Добавлено: 20.04.2017

Рабочие характеристики насосов для искусственных водоёмов и фонтанов.

Рабочие характеристики насосов для водоёмов и фонтанов. Определение.

!Под характеристиками насосов подразумевают графические зависимости напора, КПД и потребляемой мощности от подачи!

Для каждого насоса эти характеристики различны, и, кроме того, после определенного периода эксплуатации насоса характеристики изменяются из-за износа внутренних частей. Несмотря на различия между индивидуальными характеристиками отдельных насосов и изменения условий работы, характеристики насосов сходной конструкции будут выражаться сходными кривыми. Износ оказывает большое влияние в первую очередь на КПД насоса, который начинает заметно снижаться. Кроме того, такой насос уже не в состоянии развивать достаточный гидростатический напор.

Рис. 1. Характеристики центробежного насоса.

На рис. 1 приведены рабочие характеристики центробежного насоса со спиральной нагнетательной камерой. Кривая напор—подача отражает зависимость между максимальным напором и подачей при постоянной частоте вращения данного насоса.

!Для центробежных насосов характерно уменьшение подачи по мере увеличения требуемого напора!

Кривая КПД определяет КПД насоса для разных режимов работы. Чтобы эксплуатационные расходы были минимальными, насос должен работать с максимальным КПД.

Мощность, потребляемая насосом при различных условиях работы, находится по кривой потребляемой мощности. Как видно из этой кривой, насос потребляет максимальную мощность, когда его подача несколько превышает величину подачи, соответствующую максимальному КПД. Для центробежного насоса важным является то, что величина потребляемой мощности уменьшается по мере уменьшения расхода от точки, соответствующей максимальному КПД. Это позволяет, не опасаясь перегрузки приводного устройства, регулировать производительность насоса дросселированием (т. е. уменьшать поток на выходе путем сужения сечения выходного трубопровода). Метод дросселирования выходного потока достаточно распространен в практике эксплуатации центробежных насосов, однако при этом снижается КПД.

Приведенные на рис. 1 характеристики относятся к центробежному насосу, работающему с постоянной скоростью. Однако часто характеристики насоса задаются для разных скоростей (рис. 2).

Рис. 2. Характеристики центробежного насоса при различных частотах вращения с рабочим колесом постоянного диаметра.

При уменьшении частоты вращения рабочего колеса уменьшаются развиваемый им напор и подача.

Рис. 3. Характеристика центробежного насоса с рабочими колесами разного диаметра, установленными в одном корпусе. Все рабочие колеса вразаюся с одинаковой частотой.

На рис. 3 показан еще один вариант изображения характеристик центробежного насоса. Здесь частота вращения рабочего колеса поддерживается постоянной, а характеристики насоса обусловлены различными геометрическими параметрами рабочего колеса.

Рабочие характеристики центробежных насосов отражают взаимосвязь основных параметров: напора, подачи, КПД, частоты вращения, диаметра рабочего колеса и потребляемой мощности. Как видно из рис. 1 - 3, любая из кривых может отражать сложную функциональную зависимость между этими шестью параметрами, один из которых считается постоянным. Набор переменных величин зависит от предполагаемой области применения насоса.

Технические характеристики насосов для искусственных водоёмов и фонтанов. Математическое описание.

Технические характеристики обусловлены в первую очередь конструкцией рабочего колеса, размеры которого ограничены габаритами корпуса насоса. На рис. 2 и 3 четко прослеживается влияние частоты вращения рабочего колеса и его диаметра на технические характеристики насоса. Изменения технических характеристик в определенном диапазоне могут быть выражены математически. Для одного и того же насоса, работающего в различных условиях, справедливы следующие соотношения:

Q1/Q2=N1/N2=D1/D2=W1/W2 (Ф.1)

h1/h2=(N1/N2)2=(D1/D2)2=(W1/W2)2 (Ф.2)

P1/P2=(N1/N2)3=(D1/D2)3=(W1/W2)3 (Ф.3)

где Q — подача; N — частота вращения рабочего колеса; D — диаметр рабочего колеса; W — ширина рабочего колеса; Р — потребляемая мощность, h - напор, создаваемый насосом. Индексы 1 и 2 относятся к соответствующим режимам работы.

Уравнение (Ф.1) получено для насоса, подача которого менялась пропорционально скорости жидкости, а та в свою очередь пропорциональна частоте вращения рабочего колеса. Зависимость между геометрическими параметрами рабочего колеса и напором легла в основу уравнения (Ф.2). Мощность пропорциональна подаче Q и противодействующей силе или напору h. Уравнения (Ф.1) и (Ф.2) -позволяют заключить, что подача Q пропорциональна частоте вращения рабочего колеса N, а напор h — частоте вращения в квадрате N2. Таким образом получено уравнение (Ф.3).

Часто бывает полезно сравнить рабочие характеристики геометрически подобных насосов. Это можно сделать с помощью следующей системы уравнений:

Q1/Q2=(D1/D2)3 (Ф.4)

h1/h2=(D1/D2)2 (Ф.5)

P1/P2=(D1/D2)5 (Ф.6)

Анализируя формулы Ф.1 - Ф.3 получаем, что производительность насосов пропорциональна центробежной скорости и площади периферийного сечения рабочего колеса. Окружная скорость прямо пропорциональна диаметру рабочего колеса. Площади периферийного сечения рабочих колес геометрически подобных насосов пропорциональны соотношению квадратов. диаметров этих колес. Отсюда можно заключить, что подача пропорциональна. диаметру рабочего колеса в кубе [уравнение (Ф.4)]. Сходным образом, поскольку напор пропорционален квадрату диаметра колеса, получается уравнение (Ф.5). Потребляемая мощность зависит от произведения расхода на напор. Таким образом, уравнение (Ф.6) вытекает из уравнений (Ф.4) и (Ф.5).

С помощью уравнений (Ф.4) - (Ф.6) для геометрически подобных насосов можно подсчитать Q, h и Р как функции диаметров рабочих колес. Часто бывает необходимо определить суммарное влияние изменения одновременно диаметра и скорости на напор и подачу геометрически подобных насосов. Приведенные выше соотношения можно объединить в следующую систему уравнений:

Q1/Q2=(N1/N2)*(D1/D2)3 (Ф.7)

h1/h2=(N1/N2)2*(D1/D2)2 (Ф.8)

P1/P2=(N1/N2)3*(D1/D2)5 (Ф.9)

Чтобы получить выражение, связывающее N или D с Q и h, N или D с Q и Р, а также D или N с Q и Р, достаточно решить систему из двух любых уравнений (Ф.7) — (Ф.9). Так, уравнения (Ф.10) и (Ф.11) получены путем решения системы уравнений (Ф.7) и (Ф.8):

D2=D1(Q2/Q1)1/2(h1/h2)1/4 (Ф.10)

N2= N1(Q1/Q2)1/2(h2/h1)3/4  (Ф.11)

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?

Берем формулу (Ф.1): Q1/Q2=N1/N2

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

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

Берём формулу (Ф.2): h1/h2=(N1/N2)2

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

Получаем напор h2 = 122,07 м;

Берём формулу (Ф.3): P1/P2=(N1/N2)3

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?

Берём формулу (Ф.4): Q1/Q2=(D1/D2)3

Подставляем известные значения: (3 л/с)/(5 л/с) = (6/D2)3; D23 = 360.

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

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

Берём формулу (Ф.5): h1/h2=(D1/D2)2

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;

P2= (49 Н/с) (28,08 м);

Р2 = 1376,8 Вт.

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?

Берём формулу (Ф.10): D2= D1(Q2/Q1)1/2(h1/h2)1/4

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

D2= 6*(1,63)*(0,87);

D2= 8,52 см;

Берём формулу (Ф.11): N2= N1(Q1/Q2)1/2(h2/h1)3/4

N2= 1000*(3/8)1/2*(35/20)3/4

N2= 1000*(0,61)*(1,52);

N2= 928 об/мин.

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

По материалам: Уитон Ф. Техническое обеспечение аквакультуры.

Советуем ознакомиться:

Подбор насоса для безопасного каскадного водоёма, искусственного каскада, ручья.

Подбор оборудования. Выбор насоса для искусственного водоёмa