8316

21

Лабораторная работа №3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ И НАПОРА

НАСОСА ПО РАЗМЕРАМ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Цель работы: Научиться вычислять теоретические подачу и напор по геометрическим характеристикам рабочего колеса.

Теоретическая часть

Подача насоса – это объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Теоретическое значение подачи может быть определено по размерам рабочего колеса и скорости движения на выходе из него (рис. 3.1).

Жидкость поступает в каналы рабочего колеса со скоростью V1, а выходит со скоростью V2. Проходя через каналы рабочего колеса, частицы жидкости совершают сложное движение: наряду с вращательной скоростью U (переносная скорость) они перемещаются вдоль лопастей с относительной скоростью ω. Таким образом, абсолютную скорость V можно получить сложением векторов U и ω .

Графически абсолютная скорость – это диагональ параллелограмма, построенного на составляющих U и ω. Угол между направлением V и U обозначается α, а угол между ω и отрицательным направлением U обозначается

β (см. рис. 3.1).

площади F2, м/с.

Радиальная составляющая абсолютной скорости определяется по

22

Напор насоса – это приращение энергии перекачиваемой жидкости в насосе.

Теоретический напор определяется по формуле Эйлера:

к = 0.75 – коэффициент, учитывающий конечное число лопастей.

Порядок выполнения работы

1.Вычерчивается схема рабочего колеса (см. рис. 3.1) с параметрами (размерами) полученными в лабораторной работе №1 (табл. 1.1).

2.Отмечаем на рисунке переносную скорость U и вращательную ω, тем самым абсолютная скорость V получается сложением векторов U и ω .

3.Угол α2 принимается равным 10º - 15º.

4.По формуле (3.4) определяется переносная скорость на выходе из рабочего колеса насоса.

5.Из параллелограмма скоростей, построенного в соответствующем масштабе, определяется угол β2.

6.Величина абсолютной скорости определяется по формуле:

7.По формуле (3.2) определяется величина радиальной составляющей абсолютной скорости.

8.По формуле (3.1) определяется теоретическая подача.

9.По формуле (3.3) определяется теоретический напор.

10.Результаты расчетов заносятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Результаты вычислений

Контрольные вопросы

1.Дайте определение основных параметров насоса.

2.Покажите графически, как определяется абсолютная скорость движения жидкости.

3.Запишите формулу для определения теоретической подачи насоса.

4.Запишите основное уравнение для определения теоретического напора центробежных насосов.

23

Лабораторная работа №4 ИСПЫТАНИЕ ЦЕНТОРОБЕЖНОГО НАСОСА

Цель работы: Провести испытания центробежного насоса и построить рабочие характеристики.

Теоретическая часть

Характеристика насосов - это взаимозависимости основных параметров насосов (подачи, напора, допустимой вакуумметрической высоты, мощности, а для центробежных насосов и частоты вращения) от плотности и вязкости жидкости (Q-H, Q-N, Q-hдon.,Q-КПД). Рабочей характеристикой насоса является характеристика в зоне рабочих (оптимальных параметров работы насоса).

В качестве примера рассмотрим зависимость напора (Н), создаваемого насосом, и расхода перекачиваемой жидкости (Q). Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса (рис. 4.1). Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане (задвижке), он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H0 при нулевой подаче.

Рисунок 4.1. – Графическая характеристика насоса Q-H

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако так как в системе трубопроводов всегда имеет место

25

Для проведения испытания выделяется группа студентов не менее 4-5 человек - количество, которое определяется необходимостью наблюдения за приборами. Первый включает и выключает двигатель и снимает показания на электрическом щите; второй работает на задвижке и подает сигналы изменения режима работы насоса; третий снимает показания водомера и производит отсчет времени по секундомеру для вычисления подачи насоса; четвертый снимает показания вакуумметра и манометра.

При работе необходимо следить за работой подшипников. Температура подшипников не должна превышать 60-700С. У крупных насосов температура подшипников определяется по термометрам, у малых - наощупь. Уровень масла должен поддерживаться на требуемой высоте. При кольцевой смазке подшипников следует наблюдать, чтобы смазочные кольца свободно вращались

с валом.

Порядок пуска центробежного насоса

1.Перед запуском насосного агрегата в работу необходимо произвести визуальный осмотр насоса и электродвигателя. Проверить крепление насоса и электродвигателя к раме. Проверить уровни масла в подшипниках.

2.Проверить положение трехходовых кранов, установленных на вакуумметре V и манометре М. Положение «закрыто», чтобы не испортить приборы при заливке насоса.

3.Закрыть задвижку на напорном трубопроводе.

4.Залить насос водой. Для этого необходимо открыть водопроводный и воздушный краны. Заливку производят до тех пор, пока из воздушного крана жидкость будет выходить без пузырьков воздуха. После этого закрыть сначала воздушный кран, затем водопроводный.

5.Включить двигатель.

6.Открыть задвижку на напорном трубопроводе.

7.Включить вакуумметр V и манометр М.

Во избежание нагрева жидкости работа насоса при закрытой задвижке не

должна продолжаться более 3-5 мин.

Порядок остановки центробежного насоса

1.Выключить манометр М и вакуумметр V.

2.Закрыть задвижку на напорном трубопроводе.

3.Выключить электродвигатель.

Определение опытных величин

Для построения характеристик надо определить напор, подачу, мощность

иКПД насоса при различных режимах его работы.

1.Подача насоса измеряется расходомером (т.е. водомером с горизонтальной вертушкой), установленным на напорном трубопроводе.

2.Напор насоса равен сумме показаний манометра и вакуумметра плюс

разность скоростных напоров в напорном и всасывающем патрубках:

Н = М + V + ((v12 - v12) / 2g), м,

где М - показания манометра, м; V - показания вакуумметра, м;

v1 = 4Q/πdн2 - скорость в напорном патрубке, м/с;

26

v1 = 4Q/πdв2 - скорость во всасывающем патрубке, м/с; Q - подача насоса, м3/с;

dв - диаметр всасывающего патрубка, м; dн - диаметр напорного патрубка, м.

При расположении манометра и вакуумметра на разных высотах следует делать соответствующие поправки. При расположении манометра выше вакуумметра (рис. 4.3 а), т.е. при положительном Z (расстояния по вертикали между цапкой манометра и точкой присоединения импульсной трубки вакуумметра к всасывающему патрубку, м) напор насоса выражается

формулой:

Н = М + V + ((v12 - v12) / 2g) + Z, м,

Рис. 4.3. Схемы установки манометра и вакуумметра на центробежных насосах

При расположении манометра и вакуумметра с отрицательной величиной Z (рис. 4.3 б) напор насоса выражается формулой:

Н= М + V + ((v12 - v12) / 2g) - Z, м,

Втом случае, когда жидкость в приемном резервуаре находится под

избыточным давлением (рис. 4.3 в), полный напор, развиваемый насосом,

определяется:

Н = М2 – М1 + ((v12 - v12) / 2g) + Z, м,

где М2 - показания манометра на напорном трубопроводе, м М1 - показания манометра на всасывающем трубопроводе, м Z - расстояние между цапками манометров, м.

3. Мощность насоса. При непосредственном соединении насоса с электродвигателем трехфазного тока при помощи муфты мощность Р, потребляемую электродвигателем из сети, замеряют ваттметром.

Для определения мощности насоса, расходуемой на валу, следует мощность Р, потребляемую электродвигателем из сети, умножить на

27

соответствующий КПД электродвигателя (взятый по его характеристике в зависимости от нагрузки):

Nв = Р * ηдв, кВт

4. КПД насоса. Для каждой точки кривой Q-Н определяют полезную мощность насоса Nп, а также расходуемую на валу мощность Nв. Полезная мощность определяется по формуле:

Nп = (ρ * g * Q * Н) / 1000, кВт,

где ρ - плотность жидкости (для воды ρ = 1000 кг/м3); Q - подача насоса, м3/с;

Н - напор насоса, м.

Значение КПД насоса подсчитывается по формуле:

ηн = Nп / Nв = (ρ * g * Q * Н) / (1000* Р * ηдв)

5. Измерение частоты вращения. Частота вращения насоса измеряется при помощи тахометра. Если при проведении испытания замеренные частоты вращения будут отличаться от нормального или колебаться во время опытов, то необходимо величины Q, Н и N привести к нормальной частоте вращения насоса путем пересчета по формулам закона пропорциональности и строить характеристики по расчетным данным. Формула закона пропорциональности:

Q/Q1 = n/n1

Н/Н1 = (n/n1)2 N/N1= (n/n1)3

где Q, Н, N, n - подача, полный напор, потребляемая мощность и частота вращения при одном режиме,

а Q1, Н1, N1, п1 - то же, при другом режиме работы насоса.

Протокол испытания центробежного насоса

1. Характеристика электродвигателя.

Асинхронный двигатель общего применения типа А 61-4, в защитном исполнении, в чугунной оболочке, имеющий короткозамкнутый ротор. Номинальная мощность N = 10 кВт. Частота вращения n = 1450 об/мин.

Ток статора 34,1 А. Напряжение U = 220 В. КПД 87,5. 2. Характеристика насоса КСМ-30.

Центробежный, горизонтальный, двухступенчатый спирального типа, с колесами одностороннего входа воды.

Подача Q = 30 м3/ч. Полный напор Н =50 м. Частота вращения n =1450 об/мин. 3. Результаты испытаний сводятся в таблицу 4.1.

28

Таблица 4.1.

Результаты испытаний

Примечание: При производстве испытаний (при определении мощности насоса Nв КПД двигателя условно принят постоянным - 0,875. Фактически же он будет изменяться с изменением потребляемой мощности, так, например, с изменением нагрузки двигателя до 0,5 от номинальной, КПД уменьшится на 3 и более процентов.

Контрольные вопросы

1.Характеристика насосов. Определение рабочих характеристик насоса.

2.Перечислить порядок операций обслуживающего персонала при пуске центробежного наоса.

3.Перечислить порядок операций обслуживающего персонала при остановке центробежного наоса.

4.Назовите виды арматуры и фасонных частей, предусматриваемых при монтаже насосной установки.

6.Графически представить основные характеристики насосов.

29

Лабораторная работа №5 ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ РАБОТА

ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Цель работы: Изучение режимов работы насосов при их параллельном и последовательном соединении.

Теоретическая часть

Параллельной называется работа насосов, при которой несколько насосов работают в один или несколько соединенных между собой напорных водоводов.

Последовательной называется работа насосов, при которой один насос (I ступень) подает перекачиваемую жидкость во всасывающий патрубок (иногда во всасывающий трубопровод) другого насоса (II ступень), а последний подает ее в напорный водовод.

Последовательную работу насосов применяют, когда жидкость подается по трубам на очень большие расстояния или на большую высоту. Если насосы установлены последовательно на одной станции, то при построении характеристики трубопровода необходимо учесть потери на участке от напорного патрубка насоса до всасывающего патрубка насоса и внести поправку в характеристику Q-H. Игнорировать потери на соединительном участке недопустимо. Трубопроводы, соединяющие последовательно работающие насосы, должны иметь как можно меньше соединений и крутых поворотов. На рис. 5.1 показан пример графической характеристики последовательно подключенных двух насосов. Когда два насоса соединяются последовательно (друг за другом) их напор суммируется. Если подача равна нулю, то напор от двух одинаковых по параметрам насосов удваивается. Если подача двух последовательно включенных насосов осуществляется без напора, то два насоса не обеспечат большую подачу, чем один насос.

Необходимость в параллельной работе насосов возникает в случаях, когда невозможно обеспечить требуемый расход воды подачей одного насоса. Основным условием параллельной работы насосов является равенство их напоров. При параллельном соединении нескольких насосов подаваемый расход можно регулировать изменением числа одновременно работающих насосов. На рис. 5.2 показан пример графической характеристики параллельно подключенных двух насосов. В параллельной схеме работы максимальная подача удваивается при нулевом напоре, если одновременно работают два насоса одинаковой мощности. Если взять другую крайнюю точку, когда подача равна нулю, то два работающих насоса включенных параллельно не смогут обеспечить напор больше, чем один насос.

С особенностями пуска в работу насосов и построением графических характеристик при разном их соединении можно ознакомиться в ходе выполнения данной работы.