Экспериментальное построение напорной характеристики центробежного насоса " Кама-10"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Ракетно-космическая техника и энергетические системы"

направление "Гидравлика и гидравлические машины"

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ

НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЦЕНТРБЕЖНОГО НАСОСА " КАМА-10"

Методические указания к лабораторной работе № 23

Пермь 2017

УДК 621.6

Рецензент

д. т. н., профессор

(Кафедра "Ракетно-космическая техника

и энергетические системы" ПНИПУ)

, ,

Экспериментальное построение напорной характеристики центробежного насоса "Кама-10": Методические указания к лабораторной работе № 23/

, , . – Пермь: Изд-во Перм. нац. иссл. политехн. ун-та, 2017. –17с.

ISBN

В методических указаниях изложены краткие теоретические сведения по центробежным насосам. Сформулированы цели и задачи выполнения лабораторной работы. Дано описание учебной установки для проведения параметрических испытаний центробежного насоса "Кама-10", позволяющих построить напорную характеристику этого насоса.

Методические указания соответствуют требованиям ФГОС подготовки бакалавров, изучающих дисциплины: МЖГ, техническая механика жидкости, гидравлика.

       УДК 621.6

ISBN        "Пермский национальный исследовательский политехнический университет", 2017

1 ЦЕЛЬ РАБОты

Цель работы:

изучение общего устройства электронасоса; проведение напорных испытаний центробежного электронасоса
"Кама-10".

Задачи, решаемые при выполнении работы:

изучить устройство и уяснить принцип действия центробежного электронасоса "Кама-10"; ознакомиться с гидравлической и электрической схемой, а также с элементами управления учебной установки "Гидромеханика ГМ-02 М"; уяснить назначение, напорной характеристики, изучить назначение и точки подключения контрольно-измерительных приборов, используемых в составе учебной установки; определить экспериментальные параметры напорной характеристики насоса "Кама-10"; построить, по экспериментальным параметрам, напорную характеристику насоса; сформулировать выводы и оформить индивидуальный отчет по выполненной работе.

Общие сведения

Центробежный насос – насос, в котором жидкость перемещается и приобретает механическую энергию за счет силового взаимодействия с лопастями рабочего колеса. Жидкость поступает на вход насоса из всасывающего трубопровода в осевой прямоосный подвод (патрубок всасывания), получает в рабочем колесе приращение удельной энергии и далее поступает в спиральный отвод и диффузор. В спиральном отводе и диффузоре кинетическая энергия  потока жидкости частично преобразуется в потенциальную энергию давления.

На входе в насос, благодаря непрерывному движению от центра к периферии колеса, понижается давление. Поступление жидкости в насос происходит за счёт разности давления в месте её забора и на входе в насос.

Центробежный насос БЦ-0,5-20 "Кама-10" относится к консольным одноступенчатым насосам со спиральным отводом. В обозначении насоса использованы следующие буквенные и численные символы: Б – бытовой; Ц – центробежный; 0,5 – номинальный расход насоса, л/с; 20 – номинальный напор, м. "Кама-10"– фирменное обозначение насоса.

Насос выполнен в виде моноблочной конструкции с приводом от электродвигателя мощностью и номинальной частотой вращения вала . Питание электродвигателя осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением .

Глубина всасывания максимальная - 8 м, максимальный напор - 32 м., подача воды 1,8 – 3,5 м3/ч (0,50 – 0,97 л/с)

Устройство электронасоса "Кама-10" представлено на рис. 1.

Рис. 1 Устройство электронасоса "Кама – 10"

1 – сальник, 2 – гайка - обтекатель, 3 – патрубок всасывания, 4 – рабочее колесо,

– крышка, 6 – корпус, 7 – пробка заливного патрубка, 8 – вал, 9 – электродвигатель.

3        ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАВИСИМОСТИ

Рабочей характеристикой центробежного насоса называется зависимость напора , потребляемой мощности и коэффициента полезного действия от расхода при постоянной угловой скорости вращения вала. Рабочая характеристика используется при расчетов трубопроводов с насосной системой подачи жидкости.

Зависимость напора от расхода называется напорной характеристикой насоса.

Расход насоса – количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени. Количество жидкости может измеряется в единицах объема, массы и веса. Соответственно различают расход объемный, массовый и весовой. Применительно к несжимаемой жидкости обычно используется понятие объёмного расхода, измеряемого в м3/с (л/с, л/мин, м3/час).

Напор насоса – удельная энергия, сообщаемая каждой единице веса жидкости. Схема измерения напора представлена на рис.2., где обозначено:

ЦН1 – центробежный насос; МН1 – манометр; ВК1 – вакуумметр.

Напор насоса равен разности удельных энергий (напоров) на выходе и входе в насос (в сечениях 2-2 и 1-1 соответственно на рис.2.). Удельная энергия складывается из удельной потенциальной энергии положения, удельной потенциальной энергии давления и удельной кинетической энергии.

Рис. 2. Схема измерения напора насоса

Удельная потенциальная энергия положения соответствует разности геометрических высот между сечениями 2-2 и1-1, отсчитываемых от произвольно выбранной горизонтальной плоскости (0-0 на рис. 2.), называемой плоскостью сравнения (отсчета). Удельная потенциальная энергия давления равна разности пьезометрических высот, а удельная кинетическая энергия – разности скоростных высот, между сечениями 2-2 и1-1. Поэтому напор насоса можно представить в виде

       ,        (1)

где         – напор насоса, м; – разность геометрических высот, м; – разность пьезометрических высот, м; – разность скоростных высот, м; – плотность жидкости, кг/м3; – ускорение свободного падения, м/с2.

Манометр, если его установить на уровне сечения 2-2, покажет значение, большее на величину, равную давлению столба жидкости высотой . Поэтому при вычислении давления в сечении 2-2 по показанию манометра необходимо вводить поправку на его установку. Абсолютное давление на выходе из насоса равно

               (2)

где         – давление жидкости в сечении 2-2, кгс/см2; – атмосферное давление, кгс/см2; – давление по показанию манометра, кгс/см2; – возвышение центра манометра над сечением 2-2, м.

Вакуумметр в сечении 1-1 покажет вакуум меньше, т. е. поправку необходимо отнимать. При этом абсолютное давление в сечении 1-1 равно

       ,        (3)

где         – давление жидкости в сечении 1-1, кгс/см2; – атмосферное давление, кгс/см2; – давление по показанию вакуумметра, кгс/см2; – возвышение центра вакуумметра над сечением 1-1, м.

Уравнение (3) справедливо, когда присоединительная трубка к вакуумметру заполнена жидкостью. Если она заполнена воздухом, поправка не вводится.

Подставляя выражения (2) и (3) в выражение (1) и учитывая, что

       ,

получим

       .        (4)

где – расстояние между центрами манометра и вакуумметра.

Если манометр и вакуумметр установлены на одном уровне, то величина общей поправки равна нулю. Если вакуумметр расположен выше манометра, поправка отрицательна.

Так как а то, для расчетов напора, создаваемого насосом, может быть использована формула

       ,        (5)

УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА "ГИДРОМЕХАНИКА ГМ-02М"

Учебная установка состоит из гидравлической и электрической части.

Схема гидравлическая принципиальная учебной установки "Гидромеханика ГМ-02М" для испытаний центробежного насоса "Кама-10" показана на рис. 3.

Гидравлическая часть учебной установки состоит из испытуемого насоса Н1, всасывающей гидролинии, на которой смонтирован сетчатый фильтр Ф1, обратный клапан КО1 и дроссель ДР1, напорной гидролинии, включающей дроссель ДР2 и ротаметр РТ1. Вода в испытуемый насос поступает из расходного гидробака Б2. Вспомогательный бак Б1 соединен с напорной гидролинией через вентиль ВН2 и служит для заполнения корпуса насоса водой при его первичном запуске, а также для заполнения расходного бака Б2 через переливную трубу при открытом вентиле ВН1, который открывает поступление воды в учебную установку из напорной гидролинии Р системы оборотного водоснабжения лаборатории. Расходный бак Б2 заполняется до уровня среза переливной трубы.

Измерение избыточного давления на выходе из насоса осуществляется манометром МН1, а измерение вакуумметрического давления на входе в насос – вакуумметром ВК1. Воздух из приборов для измерения давления удаляется по хлорвиниловым трубкам при открытии игольчатых вентилей ВН3 и ВН4, которые должны быть закрыты, при визуальном наблюдении отсутствия пузырьков в трубках.

Температура воды измеряется биметаллическим термометром Т1, расположенным за насосом в напорной гидролинии.

Вентилями ВН1 и ВН5 учебная установка присоединена к системе оборотного водоснабжения лаборатории.

Вода из баков Б1 и Б2 может самотеком через вентиль ВН5 сливаться в гидролинию Т. Наполнение баков осуществляется через вентиль ВН1 водой из напорной гидролинии Р.

Заполнение баков учебной установки водой и периодическая ее замена производится работниками лаборатории или преподавателем.

Схема электрическая принципиальная учебной установки показана на рис. 4.

Рис. 3. Схема гидравлическая принципиальная учебной установки

"Гидромеханика ГМ-02М"

Электрическая схема сформирована из стабилизатора напряжения TS1, автотрансформатора TV1, стрелочного вольтметра P1, магнитного пускателя KM1 с тепловым реле KK1, однофазного коллекторного электродвигателя переменного тока MA1, комплекта измерительного P2 (К-505). Комплект измерительный позволяет измерять потребляемую мощность , напряжение питания и контролировать величину тока.

Электропитание напряжением 220 В от электросети лаборатории стабилизируется стабилизатором напряжения TS1 и через автоматический выключатель QF1 подается на автотрансформатор TV1, при этом светится индикатор HL1 подачи напряжения в электрическую схему учебной установки. Движком автотрансформатора по вольтметру P1 предварительно устанавливается напряжение 220 В. При кратковременном нажатии кнопки SB1 срабатывает магнитный пускатель KM1, который своими контактами KM1:2 и KM1:3 подключает измерительный комплект P2 и присоединенный к нему электродвигатель MA1 насоса Н1, а контактами KM1:1 блокирует кнопку SB1. По вольтметру комплекта измерительного P2 точно устанавливается и поддерживается напряжение питания 220 В электродвигателя MA1 насоса.

Рис. 4. Схема электрическая принципиальная учебной установки

"Гидромеханика ГМ-02М"

При повышенном потреблении тока электродвигателем MA1, срабатывает тепловое реле KK1, которое своим контактом KK1:1 отключают обмотку пускателя KM1, при этом электродвигатель насоса обесточивается. Выключатель автоматический QF1 служит не только для включения и выключения электропитания учебной установки, но и предохраняет электрические цепи установки в случае возникновения короткого замыкания.

ОХРАНА ТРУДА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

5.1 Не загромождайте рабочее место около установки.

5.2 При проведении лабораторной работы, возможно воздействие  опасных и вредных производственных факторов:

опасный уровень напряжения в электрической цепи 220/380В 50Гц, замыкание которой может пройти через тело человека; шум работающей насосной установки.

5.3 Проверьте целостность проводников заземления учебной установки и измерительного комплекта К-505 (клемма для защитного заземления учебной установки находится с левой стороны внизу и имеет обозначение "").

5.4 Следите за целостностью изоляции электрических шнуров и вилок подключения установки, насоса и измерительного комплекта.

5.5 Следите за отсутствием течи воды на стыках труб и вентилей.

5.6 К работе с использованием учебной установки, разрешается приступать после:

прохождения инструктажа по "Инструкции по охране труда при работе студентов на учебных установках в лаборатории гидравлики и гидромашин "ИОТ-495-2015", изучения методических указаний к лабораторной работе, разработанной с применением настоящей учебной установки, изучения руководства по эксплуатации измерительного комплекта К-505.

5.7 Не работайте на не исправной учебной установке.

5.8 При пользовании учебной установкой запрещается:

оставлять без присмотра работающее оборудование и электроприборы; эксплуатировать шнуры электропитания, провода и кабели с поврежденной или потерявшей защитные свойства изоляцией; пользоваться поврежденными вилками, розетками; тянуть шнур для отключения электропитания учебной установки от электророзетки (тянуть необходимо вилку электрошнура), производить любые монтажные и ремонтные работы электрической части учебной установки после подачи на установку электрического напряжения включателем QF1.

5.9 Лабораторную работу разрешается выполнять в соответствии с методическими указаниями к ней и только в присутствии преподавателя или учебного мастера.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Расположение органов управления и измерительных приборов приведено на рис.5 и рис.6.

6.1 Подготовка к работе.

6.1.1 Изучите конструкцию центробежного насоса"Кама-10".

6.1.2 Ознакомьтесь с устройством и основными элементами управления и приборами измерения учебной установки "Гидромеханика ГМ-02М".

6.1.3 Изучите руководства по эксплуатации комплекта измерительного К505.

6.1.4 Подготовьте протокол испытаний (табл. 1).

6.1.5 Получите у преподавателя задание, при каких расходах насоса снимать показания приборов при проведении напорных испытаний центробежного насоса «Кама-10». Запишите их в таблицу 1 в безразмерных единицах ротаметра.

6.1.6 Распределите обязанности между членами бригады. Отсчёт по всем приборам производится членами бригады одновременно по команде бригадира "Отсчёт!".

6.1.7 Проверьте целостность и надежность заземления установки, комплекта измерительного К505.

6.1.8 Проверьте, что рабочее место установки не загромождено и нормально освещено.

6.1.9 Проверьте состояние гидравлической части установки:

вспомогательный бак Б1 заполнен водой до среза переливной трубы при необходимости - долейте; (Доливка воды в бак производится работниками лаборатории или преподавателем.) расходный бак Б2 заполнен водой до среза переливной трубы; вентили ВН1, ВН2, ВН5 закрыты; вентили ВН3, ВН4 открыты; дросселиДР1, ДР2 закрыты.

6.1.10 Снимите крышку комплекта измерительного P2 (рис. 6) и проверьте положение переключателей и кнопок:

кнопка ФУ – не нажата; кнопка  В2 – не нажата "БЕЗ Тр2"; переключатель В1 (установка предела измерения тока) – в позиции "2,5"; переключатель В3 – в позиции "0", (для предохранения амперметра и ваттметра от перегрузок большими пусковыми токами, при включении насоса); переключатель кнопочный В4 (установка предела измерения напряжения) – нажата кнопка "300"; стрелки приборов стоят на нулевых отметках шкал.

6.1.11 Определите по шкале на лицевой панели прибора P2 и запишите в протокол цену делений вольтметра в В/дел., для установленных переключателями В1 и В4 пределов измерений.

Определите и запишите в протокол, скольким делениям вольтметра будет соответствовать напряжение 220 В, которое необходимо будет поддерживать во время эксперимента.

6.1.12 Проверьте наличие и соответствие градуировочного графика для ротаметра.

6.1.13 Проверьте, что выключатели Q1 и QF1 находились в положении "ОТКЛ";

6.1.14 Проверьте, что нахождение вилок сетевого шнура учебной установки, электрошнуров насоса «Кама-10» и измерительного комплекта P2 в соответствующих электрических розетках.

6.1.15 Залейте, при необходимости, внутреннюю полость насоса водой, для чего откройте вентиль ВН2, откройте дроссели ДР1 и ДР2, приоткройте без полного вывинчивания заливочную пробку в верхней части корпуса насоса до появления из-под неё небольшого количества воды; завинтите заливочную пробку и закройте вентиль ВН2; прикройте на 1/3…1/4 дроссель ДР2.

Заполнение внутренней полости корпуса насоса водой, необходимо для  удаления воздуха и создания вакуума в подводе при отбрасывании жидкости от

Рис. 5. Общий вид учебной установки

"Гидромеханика ГМ-02М"

Рис. 6. Общий вид комплекта измерительного К-505

центра к периферии рабочего колеса. Под атмосферным давлением на свободную поверхность расходного бака Б2 вода поступает на вход насоса.

6.2 Включение установки и проведение испытаний насоса.

6.2.1 Переведите выключатель Q1, укрепленный на стене лаборатории, в положение "ВКЛ".

6.2.2 Переведите переключатель QF1 "СЕТЬ" в положение "ВКЛ"; на панели светится индикатор HL1 "сеть".

6.2.3 Установите автотрансформатором TV1, смонтированным на приборной панели, напряжение 220 В по вольтметру P1.

6.2.4 Нажмите кратковременно кнопку SB1 "пуск"; включается насос, стрелки манометра и вакуумметра показывают давления, ротаметр РТ1 показывает объемный расход в безразмерных единицах. Выждав некоторое время, пока через продувные трубки пойдет вода без воздуха, закройте вентиля ВН3 и ВН4.

6.2.5 Установите переключатель В3 комплекта измерительного P2 в позицию "А" - приборы комплекта измерительного показывают напряжение и потребляемые насосом силу тока и мощность.

6.2.6 Установите автотрансформатором TV1 точно напряжение питания 220 В по показанию вольтметра комплекта измерительного P2 и поддерживайте его постоянным в процессе выполнения работы.

6.2.7 Установите дросселем ДР2 по шкале ротаметра поплавок на деление соответствующее первому, заданному преподавателем, расходу насоса , в безразмерных величинах.

6.2.8 Снимите по команде "Отсчет!": показания манометра, вакуумметра, ротаметра по верхней кромке поплавка.

6.2.9 Запишите в протокол (Таблица 1) замеренные величины.

6.2.10 Повторите замеры по пунктам 6.2.7 – 6.2.9, устанавливая дросселем ДР2 другие, заданные преподавателем значения расхода насоса.

6.3 Выключение учебной установки.

6.3.1 Установите дросселем ДР2 поплавок ротаметра на середину шкалы.

6.3.2 Откройте вентиля ВН3 и ВН4.

6.3.3 Установите переключатель В3 комплекта измерительного P2 в положение "0".

6.3.4 Нажмите кнопку SB2 "стоп". Наблюдайте остановку работы насоса, установку на нулевые отметки стрелок манометра, вакуумметра и опускание вниз поплавка ротаметра.

6.3.5 Установите автоматический выключатель QF1 "сеть" в положение "откл.". Перестает светиться индикатор HL1 "сеть".

6.3.6 Переведите выключатель Q1 в положение "ВЫКЛ".

6.3.7 Закройте крышку комплекта измерительного P2.

7        ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Запись и обработку опытных данных производите в табличной форме (табл. 1).

7.1 Вычислите напор на входе в насос и напор на выходе из насоса по вакуумметрическому и манометрическому давлению соответственно по зависимости , где – давление в Па.

7.2 Вычислите напор насоса как разность напоров на его выходе и входе:

               (8)

где         – напор насоса, м.

Примечание.

При записи показаний вакуумметра и обработке результатов эксперимента не забывайте, что значения и являются отрицательными величинами и имеют знак минус.

7.3 Определите расход насоса (в л/с) по градуировочному графику ротаметра (Рис. 7.) в соответствии с его показаниями в безразмерных величинах.

7.4 Постройте график напорной характеристики насоса: на основании расчетных величин таблицы 1. Шкала по осям координат должны быть равномерной с возможным использованием не менее 75% площади координатного поля. Вертикальная ось может начинаться не с нуля, а с величины, кратной шагу разбивки.

Построение выполняйте простым карандашом на миллиметровой бумаге или на бумаге в клетку. Рекомендуемая форма диаграммы для построения напорной характеристики насоса приведена на рис. 8.

Экспериментальные точки кривой графически усредняйте плавной линией, лежащей между ними.

В подрисуночной подписи или в заголовке рабочей характеристики, укажите тип насоса и номинальную частоту вращения вала насоса.

Табл. 1

Номер п/п	Измеряемые величины	Расчетные величины
Pм, кгс/см2	Pв, кгс/см2	Qр, дел.	Hм, м	Hв, м	Hнас, м	Qнас, л/с
1	2	3	4	5	6	7	8
1
2
15

Рис. 7. Градуировочный график ротаметра

Напорная характеристика насоса «Кама-10»

для воды с плотностью =1000 кг/м3.

Номинальная скорость вращения вала n=5200 об./мин.

Рис. 8. Рекомендуемая форма диаграммы
для построения характеристики насоса

8        СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт о лабораторной работе оформляется каждым студентом на специальном бланке, на отдельных листах или в тетради. Отчёт должен содержать:

фамилию и инициалы студента, обозначение группы и факультета; номер и наименование лабораторной работы; цель работы; основные зависимости и расчетные формулы, а также пояснения к ним; принципиальную гидравлическую схему учебной установки; таблицы, содержащие измеренные параметры и результаты обработки экспериментальных данных; напорную характеристику испытуемого насоса; выводы по лабораторной работе.

9        ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

9.1 Что такое напорная характеристика центробежного насоса и для чего она необходима?

9.2 Что такое расход насоса? С помощью, какого прибора он измеряется?

9.3 Что такое напор насоса? С помощью, каких приборов он измеряется?

9.4 Почему необходимо введение поправки на установку манометра и вакуумметра? В каких случаях эта поправка равна нулю?

9.5 Для чего нужна заливка насоса перед пуском и как она осуществляется?

9.6 Зачем закрывают запорную арматуру на выходе из центробежного насоса при его пуске?

9.7 Возможен ли пуск центробежного насоса при открытом дросселе в напорной гидролинии?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / и др. – Москва: Альянс, 2013. – 423 с.

2 Гидравлика, гидромашины и гидропневмоприводы в примерах решения задач: учебное пособие для вузов. / и др. Под редакцией . М. Академия, 2013 г – 203 с.

3 Гидравлика: учебник для вузов в 2 т. Т.2: Гидравлические машины и приводы/ (и др.). М. Академия, 2012 г. – 284 с.

4 Лепешкин и гидропневмопривод: Учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод Учебник / , , . Под ред. . – М. МГИУ, 2007, 352 с.

5 ГОСТ 6134 – 2007 (ИСО 9906:1999). Насосы динамические. Методы испытаний.