Испытания насосов
Каждая насосная станция после монтажа и наладки на объекте подвергается приемо-сдаточным испытаниям. Разработка конструкций насосных агрегатов, их элементов и узлов, сопровождается теоретико-расчетными и экспериментальными исследованиями, а также испытаниями изготовленных насосных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 6134-71 «Насосы динамические. Методы испытаний» регламент испытаний определяет их виды, способы измерений рабочих параметров насосной установки и методику обработки полученных данных. Различают следующие основные виды испытаний: -определение энергетических характеристик, -кавитационные испытания, -испытания на вибрацию и шум. Для измерения параметров энергетических характеристик насос 1, подключенный посредством всасывающего трубопровода 2 к расходному резервуару 3, а через напорный трубопровод 4 к напорному баку 5 размещают на специальном стенде, схема которого приведена на рис. 17.1. Насос оснащен манометрами P 1 и P 2, напорный трубопровод расходомером подачи – Q и регулирующим дросселем Д. Привод насоса через муфту 6 осуществляется двигателем 7, который снабжен измерителем потребляемой мощности W. Угловая скорость вращения вала насоса ω контролируется тахометром, а крутящий момент М специальным измерительным устройством на валу или балансирной установкой двигателя.
Контроль плотности перекачиваемой средыρ производят измерением температуры потока Т. Испытание насоса при различных режимах работы, устанавливаемых открытием дросселя Д, заключается в измерении Q, P 2 , P 1 и мощности на валу насоса N= М ω. Обычно испытания центробежных насосов начинаются с режима холостого хода, т.е. при полном закрытии дросселя и минимальной пусковой нагрузке двигателя. По этой же причине осевые насосы рекомендуется запускать при полностью открытом дросселе. Для получения графиков энергетических напорных характеристик рабочий диапазон изменения Q разбивают на 15-20 отрезков и определяют данные рабочих точек системы с последующим расчетом напора
Н =(P 2 - P 1)/ρ g и КПД по формуле:
η = ρ Q gН/ М ω.
Измерение подачи насоса чаще всего производятся расходомерами переменного перепада с помощью сужающих устройств и дифманометров в соответствии с ГОСТ 8.563-2-97 и других нормативных документов. Кавитационные испытания проводятся при инициировании кавитации в проточной части ЦН различными способами, как это показано на рис. 17.2.
1-уменьшением давления на входе в насос путем дросселирования всасывающего трубопровода, 2-то же самое за счет изменения высоты всасывания, 3-увеличением давления насыщения Ps (Т) подогревом перекачиваемой жидкости с помощью теплообменника, либо за счет потребляемой насосом мощности, 4-моделированием реальных условий работы ЦН, например, испытаниями ЦН в замкнутом контуре с компенсатором давления. При кавитационных испытаниях ЦН используется такое же приборное оснащение как и при снятии энергетических характеристик. Результаты испытаний являются паспортными данными насоса. Вместе с графиками Н (Q), N (Q), η (Q) результаты испытаний на кавитацию (обычно в виде величины допустимой высоты всасывания [ h ВС]) являются паспортными данными насоса также как и его виброакустические характеристики. Причинами шума и вибрации, сопровождающими работу ЦН, служат: -вихревые процессы в жидкости при ее течении в проточной части, -кавитация, -динамическая и статическая неуравновешенность ротора, -наличие радиальных и осевых сил, -соединительная муфта при ее расцентровке и дисбалансе, -магнитные шумы и вибрации электродвигателя, его шарикоподшипники и вентилятор. Эти источники могут создавать шум в звуковом диапазоне частот от 20 до 20.103 Гц с уровнем звуковой мощности до 90 дБ. Обычно наибольший уровень шума центробежного насоса связан с периодическим натеканием жидкости на «язык» улитки спирального отвода. При этом генерируется «лопаточная» частота колебаний: f Л = nz /60,
где n – число оборотов в минуту, а z -количество лопастей РК. Системой стандартов (ГОСТ 12.1, 024-81 и др.) предусматриваются различные методы измерения шумовых характеристик, включающие шумомеры и анализаторы спектра. Для измерений осевых и радиальных усилий подшипниковые опоры роторов оснащают тензометрами.
Вопросы прочности центробежных насосов. Рассмотрим напряженное состояние вала насоса типа Д (с двусторонним входом в РК), ротор которого 1 под действием крутящего момента М КР вращается с угловой скоростью ω в выносных подшипниковых опорах 2. Передача мощности N от двигателя 3 осуществляется через муфту 4. Основные размеры ротора приведены на рис. 18.1 а, энергетическая характеристика насоса на рис. 18.1 б. В диапазоне подач 0< Q < Q НОМ≈ Q опт приближенно можно считать величину напора Н(Q) ≈ Н НОМ≈ const, а мощность увеличивающейся по линейному закону с ростом подачи:
N(Q) ≈ N ХХ + (N НОМ- N ХХ) Q / Q НОМ. (18.1)
Это соответствует зависимости крутящего момента от подачи:
М КР(Q)= N ХХ / ω + (N НОМ- N ХХ) Q / ω Q НОМ. (18.2)
Кроме этого, при работе насоса вал испытывает момент изгиба М КР(Q) от радиальной силы, которая также зависит от Q (для спирального отвода с однозаходной улиткой, см. 10.1): Fr = к [1- (Q / Q опт)2] D 2 b 2 Н g ρ. (18.3)
М (Q)= 0, 5 L Fr = 0, 5 L к [1- (Q / Q опт)2] D 2 b 2 Н НОМ g ρ. (18.4)
Для круглого вала с моментами сопротивления изгибу - W =0, 1 d 3 и кручению - W КР=0, 2 d 3 расчетные величины касательных τ и изгибных σ напряжений равны:
     
    
         
τ (Q) = М КР(Q)/ W КР = N ХХ /0, 2 d 3ω + (N НОМ- N ХХ) Q /0, 2 d 3 ω Q НОМ, (18.5)
σ (Q) = М (Q)/ W =0, 5 L к [1- (Q / Q опт)2] D 2 b 2 Н НОМ g ρ /0, 1 d 3. (18.6)
Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных напряжений σ ЭКВ(Q) также зависит от подачи:
σ ЭКВ(Q) = [σ 2(Q) + 4 τ 2(Q) ]0, 5. (18.7)
Различное поведение функций 18.5 и 18.6 при изменении относительной подачи дает основания определения экстремумов функции 18.7 для конкретных насосных агрегатов. Обычно в качестве опасного с точки зрения прочности вала служит режим Q → 0, что подтверждается опытом эксплуатации сетевых насосов при глубоком регулировании подачи. Разработка насосов включает в себя прочностные расчеты вала с учетом динамических нагрузок от дисбаланса ротора, расчеты напряжений в РК и определение необходимых толщин корпусов. Отдельно выполняются расчеты разъемов, фланцевых соединений и крепежных деталей.
Приложение
|
