Сведения из теории и расчетные зависимости

Комплексная характеристика центробежного насоса представляет собой совмещенное графическое изображение зависимостей напора Н, потребляемой мощности N и коэффициента полезного действия h от общей производительности (подачи) Q насоса при постоянной или переменной частоте вращения рабочего колеса.

Наиболее важной характеристикой является зависимость между производительностью и напором. Теоретическая напорная характеристика описывается уравнением прямой линии

(1)

где С и Е – постоянные величины, значения которых зависят от частоты вращения, формы и размеров рабочего колеса.

Положение характеристики в координатах Q – H при заданных значениях числа оборотов n, наружного диаметра колеса D₂ и ширины канала на выходе из колеса b₂ зависит от лопаточного угла на выходе b₂.

Умножая левую и правую части выражения (1) на величину весового секундного расхода, можно получить уравнение характеристики теоретической мощности центробежного насоса

(2)

где N_т – теоретическая мощность; r – плотность перекачиваемой жидкости; Q – производительность насоса.

В зависимости от величины угла b₂ характеристика теоретической мощности изобразится графически в виде прямой или кривой линии, выходящей из начала координат графика Q – N.

Действительный напор отличается от теоретического на величину потерь в проточной части машины. Поэтому действительная характеристика имеет форму, отличающуюся от теоретической, и на графике располагается ниже ее.

Действительная характеристика мощности насоса может быть получена из теоретических характеристик путем суммирования (при заданных производительностях) значений теоретической мощности и ее потерь. При этом характер зависимости мощности от производительности в основном сохраняется. Основным отличием является то, что действительные характеристики мощности не выходят из начала координат вследствие потерь мощности в режиме холостого хода (Q = 0).

Коэффициент полезного действия насоса представляет собой отношение полезной мощности N_п к потребляемой N:

. (3)

Очевидно, что полный КПД равен нулю при Q = 0 и Н = 0, потому что при всех режимах работы насоса N ¹ 0. В пределах между Q = 0 и Q = Q_max полный КПД достигает максимального значения.

Режим работы насоса, при котором его КПД достигает максимальной величины, называют оптимальным режимом. По значениям Q₀ и Н₀, соответствующим оптимальному режиму, можно найти величину коэффициента быстроходности n_s, вычисляемого по формуле

, (4)

где n – частота вращения рабочего колеса; Q₀ – оптимальная производительность; H₀ – оптимальный напор.

Коэффициент быстроходности является режимным критерием подобия течения жидкости в насосах и играет важную роль в деле их конструирования и применения. В зависимости от величины коэффициента быстроходности колеса лопастных насосов условно разделяют на пять типов (табл. 1).

Из формулы коэффициента быстроходности следует, что центробежный насос, предназначенный для работы с заданными подачей и напором, обладает тем большей быстроходностью, чем большая частота вращения сообщается его валу. Большие частоты вращения выгодны потому, что они обусловливают малые размеры насоса и приводного двигателя. Следовательно, применение насосов высокой быстроходности экономически целесообразно.

При заданной частоте вращения коэффициент быстроходности тем выше, чем больше производительность и меньше напор. Поэтому насосы с высоким коэффициентом быстроходности являются низконапорными и высокопроизводительными.