2.8. Зависимость подачи, напора и мощности от числа оборотов насоса
Зачастую приходится испытывать насос при числе оборотов, отличном от нормального. Поэтому необходимо знать, как изменится подача, напор и мощность при изменении числа оборотов. Из формул (2.10), (2.12) и (2.14) получим:
, (2.18)
т. е. напор, создаваемый насосом, пропорционален квадрату числа оборотов, НД =f(n2);
, (2.19)
т. е. подача насоса пропорциональна числу оборотов, Q =f(п);
, (2.20)
т.е. при условии η= const гидравлическая мощность пропорциональна кубу числа оборотов, N = f(n3). Полученные зависимости называют законом пропорциональности или подобия и ими широко пользуются для определения параметров насоса при изменении числа оборотов.
2.9. Коэффициент быстроходности колеса насоса
С целью установления аналогии между рабочими колесами отдельных типов и отнесения их к определенной серии вводится коэффициент быстроходности колес ns; он является основной характеристикой, определяющей тип насоса, и влияет на выбор числа ступеней центробежного насоса. Коэффициентом быстроходности колеса насоса называется число оборотов такого эталонного колеса, которое геометрически подобно рассматриваемому, имеет одинаковые с ним гидравлический и объемный КПД, но создает напор Н = 1 м и имеет подачу Q = 0,1 м3/сек, т. е. развивает гидравлическую мощность 1 кВт.
Коэффициент быстроходности определяют из условий геометрического подобия по следующей формуле:
, (2.21)
где п - скорость вращения колеса, об/мин;
Q - подача, при максимальном КПД, м3/сек;
Н - напор одного рабочего колеса, м вод. ст.
Для насоса с рабочим колесом двойного всасывания для подачи следует принимать Q/2. Коэффициент быстроходности - величина, определяющая для оптимального режима тип подобных насосов независимо от размеров и числа оборотов.
Лопастные насосы в зависимости от ns разделяют на три основные группы; центробежные, диагональные и пропеллерные (осевые). На рис. 2.7. изображена классификация рабочих колес в зависимости от быстроходности.
Здесь
а
- тихоходное
колесо центробежного насоса (ns
может принимать
значения 50...80 D2/
De
2,5);
б
- нормальное
колесо центробежного насоса (ns
может принимать
значения 80... 150 и D2/
De
2);
в - быстроходное колесо центробежного насоса (ns может принимать значения 150...300 и D2/ De находится в пределах 1,4...1,8);
г - колесо диагонального насоса (ns может принимать значения 300...600 и D2/ De находится в пределах 1,1... 1,2);
д
-
колесо пропеллерного насоса (ns
может принимать значения
600... 1200 и D2/
De
1,8).
Рис. 2.7. Классификация рабочих колес в зависимости от их быстроходности
Из этого следует, что центробежные насосы при ns меньшем 50 не применяются, так как КПД таких насосов был бы низким из-за больших потерь на трение при протекании жидкости в узких каналах рабочего колеса. Это область применения поршневых насосов, имеющих высокий КПД.
Так как коэффициент быстроходности ns пропорционален числу оборотов насоса п, то с увеличением числа оборотов уменьшаются размеры и вес насоса.
Для получения больших напоров следует увеличивать число оборотов п данного колеса или увеличивать наружный диаметр колеса D2 (De - наружный диаметр входного канала колеса). Величина напора колеса пропорциональна квадрату его диаметра D2 и квадрату окружной скорости на выходе из колеса. Для получения больших напоров насосы выполняют многоступенчатыми или применяют последовательное соединение насосов.
Из формулы (2.21) следует, что при заданном числе оборотов коэффициент быстроходности увеличивается с увеличением подачи и уменьшением напора. Следовательно, тихоходные колеса служат для создания больших напоров при малой подаче, а быстроходные колеса (диагональные и пропеллерные) дают большую подачу при небольших напорах. Поэтому тихоходные насосы наиболее часто применяют для водоснабжения и в нефтяной промышленности для подачи нефти из скважин, где требуется создание больших напоров, а пропеллерные насосы используют в установках, предназначенных для подъема больших масс жидкости на сравнительно небольшую высоту, например, для подачи воды в оросительные каналы.