На рис. 12-2 показана универсальная характеристика осевого насоса типа ОП2-110 при п = 485 об/мин. В поле координат Q - Н проведены кривые для различных углов установки лопастей рабочего колеса - отф = - 10°доф = +2° (за угол ф = О принимается расчетный, на который проектировалось колесо, поэтому этот угол обычно проходит вблизи области максимума к. п. д. характеристики - яблочка ). Нужно обратить внимание на одну особенность этих кривых: при Q = О развиваемый насосом напор составляет 30-32 м, с увеличением подачи Q напор быстро падает, кривые Я = /я (Q) близки к прямым, но на участке Q = 1,6-н 3,2 м^/с они резко смещаются вверх, причем чеМ больше ф, тем это смещение больше. Далее с ростом Q развиваемый напор падает. Эта часть характеристики и является рабочей (сейчас принято давать не всю характеристику, а только ее рабочую зону). Здесь нанесены изолинии к. п. д. т), причем в зоне оптимального режима он составляет 87%. Рекомендуемая область использования насоса, показанная утолщенной линией, располагается в пределах углов от ф = 0° до ф = -8°.

Пунктирные кривые представляют собой изолинии АЯдоп допустимого кавитационного запаса. Следует обратить внимание на то, что минимальное значение Ahon составляет 9 м, а далее оно быстро увеличивается и достигает 12-14 м. Следовательно, согласно (10-39) высота всасывания Я^ < О, что указывает на необходимость заглубления рабочего колеса под уровень НБ - нижнего бассейна (на рис. 1 -8 отметка оси камеры рабочего колеса О, отметка НБ + 6,5 м, следовательно, Я^ = - 6,5 м).

Мощность насоса на характеристике не показана, но для каждой режимной точки, зная Я, Q и т], ее можно вычислить по формулам (9-10). Интересной особенностью осевых насосов является то, что для этих насосов максимальная мощность требуется при Q = О, а с ростом Q она снижается.

12-2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ

Характеристики насосов получают путем испытаний отдельных натурных образцов, а если их размеры и требуемая мощность слишком велика, то путем испытания геометрически подобных моделей. В последнем случае полученная модельная характеристика пересчитывается на натурные условия по формулам подобия (10-25) и (10-26).

Принципиальная схема стенда для снятия характеристик насосов показана на рис. 12-3 (более подробно - см. [24]). Здесь / - насос, 2 - напорный трубопровод, 3 - герметичный бак, частично заполненный водой (уровень воды контролируется по водомерному стеклу 9), 4 - всасывающий трубопровод. Таким образом получа-

ется замкнутая система, работающая на постоянном объеме воды Насос имеет привод от балансирного электродвигателя 5, позволяющего измерять крутящий момент М^р. Балансирный электродвигатель отличается тем, что его статор опирается на подшипники а и может поворачиваться. К статору на кронштейне b прикреплена чашка для гирь с. Статор уравновешен противовесом d. При работе ротор стремится повернуть статор в противоположном направлении.

г Ротор

г

г 6

-г-г

Рис. 12-3. Схема стенда для снятия характеристик насосов.

но этому препятствует нагрузка Р, Н. Момент М^р вычисляется по формуле

М,р = Рл (12-1)

где г - плечо, м.

Для того чтобы иметь возможность изменять частоту вращения, часто применяют электродвигатель постоянного тока.

Частоту вращения п измеряют тахометром или счетчиком, а мощность N, зная Мкр и п, вычисляют по формуле:

1000

где со = 2пп/60; - в кВт; Мкр - в Н-м; со - в 1/с.

Развиваемый насосом напор находится по показаниям манометра и вакуумметра Я^ [см. (9-7)]. Подача Qопределяется с помощью мерной диафрагмы б (может также использоваться мерное сопло

Характеристики лопастных насосов

[Гл. 12

или трубка Вентури). Перепад /iq измеряется дифференциальным манометром, а расход вычисляется по формуле:

Q = C]/Jq,

где С - коэффициент расходомера (нормальные диафрагмы и сопла могут применяться без тарировки, если они осуществлены в срответ-ствии со специальными правилами).

Расходная характеристика насоса обычно снимается при атмосферном давлении в баке над уровнем воды (вентиль 8 открыт). Частоту вращения насоса поддерживают постоянной, а режим работы устанавливается задвижкой 7, с помощью которой расход можно изменять от нуля до некоторого максимума (полное открытие). При каждом открытии задвижки определяются: Q, Н, N и т). Коэффициент полезного действия для чистой воды вычисляется по формуле

Если во время испытаний не удается сохранять частоту вращения постоянной, то получаемые параметры пересчитываются на требуемую частоту вращения по формулам подобия, приведенным в гл. 10.

Кавитационная характеристика насоса снимается на этом же стенде в соответствии с принципом, изложенным § 10-6. Устанавливается какой-либо режим и при закрытом вентиле 8 последовательно снимаются точки при увеличивающемся вакууме в баке 3 над уровнем воды. Вакуум создается специальным вакуум-насосным агрегатом W. Вакуум у всасывающего патрубка измеряется вакуумметром В. В процессе испытаний задвижкой 7 расход поддерживают постоянным. По замерам для каждого режима строится кривая изменения параметров, показанная на рис. 10-10, и по ней устанавливается критическое значение На или критическое значение кавитационного запаса Айр.

В последние годы во ВНИИГидромаш разработан новый нормальный стенд для испытания насосов, который работает по разомкнутой схеме, имеет вакуумный бак малого объема и обеспечивает снятие характеристик в широком диапазоне давлений во всасывающем трубопроводе путем использования двух задвижек на всасывающем и напорном трубопроводах.

12-3. ЗАВИСИМОСТЬ ФОРМЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА от ЕГО БЫСТРОХОДНОСТИ

Теоретический анализ (§ 10-7) показывает, что вид характеристики насоса существенно зависит от формы рабочего колеса и других частей проточного тракта и должен изменяться в зависимости

§ 12-4]

Пересчет характеристик насосов

от коэффициента быстроходности п^. Связь между формой рабочего колеса и показана на рис. 10-8, а на рис. 12-4 дан вид соответствующих характеристик Н,циМ в функции от подачи Q. Как видно, с увеличением быстроходности кривая Н - Q снижается быстрее и у быстроходных осевых насосов на ней появляется перелом. Кривые к. п. д. также изменяются, хотя и не столь резко. У тихоходных насосов они полнее и зона высоких к. п. д. занимает более широкую область по Q. С ростом быстроходности изменение к. п. д. с Q становится более резким, а зона оптимальных к. п. д. сужается. Из-

Низкая быстроходность

Средняя быстроходность

Высокая . быстроходность ns=500-800

Рис. 12-4. Формы характеристик иасосов различной быстроходности.

менение Я и т) проявляется на форме кривых мощности N. У тихоходных насосов потребляемая мощность непрерывно увеличивается с ростом Q, а при Q = О она минимальна. В насосах средней быстроходности изменение мощности с ростом Q становится меньшим, а при больших значениях щ наблюдается даже ее снижение, что объясняется более быстрым падением напора. У быстроходных насосов с ростом Q мощность непрерывно снижается, исключая участок перелома кривой Я - Q.

12-4. ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Характеристики насоса даются для постоянной частоты вращения. Однако для практических целей часто оказывается нужным определить условия работы насоса при другой частоте вращения и в этом случае требуется пересчитать характеристику насоса с п на новую частоту вращения Пересчет производится по (10-25) и (10-26), причем поскольку диаметр не меняется, го Dj/Dg = 1.

В результате получаем новые значения напора и подачи HiH Q:

(12-3)

Соотношения (12-3) показывают, что при изменении частоты вращения каждая точка кривой Н - Q перемещается по параболе (рис. 12-5, точки А и А^. Поскольку при этом сохраняется подобие

н

------Y*-

о

Рис. 12-5. Смещение режимной точки при увеличении частоты вращения насосов.

W 800 1200 1600

Рис. 12-6. Характеристики центробежного насоса при п = 600 и 750 об/мин.

режимов, ТО к. п. д. изменяются незначительно и для точек А и А^ можно принять T]i = т). Мощность Ni определяется по формуле (9-10), а может быть пересчитана по (10-27). В итоге получаем:

Л^1 = Л^

/ г V

(12-4)

Параметры, характеризующие кавитационные показатели насоса, для новой частоты вращения определяются по (10-43) для НГ и по (10-45) для AV i.

Как изменяется форма характеристики при изменении частоты вращения насоса, видно из рис. 12-6, на котором показан результат пересчета характеристики вертикального центробежного насоса с л = 600 об/мин на л = 750 об/мин. Обращает на себя внимание весьма сильное уменьшение Яв , особенно в области больших подач.

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ

ПОДБОР НАСОСОВ

13-1. ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТИ

И. ФАКТИЧЕСКАЯ ПОДАЧА НАСОСА

В результате анализа работы насосной установки (си. § 9-1) было найдено выражение напора в форме (9-6) - характеристика сети или трубопровода, которая в поле координат Q - Я представляется параболой, выходящей из точки

Рис. 13-1. Характеристики сети.

Рис. 13-2. Определение фактического режима

насоса.

Яе = Яст - статический напор при Q = 0 (рис. 13-1, а). Коэффициент /Сс для данного трубопровода сохраняет постоянное значение и для неразветвленного трубопровода он может быть вычислен с помощью формулы:

лг,=.

13-1)

в которой li и di - длина и диаметр участков трубопроводов; \ и - коэффициенты потерь на трение по длине и местные.

Характеристика сети может иметь различную форму. Она может представляться крутой параболой, выходящей почти из начала координат, когда напор Яст мал, а основной напор затрачивается на преодоление потерь (рис. 13-1, б, кривая Н^); она может быть очень пологой, когда длина трубопровода мала или сечение велико и потери в нем малы, а основной напор затрачивается на подъем воды (рис. 13-1, б, кривая Н^).

При рассмотрении характеристик насосов - теоретических [см. (10-47)] и экспериментальных (см. рис. 12-1, 12-2), было установлено, что напор, развиваемый лопастным насосом, существенно зависит от подачи. В связи с этим, имея характеристику насоса, нельзя заранее сказать, какая будет обеспечиваться подача при