Лекции № 6. Характеристика лопастного насоса и изменение характеристики насоса. Явление кавитации

 

Основными параметрами, характеризующими работу насоса, являются:

• подача Q;

• напор Н;

• мощность N;

• частота вращения n;

• КПД η;

• высота всасывания Н _вак.

Подачей насоса называется расход жидкости через выходной патрубок и обозначается буквой Q. [л/с; м³/с].

Напор представляет собой разность энергий единицы веса жидкости до насоса и после него. Н [м].

Мощность, различают полезную N _эф и потребляемую N _п.

Полезная мощность насоса — это энергия, приобретенная жидкостью за единицу времени.

(1)

Потребляемая мощность всегда больше полезной мощности на величину потерь.

Эти потери оцениваются η насоса.

(2)

Из указанных параметров подача и число оборотов являются независимыми переменными, остальные — их функциями.

Взаимосвязь параметров в различных режимах работы насоса изображается графически в виде характеристик, составляемых по результатам испытаний насоса. Характеристики обычно представляют в виде функциональных зависимостей напора, мощности, КПД и высоты всасывания от подачи насоса при одном или нескольких значениях числа оборотов.

Для правильной эксплуатации лопастного насоса необходимо знать характеристику насоса, под которой подразумевается зависимость Н, η, N _эф от Q при n = const.

В характеристике центробежного насоса (рис. 15.) указано изменение напора Н, мощности N, потребляемой насосом, и КПД η в зависимости от подачи Q насоса при неизменной частоте вращения вала.

Рис. 15. Характеристика лопастного насоса

Режим работы насоса с наибольшим КПД называют оптимальным (Q_опт). Область в пределах изменения подачи при небольшом снижении КПД (Q₁, Q₂) называют рабочей. Насос рекомендуется применять в пределах этих параметров.

Теоретический напор насоса (H_Т∞) при бесконечном числе лопаток изменяется линейно в зависимости от изменения подачи. Действительно, с изменением подачи меняется только величина скорости с_u2∞ прямо пропорциональная количеству жидкости, проходящей через каналы рабочего колеса. Таким образом, напор H_Т∞ как функция от подачи представляется прямой линией (см. рис. 15).

При переходе к реальному насосу напор уменьшается, что обусловлено потерями в связи с конечным числом лопаток (на рис. 15. заштрихованная зона 1), потерями напора в каналах насоса (зона 2), потерями на входе в колесо, переходе в отвод и в отводе (зона 3).

Напор насоса обычно наибольший при нулевой подаче на режиме, который называется режимом закрытой задвижки. У некоторых насосов наибольший напор не совпадает с нулевой подачей. Характеристика такого насоса показана на рис. 15. пунктиром. Здесь, в области малых подач, работа насоса будет неустойчивой, так как напор не определяет однозначно количество подаваемой жидкости (при одной и той же величине напора может быть подача большая и меньшая).

Кавита́ция - это процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости, в которой возникает. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — ее применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.