитационные разрушения происходят в местах наибольшего разрежения, в основном на входных кромках лопастей.

Кавитация проявляется в резкомснижении и пульсации подачи идавления насоса, что можно определить по манометру и расходо­меру. Наблюдается вибрация насоса, характерный шум и потрескива­ние.

Возможность появления кавитации и её предотвращение учитывают как в процессе конструирования насоса, так и при проектировании насос­ных установок и их эксплуатации.

Основное в этом вопросе - правильный расчет разрежения на входе в насос и сравнение его с допустимым. Допустимое разрежение определяется на основании данных кавитационных испытаний или упрощенно по формуле:

Р_доп = К(P_aтм – Р_п.ж.) (1)

где: К - коэффициент запаса, К = 1,15... 1,25;

P_aтм– атмосферное давление;

Р_п.ж. - давление насыщенных паров.

Разрежение, создаваемое на входе в насос определится по формуле:

(2)

где: γ - удельный вес жидкости, кН/м³;

h_вс - высота расположения оси насоса над уровнем жидкости во всасывающем резервуаре, м ;

- скорость жидкости во всасывающем потрубке, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h_w.вс - по­тери напора во всасывающем патрубке, м.

Кавитация будет отсутствовать при P_вс < Р_доп .

Формулу 2 можно преобразовать для определения допустимой геометрической высоты всасывания:

(3)

В практике бывают случаи, когда допустимую геометрическую высоту всасывания по тем или иным обстоятельствам обеспечить нельзя. Поэтому при проектировании гидравлических машин большое внимание надо уделять выбору материала, противостоящего воздей­ствию кавитации. Стойкими, к кавитации, материалами являются нержавеющие стали, алюминиевые бронзы, хромоникелевые сплавы, а нестойкими - чугун, литые стали и бронза. Чтобы использовать нестойкие к кавитации материалы, их защищают путем диффузионной металлизации, покрыти­ем распыленной резиной или нейлоном, феноловой смолой на ткане­вой основе и др.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

В настоящее время центробежные насосы с приводом от электро­двигателя являются широко распространенными агрегатами в сель­ском хозяйстве. Поэтому существует много их разновидностей (табл. 2).

Таблица 2

Конструктивные разновидности лопастных насосов

Кроме специфических требований каждой отрасли (род и темпе­ратура жидкости, количество твёрдых частиц и химических приме­сей в ней, консистенция, агрессивность к металлам, климатичес­кие и внешние условия, в которых будет работать насосный агрегат, противокавитационные требования и т.д.), имеется широкий диапа­зон подач и давлений (напоров), для которых должен быть сконст­руирован насос.

По развиваемому напору насосы можно условно разделить на низконапорные (до 10...12 м), средненапорные (12...70 м) и высо­конапорные (более 70 м), а по мощности считают их малыми (4... 100 кВт), средними (100...400 кВт) и крупными (более 400 кВт).

По числу рабочих колёс насосы можно разделить на одноступенчатые (одноколёсные) и многоступенчатые (многоколёсные), а по расположению оси вала – на горизонтальные и вертикальные.

Принципиальная схема центробежного насоса представлена на рисунке 1.

Рабочее колесо 3 насоса 4 несет лопасти 2, заключенные между дисками 7. Спиральный корпус 1 переходит в напорный патрубок, на котором монтируется задвижка 5, перекрывающая вход в напорный трубопровод 6. К центральной частя рабочего колеса примыкает (с небольшим зазором) входной всасывающий патрубок 8, к которому присоединяется всасывающая труба 9, оканчивающаяся приёмной сет­кой 10 с обратным клапаном.

Рис. 1.1. Схема центробежного насоса.

Перед пуском полости насоса и всасывающей линии заполняются жидкостью через горловину 4. При вращении рабочего колеса 3 с постоянной частотой жидкость непрерывно движется по каналам коле­са, образованным лопастями 2, которые сообщают протекающей жидко­сти энергию - давление и значительную скорость. По выходе жидкости в специальный корпус 1 её скорость постепенно уменьшается в связи с расширением сечения корпуса и достигает нормальных величин при подходе к напорному трубопроводу 6. При уменьшении скорости повышается давление, которое и обеспечивает подачу жидкости.

В процессе работы насоса на входе в рабочее колесо 3 созда­ётся вакуум вследствие отвода жидкости. Под действием этого ва­куума на рабочее колесо 3 непрерывно поступает жидкость через всасывающую линию и входной патрубок.

Рассмотрим наиболее характерную конструкцию одноступенчатого центробежного насоса с горизонтальным валом и с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу (рис. 2).

Жидкость поступает во входной патрубок 1 (крышка корпуса) в осевом направлении параллельно валу 9, на котором находится ра­бочее колесо 4, Оно представляет два диска, между которыми нахо­дятся лопасти, отогнутые назад по направлению вращения колеса. Рабочее колесо нагружает вал как консольную балку (сосредоточен­ная нагрузка на конце вала, имеющего опоры в двух подшипниках 10), поэтому насос называется консольным.

Между рабочим колесом и крышкой корпуса имеется щелевое уп­лотнение 2, препятствующее перетечке жидкости из напорной спира­ли во входной патрубок. В месте прохода вала через корпус насоса устанавливается сальниковое уплотнение 6. Смазка подшипников осу­ществляется солидолом. Соединение муфты насоса 12 с муфтой электродвигателя 13 осу­ществляется с помощью упругих элементов

Рис. 1.2. Разрез центробежного консольного насоса.

Эти насосы обозначали буквой К, перед которой указывали диа­метр всасывающего патрубка в дюймах (дюйм, примерно равен 25 мм) а после через тире, указывали быстроходность насоса, уменьшенную в 10 раз. Например: 2К-6 (диаметр всасывающего патрубка 50 мм, быстроход­ность равна 60). В соответствии с требованиями международного стандарта маркировка насосов должна включать сведения о подаче (расходе) и напоре при максимальном КПД.

В новом обозначении после буквы К (или KМ для моноблочных на­сосов) указывают подача (расход) в м³/ч и напор в м. Например: насос К-20/30 имеет расход Q = 20 м³/ч и напор Н = 30м.

Характеристики центробежных насосов

Характеристикой насоса называется графическая зависимость напора - Н, мощности - N и КПД - η от подачи насоса Q при постоян­ной частоте, вращения.

Изготовленные на заводе насосы (или их модели) подвергаются специальным испытаниям для выявления зависимости напора, мощно­сти и КПД от подачи при неизменных диаметре рабочего колеса и частоте вращения. Все эти характеристики строят на одном графи­ке (рис. 3). Точка А характеристики η-Q, соответствующая макси­мальному КПД, определяет оптимальные рабочие параметры насоса:

Q_опт , Н_опт, N_опт.

Волнистыми линиями на характеристике отмечен рабочий интервал насоса с наибольшим КПД. Центробежные насосы рекомендуется эк­сплуатировать в пределах рабочего интервала. Особенно опасно эксплуатировать центробежные насосы при подаче большей, чем реко­мендуемая. Это может привести к перегрузке двигателя и выхода его из строя.

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

Рис. 1.3. Характеристика центробежного насоса

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: