Характеристика центробежного насоса

Характеристика центробежного насоса

Графики зависимостей напора, мощности, КПД, высоты всасывания от подачи называют графическими характеристиками насоса.

Эти характеристики позволяют определить режим и параметры работы насоса в гидравлической системе, том числе и на этапе проектирования. Характеристики насоса позволяют правильно выбрать насос для конкретной гидравлической системы.

Характеристики насоса изменяются при изменении частоты вращения приводящего вала, соответственно для каждой частоты вращения существует свое семейство характеристик насоса.

Особенности конструкции и принцип действия центробежного насоса

Независимо от модели, центробежные агрегаты включают:

• Корпус с входным и выходным патрубками. Обычно имеет конфигурацию, напоминающую улитку.
• Электродвигатель. Для обеспечения бесперебойной работы двигатель располагают в герметичном пространстве, защищенном от попадания рабочих сред.
• Вал. Передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу, на внешней поверхности которого расположены лопатки. Они предназначены для перемещения рабочей среды по внутренней камере.
• Подшипниковые узлы. Облегчают вращение вала.
• Уплотнения. Защищают внутренние компоненты агрегата от контакта с рабочими средами.

Дополнительно в устройство центробежного насоса входят конструктивные элементы, повышающие функциональность, безопасность и эффективность его использования:

• Шланги различного назначения.
• Обратный клапан, предохраняющий аппарат от возврата рабочей среды.
• Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед агрегатом. Предохраняет внутренние узлы устройства от повреждения крупными механическими включениями.
• Измерительные устройства – вакуумметры, манометры.
• Запорно-регулирующая трубопроводная арматура.

Принцип работы насосного оборудования этого типа:

• При включении электродвигателя начинает вращаться рабочее колесо, расположенное в наполненном водой корпусе.
• Под воздействием центробежной силы происходит вытеснение воды к наружным участкам камеры, а затем под действием созданного избыточного давления – в напорный трубопровод.
• Благодаря созданию избыточного давления у наружных стенок камеры, в центре рабочего колеса давление снижается. В агрегат поступает жидкость из всасывающего трубопровода, что обеспечивает непрерывную работу устройства.

Примеры расчета технических характеристик насосов для водоёмов и фонтанов.

Расчет характеристик насосов для водоёмов и фонтанов. Пример 1.

Насос, работающий с частотой вращения N₁=1600 об/мин, создает напор h₁=50 м при подаче Q₁=10 л/с, при этом потребляемая мощность составляет P₁=5000 Вт. Каковы будут значения напора h₂, подачи Q₂ и потребляемой мощности P₂, если частота вращения увеличится до N₂=2500 об/мин?

Подставляем известные значения: (10 л/с)/ Q₂ = 1600/2500

Находим новое значение подачи Q₂=15,63 л/с.

Подставляем известные значения: 50 м/ h₂ = (1600/2500) 2 .

Получаем напор h₂ = 122,07 м;

Подставляем известные значения: 5600/ P₂ = (1600/2500) 3

Находим, что искомая потребляемая мощность — P₂ = 21,362 Вт.

Расчет характеристик насосов для водоёмов и фонтанов. Пример 2.

Насос с рабочим колесом диаметром D₁=6 см подает Q₁=3 л воды в секунду, преодолевая напор h₁=20 м. Каковы должны быть диаметр рабочего колеса D₂ и потребляемая мощность P₂ геометрически подобного насоса, если требуемая подача составляет Q₂=5 л/с?

Подставляем известные значения: (3 л/с)/(5 л/с) = (6/D₂)₃; D₂ 3 = 360.

Получаем, что диаметр рабочего колеса второго насоса D₂= 7,11 см.

Чтобы подсчитать потребляемую мощность второго насоса, необходимо определить новое значение напора h₂:

Подставляем известные значения: 20 м/ h₂ = (6/7,11) 2 ;

Находим, что новый напор составляет h₂ = 28,08 м.

Потребляемая мощность рассчитывается по формуле: Р = Q*h

где Q измеряется в ньютонах в секунду (Н/с), а h — в метрах.

Переведем единицы измерения л/с в Н/с.

5 л/с = 5 кг/с = 49 Н/с;

Расчет характеристик насосов для водоёмов и фонтанов. Пример 3.

На предприятии по культивированию водных организмов применяется насос со спиральной нагнетательной камерой, диаметр рабочего колеса D₁= 6 см, подача Q₁= 3 л/с, напор h₁=20 м, частота вращения колеса N₁=1000 об/мин. Однако предприятие нуждается в насосе, который будет перекачивать Q₂=8 л/с, развивая напор h₂=35 м. Если будет приобретен насос, геометрически подобный имеющемуся, то каковы должны быть диаметр D₂ и частота вращения N₂ колеса нового насоса?

Подставляем известные значения: D₂= 6*[(8 л/с)/(3 л/с)] 1/2 *(20 м/35 м) 1/4

Таким образом, диаметр рабочего колеса нового насоса, геометрически подобного имеющемуся, должен составлять 8,5 см, частота вращения — 928 об/мин.

Принцип работы

Крутящий момент от вала электродвигателя передаётся на вал насоса через соединительную муфту, в результате чего рабочее колесо, закрепленное на валу насоса, вращается в наполненном жидкостью корпусе. Это движение рабочего колеса заставляет вращаться окружающую его жидкость. Частицы жидкости приобретают центробежную силу и радиально выводятся наружу. Так как механическая энергия передается жидкости, её кинетическая энергия и давление увеличиваются на нагнетательной стороне рабочего колеса. Со стороны всасывания перекачиваемая жидкость вытесняется к периферии вызывая понижение давления в центральной части. В результате пониженного давления в центральной части, жидкость непрерывно всасывается в проточную часть перпендикулярно оси вращения рабочего колеса. Жидкость двигается по направлению вращения рабочего колеса к нагнетательному патрубку и далее в линию нагнетания.

Регулировка производительности насоса можем производиться только изменением количества оборотов электродвигателя, например частотным преобразователем.

Элероное регулирование

При элеронном регулировании изменение характеристики вентилятора или дымососа достигается путем изменения угла выхода потока р₂ при повороте закрылков (элеронов), закрепленных на концах рабочих лопастей.

Эффективность такого регулирования во многом зависит от конструктивного оформления механизма поворота элеронов. На опытных образцах ТДМ, оснащенных элеронными регулирующими устройствами, применяется тросовый приводной механизм.

Элеронное регулирование позволяет понизить потери, возникающие при снижении подачи на 25 — 30%. Рассматриваемый способ регулирования является перспективным и находится в стадии разработки, однако он может найти применение на мощных лопастных машинах, применяемых на ТЭС в качестве дымососов и дутьевых вентиляторов.