1. Введение

Цель работы - приобретение навыка испытаний центробежных насосов и построения их комплексных характеристик.

Задачи:

·    изучить методику проведения испытаний;

·    научиться запускать, работать и останавливать центробежный насос;

·    научиться пользоваться приборами;

·    научиться обрабатывать показания приборов и строить комплексную характеристику центробежного насоса;

·    научиться делать выводы.

 

2. теория

Работа насоса характеризуется основными параметрами - подачей, напором, потребляемой мощностью, кпд и частотой вращения рабочего колеса.

Подача насоса – количество жидкости, подаваемое насосом в напорный трубопровод в единицу времени. Различают объёмную подачу Q (м3/с) и массовую подачу М (кг/с). На практике подачу определяют при помощи мерной емкости (объемный способ) или с помощью расходомеров. Объемный способ является наиболее точным и используется для тарирования всех применяющихся расходомеров.

Способ заключается в следующем. Засекается время заполнения определенного объема мерного бака и находится значение подачи:

(2.1)

 

где     V – объем заполнения мерного бака;

         t – время заполнения.

В качестве расходомеров могут использоваться приборы турбинного типа, индукционные, ротометры, сужающие устройства с дифманометрами.

Напор насоса H (м.ст.ж.) – количество энергии, переданное насосом одной весовой единице жидкости. Представляет собой разность напоров на нагнетании и всасывании насоса и находится по формуле:

(2.2)

 ,

где     Нвс и Нн - напор жидкости соотв-но на всасывании и нагнетании насоса, м;

Рвс и Рн – абс. давления потока на всасывании и нагнетании насоса, Па;

Zвс и Zн – высоты расположения центров тяжести входного и выходного сечений (по месту установки приборов, замеряющих давление), м;

вс и н – средняя скорость потока на всасывании и нагнетании насоса (по месту установки приборов, замеряющих давление), м/с.

ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Абсолютное давление через показания приборов составляет:

·    при избыточном давлении

;

·    при вакуумметрическом

.

где     Рм – показания манометра;

Рв - показания вакуумметра.

Средняя скорость потока определяется:

(2.3)

, 

где     d – внутренний диаметр трубопровода в соответствующем его сечении, м.

Мощность N (Вт), потребляемая насосом, или мощность на валу насоса – энергия, затрачиваемая на привод насоса, в единицу времени. Потребляемая насосом мощность определяется с помощью моторвесов по крутящему моменту или по мощности, потребляемой электродвигателем:

(2.4)

,

где     – мощность, потребляемая двигателем (показания киловаттметра);  

 – кпд электродвигателя.

Коэффициент полезного действия насоса характеризует эффективность потребления подводимой энергии и определяется отношением полезной мощности NГ к мощности, потребляемой насосом:

(2.5)

 .

Частота вращения вала насоса определяется тахометром.

Комплексная характеристика центробежного насоса – это графическое изображение зависимости основных параметров насоса от подачи при постоянных числах оборотов вала и вязкости перекачиваемой жидкости (рис. 5.1). Получают характеристику по результатам испытания насоса на воде на заводе-изготовителе, а затем в промышленных условиях – на месте установки насоса в условиях его эксплуатации, где производится проверка работы насоса. Данные этих испытаний дают возможность выявить техническое состояние насоса и правильно его эксплуатировать.

Испытания проводят также на ремонтных базах после ремонта насоса для выявления его качества.

 

3. оборудование и установка

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Насосная установка

Лабораторная установка, общая схема которой представлена на рис. 3.3, включает центробежный насос типа К, приводимый короткозамкнутым асинхронным двигателем переменного тока.

Центробежный насос Н1 забирает воду из бака Б2 по всасывающему трубопроводу и подают ее по напорному трубопроводу в мерный бак Б1. Из мерного бака через сливную трубу вода опять поступает в заборный бак (замкнутая гидравлическая система).

На всасывающей трубе установлены задвижка з1 и мановакуумметр МВ1.

На нагнетательном трубопроводе предусмотрены задвижки з2 и з3, образцовый манометр М1 и расходомер R1. Манометры и вакуумметры подсоединены к трубам через вентили.

Мерный напорным бак Б1 оборудован пьезометром со шкалой, цена деления которого составляет 0,01 м3.

На щите контрольного пункта имеется трехфазный киловаттметр, соединяемый с электродвигателями через разъемную муфту. Частота вращения измеряется с помощью механического тахометра.

Рис. 3.3. Схема насосной установки

Рис. 3.4 Панель управления:

1 - активный амперметр; 2 - киловаттметр;

3 – кнопки включения и выключения насосной установки

Рис. 3.4 Расходомер

 

Рис. 3.5. Панель расходомера

Рис. 3.6. Табличка с данными расходомера

Рис. 3.7. Манометр

(предел измерений – от 0 до 10 кГс/см2; класс точности – 2,5)

Рис. 3.8. Мановакуумметр

(предел измерений – от -1 до 0 кГс/см2; класс точности – 2,5)

Рис. 3.9. Насосная установка

Рис. 3.10.Табличка с параметрами насоса

Рис. 3.11.Табличка с параметрами двигателя насосной установки

 

4. Порядок проведения работы

4.1. Запуск насоса

Перед запуском насоса необходимо:

·    произвести внешний осмотр насосной установки и убедиться в ее исправности;

·    проверить легкость вращения вала (от руки);

·    проверить направление вращения вала насоса кнопкой «ПУСК» - «СТОП» на магнитном пускателе;

·    перекрыть задвижку на напорном трубопроводе з2;

·    открыть задвижку на всасывающей линии и убедиться, что система заполнена жидкостью;   

·    отключить приборы.

4.2. Пуск и остановка насоса

Пуск и остановка насоса производится в следующей последовательности:

1. Запустить двигатель в работу и по звуку убедиться в нормальном техническом состоянии установки, а по показанию киловаттметра – в отсутствии завышенного потребления мощности при нулевой подаче.

2. Открыть вентили перед манометром и мановакуумметром и по показаниям приборов убедиться, что насос развивает напор (показания отличны от нуля).

3. При ненормальной работе агрегата выключить электродвигатель и устранить причину неполадок. Остановку производить в обратной последовательности:

·    отключить приборы;

·    закрыть задвижку на напорном трубопроводе;

·    выключить электродвигатель.

Если показания манометра были равны нулю, то необходимо проверить уровень жидкости в водозаборном баке и при необходимости долить из водопровода в него воду.

4. При выполнении требований по работе агрегата плавно открыть задвижку з2 и дать некоторое время (не более 2-3 мин) насосу поработать при максимальной подаче с целью полного удаления воздуха из насоса и гидросистемы, прогрева подшипников.

4.3. Испытание насоса

Порядок испытания:

1. Установить масимальную подачу (напорная задвижка з2 полностью открыта).

2. Измерить количество поступающей в мерный бак воды за определенный интервал времени или определить значение подачи по расходомеру.

3. При установленной подаче снять показания мановакуумметра, манометра и киловаттметра.

4. Прикрыть напорную задвижу з2, устанавливая новый режим работы насоса и снять показания всех приборов.

5. Испытание насоса провести минимум по шести режимам с различными подачами, уменьшающимися от максимума до нуля через примерно равные интервалы. Для получения более точных характеристик наблюдения повторить в обратном порядке.

6. Результаты замеров занести в таблицу 5.1.

 

5. отчет

1. Записать основные данные насосной установки:

·    насос: тип, марка, диаметр рабочего колеса;

·    рабочая жидкость: плотность, вязкость;

·    техническая характеристика электродвигателя: мощность (кВт), частота вращения вала (мин-1), напряжение (В), кпд;

·    приборы: манометр и вакуумметр, киловаттметр (типы, пределы измерения, класс точности), расходомер, мерный бак;

·    трубопроводная обвязка: диаметр всасывающего и нагнетательного трубопровода, превышение установки приборов манометра и мановакуумметра.

2. Определить подачу насоса (2.1), развиваемый напор (2.2), полезную и потребляемую мощности (2.3), кпд насоса (2.5) для всех режимов работы.

3. Результаты расчетов свести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

№

Показания приборов

Расчетные параметры

Объем бака, м3

Время, сек

Мано-

метр, кГс/см2

Мано-

вакуум-

метр, кГс/см2

Кило-ватт-

метр, кВт

Подача, м3/с

Напор, м

Мощность гидрав-

лическая, кВт

Мощность на

валу насоса, кВт

КПД

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. По результатам обработки построить комплексную характеристику насоса (рис. 5.1).

5. По комплексной характеристике насоса определить оптимальный режим его работы (Qо и Но) и показать рабочую зону насоса, принимая максимальное отклонение значения кпд от максимума в пределах 0,05-0,07.

Рассчитать коэффициент быстроходности насоса nS по зависимости:

(5.1)

.

Рис.5.1. Комплексная характеристика насоса

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для каких целей проводят нормальные испытания насоса?

2. Что называется комплексной характеристикой насоса?

3. Какие способы и приборы имеются для измерения подачи насоса?

4. Что называется напором насоса и как он определяется?

5. Почему на всасывающем трубопроводе для измерения давления устанавливается мановакуумметр?

6. Почему рекомендуется запуск центробежного насоса производить при закрытой напорной задвижке?

7. Почему мощность насоса на валу не равняется нулю при нулевой подаче?

8. Что такое гидравлическая мощность и ее отличие от мощности на валу насоса?

9. Как определяется мощность на валу насоса?

10. Что характеризует кпд насоса и как его определить?

11. Для каких целей необходима характеристика насоса?

12. Что такое коэффициент быстроходности насоса?

7. Литература

1. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М. и др. Насосы и компрессоры. - М.: Недра, 1974.

2. Башта Т.М., Руднев С.С. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982.

3. Беззубов А.В., Щелканин Ю.В. Насосы для добычи нефти: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1986.

4. Безус А.А. Конструкции центробежных насосов. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Гидромашины и компрессоры» для студентов очной и заочной форм обучения специальности 0211 - «Бурение нефтяных и газовых скважин». – Тюмень: ТюмГНГУ, 1998.

5. Верзилин О.И. Современные буровые насосы. - М.: Машиностроение, 1971.

6. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры: Учебник для вузов, - 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Недра, 1981.

8. АВТОРЫ

 «Снятие внешних энергетических характеристик центробежных насосов (насос 1,5К6)» по дисциплине (разделу) «Гидромашины и компрессоры»

 

Методическое обеспечение:

Двинин Анатолий Алексеевич – к.т.н., доцент;

Безус Анжела Александровна – к.т.н., доцент.

 

Редактор: Яковлев О.В.

3D графика: Червов А.С.

Script-программирование: Каздыкпаева А.Ж.