Животова Т

Животова Т.П.

Таразский государственный университет им. М. Х. Дулати, Казахстан

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЗАКРУТКИ ПОТОКА ПЕРЕД РАБОЧИМ КОЛЕСОМ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ НАСОСОВ

В практике эксплуатации насосов нередко приходится прибегать к регулированию их параметров: подачи и напора. Так, например, режим работы мелиоративных насосных станций диктуется графиком водоподачи, имеющим значительные колебания во времени и течение поливного сезона, а иногда и в течение суток. Этим вызывается необходимость регулирования подачи насосной станции [1].

Известен способ регулирования лопастных насосов изменением циркуляции потока перед рабочим колесом насоса (Кривченко Г.И. Гидравлические машины. М., Энергоиздат, 1989, рис.17.8 с.256).

Недостаток этого способа заключается в том, что для их использования необходимо устройство дополнительных потоконаправляющих лопаток или патрубок, подводящий поток воды, с формой обеспечивающей закрутку потока перед рабочим колесом.

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ регулирования режима работы лопастного насоса с помощью подводящего устройства, обеспечивающего изменение циркуляции потока перед рабочим колесом (А.С. СССР № 1448115 кл. F 04 29/40, 1988). Подводящее устройство содержит всасывающую трубу и охватывающую ее камеру, сообщенную с проточным трактом всасывающей трубы, посредством винтовой прорези и зоной нагнетания насоса посредством трубопровода, оснащенного регулирующим органом. При открытии регулирующего органа определенный объем перекачиваемой жидкости высокого давления поступает в камеру закручивающего устройства и через винтовую прорезь поступает в проточный тракт всасывающей трубы, осуществляя закрутку потока. Направление закрутки может осуществляться только в одну сторону, или в направлении вращения рабочего колеса, или в обратную сторону, в зависимости от направления винтовой прорези. Для изменения интенсивности закрутки потока используется регулирующий вентиль.

Основным недостатком этого способа регулирования является то, что закрутка потока осуществляется только в одну сторону и показана только возможность изменения циркуляции потока перед рабочим колесом насоса, но не показано, в какой последовательности и какие операции необходимо выполнить, чтобы добиться изменения подачи и бескавитационных режимов работы насоса [4].

В данной статье рассмотрены результаты исследований проводимых в лаборатории «Насосы и насосные станции», на натурной установке параллельно соединенных двух центробежных насосов марки К20/30. Принципиальным отличием данных исследований является, изменение конструкции параллельного присоединения напорного патрубка одного насоса к всасывающему трубопроводу другого насоса. В первом случае испытания проводились при такой конструкции патрубка, которая позволяет создавать закрутку потока жидкости перед рабочим колесом, совпадающую с направлением вращения рабочего колеса насоса (рис.1.а), во втором случае, когда направление закрутки осуществляется в противоположную сторону относительно вращения рабочего колеса (рис.1.б). На соединяющем патрубке установлен вентиль для регулирования расхода с пошаговым делением закрытия пластины равным 2 мм.

Рис.1. Схема присоединения всасывающего патрубка

Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно, как правило, состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. Они отогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.

Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью из всасывающего трубопровода, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. А если повышается давление, то жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод. Вследствие этого внутри корпуса насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод [1].

Главной целью исследований было установление влияния закрутки потока перед рабочим колесом насоса, какими будут напорные характеристики насосов при том или ином направлении и мощности закрутки потока.

В процессе проведения экспериментов измерению подлежали следующие характеристики:

- давление во всасывающем трубопроводе;

- давление в напорном трубопроводе;

- расход воды;

-напор на водосливе.

Напор на водосливе вычислялся как разность отметок ↓ нуля водослива и ↓ воды в водосливе. Расход воды, подаваемый насосом проходящий через (ранее протарированный) треугольный водослив отводящего лотка, определялся с помощью зависимости расхода от напора. Показатели давления находящиеся в напорных и на всасывающих трубопроводах снимались с контрольно измерительных приборов - вакуумметра и манометра.

Расчетом определялись скоростной напор и напор насоса.

Напор насоса определяется по формуле:

[м], (1)

где V –скорость потока жидкости, Р– давление в напорном трубопроводе,

α = коэффициент равный 1,1, g- ускорение силы тяжести.

При этом скорость потока жидкости определяется по следующей формуле:

[м/с], (2)

или

(3)

По результатам исследований были построены графики (рис.2 а, б) в которых показаны зависимости напора от расхода при разной величине и направлении закрутки потока жидкости.

На (рис.2 а) прослеживается снижение напора и уменьшение расхода, при увеличении поднятия пластины открытием вентиля. Это объясняется тем, что при совпадении закрутки потока жидкости с направлением вращения рабочего колеса создаются потери напора, расходуемые на сопротивление.

На (рис.2 б) прослеживается увеличение напора и расхода, при увеличении поднятия пластины открытием вентиля.

Результаты экспериментальных исследований показали что, регулирование подачи насосной станции перепуском при параллельной работе насосов наиболее выгодно и малозатратно с созданием закрутки потока на входе. Этот способ так же способствует увеличению и регулированию производительности насосной станции, расширению зоны работы насосов и ликвидации дефицита подачи насосов при параллельной работе.

Такой способ регулирования подачи целесообразно внедрять во всех насосных станциях, где применяется параллельная работа насосов.

а)

б)

Рис.2 Графики изменения суммарной характеристики насосов при параллельной работе (а- когда закрутка потока жидкости перед рабочим колесом, совпадает с направлением вращения рабочего колеса насоса; б- когда направление закрутки потока осуществляется в противоположную сторону относительно вращения рабочего колеса)