МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧИХ ПАРАМЕТРІВ НАСОСА

ВСТУП………………………………………………………………………………..4

РОБОЧИХ ПАРАМЕТРІВ НАСОСА…………………………………………...….4

1.1. Визначення подачі насоса………………………………………………....4

1.2. Визначення напору насоса…………………………………..…………....6

1.3. Визначення потужності на валу насоса………………………………….9

1.4. Визначення ККД насоса…………………………………………………10

2. СКЛАД ВИПРОБУВАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ ТА ПОРЯДОК

ВИПРОБУВАНЬ……………………………………………………………………11

ПРЕДСТАВЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИПРОБУВАНЬ………………………....12

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ…………………………………………………...…14

ДОДАТОК……………………………..……………………………………………15

Метою експлуатаційних випробувань відцентрового насоса є експериментальне встановлення його експлуатаційних або робочих характеристик. Ці характеристики являють собою графічні залежності напору, що створює насос

, ККД насоса

, потужності на валу

та допустимого кавітаційного запасу насоса

від його подачі Q при сталій частоті обертання вала

Одержання кавітаційної характеристики виходить за межі звичайних випробувань насоса через необхідність спеціального стенда. Тому метою лабораторної роботи є експериментальне встановлення залежностей

при

Саме ці характеристики отримують при випробуваннях насоса в умовах діючого виробництва для оцінки його технічного стану.

МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧИХ ПАРАМЕТРІВ НАСОСА

Подача – це кількість рідини, яку насос подає в зовнішню мережу за одиницю часу. Зазвичай користуються об’ємною подачею, яка дорівнює об’ємній витраті рідини в трубопроводах установки при роботі насоса. Через це подачу насоса можна визначити шляхом вимірювання витрати рідини в нагнітальному трубопроводі. Найчастіше для цього використовують дросельний витратомір, що складається із звужувального пристрою та дифманометра. Як звужувальний пристрій при цих випробуваннях використовують зазвичай стандартну вимірювальну діафрагму. Це тонкий диск із центральним отвором, діаметр

якого менший ніж внутрішній діаметр трубопроводу. На рис. 1 показано розташування вимірювальної діафрагми в трубопроводі.

Діафрагму 3 встановлюють між двома частинами циліндричної обойми 6, що мають внутрішній діаметр, рівний із внутрішнім діаметром трубопроводу D. В обох частинах обойми виконані кільцеві камери 5, що з’єднані з внутрішнім простором трубопроводу вузьким каналом вздовж торцевих поверхонь діафрагми. Обойми з діафрагмою затискають стяжними шпильками 7 між двома фланцями 2, привареними до кінців трубопроводу 4. Через штуцери 1 та імпульсні трубки, що підключені до дифманометра, вимірюють перепад тиску в камерах перед і за діафрагмою.

Принцип дії дросельного витратоміру полягає в тому, що при протіканні потоку через звужування змінюються його поперечний переріз і параметри – при підході до звужування поперечний переріз потоку зменшується, що викликає збільшення його швидкості та зниження статичного тиску р; при відході від звужування поперечний переріз потоку зростає до внутрішнього перерізу трубопроводу, що супроводжується зменшенням його швидкості до початкового значення та збільшенням статичного тиску до рівня, трохи меншого ніж початковий. Останнє пояснюється існуванням безповоротної втрати потоком частини тиску на звужуванні як на гідравлічному опорі.

Отже, при протіканні потоку через звужування, на останньому виникає перепад тисків, величина якого однозначно пов’язана з витратою рідини співвідношенням

де d – діаметр отвору в звужувальному пристрої, м;

– вимірюваний перепад тиску на пристрої, Па;

– густина рідини, кг/м³;

–коефіцієнт витрати пристрою.

Коефіцієнт витрати не залежить від виду рідини, яка протікає. Він визначається типом звужувального пристрою, його відносним діаметром

числом Рейнольдса, станом внутрішньої поверхні трубопроводу та звужувального пристрою. Значення коефіцієнта витрати для стандартних звужувальних пристроїв приймають із довідників. Там же наведені креслення та вимоги до виготовлення і монтажу таких звужувальних пристроїв. Крім діафрагми до стандартних звужувальних пристроїв належать сопло, сопло Вентурі та труба Вентурі.

Для виміру перепаду тиску використовують будь-які дифманометри, зокрема лабораторні U-подібні, у яких урівноважувальною рідиною є ртуть.

При випробуваннях порівняно невеликих насосів із максимальною подачею до 300 м³/год витрата рідини може визначатися дуже простим і точним об’ємним методом, який полягає у вимірюванні часу, що витрачається на заповнення рідиною резервуару певного об’єму – мірного баку. Подача насоса в цьому разі дорівнює

де

– об’єм мірного баку, л; t – час заповнення баку, с.

При виконанні лабораторної роботи подача насоса вимірюється об’ємним методом.

Напір насоса – це приріст повної питомої механічної енергії, яку отримує потік при проходженні через насос, тобто напір насоса дорівнює

де

– повні напори потоку на вході та виході з насоса (у перерізах всмоктування 1-1 та нагнітання 2-2 на рис. 2).

Записавши рівняння Бернуллі для кожного з названих перерізів відносно площини порівняння, що проходить по осі всмоктувального патрубка насоса, отримуємо

де

– абсолютні тиски в перерізах нагнітання (переріз 2-2) та всмоктування (переріз 1-1);

– середні швидкості потоку в цих перерізах;

– перевищення перерізу нагнітання над віссю перерізу всмоктування;

Вимірюють напір у метрах стовпа перекачуваної рідини.

У рівнянні (2) сума першого та третього доданків визначає статичну складову напору насоса

, а другий доданок дорівнює його динамічній складовій

, тобто

де

– внутрішні діаметри всмоктувального та нагнітального патрубків насоса відповідно, м.

У ці формули подачу насоса Q слід підставляти в л/с. При цьому швидкості отримуємо в м/с.

Підрахувавши ці швидкості, визначаємо динамічну складову напору для кожного режиму роботи насоса за формулою (3).

На практиці виміряти абсолютні тиски в перерізах потоку рідини важко. Набагато простіше вимірювати надлишкові або вакуумметричні тиски за допомогою манометрів або вакуумметрів відповідно.

Встановимо, які прилади необхідні для вимірювання тисків у лабораторній насосній установці та за якими залежностями слід розраховувати статичну складову напору насоса.

Лабораторна насосна установка являє собою установку з додатною геометричною висотою всмоктування.

Для встановлення розрахункової залежності для підрахунку статичної складової напору насоса уведемо в праву частину рівняння (3) атмосферний тиск

Отримуємо

де

– надлишковий тиск у перерізі нагнітання насоса, виражений у метрах водяного стовпа;

– вакуум на осі всмоктувального патрубка насоса, виражений у метрах водяного стовпа.

Отже, для визначення статичної складової напору насоса в цій установці необхідно до перерізу всмоктування підключити за допомогою імпульсної трубки вакуумметр, а до перерізу нагнітання – манометр. Але покази цих приладів у загальному випадку будуть відрізнятися від необхідних тисків у відповідних перерізах потоку, адже прилади будуть показувати тиски в точках, де вони фактично знаходяться. Через це в розрахункову залежність повинна увійти висотна поправка до показів приладів, яка буде виключати вплив фактичного місцезнаходження приладів на величину вимірюваного напору. З’ясуємо величину цієї поправки.

В імпульсній трубці манометра знаходиться вода, тому надлишковий тиск у перерізі нагнітання насоса, виражений у метрах водяного стовпа, дорівнює

де

– фактичні покази манометра, що виражені в метрах водяного стовпа;

– перевищення осі манометра над перерізом нагнітання, м.

В імпульсній трубці вакуумметра знаходиться розряджене повітря, густина якого менша за густину води більше ніж у 1000 разів. Тому покази вакуумметра, що виражені в метрах водяного стовпа, не будуть практично відрізнятися від вакууму в точці, до якої підключено його імпульсну трубку.

У загальному випадку точка підключення імпульсної трубки вакуумметра не співпадає з віссю всмоктувального патрубка. Тому

де

– показ вакуумметра, що виражений у метрах водяного стовпа;

– перевищення кінця імпульсної трубки вакуумметра над віссю всмоктувального патрубка, м.

Підставляючи значення

у рівняння (5), отримуємо

Звідси знаходимо висотну поправку до показів вимірювальних приладів для даного випадку. Вона дорівнює

тобто в цьому разі висотною поправкою є перевищення осі манометра над точкою підключення до потоку імпульсної трубки вакуумметра.

Коефіцієнт корисної дії насоса – це відношення корисної потужності, яку потік отримує в насосі, до потужності, що витрачається при його роботі, тобто

де ρ = 1000 кг/м³ – густина води; g = 9,81 м/c² – прискорення вільного падіння.

Якщо подачу насоса Q підставляти в л/с, а потужність N_в – у кВт, то розрахункова залежність набуває такого вигляду

За даними табл. 2 будують графіки експлуатаційних характеристик насоса. Бажано графіки побудувати на одній площині із спільною віссю подач Q.

Лінія графіка – це осереднена лінія, що проходить поміж експериментально визначеними точками.

1. Назвіть параметри, що характеризують режим роботи насоса.

3. Яка різниця між параметрами та характеристиками насоса?

4. Назвіть експлуатаційні характеристики насоса.

6. У чому полягає сутність метода визначення подачі насоса за допомогою витратоміра зі звужувальним пристроєм?

7. У чому полягає сутність об’ємного метода визначення подачі насоса?

8. У який спосіб визначалася подача насоса в лабораторній роботі?

9. Яким чином змінювали режим роботи насоса в лабораторній роботі? Характеристика якої частини насосної установки змінювалася при цьому?

10. Що називається напором насоса? Назвіть його складові.

11. Що являє собою динамічний напір насоса? Як його підраховують?

13. Які прилади використовують для експериментального визначення статичної складової напору насоса в установці з додатною геометричною висотою всмоктування?

14. Чому дорівнює статичний напір насоса в установці з додатною геометричною висотою всмоктування?

15. З якою метою до розрахункової залежності статичного напору насоса вводять висотну поправку?

16. Чому дорівнює висотна поправка при підрахунку статичного напору насоса в установці з додатною геометричною висотою всмоктування?

17. У який спосіб визначалася потужність на валу насоса в лабораторній

18. Як у лабораторній роботі вимірювали електричну потужність на клемах привідного електродвигуна?

19. Як підраховується потужність на валу насоса в лабораторній роботі?

20. Що називається коефіцієнтом корисної дії насоса?

21. Яка потужність для насоса є корисною, а яка – витраченою?

22. За яким рівнянням підраховується ККД насоса в лабораторній роботі?