Построение рабочих характеристик центробежного насоса по данным его испытания при постоянной частоте вращения двигателя

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Строительный институт

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Максимова С.В.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции»

для студентов, обучающихся по направлению подготовки

08.03.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение»)

Тюмень

ТИУ

2016

УДК: 628.12 + 628.29 + 628.3

ББК 38.761

М 171

Максимова С.В.

М171 Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство (профиль «Водоснабжение и водоотведение») / [Текст]: методические указания / С.В. Максимова: - Тюмень: ТИУ, 2016. - 33 с.

Методические указания предназначены для организации работы обучающихся при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Насосные и воздуходувные станции», содержат необходимую теоретическую информацию, методики проведения лабораторных работ.

УДК: 628.12 + 628.29 + 628.3

ББК 38.761

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 1. Изучение конструкций центробежных насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
Лабораторная работа № 2. Определение теоретического напора и подачи насоса по размерам рабочего колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8
Лабораторная работа № 3. Изучение конструкций насосов трения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	12
Лабораторная работа № 4. Построение рабочих характеристик центробежного насоса по данным его испытания при постоянной частоте вращения двигателя . . . . . . . . . . .	18
Лабораторная работа № 5. Построение рабочих характеристик центробежного насоса по данным его испытания при переменной частоте вращения двигателя . . . . . . . . . . .	25
Лабораторная работа № 6. Исследование последовательной работы насосов на общую сеть . . . . . . . .	29
Лабораторная работа № 7. Изучение работы систем управления и оборудования на действующих насосных станциях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	32
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	33

Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Работа центробежных насосов основана на взаимодействии лопастей рабочего колеса с потоком перекачиваемой жидкости.

Если всасывающий трубопровод и корпус насоса наполнить жидкостью, то при вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая его каналы, под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. В результате у входа в колесо создается разряжение (вакуум), и перекачиваемая жидкость по всасывающему трубопроводу и всасывающему патрубку будет подходить к рабочему колесу. Выбрасываемая из колеса жидкость поступает в спиральный отвод и далее в напорный трубопровод (рисунок 1.1).

К основным деталям центробежных насосов относятся: рабочее колесо, корпус, подводящее устройство, отводящее устройство, вал, уплотнения, подшипники.

Рисунок 1.1 - Схема одноступенчатого центробежного насоса

1- рабочее колесо; 2 - лопасти; 3 - корпус; 4 - вал; 5 - напорный патрубок;

6 - всасывающий патрубок; 7 - спиральный отвод

Рабочее колесо предназначено для передачи энергии жидкости от вращающего вала насоса. Существуют рабочие колеса с односторонним и двусторонним подводом жидкости, открытые и закрытые (рисунок 1.2, рисунок 1.3).

Колеса центробежных насосов для чистых жидкостей имеют обычно 6-8 лопастей. В насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей, устанавливают рабочие колеса с меньшим числом лопастей (1-4).

Выбор материала для изготовления рабочих колес зависит от свойств перекачиваемой жидкости. В большинстве случаев используется чугун. Колеса крупных насосов, выдерживающие большие механические нагрузки, выполняют из стали. В последнее время широкое распространение получили рабочие колеса из различных пластмасс и полимерных материалов.

Корпус насоса объединяет все его узлы и детали. На корпусе монтируют подшипники, сальники и другие детали насоса. Корпус насоса может быть с торцевым или осевым разъемом. Корпус насоса включает в себя подводящее и отводящее устройства.

Рисунок 1.2 - Рабочее колесо центробежного насоса закрытого типа с односторонним подводом жидкости

1- задний диск; 2 - передний диск; 3 - лопасти; 4 - ступица

Рисунок 1.3 - Рабочее колесо центробежного насоса с двусторонним подводом жидкости

1- внутренний диск со ступицей; 2 - лопасти; 3 - внешний диск

Подводящее устройство предназначено для обеспечения входа жидкости во всасывающую область насоса с наименьшими гидравлическими потерями. Центробежные насосы изготавливаются с осевыми, боковыми и полуспиральными подводами.

Отводящее устройство предназначено для отвода жидкости от рабочего колеса в напорный патрубок насоса. Отвод жидкости осуществляется с помощью спирального или кольцевого отводов, либо направляющего аппарата. Спиральный отвод представляет собой канал, охватывающий рабочее колесо по окружности, площадь поперечного сечения которого увеличивается пропорционально количеству жидкости, поступающей из рабочего колеса. Расширение канала отвода выбирается таким образом, чтобы средняя скорость движения жидкости в спирали была постоянной. Спиральный канал оканчивается выходным диффузором, в котором происходит уменьшение скорости и преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную. Спиральные отводы обладают наименьшими гидравлическими потерями и используются в насосах, предназначенных для подачи чистых жидкостей. Насосы, предназначенные для перекачивания загрязненных жидкостей, оборудуются отводами кольцевого типа с постоянной площадью поперечного сечения. У многоступенчатых насосов отвод жидкости от рабочего колеса осуществляется с помощью неподвижного направляющего аппарата.

Вал насоса предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к рабочему колесу. Форма и конструкция вала зависит от конструкции насоса.

Уплотнения служат для предотвращения утечек жидкости через зазоры между неподвижными и вращающимися частями насоса. К ним относятся концевые уплотнения вала насоса: сальниковые, торцевые, уплотнения с «плавающими» кольцами и др. и уплотнения рабочего колеса, уменьшающие перетекание жидкости между областями с различными давлениями.

В насосах применяются все виды подшипников скольжения и качения. Тип подшипника определяется частотой вращения вала.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ– Ознакомиться с устройством, основными деталями и узлами центробежных насосов.

ОБОРУДОВАНИЕ: Центробежный насос консольного типа в собранном виде, скважинный насосный агрегат в собранном виде с вырезом ¼, рабочие колеса центробежных насосов различных типов.

Порядок выполнения работы

Составить эскизы рабочих колес центробежных насосов:

1 закрытого колеса с односторонним подводом жидкости;

2 закрытого колеса с двусторонним подводом жидкости;

3 колеса открытого типа;

4 колеса насоса для сточной жидкости;

5 колеса скважинного насоса с направляющим аппаратом.

Контрольные вопросы

1 Пояснить принцип действия центробежного насоса.

2 Перечислить основные типы центробежных насосов, применяемых в системах водоснабжения и водоотведения.

3 Объяснить назначение основных частей центробежных насосов.

4 Перечислить типы рабочих колес центробежных насосов и особенности их конструкций.

5 Перечислить способы крепления рабочих колес к валу насоса.

6 Перечислить основные отличия водопроводных и канализационных насосов.

7 Объяснить возникновение силы осевого давления и перечислить способы ее уравновешивания.

8 Перечислить типы подшипников, применяемых в насосах, область их применения.

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО НАПОРА И ПОДАЧИ НАСОСА ПО РАЗМЕРАМ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

Основные параметры, характеризующие работы насоса: напор, подача, КПД и др., тесно связаны с кинематическими показателями движения жидкости через рабочие органы насоса.

К рабочему колесу центробежного насоса жидкость подводится в осевом направлении. Попав в каналы рабочего колеса (пространство между лопастями), частицы жидкости совершают сложное движение. Вращательное движение частиц вместе с рабочим колесом характеризуется вектором окружной (переносной) скорости U, направленным по касательной к окружности вращения. Перемещение частиц относительно колеса характеризуется вектором относительной скорости W, направленным по касательной к поверхности лопасти. Абсолютная скорость V движения частиц равна геометрической сумме векторов окружной и относительной скоростей.

На рисунке 2.1 построены треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса, приведены геометрические размеры колеса и кинематические показатели движения жидкости: D_o – диаметр входного отверстия колеса; D ₁ , D ₂ – диаметры входа и выхода; b ₁ , b ₂ – ширина лопасти на входе и на выходе; U ₁ , U ₂ – окружные скорости на входе и на выходе; W ₁ , W ₂ – относительные скорости на входе и на выходе; V ₁ , V ₂ – абсолютные скорости на входе и на выходе; α ₁ , α ₂ – углы между абсолютной и окружной скоростями на входе и на выходе; β ₁ , β ₂ – углы между относительной скоростью и продолжением окружной скорости на входе и на выходе; S – толщина лопасти; V_r – проекция абсолютной скорости на направление радиуса; V_u – проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости.

Треугольники скоростей могут быть построены независимо от рабочего колеса, но при этом необходимо соблюдать следующую условность: за направление радиуса принимается вертикаль, за направление окружной скорости – горизонталь (рисунок 2.2).

Теоретический напор насоса зависит от кинематических параметров и может быть определен по уравнению Эйлера (основному уравнению лопастного насоса):

(2.1)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ– Изучить зависимость основных параметров насоса от его размеров и кинематических показателей движения жидкости через рабочие органы насоса.

ОБОРУДОВАНИЕ: Рабочие колеса центробежных насосов различных типов, штангенциркуль, транспортир.

Рисунок 2.1 - Схема движения жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

Рисунок 2.2 - Треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса

Порядок выполнения работы

1 Выполнить эскиз рабочего колеса.

2 Определить размеры рабочего колеса. Измерить:

- диаметры на входе и на выходе D ₁ , D ₂;

- ширину канала на выходе b ₂;

- толщину лопасти на выходе S;

- число лопастей Z;

- углы между относительной скоростью и продолжением окружной скорости на входе и на выходе β ₁ , β ₂.

Результаты измерений занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Таблица измерений

D ₁, мм	D ₂, мм	b ₂, мм	S, мм	Z	β₁, ^o	β ₂ , ^o

3 Вычислить окружную скорость на входе и на выходе из рабочего колеса по формуле:

(2.2)

где D – диаметр окружности, на которой определяется скорость;

n – частота вращения рабочего колеса, об/мин (задается преподавателем).

4 Построить треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса (в масштабе). Углы между абсолютными и окружными скоростями на входе и на выходе α ₁ , α ₂ задаются преподавателем.

5 Определить величины относительных и абсолютных скоростей на входе и на выходе измерением и по формулам:

	(2.3)
	(2.4)

Результаты занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Результаты вычислений

Скорости	U, м/с	W, м/с	V, м/с
На входе
На выходе

6. Вычислить теоретический напор по уравнению Эйлера (2.1).

7. Определить теоретическую подачу по формуле:

Q _т = F₂ · V_{r 2},

(2.5)

где V_r ₂ – радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе, определяемая по формуле:

V_{r 2} = V₂ · sinα₂,

(2.6)

F ₂ – площадь живого сечения потока на выходе, которая определяется по формуле:

F₂ = π · D₂ · b₂ ·ψ,

(2.7)

Стеснение потока учитывается коэффициентом:

(2.8)

Контрольные вопросы

1 Перечислить виды движения, в которых участвуют частицы жидкости при движении через рабочее колесо центробежного насоса.

2 Дать определение напору насоса.

3 Записать формулу для определения теоретического напора.

4 Перечислить способы увеличения теоретического напора насоса.

5 Начертить треугольник скоростей для условия радиального входа.

6 Перечислить виды лопастей центробежных насосов.

7 Записать формулу для определения теоретической подачи.

8 Объяснить, почему в практике насосостроения чаще всего используются рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад.

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ТРЕНИЯ

Вихревые насосы

К основным узлам вихревого насоса относятся рабочее колесо, корпус с крышкой, всасывающий и напорный патрубки, вал, уплотнения, подшипники (рисунок 3.1). Рабочее колесо закрытого типа представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

Рисунок 3.1 – Конструкция вихревого насоса типа ВКС

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – набивка сальника; 5 – втулка сальника; 6 и 8 – крышка подшипника; 7 – кронштейн насоса; 9 – вал; 10 – подшипник; 11 – кольцо сальника; 12 – прокладка регулировочная; 13 – напорный колпак; 14 – воздухоотвод

Каждая частица жидкой среды, попадая во вращающееся рабочее колесо вихревого насоса, получает приращение энергии и выбрасывается в кольцевой канал, откуда снова попадает в пазы рабочего колеса за счет разности давлений, где дополнительно получает приращение энергии. Благодаря этому напор вихревых насосов в 2 – 4 раза выше, чем у центробежных, при одинаковом диаметре рабочего колеса. При этом вихревые насосы имеют меньшие габариты и массу по сравнению с центробежными насосами, развивающими такие же напор и подачу.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающего трубопровода насоса перед пуском.

К недостаткам вихревого насоса относятся сравнительно невысокий КПД (25 – 45 %) и быстрый износ деталей при подаче жидкости, содержащей абразивные примеси.

Промышленностью выпускаются вихревые насосы типов ВК (вихревой консольный), ВКС (вихревой консольный самовсасывающий), ВКО (вихревой консольный с обогревом, для перекачивания загустевающих жидкостей, например, мазута), ЦВК (центробежно-вихревой консольный).

Особенности характеристик вихревых насосов видны из рисунка 3.2, на котором представлены рабочие характеристики насоса марки ВК 2/26. Так как мощность обратно пропорциональна подаче насоса, то более экономично регулировать работу вихревого насоса перепуском жидкости из напорного трубопровода во всасывающий (байпасированием).

В системах водоснабжения и водоотведения вихревые насосы могут быть использованы в качестве основного оборудования насосных станций, в качестве дренажных насосов для откачки воды из заглубленных насосных станций, в системе технического водоснабжения.

Рисунок 3.2 – Характеристика насосов ВК 2/26; ВКС 2/26; ВКО 2/26

при частоте вращения 1450 об/мин на воде плотностью 1000 кг/м³

Струйные насосы

Струйные насосы действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости. Передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно, без промежуточных механизмов.

Рабочая жидкость под давлением подается в сопло (суживающийся насадок) и оттуда в смесительную камеру (рисунок 3.3, а). Сумма удельной потенциальной и кинетической энергии потока во всех сечениях постоянна. В сопле за счет сужения поперечного сечения жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия при этом увеличивается, потенциальная – уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т.е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием разности давлений вода из приемного резервуара по всасывающей трубе поступает в подводящую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потоков рабочей и всасываемой жидкостей. Рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившей из резервуара. Далее поток поступает в диффузор, в котором его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.

Струйные насосы могут работать на воде (в этом случае их называют гидроэлеваторами), на газе или воздухе (эжекторы), на паре (инжекторы).

Струйные насосы используются для заливки центробежных насосов перед запуском, для подъема воды из скважин, для повышения высоты всасывания насосов; для удаления осадка из приемного отделения берегового колодца (рисунок 3.3, б); выгрузки и загрузки фильтрующего слоя в фильтрах. На канализационных очистных сооружениях струйные насосы применяют для удаления песка из песколовок (рисунок 3.3, б) и перемешивания осадка в метантенках (инжекторы).

Достоинствами струйных насосов являются простота конструкции, отсутствие движущихся частей, что обеспечивает надежность, простоту эксплуатации. К недостаткам можно отнести низкий КПД (15-25 %), необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением.

Шнековые насосы

Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью (рисунок 3.4). Шнековый насос работает по принципу архимедовой спирали.

Как правило, шнек выполняют с трехзаходной спиралью, что обеспечивает равномерную подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек размещается в лотке наклонно и вращается в двух подшипниках. Лоток может быть железобетонным и металлическим; открытым и закрытым. Линейная скорость кромок шнека 2-5 м/с соответствует частоте вращения 20-100 об/мин в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через передачу снижения частоты вращения (редуктор).

а)

б)

Рисунок 3.3 - Струйный насос

а - схема устройства; б - гидроэлеватор, установленный для удаления осадка

1 - труба для подвода рабочей жидкости; 2 - сопло; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - подводящая камера; 5 - камера смешения; 6 - диффузор; 7 - напорный трубопровод

Угол наклона шнека 25-30^о, что при обычной длине шнека 10-15 м обеспечивает высоту подъема 5-8 м. Подача шнековых насосов зависит от диаметра шнека (0,28 – 3,0 м) и составляет 15 – 5000 л/с при высоте подъема 6-7 м. Средний КПД составляет 70-75% и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.

Насосы предназначены для подкачки сточных вод на небольшую высоту.

Преимуществами шнековых насосов являются: простота конструкции и эксплуатации; незначительный объем строительных работ при установке шнековых насосов; отсутствие арматуры (задвижек, обратных клапанов), которая заменяется плоскими щитами; работа с имеющимся количеством жидкости (т.е. не требуется приемный резервуар); возможность работы без предварительной очистки сточных вод на решетках. Крупность перекачиваемых включений обусловливается диаметром шнека и шагом винта. К недостаткам шнековых насосов относятся небольшая высота подъема; невозможность подавать жидкость в напорный трубопровод. Шнековые насосы являются не стандартизированным оборудованием и серийно промышленностью не выпускаются.

Рисунок 3.4 - Шнековый насос

1 - подводящий коллектор; 2 - шиберный затвор; 3 - нижняя опора шнека;

4 - шнек; 5 - верхняя опора шнека; 6 - редуктор; 7 - электродвигатель; 8 - верхний коллектор; 9 - лоток

ЦЕЛЬ РАБОТЫ– Ознакомиться с принципом действия, устройством, основными деталями и узлами насосов трения.

ОБОРУДОВАНИЕ: Вихревой насос типа ВКС 2/26 в собранном виде, струйный насос (гидроэлеватор), рулетка, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1 Изучить конструкцию вихревого насоса.

1.1 Снять крышку корпуса.

1.2 Найти основные узлы и детали насоса: рабочее колесо, корпус, подшипники, вал, сальник, напорный колпак.

1.3 Выполнить чертеж рабочего колеса вихревого насоса, замерив его размеры.

2 Изучить конструкцию струйного насоса (гидроэлеватора).

2.1 Найти основные узлы и детали насоса.

2.2 Выполнить чертеж гидроэлеватора, определив его основные размеры.

Контрольные вопросы

1 Пояснить принцип действия вихревого насоса.

2 Перечислить и объяснить назначение основных узлов и деталей вихревого насоса.

3 Перечислить типы вихревых насосов, выпускаемых промышленностью (с расшифровкой обозначения).

4 Перечислить особенности характеристик вихревых насосов.

5 Описать устройство и принцип действия струйного насоса.

6 Пояснить принцип действия шнекового насоса.

7 Назвать области применения вихревых, струйных и шнековых насосов.

8 Перечислить преимущества и недостатки вихревых, струйных и шнековых насосов.

Лабораторная работа № 4

Построение рабочих характеристик центробежного насоса по данным его испытания при постоянной частоте вращения двигателя

Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 478; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!