Определение напора по показаниям приборов

Для замера напора устанавливают: вакуумметр (мановакуумметр) на всасывающей линии и манометр (мановакуумметр) – нагнетательной. При помощи этих приборов определяют напор для различных типов насосных установок:

1. Для установки с положительными высотами всасывания и нагнетания (рис. 4.6).

 

 

Рис. 4.6. Установка с положительными высотами

всасывания и нагнетания

 

В соответствии с законом Бернулли полная удельная энергия, которой обладает жидкость в сечении 1-1 относительно плоскости 0-0, составит:

                                 (11)

Пройдя через насос, жидкость получает дополнительное количество энергии, которая в сечении 2-2 станет равной

                                 (12)

где Р₁ и Р₂ – давления в соответствующих сечениях;

v_в и v_н – скорости в соответствующих сечениях;

z_вх и z_вых– расстояния между плоскостью сравнения 0-0 и центрами сечений;

ρ – плотность жидкости.

Зная, что напор – это количество энергии, которую приобретает жидкость, пройдя через насос, можно записать:

Н = Е₂ – Е₁.                                           (13)

С учетом формул (11) и (12) напор будет равен

.                (14)

Учитывая, что z_вых – z_вх = z, напор будет равен

 

 .                         (15)

Выразим давления через показания манометра и вакуумметра.

Полное давление во втором сечении Р₂ = Р_ат + Р_м.

Полное давление в первом сечении Р₁ = Р_ат – Р_вак.

Подставляя эти значения в формулу (15), получим

 .                         (16)

Показания манометра .

Показания вакуумметра .

Тогда напор будет равен

 .                         (17)

2. Для установки с отрицательной высотой всасывания и положительной высотой нагнетания.

Поступая аналогично вышеизложенному расчету, получим конечную формулу:

 ,                         (18)

где h_м и h_мв – показания манометра и мановакуумметра с учетом их                        знаков.

3. Для установки с положительной высотой всасывания и отрицательной высотой нагнетания.

Вывод конечной формулы аналогичен предыдущим, поэтому формула по определению напора будет иметь следующий вид:

.                          (19)

В полученном выражении отсутствует z, так как точки замера пониженного и повышенного давлений находятся на одном уровне.

Характеристики насосов

Для лопастных насосов в идеальных условиях (перекачивается идеальная жидкость рабочим колесом с бесконечным количеством лопаток) теоретическая связь параметров (напора, подачи, мощности КПД) является линейной. Реальные условия делают эту связь криволинейной, не поддающейся математическому описанию формулами. Поэтому ее устанавливают экспериментально, путем испытаний на специальных стендах при постоянном числе оборотов рабочего колеса. Результаты испытаний изображают в виде графиков зависимости напора, мощности и КПД насоса от его подачи, которые называются частными характеристиками. Они строятся на одном поле с соответствующими шкалами (рис. 4.7) и заносятся в каталог, с помощью которого и подбирается насос.

   а                                                      б

Рис. 4.7. Частные характеристики центробежного насоса:

а – стабильная; б – нестабильная

 

Иногда с целью уточнений частных характеристик производят испытания насоса, установленного в насосной станции. Такие уточненные характеристики называют рабочими.

На рис. 4.7 буквой Н обозначена напорная характеристика Н = f(Q), которая показывает, что с увеличением подачи от 0 на графике «а» напор плавно уменьшается, в то же время на втором графике «б» напор сначала несколько увеличивается, а потом уже плавно уменьшается.

Первый случай свидетельствует о стабильной работе насоса, так как одной подаче соответствует одно значение напора, на втором, в зоне с-d одной подаче соответствует два напора, что делает работу насоса нестабильной и эксплуатировать его в этой зоне нельзя.

Наиболее эффективно насос будет работать в зоне между точками а и б, которая соответствует наибольшим значениям КПД (кривая h=f(Q) и носит название «рабочая область насоса».

Рабочая область насоса – это диапазон изменений подачи и напора, соответствующий КПД, которые отличаются от максимального значения (точка mна рис. 4.7) не более чем на 10 % (зона а-б).

Кривая, обозначенная буквой N (см. рис. 4.7), называется мощностной характеристикой и показывает функциональную связь мощности и подачи N = f(Q). При закрытой задвижке на напорном трубопроводе (Q = 0) потребляемая насосом мощность минимальная и это облегчает пуск электродвигателя, так как он не будет испытывать перегрузок.

На рис. 4.8 показаны частные характеристики центробежных насосов типа Д, которые получены при заводских испытаниях и помещены в каталог насосов, поэтому их называют типовыми.

 

Рис. 4.8. Типовые частные характеристики центробежных насосов

Для того чтобы не производить испытаний насоса каждый раз, когда меняется число оборотов, применяют универсальные характеристики (рис. 4.9). Они позволяют судить о подаче (Q), напоре (Н) и КПД при всех практически возможных частотах вращения рабочего колеса.

 

Рис. 4.9. Универсальная характеристика центробежного насоса