Рабочие характеристики центробежных насосов

Центробежные насосы обычно рассчитываются на определенную подачу и число оборотов. Но в процессе эксплуатации насосы могут работать и при других значениях Q, Н и n, отличных от расчетных. Так, с прикрытием задвижки, установленной на напорном патрубке насоса (рис. 21), будут изменяться его подача, напор и мощность. Подобное изменение будет наблюдаться так­же при наполнении напорного резервуара, присоединенного к трубопроводу (рис. 21), и в других случаях.

Рис. 21. Схема оборудования насосной установки с центробежным насосом:
1 - насос; 2 - двигатель; 3 - передача; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - приемный резервуар; 6 - напорный трубопровод; 7- напорный резервуар;
8 - задвижка; 9 - обратный клапан.

Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать взаимосвязь между подачей, напором, потребляемой мощностью и другими параметрами этого насоса при различных условиях его работы. Для этой цели существуют характеристики насосов - графики, выражающие зависимость напора, мощности и к. п. д. насоса от его подачи при постоянном числе оборотов (рис. 42). Эти характеристики, называемые иногда рабочими, создаются при испытании насосов в заводских лабораториях и являются основными техническими документами, определяющими технико-экономические свойства насоса.

При выборе для организации водоснабжения загородных домов и участков чаще всего выбирают центробежные насосы с необходимыми рабочими параметрами. Водяные насосы в Минске можно приобрести в специализированных магазинах. В зависимости от типа источника водоснабжения они могут быть поверхностными или погружными. Поверхностные насосы применяются для решения задач по водоснабжению на больших участках.

Из приведенной на рисунке 42 примерной характеристики (показанной

Рис. 42. Рабочая характеристика центробежного насоса.

сплошной линией) видно, что для определенного и постоянного числа оборотов насоса n оптимальный его режим соответствует подаче Q и напору H при наивысшем к. п. д. При закрытой задвижке на напорном патрубке подача насоса Q = 0, напор равен Н₀ (иногда он достигает наибольшего значения H₀), а потребляемая мощность N₀ составляет примерно 30% нормальной мощности N. После открытия задвижки, то есть с началом подачи воды, напор в некоторых насосах несколько повышается и достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Левый восходящий участок (Н₀В) кривой H-Q характеризуется неустойчивой работой насоса, так как здесь одному и тому же напору соответствуют разные производительности. Работа насосов с подобной характеристикой допустима только при расходах, превышающих расход Q_в.

Работа насосов с непрерывно снижающейся кривой H<Q (см. участок Н₀В) протекает устойчиво во всех точках кривой.

Кроме кривых H-Q; N-Q и h-Q, на графике (рис. 42) имеется также кривая H_вак -Q, показывающая допустимые значения вакуумметрической высоты всасывания насоса при подаче соответствующих расходов.

Для расширения области применения центробежных насосов, которые работают с электродвигателями переменного тока, не допускающими изменения числа оборотов (асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные), применяется обрезка рабочего колеса по наружному диаметру. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса не более чем на 10-15% к. п. д. насоса практически не изменяется, а подача и потребляемая мощность уменьшаются. В соответствии с этим кривая h-Q на графике сместится влево, а кривые H-Q и N-Q понизятся и образуют целые полосы H-Q (области) возможной работы рассматриваемого насоса за счет проведения указанной операции.

Насосы рекомендуется эксплуатировать только в области высоких к. п. д. Следовательно, должна использоваться не вся полоса H-Q, а только ее часть, соответствующая допустимым к. п. д. На практике допускается снижение к. п. д. на 7-10% против наивысшего значения для данного насоса. Криволинейный четырехугольник MDEF ограничивает рекомендуемую область использования данного насоса. Подобные графические характеристики приводятся в каталогах для предельной обрезки рабочих колес не более чем на 10-20% величины нормального диаметра. Дальнейшая обрезка диаметра рабочего колеса не рекомендуется, так как при этом к. п. д. насоса начинает резко снижаться.

При обрезке рабочего колеса центробежного насоса подача и напор изменяются в соответствии с приведенными ниже уравнениями.

                                                   (4 - 1)
                                             (4 - 2)

где: Q и  H - подача и напор насоса при нормальном наружном диаметре рабочего колеса D₂;
Q₁ и H₁ - подача и напор насоса при обрезанном колесе диаметром .

В результате совместного решения указанных двух уравнений находим, что:

                                                    (4 - 3)

Пользуясь указанными уравнениями, можно, например, найти, до какого размера нужно обрезать рабочее колесо насоса, чтобы обеспечить необходимый расход Q_а и напор Н_а. Для этого из уравнения (4-3) после подстановки заданных значений Q_а и Н_а находят коэффициент k,   входящий в указанное уравнение.

Далее, задаваясь двумя или тремя значениями расходов по шкале Q графика (рис. 42) и пользуясь тем же уравнением (4-3), можно определить соответствующие значения напоров. При вычислении напоров найденное значение k в уравнении (4-3) сохраняется постоянным. По значениям Q и Н следует построить кривую Р-О, которая обязательно пройдет через заданную точку А с координатами Q_а и Н_а и пересечет кривую Н-Q в точке С. После этого, например, по уравнению (4-1) нетрудно определить и искомый диаметр рабочего колеса :

В насосах, имеющих направляющие аппараты или уплотнения на выходе из колеса, производится только срезка лопаток. В насосах спирального типа (без направляющих аппаратов) обтачиваются как лопатки, так и диски колеса.

Предел обточки рабочих колес зависит от коэффициента быстроходности, определяемого выражением:

где: Q - подача насоса, м³/сек;
H - напор насоса, м при n, об/мин.
Рекомендуются следующие пределы обточки:
для колес с n_s от 60 до 120..……… 20-15%;
» п_s » 120 » 200.…………. 15-11%;
» п_s » 200 » 300..………….11-7%.