Практическая № 7 «Испытание динамического

(центробежного) нагнетателя»

Цель работы:

§ испытание центробежного нагнетателя на установке открытого типа, оборудованной измерительной аппаратурой, предназначенной для определения основных параметров: производительностиQ_Н, напора нагнетателя Н, мощности N, полезной мощности N_П, а также КПД (h).

 

Основные сведения:

Величинами, характеризующими работу насосов независимо от их принципа действия и назначения, являются подача (производительность), давление, напор, мощность, к. п. д., коэффициент быстроходности и допускаемый кавитационный запас.

Производительностью или подачей нагнетателя называется объем жидкости, подаваемой им в гидросистему в единицу времени, и обычно ее выражают в м³/с или м³/ч. Производительность нагнетателя измеряется расходомером. устанавливаемым в напорной линии испытуемого нагнетателя.

Различают объемную и массовую подачу насоса. Первая выражается в кубических метрах в секунду, вторая — в килограммах в секунду.

Между объемной Q и массовой М подачами существует следующая зависимость:

Q = M /ρ

где, ρ — плотность жидкости.

На практике объемную подачу выражает в кубических метрах в сутки, литрах в час или секунду; массовую подачу — в килограммах (тоннах) в час.

Давление полное р , создаваемое в насосе, определяют как разность давлений в напорном р_н и входном р_в патрубках насоса, сложенную с давлением, соответствующим разности кинетической энергии в этих патрубках, и давлением, необходимым на преодоление вертикального расстояния между местами установки ма­нометра и вакуумметра:

где, v _н и v _в — средние скорости жидкости на выходе из насоса и на входе в него;

        z _н - z _в — разность высот между местами изме­рения давлений;

       g — ускорение силы тяжести.

Прирост энергии подаваемой жидкости чаще всего выражают в линейных единицах, т. е. в единицах напора.

Под напором нагнетателя понимают удельную энергию Е, приобретаемую единицей веса жидкости, проходящей через нагнетатель и израсходованную на преодоление статической (или геометрической) высоты подъема жидкости и сопротивлений движению жидкости во всасывающем и в напорном трубопроводах.

Напор измеряют высотой столба перекачиваемой жидкости.

Величина его определяется уравнением:

                      (3.53)

где, Е_Н, Р_Н,  - соответственно удельная энергия, давление, отметка (ордината) и скоростной напор потока в нагнетательном трубопроводе, т.е. в сечении 2-2 (рис. 3.20), где подключен манометр;

       Е_В, Р_В,  - то же во всасывающем трубопроводе в сечении 1-1, где подключен вакуумметр;

       γ - удельный вес жидкости;

       g - ускорение силы тяжести (гравитационное ускорение).

Правая часть уравнения (3.53) является уравнением Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 относительно произвольной плоскости сравнения 0-0. На практике чаще в качестве плоскости сравнения берется свободная поверхность жидкости 0-0 в питающем резервуаре, а вместо Zн и Zв-h_н и h_в - высоты нагнетания и всасывания.

Уравнение (3.53) после преобразования можно записать в виде:

Н= h _вак + h _ман + D Z +                                  (3.54)

где, h _вак,- показание вакуумметра, В;

       h _ман - показание манометра М;

      D Z - вертикальное расстояние между точками подключения вакуумметра и манометра.

или               

 Н=( Z _Н - Z _В )+                               (3.55)

Манометрическим напором называют сумму первых двух членов соотношения (3.55) или напор, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков.

Н_М=( Z _Н - Z _В )+                               (3.56)

Следовательно, напор нагнетателя

Н= Н_М+                                            (3.57)

т.е. напор нагнетателя равен манометрическому напору плюс разность скоростных напоров в нагнетательном и всасывающем патрубках нагнетателя.

В действующих нагнетательных установках манометрический напор определяется соотношением:

Н_м=К_ММ+К_ВВ+ D Z                                           (3.58)

где, К_М и К_В – коэффициенты пересчета ;

       М и В- показания соответственно манометра и вакуумметра:

      D Z - расстояние между напорами манометра и вакуумметра, м (DZ принимается со знаком "+", если манометр расположен выше вакуумметра, и со знаком "-" - если он расположен ниже вакуумметра).

Если манометр и вакуумметр имеют шкалу, градуированную в кг/см², то К_М=Кв=10; если вакуумметр градуирован в мм.рт.ст., то Кв=0,0136; если же манометр градирован в МПа, а вакуумметр в кПа, то Км=100, а Кв=0.1.

В случае расположения оси нагнетателя ниже уровня жидкости в при­емном резервуаре манометрический напор определяют по соотношению

 

Н_М=К_М(М₁ – М₂)                                  (3.59)

 

где, M ₁ и М ₂ - показания манометров соответственно на напорном и всасывающем патрубках нагнетателя. Разность скоростных напоров можно вычислить, пользуясь формулой:

(3.60)

где,      Q - подача нагнетателя, м³/c;

       d _Н и d _В - диаметры напорного и всасывающего трубопроводов, м.

 Напор, сообщаемый жидкости вихревым насосом, равен

Н=                                            

 

Различают полную и полезную мощность нагнетателей.

Полезная мощность нагнетателя N_П - это мощность, сообщаемая нагнетателем подаваемой жидкости:

N _П =  кВт                       N _П =  кВт                   (3.61)

где, J и J _СИ- удельный вес жидкости соответственно в кгс/м³ и Н/м³;

      Q - производительность нагнетателя, м³/с:

      Н - напор, м.

Соотношения между Единицами мощности следующие:

1 Вт = 1 Дж/с; 1 л. с. = 736 Вт = 0,736 кВт.

 

Полезная мощность вихревого насоса может быть вычислена по формуле:

N _П =( r _П - r _В ) Q

 

Полная мощность или мощность электропривода нагнетателя N:

N = U I  ,     кВт                                               (3.62)

где,  U - напряжение. В;

       I - ток. А;

 

К ПД нагнетателя можно определить по формуле:

h =                                                       (3.63)

где,  N _П - полезная мощность нагнетателя:

      N - мощность нагнетателя„ определяемая мощностью установленного электродвигателя, которым нагнетатель приводится в действие.

 

 

Описание лабораторной установки:

На рис. 3.19. представлена схема лабораторной установки для испытания центробежных нагнетателей, у которых ось нагнетания находится ниже уровня жидкости в приемном резервуаре.

В состав установки входят:

испытуемые нагнетатели Н1 (центробежный) и Н2 (центробежный); бак для жидкости (воды); для измерения расхода жидкости используются расходомеры Р1 и Р2; вентили В1 и В2; краны К1…К19; для измерения давления используются манометры М1...М11.

Насосы следует эксплуатировать при максимальном значении к. п. д., т. е. при оптимальном режиме с соответствующими значениями объемной подачи Q и напора Н. Режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели, называют номинальным. Однако на практике насосы работают и на других режимах, при иных значениях Q и Н. Поэтому возникает необходимость определения зависимости напора, подводимой мощности и к. п. д. от подачи.

Графическую зависимость основных технических показателей насоса от подачи при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос называют характеристикой насоса (пример на рис. 3.20). Установить теоретическим путем характер изменения этих величин с необходимой для практики точностью весьма сложно, так как многие факторы пока не поддаются точному определению. Необходимые зависимости получают опытным путем в результате испытаний насосов при постоянной частоте вращения и дросселировании потока на нагнетании.

При построении характеристики насоса подачу откладывают по оси абсцисс, а напор, потребляемую мощность N_аг и к. п. д. — на отдельных масштабных шкалах по оси ординат. Для построения характеристики Н — Q принимают полный напор, который иногда называют дифференциальным или манометрическим.

Обычно кроме названных зависимостей на график наносят допустимый ∆h_доп и критический ∆h_кр кавитационные запасы как функции подачи Q.

Характеристика дается заводом-изготовителем и является обязательной составной частью паспорта насоса, приводится в каталогах и прейскурантах. Характеристика центробежных насосов имеет большое практическое значение. Она позволяет подбирать насос для работы в заданных условиях, показывает возможные режимы его работы.

Нормальные испытания нагнетателя в лабораторных условиях проводят на 10(16) режимах, начиная с максимальной подачи и кончая нулевой.

 

Порядок проведения работы для испытания центробежного нагнетателя:

1. Вентили В1 и В2 открыть полностью. Открыть кран К19 (кран открыт, если рукоятка крана находиться параллельно оси крана). Остальные краны должны находиться в закрытом положении.

1. Включить электродвигатель испытуемого нагнетателя.

2. Дать поработать нагнетателю некоторое время на максимальной подаче с целью удаления из системы воздуха и прогрева подшипников.

3. Определить максимальную подачу нагнетателя по показаниям расходомера Р1.

4. Снять показания манометров М1 и М2.

5. Краном К19 установить меньшую подачу нагнетателя и вновь снять показания приборов.

6. Записать в протокол испытаний нагнетателя показания приборов.

7. Повторить пункты 5 и 6 до установления нулевой подачи (не забывайте, что длительная работа при нулевой подаче неблагоприятна для насоса).

8. Полностью открыв кран К19, дать поработать нагнетателю некоторое время на максимальной подаче.

9. Отключить электродвигатель, закрыть вентили В1 и В2 и кран К19.

 

 

Рис. 3.19. Схема установки для испытаний нагнетателей.

Рис. 3.20. Характеристика центробежного насоса.

 

Обработка полученных экспериментальных данных:

1. Перевести показания всех приборов к одной системе измерения.

2. Используя расчетные формулы (5-11), определить Н_М, Н, Nn, К.П.Д (η) испытуемого нагнетателя.

3. По расчетным данным построить на миллиметровой бумаге графические зависимости Н=f(Q), Nn= f(Q), η= f(Q).

 

Оформление отчета:

Отчет должен содержать:

- номер и название работы;

- цель работы;

- основные расчетные формулы;

- протокол испытаний - пример расчета параметров;

- графики, построенные на миллиметровой бумаге;

- вывод о полученных результатах.

 

 

Критерии оценок

5 «отлично»	4 «хорошо»	3 «удовлетворительно»
100-90 баллов	89-80 баллов	79-70 баллов