Расширение области применения центробежных насосов

Расчетный расход и напор, Q = 170л/с Н = 75 м.

Необходимо выполнить:

• 1. По расчетному расходу и напору подобрать центробежный насос типа «Д» .
• 2. Определить коэффициент быстроходности насоса.
• 3. По формулам подобия построить кривую подобия.
• 4. Определить процент обточки рабочего колеса.
• 5. Построить напорную характеристику Н = f (Q) (кривая Q-H) насоса с обточенным колесом.
• 6. Изменив частоту вращения колеса определить его параметры и построить две характеристики на другой частоте вращения — это характеристика — Н = f (Q) и N = f (Q)

В реальной жизни не всегда можно подобрать по имеющейся номенклатуре отечественных насосов именно тот насос, который будет обеспечивает необходимую подачу и соответствующий напор. Поэтому прибегают к регулированию режима работы насоса. Что это такое? Это искусственное изменение параметров насоса тем или иным способом. Но главное, чтоб способ этот был наиболее экономичным.

Графическая зависимость основных технических показателей (напора, мощности, КПД, допустимой высоты всасывания) от подачи при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос называется характеристикой насоса.

Характеристика лопастного насоса и расширение области применения центробежного горизонтального насоса типа «Д».

Насосы подбирают по максимальному расходу и полному напору (используя сводный график полей Q — H центробежных насосов.

Следует выбирать не менее двух вариантов оборудования. На основании технико-экономического сравнения вариантов оборудования принимают насос с наилучшими характеристиками (хорошая всасывающая способность, высокий КПД, меньшие габариты, серийное производство и т. д.). Но в реальных условиях не всегда удается подобрать насос с необходимыми параметрами. В таких случаях прибегают к обточке диаметра рабочего колеса.

Различают различные по форме напорные характеристики насоса — Н = f (Q)-(кривая Q-H) и энергетические характеристики насоса (мощности и КПД) — N = f (Q) и = f (Q) — (кривые Q-N и Q-).

Характеристикой насоса называется график, устанавливающий связь между отдельными его параметрами.

На рабочих характеристиках показаны зависимости напора (Н), мощности (N), коэффициента полезного действия (), и допустимой вакуумметрической высоты всасывания () от подачи насоса (Q) при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос. На характеристиках современных насосов вместо допустимой вакуумметрической высоты всасывания наносят кривую допустимого кавитационного запаса — ?h.

Эти характеристики можно получить теоретически из основного уравнения насоса. Однако, при этом необходимо вводить поправки на реальные условия, т. к. на работу насоса влияет большое число факторов, которые трудно, а иногда и невозможно учесть. Поэтому теоретические характеристики неточны и ими практически не поль-зуются. Истинные характеристики центробежного насоса получают в результате заводских стендовых испытаний. Характеристики бывают: пологие, крутопадающие и с возрастающей ветвью при малых подачах (иначе неустойчивые или лабильные характеристики).

Определение обточки рабочего колеса насоса Применение центробежных насосов можно расширить, если обрезать (обточить) лопасти рабочего колеса, вследствие обрезки изменяется внешний диаметр колеса, что ведет к уменьшению напора. Обрезать нужно не только лопасти, а и диски рабочих колес, о исключением насосов с турбинным отводом, в которых обтачивают только лопасти. Если обрезают рабочие колеса центробежных насосов, предназначенных для подачи чистых жидкостей, подача изменяется пропорционально первой степени, а напор — второй степени диаметра рабочего колеса. Насосы подбирают по максимальной секундной расходу и полном напора по сводному графику полей Q — H насосов.

Но иногда насос с необходимыми параметрами промышленность не производит. Поэтому для установки проектируется ближайший более мощный насос. Его характеристики приводятся в каталоге по максимальному диаметру колеса. Для расширения поля деятельности насоса в практике проектирования и эксплуатации, чтобы избежать непроизводительных затрат энергии, часто используют обточки лопастей рабочего колеса насоса, снижающие наружный диаметрколеса D₂, или изменяют частоту вращения вала насоса. Подачу и напор Нобт насоса с рабочим колесом, которое обточенные, диаметра Dобт, можно определить с уравнений закона подобия, если известны подача Q и напор Н насоса с номинальным (базовым) колесом диаметром D -432мм. В этом случае частота вращения n = const = 1450 об/мин Насосы подбирают по максимальному расходу и полному напору (используя сводный график полей Q — H центробежных насосов.

Следует выбирать не менее двух вариантов оборудования. На основании технико-экономического сравнения вариантов оборудования принимают насос с наилучшими характеристиками (хорошая всасывающая способность, высокий КПД, меньшие габариты, серийное производство и т. д.).

При выборе насосов следует руководствоваться следующими соображениями:

• 1. Подача насосов должна обеспечивать максимальный расход. Необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов.
• 2. Насосы должны работать в области наивысших КПД при длительной подаче.
• 3. Целесообразно на НС устанавливать однотипные насосы, что обеспечивает взаимозаменяемость насосов и упрощает их эксплуатацию.
• 4. Необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов.
• 5. Число резервных насосов принимается в соответствии с категорией надежности насосной станции.
• 6. Насосы должны обладать хорошей всасывающей способностью.

Однако из-за ограниченности номенклатуры отечественного оборудования не всегда можно точно подобрать насос. Реализуя курс на ресурсосбережение, необходимо подбирать насос в зоне наивысших КПД. Поэтому чтобы подобрать насос правильно, необходимо обточить рабочее колесо либо изменить частоту вращения вала рабочего колеса. Тогда насос будет работать в экономичном режиме. Рассмотрим первый способ — это обточка рабочего колеса. По каталогу на заданные параметры Q= 220 л/с и Н =40м подбираем насос Д800−57 с базовым колесом 432 мм Область применения центробежных насосов можно значительно расширить путем обточки рабочего колеса по наружному диаметру.

При уменьшении диаметра рабочего колеса КПД и подача насоса изменяются незначительно, а напор и мощность существенно уменьшаются.

Пределы обточки зависят от коэффициента быстроходности:

при n_s % обточки

• 60−120 15−20%
• 120−200 11−15%
• 200−300 7−11%

Порядок определения диаметра обточки рабочего колеса Д_об._кол.

• 1. На характеристику насоса Н = f (Q) наносят точку, А с координатами Н = На=м и Q = Qа=400л/с. По формуле определяют коэффициент быстроходности; насос центробежный обточка
• 2. Через точку, А проводят параболу, называемую кривой соответствия, Н = aQ² (где, а = Н_а/Q_а²), которая проходит через точку А;
• 3. Находят точку Е пересечения кривой соответствия с характеристикой Н = f (Q) при нормальном диаметре рабочего колеса. Этой точке соответствуют координаты Qе и Не.
• 4. Из соотношения * определяют диаметр обточенного рабочего колеса при n_S 150. Формулы для пересчета характеристик при обточенном колесе:

Для n_s? 150 Для n_s >150.

Q_об / Q = D_об / D; Q_об / Q = (D_об / D)²;

Н _об / Н =(D_об / D)²; Н _об / Н =(D_об / D)²;

D _об = D · Q_об / Q = vD² · Q _А / Q_Е ^*;

Обточка колеса составляет [(D — D_об) / D] · 100 = %.

Задача 1

Расчетный расход: Q_а = 170 л/с Напор Н_а = 75 м Насос Д630−90.

Необходимо выполнить:

• 1. По расчетному расходу и напору подобрать центробежный насоса)
• 2. Определить коэффициент быстроходности насоса.
• 3. По формулам подобия построить кривую подобия.
• 4. Определить процент обточки рабочего колеса.
• 5. Построить напорную характеристику Q-H насоса с обточенным колесом.
• 1. Подбор насоса

Рабочие зоны каждого типоразмера насосов, выпускаемых отечественной промышленностью, представлены на этих графиках в виде криволинейных параллелограммов. Верхняя линия каждого поляхарактеристика с базовым колесом, а нижняя с наименьшим нижним заводским диаметром обточки рабочего колеса. Определив марку насоса, более подробные сведения о нем и его характеристиках отыскиваем в приложении МУ. По каталогу насоса по сводному графику полей Q-H подбираем насос типа Д630−90 Рабочая точка «А» лежит вне рекомендуемых полей. Строим рабочую характеристику насоса Д630−90 на миллиметровке. На поле наносим рабочую точку «А», соответствующую параметрам Q_н = 170 л/с Н_н = 75 м.

Напор подобранного насоса должен быть равен при расчетном расходе Q_а = 170л/с Н_на = 75 м. или превосходить его не более, чем на 10%. Если это условие не выполняется прибегаем к обточке колеса.

Допустимая величина обточки рабочего колеса насоса и формулы для пересчета рабочих характеристик зависят от коэффициента быстроходности насоса, который определяем по формуле.

2. Определение коэффициента быстроходности

Входящий в обозначение насоса оптимальный часосвой Q_опт = 800 м³/ч расход пересчитываем в секундный и половину его подставляем в формулу. Напор Н_опт принимаем по марке насоса равным 57 м. частота п=1450об/мин.

n_s = 3,65· 1450 v630 :2: 3600:(90)^¾ = 53,58.

Т.к. n_s < 150 значит, пользуемся формулой.

Q_об / Q = (D_об / D); Н _об / Н =(D_об / D)²;

D _об =v D · Q_об / Q = D · Q _А / Q_Е ;

Диаметр базового колеса составляет 675 мм.

3. Построение кривой подобия

Строим рабочую характеристику насоса на миллиметровке или на рабочей характеристики. На поле наносим рабочую точку «А», соответствующую параметрам Q_а = 170л/с Н_а = 75 м.

Диаметр обточки можно определить путем построения кривой соответствия, проходящей через точку «А»: а = Н_а/Q_а² =75: (170)² = 0,259 .

Чтобы построить кривую соответствия, необходимо задаться расходом и вычислить напор по формуле: Н_а = 0,826· Q_а² и по полученным точкам строим кривую соответствия от т. А до пересечения с характеристикой насоса.

Находим т. Е, пересечения кривой соответствия с характеристикой Н = f (Q):

Расчетные данные равны: Qа= 170 л/с, На= 75 м Т.к. Дбаз = 525 мм, а обточенное колесо имеет Д:

D _об = D · Q_об / Q = D · Q _А / Q_Е = 525•170/185 = 482 мм;

D _об = 482 мм.

4. Определение процента обточки рабочего колеса

Обточка колеса составляет.

[(D — D_об) / D] 100% = (525 — 482): 525 · 100% =8,2%.

Процент обточки составляет 8,2%, что меньше допустимого, т. е 15% и он совпал со средней заводской обточкой, т. допустимая максимальная обточка 15%, а 8,2%- это какраз почти половина, а именно средняя обточка.

5. Построение напорной характеристики насоса с обточенным рабочим колесом

На базовой характеристики произвольно принимаем несколько точек и по формулам пересчета пересчитываем характеристики для обточенного рабочего колеса:

Q_об = Q _баз (D_обт/ D_баз); Н_обт= Н_баз(D_обт/ D_баз)²;

з_обт=1-(1- з_баз) (D_обт/ D_баз)²

Пересчет характеристики насоса при обточке рабочего колеса.

Практически установлено, что при обрезке колеса, не превышает пределов допустимых конструкцией насоса, КПД меняется незначительно. Приблизительно можно считать, что при обточке рабочего колеса в пределах допустимой величины, КПД насоса уменьшается на 1% на каждые 4% обточки при n_s = 200−300. Обтачивание рабочих колес диагональных (полуосевых) и осевых насосов не рекомендуется.

Влияние частоты вращения рабочего колеса на характеристики центробежного насоса В условиях производства часто возникает потребность в определении характеристик насосов при частотах вращения, отличающихся от номинальной (в техническом паспорте насоса приводятся характеристики для номинальной частоты вращения). Для расчетов в таких случаях пользуются формулами пересчета.

Задача 2.

По паспортным характеристикам для скорости вращения вала насоса п = 1450 об / мин необходимо построить соответствующие характеристики для скорости вращения 1250 об / мин .

Решение задачи:

а) Построение характеристики (Q — Н):

на паспортной характеристике Q — Н задаемся рядом произвольных точек 1, 2, 3, 4 с координатами Q1=110,165, 220,247. и Н = 94,91,86,82.

По формулам закона пропорциональности вычисляем соответствующие координаты этих точек при скорости вращения 980 об / мин.

;

;

Выводим, подставляя значения.

Таблица с параметрами насоса с частотой п=1450 об/мин.

Таблица с параметрами с частотой п=1250 об/мин.