Материал: Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011

где Qм – массовый расход; vu1 = v1 cosα1 и vu2 = v2 cosα2 – окружные составляющие абсолютной скорости потока на входе в канал и на выходе из него; R1 и R2 – расстояние центра тяжести межлопа-

точных каналов на входе и выходе из них.

Момент M, действующий на жидкость в колесе, возникает от действия на нее стенок каналов колеса (лопаток и внутренних поверхностей дисков, ограничивающих рассматриваемый объем жидкости). Величина Qм рассматривается как массовый расход жидко-

сти через колесо:

Qмк =Qк ρ.

Умножив уравнение момента количества движения на угловую скорость ω рабочего колеса, получим работу, совершаемую рабочим колесом за 1 с при воздействии на жидкость, находящуюся внутри него, и равную гидравлической мощности N2 . Отсюда

N2 =Qмкω(vu2R2 +vu1R1).

Очевидно, что

N2 =QкρgHT ,

где HT – теоретический напор, равный энергии, переданной рабочим колесом единице веса проходящей через него жидкости; Qк –

объемный расход жидкости в секунду. Следовательно,

QмкgHT =Qмкω(vu2R2 −vu1R1),

или

HT =(ωg)(vu2R2 −vu1R1).

Последнее уравнение, называемое основным уравнением лопастных насосов, было получено Эйлером.

При условии подвода жидкости без закрутки потока перед рабочим колесом vu1R1 = 0 . Отсюда теоретический напор

HT =(ωg)vu2R2 .

Движение жидкости на выходе из рабочего колеса создается самим колесом, поэтому момент скорости vu2R2 определяется гео-

метрией его выходных элементов (углом установки на выходе, диаметром и шириной лопастей). Основное уравнение позволяет по

46

заданным основным параметрам насоса определить выходные элементы рабочего колеса.

Устройство, состоящее из насоса, двигателя, соединительной муфты (или вариатора частоты вращения) и измерительных приборов, называется насосным агрегатом или насосной установкой

(рис. 2.12).

Рис. 2.12. Устройство насосного агрегата:

1 – приемный резервуар; 2 – подводящий трубопровод; 3 – насос; 4 – электродвигатель; 5 – запорно-регулирующая задвижка; 6 – напорный

трубопровод; 7 – сужающее устройство; 8 – напорный резервуар

На практике, особенно в энергетике, встречается большое число различных схем насосных установок с разными типами насосов. Однако гидравлическая часть насосной установки, включающая насосы, подводящий и напорный трубопроводы с арматурой и приборами, как правило, выполняется по одинаковой схеме.

Жидкая среда из приемного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 2 подводится в насос 3, который посредством муфты соединен с приводным электродвигателем 4. Получив приращение энергии в насосе, жидкость по напорному трубопроводу 6 подается в напорный резервуар 8. На напорном трубопроводе установлены запорно-регулирующая задвижка 5 и сужающее устройство 7. Для защиты насоса от обратного тока жидкости при случайном отклю-

47

чении двигателя на напорном трубопроводе может быть установлен обратный клапан.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа. Одноступенчатые насосные консольного типа (К) с приводом от электродвигателя через соединительную муфту предназначены для подачи чистой воды и других малоагрессивных жидкостей.

2.4. Характеристика центробежного насоса

Геометрические размеры насоса (диаметр рабочего колеса D2 ,

профили и число лопаток, форма подвода и т.д.) определяются для заданных величин расхода, напора и чисел оборотов привода так, чтобы гидравлические потери на этом режиме были минимальными. Эти величины называются расчетным или рабочим режимом. При эксплуатации насос может работать на режимах, отличных от рабочего. Если за насосом полностью закрыть вентиль, то насос будет создавать максимальный напор, когда расход равен нулю. Данный режим называется работой насоса на «закрытую задвижку» или режимом максимального сопротивления. Если постепенно открывать вентиль, тогда сопротивление движению жидкости постепенно уменьшается, и расход будет увеличиваться, а напор, который тратится на обеспечение этого расхода будет уменьшаться. Таким образом, получается кривая характеристики насоса H = f (Q) для постоянных чисел оборотов вала насоса (рис. 2.13).

Для эксплуатации насоса необходимо знать, как изменяется мощность P2 потребляемая насосом, при изменении его расхода.

Под полной рабочей характеристикой понимается зависимость напора, мощности, NPSH (кавитационный запас) от подачи насоса при постоянном числе оборотов. Полная рабочая характеристика насосов приводится по результатам испытаний насосов.

Полная характеристика насоса показывает зависимость перехода подводимой к насосу энергии P2 (или подводимой к электро-

двигателю энергии P1 ) в энергию жидкости. На рис. 2.13 показана

рабочая характеристика центробежного насоса, которая включает зависимости H = f (Q), NPSH = f (Q), P2 = f (Q). С увеличением

48

расхода напор падает, а затраченная или потребляемая насосом мощность P2 и кавитационный запас NPSH увеличиваются. Так как

насос может приводиться от электродвигателя разной мощности, на кривых напора иногда указываются пределы изменения расхода для двигателей разной мощности в данном случае для двигателей мощностью 5,5 и 7 кВт.

Рис. 2.13. Рабочие характеристики центробежного насоса

КПД зависимость может быть рассчитана по этим характеристикам и формуле (2.7). На ней можно выделить:

•область максимальных значений КПД;

•область максимальной мощности для двигателя малой мощ-

ности P2 (1) и двигателя большой мощности P2 (2);

•область малых значений расхода, где длительная работа насоса нежелательна, так как это может вызвать локальное увеличение температуры, которое может привести к выходу из строя торцевые уплотнения;

•рабочие области для двигателя малой (1) и большой (2) мощности.

49