Насосы – детально о характеристиках…

Сравнительно большое разнообразие показателей, а так же характеристик насосов и установок, приводимых в технической литературе, временами приводит к затруднениям и неоднозначности при их использовании. Именно поэтому, рационально рассмотреть приоритетные показатели, характеризующие работу насосов и установок: технологические, эргономические и надежностные.

Традиционно различают номинальные показатели, при которых насос (установка) должен эксплуатироваться, и оптимальные, соответствующие максимальному экономическому результату от применения насоса (установки). Под оптимальным режимом чаще всего понимают работу в режиме максимального КПД. Во многих случаях номинальный и наилучший режимы работы насосов и установок не совпадают. Это объясняется необходимостью в реальных (производственных) условиях обеспечить какой-нибудь показатель работы установки, который не совпадает на рабочих характеристиках насоса (установки) с режимом максимально возможного КПД.

Рассмотрим приоритетные показатели насосов (установок), подробнее всего - технологические. К технологическим показателям насосов (установок) можно отнести:

- подачу Q, напор Н, мощность N;
- вид и параметры энергетического питания привода. показатели перекачиваемых и потребляемых сред (плотность, температуру, присутствие или же неимение в жидкости твердых либо газообразных примесей);
-кавитационные (антикавитационные) свойства;
- показатели самовсасывания;
- показатели пригодного действия (КПД);
- массу, габаритные размеры насоса или же установки.

Подача насоса (установки) - это количество жидкости перекачиваемой насосом (установкой) в единицу времени. Различают объемную подачу, массовую подачу, а также весовую подачу. В характеристиках насосов традиционно принято задавать объемную подачу, т. е. объем жидкости, полезно используемый потребителем, при давлении, измеренном на выходе из насоса. Для гидроструйных насосов помимо полезной (пассивной) подачи должен быть задан расход рабочей (активной) жидкости.

Напором насоса называют разность удельных механических энергий жидкости на выходе из насоса и на входе в него. Различают объемный, массовый и весовой напоры. Весовой напор имеет смысл в условиях определенного, а также непрерывного поля гравитации. Он возрастает с уменьшением убыстрения свободного падения, а в условиях невесомости становится равным бесконечности. Именно поэтому, весовой напор, широко применяемый на сегодняшний день (на территории СССР он колеблется за счет изменения гравитационных сил в пределах 0,35 %, а в целом на Земле - в пределах 0,6 %), неудобен для характеристик насосов летательных и космических объектов.

На практике весьма часто для высоконапорных насосов скоростным напором и энергией положения пренебрегают вследствие их малости по сопоставлению со статическим давлением. Полная мощность насоса N тратится на приведение его в действие. Она подводится извне в виде энергии приводного мотора либо с расходом рабочей жидкости, подаваемой к струйному агрегату под определенным напором.

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса - отношение полезной гидравлической мощности, к полной подводимой мощности.

К показателям кавитации относят надкавитационный напор (кавитационный резерв) - избыток удельной энергии жидкости над удельной энергией (упругостью) ее насыщенных паров. Для самых различных стадий развития кавитации различают следующие надкавитационные напоры:

- подавляющий - значение надкавитационного напора, при котором в насосе не проявляется никаких признаков кавитации;

- эрозионный (парогазовый) - значение надкавитационного напора, при котором обнаруживается эрозионное влияние жидкости на проточную часть насоса; начало эрозии обнаруживается способом лаковых покрытий либо путем анализа виброзвуковых показателей;

- параметрический - значение надкавитационного напора, при котором возникают устойчивые кавитационные каверны;

при испытаниях насосов рекомендуется принимать величину, при которой напор насоса уменьшается на 2 % по сопоставлению с бескавитационной работой при постоянной (заданной) подаче;

- предельный - наименьшее значение надкавитационного напора, при котором еще сохраняется кинематическое подобие (подобие течений) в модельном , а также испытываемом (натурном) насосах.

Перечисленные кавитационные показатели являются объективными, впрочем для насосов важно четко знать необходимый надкавитационный напор. Данный параметр должен быть обеспечен во время работы для того, чтобы насос работал без значительного снижения напора и КПД или чтобы была ограничена приемлемыми пределами скорость кавитационной эрозии деталей насоса либо какие-либо другие показатели.

К показателям самовсасывания относятся следующие:

Номинальная высота самовсасывания - расстояние по вертикали от свободной поверхности жидкости до верхней точки области появления кавитационных явлений, при которой насос обеспечивает самовсасывание жидкости определенного вида и последующую нормальную работу при температуре +20 °С и атмосферном давлении (0,1013 МПа). Подача воздуха при номинальной высоте самовсасывания - объемный расход (подача) воздуха, приведенный к давлению на входе в насос при отсутствии противодавления на выходе из насоса, атмосферном давлении 0,1013 МПа и температуре воздуха +20 °С. Показатель применим только для насосов со стабильной во времени характеристикой самовсасывания. Изменение подачи воздуха при самовсасывании во времени (нестабильность характеристики) определяется в основном нагревом жидкости, что характерно для рециркуляционных систем самовсасывания.

Минимальное время самовсасывания - время, на протяжении которого насос, работающий при номинальной высоте самовсасывания и отсутствии противодавления на выходе, а также имеющий подводящий трубопровод заданных диаметра и длины, осуществляет самовсасывание. Возможная длительность самовсасывания - время, на протяжении которого допускается работа самовсасывающего насоса при номинальной высоте в режиме самовсасывания. При отсутствии режимных ограничений время традиционно принимается равным времени, на протяжении которого подача воздуха уменьшается на 25 % (к примеру, в результате нагрева жидкости для рециркуляционных установок или насосов).

К эргономическим показателям насосов и установок относятся следующие:

- внешняя утечка, т. е. расход жидкости, вытекающий из насоса в наружную среду (к примеру, через сальники) при номинальном режиме и определенном (заданном) давлении на входе;

- уровень звукового давления - общий уровень звукового давления в дБ при пороговом значении, измеренном на расстоянии 1 метра от наружного контура насоса (установки) в заданных точках при номинальном режиме работы насоса (установки);

- уровень вибрации - общий уровень вибрации в дБ по эффективному (среднеквадратическому) значению колебательной скорости либо убыстрения, измеренный на опорной поверхности насоса (установки) в направлении, перпендикулярном к ней, в точках, где вибрация максимальна.

Для некоторых насосов (установок) используют ряд особых параметрических показателей - таких как допустимая длительность работы при нулевой подаче (при закрытой напорной задвижке) и т.п.

В процессе выбора показателей надежности (наработка на отказ, ресурс, вероятность безотказной работы и т. п.) следует установить эксплуатационные допуски на рабочие параметры, поскольку, чем больше допуск, тем выше надежность насоса.

Подобие насосов

Определить формы движения жидкости в насосах теоретическим путем на нынешней стадии развития науки не всегда представляется возможным. Именно поэтому, в практике проектирования лопастных, а так же струйных насосов во многих случаях применяют опытные данные. Научно обоснованное обобщение итогов экспериментов можно исполнить при помощи способов теории подобия. Подобными именуются явления, у которых все характеризующие их величины находятся между собой в постоянных соотношениях. Таким образом, при подобии потоков жидкости в насосах по известным характеристикам потока жидкости в одном из них (модели) можно получить показатели потока жидкости в ином (натурном) насосе простым пересчетом. Такой переход аналогичен переходу от одной системы единиц физических величин к иной. Для обеспечения возможности подобного перехода от модельного примера к натуральному, необходимо соблюдение геометрического, кинематического, а так же силового (гидродинамического) подобия.

Геометрическое подобие границ потоков (проточных полостей насосов) - необходимое условие подобия самих насосов. При соблюдении этого условия все сходственные линейные размеры проточной части сопоставляемых насосов должны находиться в непрерывном соотношении. Геометрическое подобие, помимо этого, включает подобие относительных шероховатостей стенок проточной части насосов, толщин обтекаемых профилей.

Кинематическое подобие - это подобие траекторий движения частиц жидкости, а также равенство скоростей в сходственных точках потока (т.е. планы скоростей модельного и натурного потоков должны быть подобны).

Силовое (гидродинамическое) подобие означает полное подобие потоков и отличается равенством отношений сил идентичной физической природы, действующих на частицы жидкости либо на границы потока, в сходственных точках. Силовое подобие в насосах допустимо только при кинематическом подобии.

Показатели насосов, используемые на практике.

Размерные гидравлические характеристики насосов - это взаимозависимости основных параметров насосов (расхода, напора, надкавитационного напора, мощности, а для центробежных насосов и частоты вращения) и зависимости данных параметров от плотности жидкости, вязкости. В том случае, если все параметры переменны, то общую характеристику следует строить в многомерном пространстве. Такую характеристику нереально изобразить графически и даже сложно себе представить. Именно поэтому, приходится вводить определенные комплексы, составленные из указанных величин, принимая некоторые из них постоянными.

Относительные характеристики - это такие, в которых за единицу величины характеризуемых параметров принимают определенные значения данных параметров, к примеру напор, расход, мощность и КПД, соответствующие оптимальному режиму (режиму максимального КПД).

Безразмерные характеристики выражают зависимости одной безразмерной комбинации параметров насоса от иной. Безграничные показатели могут быть распространены на весь безразмерный (подобный) ряд насосов, характеризуемых, к примеру, геометрическим масштабным коэффициентом. С этой точки зрения они весьма удобны. Впрочем в процессе применения безразмерных характеристик следует рассматривать возможность нарушения условий кинематического и динамического подобия, к примеру в результате появления кавитации либо извлияния вязкости и других факторов.