Гидравлический метод испытания

Получение напорной и энергетической характеристик

Гидрвлические испытания включают получение и контроль напорной, энергетиской и кавитационной характеристик.

При стендовых испытаниях на каждом режиме должны измеряться и записываться:

- частота вращения (для электронасосов – частота и напряжение);

- расход;

- давление (разряжение) на входе (у насосов имеющих подводящий трубопровод);

- давление на выходе;

- крутящий момент или мощность на валу (для электронасосов – потребляемая электрическая мощность).

Кроме того должна измеряться температура жидкости.

Каждая характеристика должна быть получена в интервале расхода от нуля до расхода не менее чем на 10% большей максимальной рабочего интервала расхода, определённого технической документацией при давлении на входе, исключающем влияние кавитации на характеристику.

Для регулируемых характеристик должны быть получены не менее чем при пяти положениях регулировочных органов, в том числе при номинальном или оптимальном.

При снятии характеристик расхода, на которых производятся замеры, должно быть не менее 16, включая точку при нулевом расходе, причем расход в соседних точках должен отличаться друг от друга не более 8% номинального расхода. Режим должен устанавливаться затвором на отводящем трубопроводе.

Для обеспечения равномерного распределения точек по расходу режим следует устанавливать по показаниям расходомера. При ручном управлении стендом экспериментатор должен иметь перед собой «таблицу режимов» - значений показаний расходомера, которые нужно устанавливать для проведения очередного замера.

Снятие характеристик для центробежного насоса нужно начинать с нулевой подачи.

При контроле давления должно быть установлено, что при номинальной частоте вращения расход насоса в рабочем интервале подач не выходит за допустимые приёмосдаточные отклонения.

График контроля качества насоса по давлению представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – График контроля качества насосов по давлению создаваемому насосом (все шкалы логарифмические)

При испытаниях должны измеряться и записываться те же величины, что и при снятии напорной характеристики.

Допускается ограничиваться измерением только частоты вращения (или напряжения электросети) и давления на выходе из насоа при выполнении следующих условий:

- испытания проводятся на стенде, в котором коэффициент гидравлического сопротивления подводящего трубопровода остаётся неизменным;

- режимы устанавливаются по показанию расходомера с точностью, определяемой точностью наблюдений;

- на стенде имеется график (рисунок 6.1), деления на осях которого соответствуют делениям приборов, предельно допустимое относительное отклонение показаний манометра на выходе соответствует относительному приёмосдаточному допуску на давление.

График легко построить в логарифмических координатах, решив уравнение совместной работы насоса и стенда относительно

(6.1)

(6.2)

Во время испытаний указатель расходомера с помощью затвора на отводящем трубопроводе ставят на заранее вычисленное значение, соответсвующие минимальному, номинальному и максимальному расходам рабочего интервала подач с отклонением не более 5% и записывают показания всех приборов или значение давления при номинальном расходе, если обработка ведётся при помощи графика (рисунок 6.1).

Если давление выходит за пределы приёмо-сдаточного допуска, насос бракуется.

Опытное давление в зависимости от схемы испытательной установки должно рассчитываться по одной из формул:

для фланцевого насоса (рисунок 6.2)

(6.3)

для погружного насоса или насоса (рисунок 6.3)

(6.4)

где и - показания приборов давления, соединённых соответсвенно со

входом и выходом, Па; знак «минус» в формуле (6.2)

соответствует положительному избыточному давлению, знак

«плюс» - разряжению;

- плотность перекачиваемой жидкости, кг/ ; если в следствии

сжимаемости или нагрева жидкости в насосе плотность на входе

отличается от плотности на выходе более чем на 0,5%, берётся

средняя плотность;

и - внутренние диаметры трубопроводов в местах отбора давлений

для измерения, м;

и - вертикальные отметки положения приборов, соединённых с входом и выходом, м; знак «плюс» в формуле (6.3) соответствует расположению манометра над свободной поверхностью (рисунок 6.3).

Рисунок 6.2 – Схема к определению давления фланцевого насоса

Рисунок 6.3 – Схема к определению давления погружного насоса

Давление создаваемое насосом должно быть приведено к номинальной частоте вращения (или энергопитания), а также к натуральной жидкости по формулам:

(6.5)

Коэффициент завивисит от свойств натурной жидкости и определяется из справочника.

Расход жидкости насоса должен быть приведён к номинальной частоте вращения или номинальным параметрам энергопитания по одной из формул:

(6.6)

(6.7)

где - коэффициент, устанавливающий зависимость между частотой

вращения (или циклов) гидравлической части насоса и параметрами

энергопитания; для асинхронных двигателей.

(6.8)

где - номинальная частота сети;

- синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин;

- номинальная (по паспорту) частота вращения электродвигателя,

об/мин.

КПД для электронасоса должен определяться по формуле:

(6.9)

КПД должен быть приведён к номинальной частоте вращения (или энергопитания) и свойствам натурной жидкости по формулам:

(6.10)

(6.11)

где -коэффициент зависящий от свойств натурной жидкости и потерь

мощности, не пропорциональных кубу частоты вращения.

Можно принять =1.2.

Получение кавитационной характеристики

Наиболее распространенный способ определения необходимого надкавитиционного давления и его зависимости от расхода основан на измерении гидравлических параметров насоса при различных значениях надкавитационного давления.

Получение кавитационной характеристики возможно тремя путями:

- конструктивными мерами обеспечить возможность регулирования давления на входе и испытать насос в целом;

- нагреть жидкость меняя давление её паров;

Частные кавитационные характеристики должны быть получены не менее чем при пяти положениях регулировочных органов, в том числе при номинальном. При каждом режиме должны измеряться те же величины, что и при получении напорной и энергетической характеристик, одноко крутящий момент (или мощность) на валу и электрическую мощность измерять не обязательно. Измерение последних целесообразно производить при испытаниях:

- насосов с пространственными лопатками, так как в них начало кавитации легче заменить по измерению мощности;

- имеющих целью установить где раньше начинается кавитация: на рабочем колесе или на языке спирали (выправляющем аппарате).

Снятие каждой кавитационной характеристики должно начинаться при давлении на входе, исключающем кавитацию, и заканчиваться при таком давлении, когда еще можно сохранить кинематическое подобие потока на входе в насос.

Число значений кавитационного запаса должно быть не менее 16, причём в области от начала кавитации до полного срыва не менее 8.

При испытаниях на герметичном стенде порядок действий при снятии частной кавитационной характеристики должен быть следующим:

- с помощью затвора на отводящем трубопроводе указатель расходомера выводят на заранее вычисленной значение, соответствующее выбранному расходу;

- давление в баке стенда с помощью вакуум-насоса понижают до тех пор, пока не будет замечено изменение показания расходомера;

- с помощью затвора на отводящем трубопроводе расход (при неизменной частоте вращения) или отношение поддерживается постоянными и на каждом режиме записываются показания приборов.

При испытаниях на негерметичном стенде разряжение на входе регулируется затвором на входе, а затвором на выходе поддерживается постоянство расхода. Во время испытаний необходимо контролировать уровень жидкости.

При контроле надкавитационного давления должно быть установлено, что при работе насоса на номинальном или заданном режиме при понижении давления на входе до величины, соответсвующей необходимому надкавитационному давлению, не происходит изменения давления или мощности насоса, а также не наблюдается каких-либо других отклонений от нормальной работы.

В случае насосов, позволяющих регулировать давление на входе, по показанию расходомера устанавливается и поддерживается заданный режим, а давление на входе понижается до величины, соответствующей необходимому надкавитационному давлению. При этом не должно наблюдаться не изменения параметров, ни отрицательных явлений, сопровождающих работу (треск, вибрация). Для регулируемых насосов необходимое надкавитационное давление проверяется при номинальном положении регулировочных органов.

Опытное надкавитационное давление должно определяться по формулам:

- для фланцевого насоса

(6.12)

- для погружного насоса

(6.13)

где - показание прибора для измерения давления, соединённого с входом в

насос, Па; знак «плюс» в формуле соответствует избыточному

давлению, знак «минус» - разряжению;

- атмосферное (барометричекое) давление во время испытаний, Па;

- давление упругости паров перекачиваемой жидкости, Па; в случае многокомпонентной жидкости, если нет дополнительных оговорок, за рекомендуется принимать давление 20%-ной упругости паров;

- вертикальная отметка положения прибора измерения давления над верхней точкой области кавитационных явлений, м;

- расстояние от свободной поверхности до верхней точки области кавитационных явлений, м.

Особенно сложен вопрос пересчёта кавитацинных показателей для случая многокомпонентых жидкостей, так как не всегда ясно, что принимать за давление упругости паров жидкости. Причина здесь заключается не только в свойствах самой жидкости, но и в конструктивном типе насоса.

В любом случае средняя упругость насыщенных паров не может быть принята для расчёта, а при принятии гамма-процентной упругости паров величина «гамма» для короткоканальных динамических насосов должна быть больше, чем для длинноканальных. Объясняется тем, что выделение при кавитации даже небольшого количества пара в длинноканальном насосе приводит к «запиранию» сечения проточной части. По этой причине приводимая в справочниках 80%-ная упругость паров многокомпонентных жидкостей для большинства насосов не может быть использована при определении и пересчёте надкавитационного давления.

Приведение надкавитационного напора производится по формуле:

(6.14)

(6.15)

Построение характеристик

Опытные характеристики (не только гидравлические) строятся по следующим правилам:

а) характеристики строятся по приведённым значениям параметров;

б) на опытных характеристиках должны быть отмеченные точки, причём рекомендуется опытную точку отмечать симметричной фигурой (овалом, крестиком, косым крестиком, прямоугольником, ромбом и т. д.), размер которой вдоль каждой из осей равен соответствующей предельной погрешности измерения;

в) непосредственно на характеристике нужно указывать марку и заводской номер испытанного насоса, кем, когда и где проведены испытания, жидкость, её температуру, частоту вращения или параметры энергопитания, параметры которые при испытаниях поддерживались или оставались постоянными (например, расход и атмосферное давление при снятии частной кавитационной характеристики), и параметры, к которым приведены результаты испытаний.

Правила построения характеристик, включаемых в техническую документацию, следующие:

а) на один график наносят опытные точки приведённых результатов испытаний всех опытных образцов, причём характеристик отдельных образцов не наносят;

б) по опытным точкам которые рассматриваются как «представители» одной генеральной совокупности, строят осредняющую характеристику;

в) опытные точки убирают с поля графика (счищают или при копировке не воспроизводят);

г) в пределах рабочего интервала подач наносят границы допустимых приёмо-сдаточных или браковочных отклонений.

Оформление характеристик полученных при испытаниях и включаемых в техническую документацию, показаны на рисунке 6.4

Представить результаты испытаний насоса в виде безразмерных характеристик можно, например, когда:

- один и тот же насос комплектуется двигателями различной частотой вращения или «мягкой» характеристикой;

- результаты испытаний должны быть сопоставлены с имеющимися в литературе;

а - полученные при испытаниях;

б – включаемых в техническую документацию

Рисунок 6.4 – Оформление характеристик

- по параметрам насоса должна быть произведена оценка его качества.