Теория подобия центробежных насосов

Прежде всего, расход определяется скоростью движения жидкости или просто скоростью движения кромки лопасти и площадью живого сечения рабочего колеса. Скорость численно равна произведению угловой скорости на радиус W =  * R. Площадь живого сечения (площадь сечения для прохода жидкости) – геометрическая характеристика колеса и не зависит от числа оборотов. Радиус лопаток также не изменяется. Следовательно мы получаем зависимость:, где n – число оборотов вала насоса.

Иначе эта зависимость может быть записана следующим образом:

Q / Q₁ = n / n₁

Где n и n₁ – новое и исходное числа оборотов соответственно;

Q и Q₁ – новый и исходный расходы (при старом числе оборотов).

Аналогичные рассуждения можно привести для напора. Для этого необходимо вспомнить, что создаваемый напор определяется кинетической энергией жидкости. Кинетическая энергия в свою очередь пропорциональна квадрату скорости, а значит: H  n².

Н / Н₁ = n² / n₁²

Учитывая, что полезная мощность рассчитывается как N =  * Q * H, получим

N / N₁ = (Q * H) / (Q₁ * H₁) =n³ / n₁³

Замечание.

Обратите пожалуйста внимание, что при изменении числа оборотов изменяется и расход и напор. Парабола подобия может быть построена при необходимости по простой зависимости:

Н / Н₁ = n² / n₁² = Q² / Q₁²

Преобразуя получим: Н = (Н₁ / Q₁²) * Q²

43 Работа насоса на сеть

Совокупность насоса, приемного и напорного резервуаров, трубопроводов, связывающих вышеперечисленные элементы, регулирующей и запорной арматуры, а также контрольно-измерительной аппаратуры составляет насосную установку. Для перемещения жидкости по трубопроводам из приемного резервуара в напорный необходимо затрачивать энергию на: · подъем жидкости на высоту H г, равную разности уровней в резервуарах (эту величину называют геометрическим напором насосной установки); · преодоление разности давлений в них p пи p н; · преодоление суммарных гидравлических потерь S h п во всасывающем и напорном трубопроводах. Таким образом, энергия, необходимая для перемещения единицы веса жидкости из приемного резервуара в напорный по трубопроводам, или потребный напор установки определяется по выражению: Характеристикой насосной установки называют зависимость потребного напора от расхода жидкости. Геометрический напор H г, давления p пи p н от расхода не зависят. Гидравлические потери являются функцией расхода и зависят от режима движения. При ламинарном режиме характеристика трубопровода изображается прямой линией, при турбулентном движении в шероховатых трубах потери напора, а следовательно и характеристика имеет вид параболы.

44 Совместное подключения насосов в одной сети используют в тех случаях, когда нужно существенно увеличить производительность насосной установки или повысить напор.

Возможные варианты параллельного и последовательного соединения насосов. В первом варианте увеличивается подача жидкости при почти неизменном напоре, во втором - напор потока при неизменной подаче.
Параллельная работа насосов возможна при одинаковых напорах насосов в каждый данный момент. Схема параллельного соединения двух различных насосов, их характеристики hн = f (Q) (кривые I и II), а также характеристика насосной установки Hпотр = f (Q).
Для получения рабочей точки необходимо построить суммарную характеристику этих насосов Н? = f (Q) (кривую I + II), для чего составляют абсциссы (подачи Q) точек кривых I и II при одинаковых ординатах (напорах НН). Точка А пересечения кривых Hпотр = f (Q) и I + II будет рабочей точкой.
Абсцисса точки А определяет суммарную подачу обоих насосов, ордината ее - напор, который развивают насосы:. Горизонтальная прямая, проведенная через точку А, пересекает характеристики обоих насосов точках В и С, которые являются рабочими точками насосов I и II.

Параллельное включение насосов оправдывает себя экономически, только если характеристика насосной установки Hпотр. = F (Q) является пологой кривой. Последовательная работа применяется в тех случаях, когда один насос не может обеспечить нужного напора. При этом подача насосов одинакова, а общий напор равен сумме напоров обоих насосов при одной и той же подаче.

45 Регулирование подачи и напора насоса В процессе наладки и эксплуатации насосной установки в зависимости от конкретных условий часто необходимо изменять подачу и напор насоса. Обеспечить работу насоса с заданной подачей (в пределах его характеристики) можно дросселированием или рециркуляцией жидкости, изменением числа оборотов рабочего колеса, изменением диаметра трубопровода и уменьшением диаметра рабочего колеса. В каждом конкретном случае возможно применение одного из перечисленных способов или их комбинации. Дросселирование представляет собой гашение напора за счет прохождения жидкости (газа) через уменьшенное сечение. Дросселирующим устройством может служить задвижка (кран, вентиль) или специальная шайба. Применяются также дроссельные втулки. Для дросселирования используют задвижку только на напорном трубопроводе насоса, но не на всасывающем. Дросселирование всасывающей задвижкой увеличит сопротивление линии всасывания и может вывести насос на режим кавитации. Регулирование подачи задвижкой удобно тем, что с ее помощью можно быстро изменить режим работы насоса в зависимости от обстоятельств, т. е. если насос работает в переменном режиме. В то же время, если требуется какая-то определенная подача, то после остановки насос необходимо снова регулировать, выводя его на заданный режим работы. В этом случае следует применять дроссельную шайбу, которая обеспечит постоянный перепад давления (при постоянном расходе). Дроссельную шайбу устанавливают между двумя фланцами на напорном трубопроводе. Диаметр отверстия шайбы определяют по формуле где D — расход, т/ч; ∆р — давление, подлежащее дросселированию, м вод. ст. При дросселировании перекачиваемой жидкости снижается к. п. д. насоса, так как часть мощности двигателя расходуется непроизводительно. Мощность, затраченная на дросселирование, тем выше, чем больше разность давлений до и после дросселирующего устройства. Она выражается формулой где γ — объемная масса жидкости, кг/см3; ∆ р — разность давления до и после дросселирующего органа, м; Q — подача, м3/с. Поэтому, если к дросселированию приходится прибегать постоянно и значение ∆ р велико, то следует заменить насос или применить другой способ регулирования подачи. Рециркуляцией уменьшают подачу насоса за счет возврата части перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода во всасывающий. Для этой цели в насосной установке предусматривают рециркуляционный трубопровод с регулирующим органом. Как и дросселирование, рециркуляция уменьшает к. п. д. насосной установки. Следует отметить, что у насосов с круто падающей характеристикой падение к. п. д. при рециркуляции незначительно. Примером могут служить вихревой и центробежно-вихревой насосы, у которых при незначительном повышении подачи резко снижается напор и уменьшается потребляемая мощность, т. е. кривая Q — Н круто идет вниз. Потребляемая мощность у этих насосов с повышением давления растет быстрее, чем у насосов с пологой характеристикой. Поэтому подачу насосов с круто падающей характеристикой выгоднее регулировать рециркуляцией. Уменьшить подачу и напор насоса можно также за счет уменьшения диаметра рабочего колеса, т. е. обточки его на токарном станке. Для этого колесо устанавливают на оправке в центрах и протачивают его по наружному диаметру до расчетного размера. Искомый диаметр колеса можно с достаточной для практических целей точностью определить из зависимостей   где D1, Q1, H1 — диаметр, подача и напор установленного насоса; Q2, H2 — подача и напор после обточки колеса. В приведенных формулах принято, что подача и напор насоса изменяются по параболе пропорциональности, хотя здесь имеет место более сложная зависимость. Однако при уменьшении диаметра колеса на 15—20% ошибка расчета не превысит 2— 5%. Во избежание падения к. п. д. насоса не рекомендуется уменьшать диаметр его колеса более чем на 15—20%. Пределы обточки рабочих колес зависят от коэффициента быстроходности насоса ns. Для колес с ns = 60÷20 допускается уменьшение диаметра рабочих колес на 20%, для ns = 120÷200 — на 15%, а для ns = 200÷300 — на 11%. Для насосов с коэффициентом быстроходности более 350 обточку колес не применяют. Для расширения границ применения насосов промышленность выпускает несколько однотипных насосов с разными диаметрами рабочих колес. При этом в обозначении насоса ставится буква «а» или «б». Так, насос 2К-6 с диаметром рабочего колеса 162 мм имеет два варианта с уменьшенным колесом: 2К-6а — 148 мм и 2К-66 — 132 мм, Если отсутствует необходимый насос с уменьшенным рабочим колесом, то вместо него можно применить насос с нормальным колесом. Для этого необходимо на месте обточить колесо и заменить электродвигатель в соответствии с потребной мощностью.