1. Введение

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

Задачи:

·    изучить методику проведения испытаний;

·    научиться работе с центробежным насосом;

·    научиться пользоваться соответствующими приборами;

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

·    сделать 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 или 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 соответственно 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 по формуле:

,

(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 мотор-весов по крутящему моменту или по мощности, потребляемой электродвигателем:

,

(2.4)

где     Nдв – мощность, потребляемая двигателем (показания киловаттметра);  

hдв – кпд электродвигателя.

Коэффициент полезного действия насоса характеризует эффективность потребления подводимой энергии и определяется отношением полезной мощности  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. Получают характеристику по результатам испытания насоса заводом-изготовителем на воде, 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 инструменты

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

Насосная установка, схема которой представлена на рисунке 3.3, состоит из двух одинаковых центробежных насосов (Н1, Н2) типа "Кама". Насосы перекачивают воду из емкости Б2 обратно в емкость (замкнутая система) или через мерный бак Б1.

Предусмотренная обвязка насосов позволяет:

·    включать насосы параллельно, последовательно или каждый насос в отдельности;

·    осуществлять работу насосов с байпасом (перепуском жидкости с выхода насоса на его вход).

3.3. Характеристика трубопроводов:

Участки всасывающего трубопровода:

·    насоса Н1: I (ab), II (bH1);

·    насоса Н2: I (ab), III (bH2).

Участки нагнетательного трубопровода:

·    насоса Н1: IY (H1с); YI (cd);

·    насоса Н2: Y (H2c); YI (cd).

3.4.     Обвязка насосов:

·    перепускной трубопровод насоса Н1: IX (mn);

·    перепускной трубопровод насоса Н2: YIII (gК13f);

·    участок трубопровода между насосами Н1 и Н2: YII (H1eH2).

Участки трубопроводов с обвязкой имеют соответственно диаметры: I – dI = 44 мм; II, III, IY, Y, YI и обвязка – d = 11,5 мм.

3.5. Приборы

На всасывающей линии II и III насосов Н1 и Н2 установлены мановакуумметры МВ1 и МВ2. На напорных линиях IY и Y установлены манометры М1 и М2. Превышение установки манометра над мановакуумметром – 0,5 м.

Для измерения расхода жидкости на линиях IY, Y, а также байпасе насоса Н2 предусмотрены расходомеры соответственно R1, R2 и R3. Расход в системе может также определяться с помощью мерного бака Б1.

Сила тока, потребляемая двигателями насосов Н1 и Н2, определяется амперметрами соответственно А1 и А2. Напряжение замеряется вольтметром В.

          

Рис. 3.3. Схема стенда

Рис. 3.4. Стенд в виртуальной лабораторной работе

4. Порядок проведения работы

4.1. Нормальные испытания центробежного насоса Н1

4.1.1. Запуск насоса

Перед запуском насоса необходимо:

1. Перекрыть регулирующий кран К8 на напорном трубопроводе; краны в обвязке насосов Н1 и Н2 – К2, К3, К4, К6, К7, К10, К11, К12, К13 – в положении "закрыто", кран К9 – в положении "открыто".

2. Открыть краны К1, К5 на всасывающей линии и убедиться, что система заполнена жидкостью.

4.1.2. Пуск и остановка насоса

Пуск и остановка насоса происходит в следующем порядке:

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

2. По показаниям манометра М1 и мановакуумметра МВ1 убедиться, что насос развивает напор (показания отличны от нуля).

3. При ненормальной работе агрегата выключить электродвигатель и устранить причину неполадок.

4.1.3. Остановка насоса

Остановка производится в обратной последовательности:

1. Закрывается задвижка на напорном трубопроводе;

2. Выключается электродвигатель;

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

4. При выполнении требований по работе агрегата плавно открыть кран К8 и дать некоторое время (не более 2-3 мин) насосу поработать при максимальной подаче с целью полного удаления воздуха из насоса и гидросистемы и прогрева подшипников.

4.1.4. Испытание насоса

1. Установите максимальную подачу Q (напорный кран К8 полностью открыт).

2. Измерьте количество поступающей в мерный бак Б1 воды V за определенный интервал времени t или определите значение подачи по расходомеру R1.

3. При установленной подаче снимите показания (Рмв) мановакуумметра, (Рм) манометра и (I) амперметра.

4. Прикройте напорный кран К8, устанавливая новый режим работы насоса, и снимите показания всех приборов.

5. Испытание насоса проводятся минимум по шести режимам с различными подачами, уменьшающимися от максимума до нуля через примерно равные интервалы.

6. Результаты замеров занесите в таблицу 5.1.

4.2.  Нормальные испытания насоса Н2

Перед запуском насоса необходимо произвести те же действия, что и при испытании насоса Н2, краны при этом должны быть в положении: регулирующий кран на напорном трубопроводе К12 – "закрыто"; краны в обвязке насосов Н1 и Н2 – К1, К5, К7, К8, К9, К10, К11, К13 – "закрыто"; краны К2, К6 – на всасывающей линии – "открыто".

4.2.1. Пуск и испытания насоса

1. Запустите двигатель и, при выполнении всех требований по работе агрегата, плавно откройте кран К12, дав некоторое время ему поработать (не более 2-3 мин.).

2. Установите максимальную подачу Q (напорный кран К12 полностью открыт).

3. Измерьте количество поступающей в мерный бак Б1 воды V за определенный интервал времени t или определите значение подачи по расходомеру R1.

4. При установленной подаче снимите показания (Рмв) мановакуумметра, (Рм) манометра и (I) амперметра.

5. Прикройте напорный кран К12, устанавливая новый режим работы насоса, и снимите показания всех приборов.

6. Испытание насоса проведите минимум по шести режимам с различными подачами, уменьшающимися от максимума до нуля через примерно равные интервалы.

7. Результаты замеров занесите в таблицу 5.1.

4.3. Обработка результатов

1. Запишите основные данные насосной установки:

·    насос: тип, марка;

·    рабочая жидкость: плотность, вязкость;

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

·    приборы: манометр, мановакуумметр, амперметр, расходомер (типы, пределы измерения, класс точности);

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

2. Определите подачу Q насоса по показаниям расходомера или по заполнению мерного бака, пользуясь зависимостью (2.1).

3. Найдите напор H, развиваемый насосом, при различных режимах работы по показаниям манометра Рм и мановакуумметра Рмв по формуле (2.2).

4. Определите полезную (гидравлическую) мощность Nг по найденным значениям подачи Q и напора Н (Вт):

.

5. Определите мощность, потребляемую насосом (мощность на валу насоса) N, при различных режимах работы по зависимости (2.4), учитывая, что мощность двигателя по показаниям амперметра I составит (Вт):

,

где     U – напряжение (U = 380В);

соs φ – сдвиг вектора силы тока относительно напряжения (соs φ = 0,85).

6. Определите кпд насоса по формуле (2.5).

7. Результаты расчетов сведите в таблицу 5.1.

5. Отчет

1. По результатам обработки результатов испытания постройте комплексную характеристику насоса Н1 и насоса Н2 (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Комплексная характеристика насоса (условный график)

2. По комплексной характеристике насоса определите оптимальный режим его работы (Qо и Но) и покажите рабочую зону насоса, принимая максимальное отклонение значения кпд от максимума в пределах 0,05-0,08.

3. Рассчитайте коэффициент быстроходности насоса n_s по зависимости:

.

4. Сравните полученные характеристики и сделайте выводы по результатам работы.

Таблица 5.1

 

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. Список использованной литературы

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

Лабораторная работа «Нормальные испытания центробежных насосов» по дисциплине (разделу) «Гидромашины и компрессоры»

 

Методическое обеспечение: Безус Анжела Александровна – к.т.н., доцент,

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

 

Редактор: Яковлев О.В.

Графика: Елесин А.С.

Программирование: Каздыкпаева А.Ж.