Характеристики центробежных насосов

Зависимости напора H, потребляемой мощности  и КПД насоса  от его производительности (подачи) при постоянном числе оборотов рабочего колеса n называются характеристиками насоса. Главная характеристика – зависимость .

Теоретические характеристики получают на основе анализа основного уравнения центробежных машин, действительные (рабочие) характеристики строятся на основании обработки результатов испытаний реальных машин.

Пусть °, тогда , и для анализа можно использовать уравнение (6.26). Однако это уравнение не содержит необходимый параметр  – подачу. Поэтому преобразуем уравнение (6.26). Исходя
из треугольника скоростей (рис. 6.7) в уравнении (6.26) заменим :

                                (6.28)

Скорость  – меридианальная (радиальная) скорость выхода жидкости из рабочего колеса насоса (рис. 6.7). Умножая  на площадь выхода жидкости из рабочего колеса, можно найти подачу насоса:

                      (6.29)

где  – расстояние между дисками рабочего колеса,  – коэффициент стеснения, учитывающий наличие лопаток.

Уравнение (6.26) с учетом (6.28) и (6.29) представим в виде:

        (6.30)

Рис. 6.7. Треугольник скоростей

Как видно из рис. 6.8, лопатки, загнутые вперед (b > 90 °),
при прочих равных условиях обеспечивают наибольшее значение . Однако такие лопатки резко увеличивают скорость , обуславливая большие гидравлические потери внутри насоса. На практике угол выхода лопатки b₂ принимают в пределах b₂ =15–35 °, иногда до 50 °.

Рис. 6.8. Теоретическая зависимость

Действительная (рабочая) характеристика насоса отличается
от теоретической. Необходимо учесть потери напора в рабочем колесе. Они такие:

– потери на трение в каналах колеса;

– потери на удар при входе в рабочее колесо и переходе
в спиральную камеру;

– потери, связанные с циркуляцией жидкости в каналах колеса, т.е. потери, связанные с конечностью числа лопаток.

Обычно действительную (рабочую) характеристику устанавливают опытным путем. При этом учитывают также объемный  и механический  КПД.

На рис. 6.9 представлены рабочие характеристики центробежного насоса при постоянном числе оборотов вала насоса .

Как видно из рис. 6.9, с ростом подачи  напор H уменьшается,
а потребляемая мощность N увеличивается. КПД насоса  при некотором  имеет максимум.

Рис. 6.9. Рабочие характеристики центробежного насоса

Как видно из уравнения (6.29), подача насоса  зависит
от радиальной скорости . С изменением числа оборотов от  до  подача изменяется от  до . Если соблюдается условие подобия траектории движения частиц жидкости, то будут подобны параллелограммы скоростей в любых точках потока. Тогда можно записать:

                    (6.31)

Из уравнения (6.26) можно получить:

                                      (6.32)

Поскольку , то можно записать, что . Тогда получим:

                                      (6.33)

Уравнения (6.31)–(6.33) называют законами пропорциональности. Они позволяют по одной опытной характеристике  построить ряд характеристик центробежного насоса.

Для анализа работы центробежного насоса, выбора оптимального режима его работы при  используют универсальную характеристику (рис. 6.10). Она строится снятием характеристик насоса при различных оборотах насоса. Для каждого насоса есть область оптимального КПД насоса .

Рис. 6.10. Универсальная характеристика центробежного насоса