Характеристики насосов и способы их регулирования

Характеристика насоса — изображаемая графически функцио­нальная зависимость основных технических показателей (напора, потребляемой мощности, к.п.д., вакуумметрической высоты всасы­вания или допускаемого кавитационного запаса) от подачи и час­тоты вращения вала при постоянной вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос (рис. 4). Если частота вращения вала по­стоянна, характеристики Q—Н; Q—N; Q—η и Q—∆h_д называют ра­бочими. Эти характеристики позволяют определить:

1. подачу насоса при заданном сопротивлении трубопровода - по кривой Q—Н;

2. затраты энергии — по кривой Q—N;

3. экономичность работы насоса — по кривой Q—η;

4. допускаемый кавитационный запас — по кривой Q—∆h_д.

Приводимые в справочниках (паспортах) значения подачи, на­пора, мощности и к.п.д. обычно соответствуют оптимальному ре­жиму работы насоса — максимуму кривой Q—η . Зона, в пределах которой рекомендуется эксплуатация насоса, называется рабочей частью характеристики (вблизи максимума к.п.д.).

Характеристика Q—Н отражает зависимость между напором центробежного насоса и его подачей. Если с увеличением подачи напор монотонно уменьшается, то на этой кривой, называемой ста­бильной, любому значению напора соответствует только одно зна­чение подачи. Если с увеличением подачи увеличивается напор, то на кривой Q—Н, называемой нестабильной, одному значению на­пора могут соответствовать два или более значения подачи насоса. В некоторых случаях в пределах восходящего участка нестабильной кривой наблюдается неустойчивая работа насоса (помпаж).

По характеристике Q—N определяют мощность насоса при раз­личных подачах.

Характеристика Q—η отражает эффективность работы насоса при различных подачах.

Характеристика Q—∆h_д предназначена для обеспечения бескавитационной работы насоса.

Рис. 4 Характеристики наосов:

номера у кривых на рис. б, в, г соответствует типам колес по рис. д

Насосы с различной быстроходностью и различных конструктивных исполнений сравнивают с помощью относительных характеристик, в которых параметры выражены в относительных (процентных) долях от их значений при оптимальном режиме (см.рис. 4, б, в, г).

В частности, форму кривой Q—N необходимо учитывать при выборе типа насоса в условиях изменяющегося напора.

По кривой Q-N определяют время запуска насоса, т.к. целью предупреждения перезагрузки его включают при минимальной мощности. В частности, для вихревых насосов максимальная потребляемая насосом мощность имеет место при Q = 0. Для центробежных насосов потребляемая насосом мощность возрастает с увеличением подачи насоса, причем для центробежных насосов потребляемая мощность при Q = 0 равняется приблизи­тельно 0,4—0,6 N_опт. Для диагональных (полуосевых) насосов по­требляемая мощность достигает максимума при оптимальной вели­чине подачи насоса и с дальнейшим увеличением подачи насоса уменьшается.

Поэтому центробежные и диагональные насосы, характеризую­щиеся восходящей кривой Q—N, следует запускать при Q = 0 (за­крытой задвижке на нагнетательном трубопроводе). В этом случае насос потребляет мощность, затрачиваемую на нагревание жидкости в корпусе насоса. Вихревые и осевые насосы, характе­ризующиеся нисходящей кривой Q—N, следует запускать при от­крытой задвижке на нагнетательном трубопроводе.

Для всех типов насосов угол наклона кривой Q—η к оси абс­цисс возрастает с увеличением подачи насоса до максимума, а за­тем уменьшается. Если такая кривая имеет плоскую вершину (не­значительное изменение к.п.д. в области максимума), насос можно использовать в широком диапазоне подачи.

Универсальная характеристика. Наряду с рабо­чими (при n = idem) и относительными характеристиками исполь­зуют и универсальные — совокупность рабочих характеристик при различных частотах вращения вала. Такие характеристики преду­смотрены для определения частоты вращения вала, к.п.д. насоса и потребляемой им мощности при любом сочетании напора и подачи насоса. Для построения универсальной характеристики применяют способ пересчета параметров рабочих характеристик с помощью уравнений подобия

В технических условиях и другой документации на насосы обычно приводят характеристику при работе на воде. В то же вре­мя насос можно использовать для перекачивания и других жидкос­тей, физические свойства которых существенно отличаются от свойств воды.

Рассмотрим влияние плотности и вязкости на характеристику насоса. Влияние изменения плотности перекачиваемой жидкости, вязкость которой незначительно отличается от вязкости воды, мож­но определить по изменению кривой Q—N (рис. 5, а). При этом со­ставляющие мощности, за исключением механических потерь, про­порциональны плотности жидкости.

В результате при увеличении или уменьшении доли механических потерь в балансе мощности не­сколько изменяются механический к.п.д. и к.п.д. насоса.

Рис. 5 Зависимость напора Н, потребляемой мощности N и к.п.д. η насоса от изменения плотности и вязкости:

1 – вода; 2 – нефтепродукт

Так как напор не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, форма кривой Q—Н не изменяется.

Характеристики центробежных насосов будут изменяться при перекачке вязких жидкостей, при этом для жидкостей средней и высокой вязкости потребляемая насосом мощность существенно уве­личивается, в то время как напор и в меньшей мере подача умень­шаются (см. рис. 5,6). К.п.д. насоса при перекачивании вязких жидкостей всегда уменьшается, а максимум кривой к.п.д. смещается к началу координат.