close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Микитюк Роман Витальевич. Разработка стенда для испытаний динамических насосов

код для вставки
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени И.С. ТУРГЕНЕВА»
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
по направлению подготовки 15.03.03 Прикладная механика
Студента Микитюка Романа Витальевича шифр 140833/п
Факультет (институт) Политехнический институт имени Н.Н. Поликарпова
Тема выпускной квалификационной работы
Разработка стенда для испытаний динамических насосов
Студент______________________
Микитюк Р.В.
(подпись)
(ФИО)
Руководитель _________________
Каманин Ю.Н.
(подпись)
(ФИО)
Зав. кафедрой ___________________
Паничкин А.В.
(подпись)
(ФИО)
Орёл 2018
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени И.С. ТУРГЕНЕВА»
Факультет (институт) Политехнический институт имени Н.Н. Поликарпова
Кафедра подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин
Направление подготовки (специальность) 15.03.03 Прикладная механика
УТВЕРЖДАЮ:
Зав. кафедрой
__________Паничкин А.В.
(подпись)
«__»____________2018г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы
студента Микитюка Романа Витальевича
шифр 140833/п
(фамилия, имя, отчество)
1.Тема Разработка стенда для испытаний динамических насосов
Утверждена приказом по университету от «06» декабря 2018 г.№ 2-3542
2. Срок сдачи студентом законченной работы «22» июня 2018 г.
3. Исходные данные к работе: Технические требования на разработку стенда для
испытаний динамических насосов
4. Содержание ВКР (перечень подлежащих разработке вопросов)
 Определение, основные параметры и классификация насосов
 Центробежные насосы
 Работа центробежного насоса на сеть
 История разработки центробежных насосов
 Методика проведения испытаний
 Термины, определения и обозначения
 Испытательное оборудование. Стандартные условия испытаний.
 Анализ результатов испытаний
 Экономическая эффективность НИР
5. Перечень графического материала
 Общие сведения о ВКР
 Классификация насосов и схема насосной установки
 Характеристики центробежных насосов
 Схема стенда для определения самовсасывания
 Определение полного напора насоса
 Схема стенда для испытаний центробежных насосов
 Гидравлический расчет стенда
 Основные результаты и выводы
Дата выдачи задания «06» декабря 2017 г.
Руководитель ВКР _______________
Каманин Ю.Н.
(подпись)
(ФИО)
Задание принял к исполнению_______________
(подпись)
Микитюк Р.В.
(ФИО)
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
Наименование этапов ВКР
Общие сведения о насосной технике
Срок выполнения
этапов работы
6.12.2017-31.01.2018
Методика проведения испытаний
01.01.2018-01.04.2018
Гидравлический расчет параметров
стенда
02.04.2018-13.05.2018
Примечание
Организационно-экономический раздел 14.05.2018-20.06.2018
Студент
_______________
(подпись)
Руководитель ВКР________________
(подпись)
Микитюк Р.В.
(ФИО)
Ределин Р.А.
(ФИО)
3
Аннотация
Работа содержит следующие разделы:
 обзорный
 аналитический;
 организационно-экономический.
Графическая часть проекта состоит из семи листов формата А1 и
содержит:
 Общие сведения о ВКР
 Классификация насосов и схема насосной установки
 Характеристики центробежных насосов
 Схема стенда для определения самовсасывания
 Определение полного напора насоса
 Схема стенда для испытаний центробежных насосов
 Гидравлический расчет стенда
 Основные результаты и выводы
В работе содержится: 9 таблиц,16 рисунков, 18 формул, список
использованной литературы содержит 21 источник.
Общий объем работы составляет 77 страниц.
Annotation
The work contains the following sections:
 overview;
 analytical;
 organizational and economic.
The graphic part of the project consists of seven sheets of A1 format and
contains:
 General information on WRC
 Classification of pumps and pumping unit diagram
 Characteristics of centrifugal pumps
 Scheme of the stand for determination of self-absorption
 Determination of the total head of the pump
 Scheme of the test bench for centrifugal pumps
 Hydraulic calculation of the stand
 Main results and conclusions
The work contains: 9 tables, 16 drawings, 18 formulas, a list of used literature
contains 21 sources.
The total amount of work is 77 pages.
5
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 7
1 Общие сведения о насосной технике ................................................................. 9
1.1 Определение, основные параметры и классификация насосов ................ 9
1.2 Насосная установка. Напор насоса ............................................................ 11
1.3 Центробежные насосы ................................................................................ 14
1.4 Работа центробежного насоса на сеть ....................................................... 17
1.5 Расширение области применения центробежного насоса ....................... 20
2 Методика проведения испытаний .................................................................... 23
2.1 Термины, определения и обозначения ...................................................... 23
2.2 Условия определения показателей и характеристик ............................... 31
2.3 Испытательное оборудование. Стандартные условия испытаний ......... 32
2.4 Испытания насосов с дополнительным оборудованием ......................... 34
2.5 Анализ результатов испытаний .................................................................. 40
2.5 Обработка результатов испытаний ............................................................ 47
2.6 Оформление результатов испытания ......................................................... 52
3 Гидравлический расчет параметров стенда..................................................... 54
3.1 Описание стенда .......................................................................................... 54
3.2 Гидростатические расчеты ......................................................................... 56
3.3 Расчёты кинематических и динамических параметров движения
жидкости в системе ........................................................................................... 57
3.4 Расчет параметров работы насоса на гидросистему ................................ 65
4 Организационно – экономический раздел ....................................................... 67
4.1 Организация и планирование научно-исследовательских работ............ 67
4.2 Затраты на проведение НИР. Состав работ на этапах НИР ................. 69
4.3 Прибыль и договорная цена НИР .............................................................. 71
4.4 Оценка научно-технической результативности НИР .............................. 72
Основные результаты и выводы .......................................................................... 74
Список литературы ............................................................................................... 75
ПРИЛОЖЕНИЕ ..................................................................................................... 78
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность.
Центробежные насосы принадлежат к наиболее
распространенному классу гидравлических лопастных машин, которые
используются во всех отраслях народного хозяйства. Насосные агрегаты
входят в состав большинства транспортных и технологических систем. По
экспертным
оценкам
20-25%
мирового
потребления
электроэнергии
приходится на насосное оборудование, а в отдельных отраслях этот показатель
может достигать 50% [1]. По сведениям крупных нефтедобывающих
компаний, энергетические затраты на систему поддержания пластового
давления в скважинах составляют до 40%, а для высоковязкой тяжелой нефти
этот показатель значительно выше. В связи с этим проблему повышения
энергоэффективности насосов следует рассматривать не просто как
приоритетную, а как стратегическую и государственную. Не случайно в
странах ЕС разработана и реализуется программа Europumps, тесно связанная
с энергосбережением [2, 3]. Для повышения эффективности необходимо
снизить стоимость эксплуатации насосного оборудования, повысить его
надежность и долговечность. Это требует оптимизации режимов работы уже
эксплуатирующихся центробежных насосов. Большинство выпускаемых в
настоящее время насосов были разработаны более 30 лет назад и уже не
удовлетворяют
современным
требованиям
касательно
эффективности
производства. Тем не менее такие насосы все еще востребованы на рынке, в
силу их относительной дешевизны в сравнении с дорогим импортным
оборудованием.
Проверка
работоспособности
должна
проводится
на
стендах,
отвечающим всем современным требованиям, поэтому их разработка является
актуальной задачей на сегодняшний момент.
7
Цель работы. Расчет и разработка стенда для испытаний центробежного
насоса.
Задачи исследования:
– обзор и анализ конструкций испытательных стендов;
– Анализ современных тенденций и направлений совершенствования
конструкций центробежных насосов.
– Гидравлический расчет стенда;
Объект и предмет исследования: Центробежный насос.
Предмет
исследований
–
расходно-напорные
характеристики
центробежного насоса и гидравлические характеристики стенда.
Методы
исследований
включают
обобщение
результатов
исследований, гидравлический расчет параметров стенда, анализ полученных
результатов.
На защиту выносятся:
– Разработанная схема стенда для испытаний динамического насоса.
– Рассчитанные гидравлические характеристики испытательного стенда.
Научная новизна заключается в разработке стенда для испытаний
динамических
насосов
с
использованием
методов
математического
результатов
обеспечивается
моделирования гидродинамических процессов.
Достоверность
полученных
корректностью
постановки
и
используемых
теоретических
формализации
зависимостей,
задачи, обоснованностью
принятых
допущений
ограничений, применением рациональных математических методов
и
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАСОСНОЙ ТЕХНИКЕ
1.1 Определение, основные параметры и классификация насосов
Насосами называются гидравлические машины и аппараты, создающие
поток жидкой среды. Насосы создают разность давлений жидкости
непосредственно в самих насосах и трубопроводах и, таким образом, преобразуют энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости. Дадим
классификацию насосов, получивших наиболее широкое распространение [4]
(рис. 1.1).
Рис.1.1 Классификация насосов
В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил
на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом
в насос и выходом из него.
9
В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который попеременно
сообщается со входом в насос и выходом из него.
Рис. 1.2. Стенд для гидравлических испытаний динамических насосов
В лопастных насосах энергия сообщается жидкости при обтекании лопастей рабочего колеса (колес) насоса. В насосах трения жидкость перемещается под воздействием сил трения. В объемных насосах с возвратнопоступательным движением рабочего органа жидкость получает энергию при
возвратно-поступательном движении рабочего органа. В роторных насосах
энергия сообщается жидкости при вращательном движении рабочего органа.
В соответствии с ГОСТ 17398-72 виды насосов по принципу действия и
конструктивному исполнению насчитывают около 130 наименований [5-7].
Производительность (подача) Q (м3/с) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.
Напор Н (м) (давление p (Па)) характеризует энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. (Напор - это как бы
высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет
энергии, сообщаемой ей насосом).
Мощность (Вт). Различают полезную мощность Nn, мощность на валу
насоса Ne, мощность, потребляемую двигателем Nп, и установочную мощность
Nycт. Полезная мощность Nn затрачивается на сообщение жидкости энергии и
равна произведению массового расхода на приращение удельной энергии
жидкости в насосе (Н), т.е. Nn = pgQH, Вт. Мощность на валу Ne больше Nn изза потерь энергии в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного
действия (к.п.д.) насоса п, т.е. Ne= Nn /η.
К.п.д.
характеризует совершенство конструкции и экономичность
эксплуатации насоса. Различают объемный к.п.д., который учитывает наличие
утечек жидкости через зазоры, сальники и т.п.; гидравлический к. п. д.[9-11],
который учитывает потери напора при движении жидкости через насос и
механический к. п. д., характеризующий потери мощности на механическое
трение в насосе (подшипники, сальники и др.). Значение ц зависит от
конструкции и степени износа насоса (для центробежных насосов η=0,6... 0,7,
для поршневых η=0,8...0,9). Мощность, потребляемая двигателем больше
мощности на валу насоса вследствие механических потерь в передаче от
двигателя к насосу и в самом двигателе. Это учитывается к.п.д. передачи, к.п.д.
двигателя. Установочная мощность двигателя Nycт рассчитывается по
величине N с учетом возможных перегрузок в момент пуска насоса:
Nycт=p*Nуст где р=1,1...2,0 - коэффициент запаса мощности, принимаемый в
зависимости от мощности двигателя.
1.2 Насосная установка. Напор насоса
Рассмотрим принципиальную схему насосной установки (рис. 1.2).
Основные элементы насосной установки: приемная емкость 1, напорная
емкость 2, насос 3. Перекачивается жидкость из приемной емкости в напорную. Обозначим: p0 - давление в приемной емкости; p2 - давление в
напорной емкости. Трубопровод на участке от приемной емкости до насоса
называется всасывающим трубопроводом (патрубком). От насоса до напорной
11
емкости трубопровод называется напорным или нагнетательным. давление во
всасывающем патрубке.
гораздо меньше, чем в нагнетательном (как правило, во всасывающем
патрубке давление ниже атмосферного, т.е. - вакуум). Высота всасывания НВС
- расстояние от уровня жидкости в приемной и напорной емкостях. Как
правило насосная установка оснащается вакуумметром В (на всасывающем
трубопроводе) и манометром М (на нагнетательном трубопроводе). На
погружном конце всасывающего патрубка устанавливают фильтр-клапан Ф, а
на нагнетательном трубопроводе в непосредственной близости от насоса
устанавливают кран (вентиль) К.
Рис. 1.2. Схема насосной установки
Необходимый (или потребный) напор для обеспечения нужной подачи
можно определить, составив уравнения Бернулли для характерных сечений 00, 1-1 и 2-2.
H  HГ 
p2  p0
 hH  hBC
g
(1.1)
где hH и hBC - потери напора на нагнетательном и всасывающем участках.
Таким образом, потребный напор насоса H затрачивается на перемещение жидкости на геометрическую высоту подъема НГ, преодоление
p2  p0
разности давлений в напорной и приемной емкостях  g и преодоление
гидравлических
сопротивлений
нагнетательного
hН
и
всасывающего
трубопроводов hВС. Уравнение (1.1) используют при подборе насосов для
технологических установок. Если трубопровод горизонтальный и давление в
приемной и напорной емкостях одинаково (как правило), то формула (1.1)
упрощается: H = hН + hВС .
Величина высоты всасывания насоса НВС (см. рис. 1.1) не может быть
назначена произвольно. Из уравнения Бернулли для сечений 0-0 и 1-1
определяем
где vBC
2

p0  pBC vBC
 v02
(1.2)
H BC 


 hBC 
g  g
2g

и v0 - скорости движения жидкости во всасывающем трубопроводе и
приемной емкости соответственно.
Таким образом, НВС увеличивается с возрастанием давления p0 и
уменьшается с увеличением давления во всасывающем патрубке рВС, скорости
и потерь напора. Кроме того, часть давления p0 расходуется на преодоление
силы упругости, образующейся при разрежении паров, т.е. на преодоление
давления pt насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре
всасывания. Упругость паров сильно растет с увеличением температуры, что
значительно снижает давления во всасывающем патрубке рВС и при 70 °С
поднять воду в насос за счет атмосферного давления невозможно, поэтому
воду надо подводить к насосу самотеком или под избыточным давлением.
Практически высоту всасывания насоса НВС выбирают в пределах 5...6 м при
скорости движения жидкости во всасывающей трубе около 0,8...1,0 м/с. Для
устойчивой работы насоса давление в его всасывающем патрубке должно быть
больше давления насыщенного пара жидкости при температуре всасывания
13
(pBC > pt) , т. к. в противном случае жидкость в насосе начнет кипеть. При этом
в результате интенсивного выделения из жидкости паров возможен разрыв
потока.
Влияет на допустимую высоту всасывания и явление кавитации. Кавитация является частным случаем кипения жидкости, который возникает при
высоких скоростях вращения рабочих колес центробежных насосов и при
перекачивании горячих жидкостей вследствие местных понижений давления
до давления насыщенного пара. Пузырьки пара, образовавшиеся при
вскипании жидкости, попадают вместе с жидкостью в область более высоких
давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость заполняет полости, в
которых
находился
сконденсировавшийся
пар,
что
сопровождается
гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит
к быстрому разрушению насоса за счет гидравлического удара и усиления
коррозии в период парообразования [12]. Кавитация делает необходимым
уменьшение допустимой высоты всасывания на величину кавитационного
запаса.
1.3 Центробежные насосы
Центробежные
насосы
характеризуются
большими
производительностями независимо от величины напора.
Основной частью центробежного насоса (рис. 1.3) является рабочее
колесо 1, имеющее изогнутые лопатки. Колесо соединено с валом 2 и заключено в кожух (спиральную камеру) 3. При быстром вращении рабочего
колеса 1, приводимого во вращение от двигателя, развивается центробежная
сила. Под ее влиянием жидкость между лопатками колеса прогоняется к его
периферии и, выходя из колеса, поступает в спиральную камеру насоса, а из
нее в нагнетательный трубопровод 4. Освобождающееся от выброшенной
жидкости
центральное
пространство
насосной
камеры
заполняется
жидкостью, поступающей по всасывающей трубе 6 под действием внешнего
давления p0. Таким образом, образуется непрерывный поток жидкости в насос,
а из него - к месту подачи [12-15].
До начала своей работы центробежные насосы требуют предварительной заливки, без чего они не могут производить всасывание жидкости. Для
того, чтобы жидкость при заливке насоса не вытекала из него в исходный
резервуар, на погруженном конце всасывающей трубы устанавливается
приемный обратный клапан 6, снабженный фильтром (сеткой) для
предохранения от загрязнений.
Рис. 1.3. Центробежный насос
Для увеличения подачи при данном напоре насос выполняют с несколькими рабочими колесами, соединенными параллельно. Для подачи
небольших объемов жидкости на значительную высоту делают насосы с
несколькими последовательно соединенными колесами.
15
По величине создаваемого напора различают: низконапорные центробежные насосы (при напоре до 20 м); насосы среднего давления (напор от
20 до 60 м), а при напоре более 60 м - насосы высокого давления.
По способу подвода жидкости на рабочее колесо центробежные насосы
подразделяют на насосы с односторонним и двусторонним входом. По
расположению вала: горизонтальные и вертикальные насосы. По способу
соединения с двигателем: со шкивом или с редуктором; при помощи муфты;
моноблоки (насосы, имеющие общий вал с двигателем).
Рабочие характеристики насоса определяются при его испытаниях на
специальном стенде.
При этом выявляются зависимости напора H, потребляемой мощности
Рис. 1.4. Рабочие характеристики насоса
N и коэффициента полезного действия (к.п.д.) ц от подачи Q насоса. Эти
зависимости изображают графически кривыми H=f(Q), N=f(Q) и n=f(Q) (рис.
1.4). Испытания ведутся при постоянной частоте вращения n рабочего колеса.
Регулируя степень открытия задвижки на напорном трубопроводе, получают
различные подачи и соответственно параметры насоса.
В точке А, называемой оптимальной, кривая к.п.д. n=f(Q) имеет
максимальное значение. Ему соответствуют подача QA, напор HA мощность
NA.
1.4 Работа центробежного насоса на сеть
При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т.е.
трубопровода и аппаратов, через которые перекачивается жидкость.
Потребный напор расходуется на подъем жидкости на высоту HГ, преодоление
разности
Обозначив сумму
p2  p0
давлений  g и преодоление потерь напора в сети.
p2  p0
 HГ
g
как H СТ (статический напор), получим
потребный напор
Рис. 1.5 Совмещенные характеристики насоса и сети
где ξc - коэффициент сопротивления сети; k - коэффициент пропорциональности сети.
17
Таким образом, полученная характеристика сети выражается уравнением параболы. Совмещая характеристику сети и рабочую характеристику
насоса (рис. 4.5) определяют рабочую точку 1, которая отвечает наибольшей
производительности насоса при его работе на данную сеть. По этой точке
определяются все данные, характеризующие режим работы насоса: подачу Q,
напор Н, мощность на валу насоса N, к.п.д. насоса ц. Знание характеристик
сети и насоса необходимо при выборе насоса. Рабочая точка должна
соответствовать требуемым подаче Q и напору Н.
Регулирование работы центробежного насоса заключается в изменении
подачи Q и напора Н насоса.
1-й способ: регулирование при помощи задвижки (дросселирование).
Сущность данного способа заключается в изменении характеристики
сети. В этом случае напор расходуется на преодоление потерь давления в
трубопроводе и в задвижке. Этот способ хотя и прост, но экономически
невыгоден, т.к. ведет к значительному снижению к. п.д. [16].
Изменяя степень открытия задвижки на напорном трубопроводе можно
получить любую подачу в пределах от максимальной Qft (при полностью
открытой задвижке) до нуля (при закрытой) (рис. 1.6). Увеличив степень
закрытия задвижки, характеристика сети пойдет круче и пересечет
характеристику насоса в точке В.
Рис.1.6 Дросселирование
Подача насоса уменьшится и будет равна QB (QB < QA), т.к. часть напора
затрачивается на потери напора в задвижке h3.
2-й способ: регулирование изменением частоты вращения рабочего
колеса (рис. 1.7). Сущность заключается в изменении характеристики насоса.
Уменьшение подачи от QA до QB достигается уменьшением частоты
вращения колеса от n1 до n2. При этом характеристика сети пересечет
характеристику насоса в точке В. Построение характеристики насоса при
другом значении n (если известно начальное) осуществляется на основе
законов пропорциональности. Этот способ экономически более выгодный, т.к.
ведет к незначительному снижению к.п.д., однако требует оснащения привода
насоса двигателем с переменным числом оборотов или специальным
устройством, позволяющим регулировать обороты.
19
1.5 Расширение области применения центробежного насоса
Для расширения диапазона работы насосной установки применяют обточку
рабочего колеса насоса (1-й способ), параллельное (2-й способ) и
последовательное соединение (3-й способ) насосов.
Рис. 1.7 Изменение рабочих параметров насоса частотой вращения
рабочего колеса и его обточкой
1-й способ. В некоторых случаях экономически оправдано изменение
рабочих параметров насоса путем обточки его рабочего колеса по наружному
диаметру. Уменьшение производительности насоса от QВ до QС достигается
'
''
уменьшением его диаметра с D2 до D2 при неизменной частоте вращения
QB D2'
 ''
Q
n2 . При этом C D2
(рис. 1.7). Однако обточка приводит к снижению
к.п.д., поэтому ее предельная величина лимитирована.
2-й
способ.
Допустим
два
насоса
имеют
одинаковые
рабочие
характеристики (кривая 1) (рис. 1.8). Суммарная подача получается
сложением подач насосов для данного напора (кривая 2). При этом общая
подача при работе на сеть увеличится от QA до QB.
Однако параллельное соединение насосов для сетей с крутыми характеристиками (кривая 3) нецелесообразно, т.к при этом происходит небольшой
прирост подачи.
Рис. 1.8 Параллельное включение двух насосов
3 способ. Последовательное соединение насосов предпринимают для
повышения напора [17]. Суммарная характеристика напора (кривая 2) получается путем сложения напоров насосов при данной подаче (кривая 1) (рис. 1.9).
Рис. 1.9 Последовательное включение двух насосов
21
Для пологой характеристики сети (кривая 3) последовательное
соединение насосов менее эффективно, чем при работе на сеть с крутой
характеристикой (кривая 4), т.к. данное соединение дает незначительное
повышение напора.
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
2.1 Термины, определения и обозначения
Угловая скорость ω, рад/с: Число радиан поворота вала в единицу
времени
ω = 2pn.
(2.1)
где n - частота вращения, с-1, мин-1.
частота вращения n, с-1, мин-1: Число оборотов вала в единицу времени.
плотность ρ, кг/м3: Масса в единице объема.
давление Р, Па: Сила, приходящаяся на единицу площади.
мощность P(N), Вт: Энергия, передаваемая за единицу времени.
число Рейнольдса Re:
(2.2)
где U - средняя скорость, м/с;
D - диаметр, м;
v - кинематическая вязкость, м2/с.
массовая подача q: Масса жидкости, которая проходит через выходное
сечение насоса в единицу времени.
3. Где и как следует принимать в расчет указанные потоки (отводы),
зависит от расположения этих отводов относительно измеряемого сечения, в
котором измеряют подачу насоса.
объемная подача Q, м3/с: Объемную подачу Q вычисляют по формуле
(2.3)
где q - массовая подача, кг/с;
ρ - плотность, кг/м3.
Средняя скорость U, м/с: Средняя осевая скорость, определяемая
отношением объемной подачи, к площади поперечного сечения трубы или
любого иного поперечного сечения А проточной части:
23
(2.4)
местная скорость v, м/с: Скорость потока в любой точке, заданная или
определенная по величине и направлению.
напор Н, м: Энергия
единицы
массы
жидкости,
деленная
на
гравитационное ускорение свободного падения g.
эталонная
плоскость: Некоторая
горизонтальная
плоскость,
используемая как база для измерения высоты.
высота над эталонной плоскостью: Высота выбранной точки над
эталонной плоскостью.
приборное
давление
(манометрическое
давление): Давление
относительно атмосферного давления.
скоростной напор: Кинетическая энергия единицы массы жидкости в
движении, деленной на g:
(2.5)
полный напор Hx: В любом сечении x полный напор вычисляют по
формуле
(2.6)
где Zx - высота центра поперечного сечения над эталонной плоскостью;
pх - манометрическое давление, отнесенное к центру поперечного
сечения.
(2.7)
полный напор на входе Н1: Полный напор во входном сечении насоса
вычисляется по формуле
(2.8)
полный напор на выходе Н2: Полный напор в выходном сечении
насоса вычисляется по формуле
(2.9)
полный напор насоса: Алгебраическая разность между полным
напором на выходе Н2 и полным напором на входе Н1.
Если
сжимаемость
перекачиваемой
жидкости
значительна,
то
плотность rнеобходимо заменять на среднюю плотность, рассчитанную по
формуле
(2.10)
и полный напор насоса может быть рассчитан по формуле
(3.11)
удельная энергия y: Энергия единицы массы жидкости:
y = g · H.
(2.12)
потери напора на входе: Разность между полным напором жидкости в
точке измерения и полным напором жидкости во входном сечении насоса.
потери напора на выходе: Разность между полным напором жидкости
в выходном сечении насоса и полным напором жидкости у измеряемой точки.
коэффициент
потерь
трения
жидкости: Коэффициент
для
определения гидравлических потерь напора жидкости на трение в трубе.
надкавитационный
напор
на
входе NPSH (кавитационный
запас) Dh:
Полный абсолютный напор на всасывании за вычетом напора,
соответствующего давлению пара, отнесенный к базовой плоскости NPSH:
(2.13)
базовая
плоскость NPSH: Для
многоступенчатых
насосов
-
горизонтальная плоскость, проходящая через центр окружности, которую
описывают наиболее удаленные точки входных кромок лопаток рабочего
колеса первой ступени.
25
базовая плоскость NPSH: Для насосов двухстороннего входа, с
вертикальной или наклоненной осью вращения - плоскость, проходящая через
наиболее высокий центр окружности.
Рисунок 2.1 - Базовая плоскость NPSH
имеющийся NPSH(Dh) - NPSHA: Имеющийся NPSH определяется для
заданной подачи условиями установки.
требуемый NPSH(Dh) - NPSHR(Dhдоп): Выдаваемое
изготовителем
насоса потребителю минимальное значение NPSH для номинальной подачи
перекачиваемой жидкости, обеспечивающее работу насоса без падения напора
при заданной подаче, т.е. допускаемый кавитационный запас Dhдоп.
NPSH3 (критический кавитационный запас Dhкр): NPSH для 3 %
падения полного напора первой ступени насоса как стандартное основание для
использования при построении кавитационных характеристик.
типовое число K: Безразмерное число, рассчитанное для оптимального
режима работы насоса по формуле:
(3.14)
1. Типовое число рассчитывают для максимального диаметра ступени
ротора.
2. Типовое число K и коэффициент быстроходности ns рассчитывают по
одной и той же структурной формуле, в разных единицах размерности (K - в
Международной системе единиц СИ, a ns - в технической системе единиц
МКГСС). Пересчет этих коэффициентов из одной системы в другую
осуществляют, используя соотношение ns = 193,2K.
мощность насоса (мощность, потребляемая насосом): Мощность,
передаваемая насосу от его привода.
полезная
мощность
насоса (мощность,
отдаваемая
насосом) Pu: Механическая мощность, сообщаемая насосом подаваемой
жидкой среде и определяемая зависимостью:
Pu = ρ · Q · g · H = p · Q · y.
мощность,
потребляемая
приводом: Мощность,
передаваемая
приводу насоса от постороннего источника.
КПД насоса η: Отношение мощности, отдаваемой насосом жидкости, к
мощности, потребляемой насосом:
общий КПД (КПД агрегата) ηgr(ar): Отношение мощности, отдаваемой
насосом жидкости, к мощности, потребляемой приводом насоса:
высота
самовсасывания: Высота
самозаполнения
подводящего
трубопровода самовсасывающим насосом (агрегатом) [17-18].
В настоящей работе применены следующие обозначения:
А - площадь, м2;
D, d - диаметр, м;
Е - энергия, Дж;
е - общая неопределенная относительная величина, %;
f - частота, с-1, Гц;
gа) - ускорение свободного падения, м/с2;
Н - полный напор насоса, м;
Hj - потери в напоре жидкости, м;
k - эквивалентная шероховатость, м;
K(ns) - типовое число (коэффициент быстроходности);
27
l - длина, м;
т - масса, кг;
п - частота вращения, с-1, мин-1;
NPSH(Dh) - надкавитационный напор на входе (кавитационный
запас), м;
p - давление, Па;
P(N) - мощность, Вт;
qb) - массовая подача, кг/с;
Qc) - объемная подача, м3/с;
Re - число Рейнольдса;
t - время, с;
Т - крутящий момент, Н · м;
Примечания
a) В принципе необходимо использовать местную величину «g». Тем не
менее для класса 2 допускается принимать g = 9,81 м/с2.
Для расчета местной величины
g = 9,7803 (1 + 0,0053 sin2j) - 3 · 10-6 · Z,
где j - широта;
Z - высота над уровнем моря.
b) Применяют обозначение для массовой подачи qm.
c) Применяют обозначение для объемной подачи qv
t - относительный допуск, %;
t - время, с;
Т - крутящий момент, Н · м;
U - средняя скорость, м/с;
v - местная скорость, м/с;
V - объем, м3;
y - удельная энергия, Дж/кг;
z - высота над эталонной или базовой плоскостью, м;
DZM = ZM2 - ZM1 - разность отметок положения приборов для измерения
давления при входе ZM1 и на выходе ZM2 относительно эталонной (базовой)
плоскости, м;
ZD -
разность
между
базовой
плоскостью NPSH
и
эталонной
плоскостью, м;
η - КПД;
Θ - температура, °C;
λ - коэффициент потерь трения жидкости;
ν - кинематическая вязкость, м2/с;
ρ - плотность, кг/м3;
ω - угловая скорость, рад/с.
Применяют следующие индексы:
1 - вход;
1' - мерное сечение на входе;
2 - выход;
2' - мерное сечение на выходе;
abs (абс) - абсолютное;
amb (б) - окружающее (окружающей среды), барометрическое;
D - разность, дата;
f - жидкость в измеряемых трубках;
G - гарантийный;
Н - полный напор насоса (величина, определенная по полному напору);
gr (аг) - комплект насос/двигатель (агрегат насосный);
m (ср) - средний (усредненная величина);
М - манометр;
n - частота вращения;
P - мощность;
Q - объемная подача;
Sp (н) - номинальный (расчетный);
Т - приведенный (параметр) крутящий момент;
u (п) - полезный;
29
v - пара (давление);
η - КПД;
х - в любом месте (сечении);
(и) - индекс параметра при испытании;
(с) - самовсасывания.
Номенклатура определяемых показателей и характеристик
Устанавливают
методы
определения
и
контроля
следующих
показателей и характеристик:
показатели назначения:
- подача,
- напор,
- частота вращения;
показатели эффективности и конструктивные:
- кавитационный запас Dh (NPSH) (NPSHA, Dhдоп или NPSHR, Dhкр или
NPSH3),
- коэффициент полезного действия (КПД),
- мощность насоса (мощность насосного агрегата),
- высота самовсасывания,
- внешняя утечка,
- масса;
показатели эргономические:
- вибрация,
- шум;
показатели надежности:
- средняя наработка до отказа,
- ресурс;
характеристики:
- напорная,
- энергетическая,
- кавитационная,
- вибрационная,
- шумовая,
- самовсасывания;
показатели безопасности:
- механические,
- термические,
- электрические.
Необходимость проведения испытаний по определению конкретных
показателей и характеристик для каждого вида испытаний устанавливают в
ПМ и технической документации на конкретные типы (типоразмеры) насосов
(агрегатов).
2.2 Условия определения показателей и характеристик
При испытании насосов (агрегатов) эргономические показатели
допускается определять для насоса совместно с приводящим двигателем при
условии указания в протоколе испытания типа и марки комплектующего
двигателя, его основных технических показателей, в том числе шумовой и
вибрационной характеристик при их наличии.
При испытании насосных агрегатов, у которых узлы приводящего
двигателя входят в конструкцию насоса, все показатели и характеристики
определяют для агрегата в целом.
При испытании насосных агрегатов, у которых узлы приводящего
двигателя не входят в конструкцию насоса, напорную, энергетическую,
кавитационную характеристики, характеристику самовсасывания, а также
показатели назначения, эффективности, массу и внешнюю утечку определяют
только для насоса, входящего в агрегат. Вибрационную и шумовую
характеристики и эргономические показатели, показатели надежности и массу
определяют для агрегата в целом [19-21].
Эргономические показатели, кавитационную, вибрационную, шумовую
31
характеристики и внешнюю утечку при испытаниях погружных и скважинных
насосов и погружных насосных агрегатов не определяют; необходимость
определения этих показателей и характеристик при испытаниях следует
указывать в технических условиях и ПМ на указанную продукцию,
утвержденных в установленном порядке.
2.3 Испытательное оборудование. Стандартные условия испытаний
В данном разделе, принимая во внимание точность, требующуюся для
испытаний по классам 1 и 2, приведены условия, необходимые для проведения
измерений рабочих характеристик.
1. Подача насоса на одной испытательной установке (стенде), как бы
точно измерения не проводили, не может иметь точно такие же показания
подачи на другой испытательной установке.
2. Рекомендации и общие положения об испытательных установках для
проведения необходимых измерений приведены в разделах 2.1 и 2.2, если
необходимо, их допускается использовать в сочетании с другими стандартами,
касающимися измерения скоростей потока в закрытых трубопроводах
различными методами (см. раздел 2.2).
3. Средства измерений, используемые при испытаниях по классу 2,
должны иметь класс точности не ниже указанного в таблице 1.
Таблица 1
Наименование показателя
Рекомендуемый класс точности
средства измерений, не ниже
Расход
Давление
2,5
Мощность насоса
Мощность насосного агрегата
2,0
Частота вращения
1,0
Для измерения разрежения на входе в насос при получении
кавитационной характеристики или контроле кавитационного запаса, а также
при получении характеристики самовсасывания насоса, следует применять
вакуумметры класса точности не ниже 1,0.
Наилучшие условия измерений в мерных сечениях достигаются тогда,
когда поток в них обладает:
- осевой симметрией распределения скоростей;
- равномерным распределением статического давления;
- отсутствием завихрений, вызываемых стендом или установкой.
Для классов испытаний 1 и 2 проверка указанных условий не требуется.
Необходимо избегать любых изменений, могущих повлиять на указанные
выше условия испытаний, т.е. не допускать изгибов, поворотов, расширения
или изменения поперечных сечений трубопроводов в непосредственной
близости (менее четырех диаметров) от мерного сечения.
Обычно неравномерность потока на входе в насос возрастает с
увеличением типового числа K (коэффициента быстроходности ns) насоса.
Когда K > 1,2 (ns > 230), рекомендуется при испытаниях воспроизводить
эксплуатационные условия работы насоса.
Для соблюдения стандартных условий испытания рекомендуется отвод
от
резервуаров со
свободной
поверхностью
или
больших
сосудов
(резервуаров) в закрытой сети проводить прямым участком трубопровода,
длину L которого вычисляют по соотношению L/D = K + 5 (D - диаметр
трубы. Это особенно важно для испытания по классу 1).
Эти условия также будут соблюдены без установки выправляющих
поток устройств, для насоса, имеющего по схеме установки (стенда) на входе
изгиб трубопровода под прямым углом на расстоянии L от входного патрубка.
В таких условиях нет необходимости использовать выпрямители потока в
трубе между изгибом и насосом. Тем не менее, в закрытой схеме стенда, где
поток идет в насос сразу из резервуара, необходимо быть уверенным, что
поток жидкости, поступающей в насос, не имеет завихрений, вызванных
конструкцией стенда (установки), а идет с равномерной симметричной
33
скоростью.
Завихрений можно избежать при:
- тщательном конструировании трубопровода, подводящего поток к
мерному сечению и входному патрубку насоса;
- точном исполнении и использовании устройства, выпрямляющего
поток;
- правильной установке трубок отвода давления, уменьшающей их
влияние на результат измерения.
Не рекомендуется устанавливать задвижки на всасывающей линии
насоса, но если без нее не обойтись, например при кавитационных
испытаниях, длина прямой трубы между задвижкой и входом в насос должна
соответствовать требованиям.
2.4 Испытания насосов с дополнительным оборудованием
Если по вышеприведенным причинам согласовано испытание насоса в
условиях, схожих с условиями его работы на месте эксплуатации, то важно,
чтобы на входе моделируемого устройства поток жидкости был максимально
возможно лишен завихрений, вызываемых конструкцией стенда (установки),
и имел осесимметричное распределение скоростей. Необходимо создать все
условия для достижения этих целей.
При необходимости, для испытания по классу 1 распределение
скоростей потока в моделируемой схеме (цепи) следует определять
расположением трубок Пито, чтобы установить наличие требуемых
характеристик потока. В противном случае требуемые характеристики потока
в
соответствующих
сечениях
можно
получить
при
установке
соответствующих устройств, типа выпрямителей потока для направления или
корректировки (завихрений или асимметрии). При этом нужно быть
уверенным, что на условия испытаний не будут влиять потери напора,
связанные с некоторыми приспособлениями выправления структуры потока.
Если оговорены в договоре стандартные испытания, то их следует
соблюдать и при испытании насоса в комбинации с его дополнительным
оборудованием:
- необходимым для установки насоса на рабочем месте, или
- необходимостью для точного воспроизводства оборудования на
рабочем месте, или
-
оборудованием,
необходимым
для
проведения
испытания
(приспособления к насосу).
Если сам насос или насос в сборе с фитингами (дополнительным
оборудованием) устанавливают или испытывают в условиях, где трубные
соединения не могут обеспечить надлежащие условия из-за недоступности
или погружения, то измерения следует проводить в соответствии 2.4.
Обеспечение
самовсасывания
самовсасывающего
насоса
можно
проверить при указанном в договоре статическом напоре всасывания,
присоединив входной трубопровод, равнозначный тому, который используют
на окончательной установке.
Испытательные установки (стенды) должны обеспечивать стандартные
условия испытаний насосов при отсутствии колебаний и вихрей в потоке.
Стенды для испытаний допускается выполнять открытыми (т.е. со
свободным
уровнем
перекачиваемой
жидкости,
находящимся
под
атмосферным давлением) или закрытыми (т.е. без сообщения с атмосферой
(баком), где давление над поверхностью перекачиваемой жидкости может
поддерживаться как равным, так и выше и ниже атмосферного.
У стендов для параметрических и кавитационных испытаний перед
входным патрубком насоса должен быть предусмотрен прямолинейный
участок трубопровода длиной не менее шести внутренних диаметров патрубка
насоса. На этом участке должны отсутствовать изменения площади и
конфигурации проходного сечения трубопровода. Допускается использовать
на входе в насос гибкий шланг с сохранением условий.
Для предотвращения отрыва потока и образования вихрей при входе в
35
насос за счет разности внутренних диаметров стыкуемых фланцев насоса и
трубопровода выступающие торцы фланцев по направлению движения потока
сгладить (ликвидировать) путем введения конфузорных или диффузорных
проставков.
Схемы открытой и закрытой испытательных установок показаны на
рисунках 2.2-2.3.
1 - змеевик охлаждения (нагрева); 2 - экран поглощения колебаний;
3 - трубка к манометру или мановакуумметру;
4 - сопло распыления жидкости при деаэрации; 5 - расходомер; 6 - вентиль
контроля потока; 7 - вентиль; 8 - устройство обнаружения газа;
9 - испытуемый насос
Рисунок 2.2 - Кавитационные испытания. Измерение NPSH в закрытом
контуре, контроль давления и (или) температуры
1 - испытуемый насос; 2 - к клапану контроля потока и расходомеру;
3 - регулятор давления на входе
Рисунок 2.3
Стенд для получения характеристики самовсасывания насоса должен
иметь на входной линии перед насосом герметичный дроссель и обеспечивать
свободный выход воздуха из напорного патрубка в атмосферу.
Принципиальная схема стенда представлена на рисунке 2.4.
1 - насос; 2 - ротаметр; 3 - дроссель для создания разрежения на входе;
4 - вакуумметр; 5 - микроманометр; 6 - диафрагма
Рисунок 2.4 - Стенды для определения характеристик самовсасывания
насоса
37
Подачу воздуха самовсасывающим насосом измеряют перед дросселем
в трубопроводе, соединяющем дроссель с атмосферой; вакуум измеряют в
полости между дросселем и насосом.
Стенд для определения и проверки высоты самовсасывания и времени
самовсасывания выполняют по одной из схем, приведенных на рисунке 5.2.
Диаметры, длины и схему расположения трубопроводов при испытаниях
следует указывать в технической документации на насос или в программе
испытаний. Горизонтальные участки всасывающего трубопровода насоса
допускается имитировать емкостями, как это показано на рисунке 2.5.
Самовсасывающие насосы, которые не могут быть испытаны по
приведенным схемам, допускается испытывать на специальных стендах,
схемы которых и методы испытаний приводят в ПМ.
Для проверки самовсасывающей способности насоса допускается
использовать замкнутую емкость, из которой проводят отсасывание воздуха.
Объем воздуха, предельный вакуум и необходимое время отсасывания
устанавливают в ПМ.
hCH - номинальная высота самовсасывания; В - вакуумметр;
А - емкость, имитирующая длинный горизонтальный участок всасывающего
трубопровода
Рисунок 2.5 - Схемы определения высоты самовсасывания
Установку насоса (насосного агрегата) на стенде в зависимости от
требований технической документации следует проводить на упругих
элементах (амортизаторах) или непосредственно на фундамент.
Для насосов (насосных агрегатов), установку которых проводят на
амортизаторах, соединение патрубков насоса со всасывающим и напорным
трубопроводами осуществляют при помощи гибких проставков (рукавов).
Амортизаторы следует выбирать при условии, чтобы частота свободных
колебаний насоса (агрегата) на них была не менее чем в 1,5 раза ниже или в
1,3 - 1,6 раза выше частоты вращения ротора насоса.
Для насосов (насосных агрегатов), установку которых на стенде
производят
без
амортизаторов,
соединение
патрубков
насоса
с
трубопроводами допускается выполнять как при помощи гибких рукавов, так
и с жестким креплением к трубопроводам.
Место
расположения
стенда
для
определения
шума
должно
удовлетворять требованиям ГОСТ 23941 в соответствии с указанным в НД
(ТУ, ПМ) методом измерения.
39
Испытания по определению вибрации и шума насосного агрегата
(насосной установки) допускается проводить на месте его (их) эксплуатации
или при работе в технологической линии у потребителя по методике или ПМ,
утвержденным в установленном порядке.
2.5 Анализ результатов испытаний
Показатели, требующиеся для подтверждения характеристик, обычно
определяют в условиях, более или менее отличающихся от условий, на
которых основана гарантия.
Для подтверждения гарантий в случае проведения испытаний в
негарантированных условиях значения измеренных показателей должны быть
приведены к гарантированным условиям.
Все
данные
испытаний,
полученные
при
частоте
вращения n,
отклоняющейся от расчетной частоты вращения nр, должны быть пересчитаны
на расчетную частоту вращения nр.
Если
отклонение
полученной
частоты
вращения
при
испытании n относительно расчетной частоты вращения nр не превышает
допустимых
отклонений
и
отличие
жидкости
для
испытаний
от
предусмотренной жидкости находится в пределах, оговоренных в 2.5, то
данные измерений по подаче Q, напору H, потребляемой мощности P и КПД
(η) можно пересчитать, используя равенства:
ηр = η
и результаты, полученные для NPSHR, можно представить, используя
равенство:
Как
первое
приблизительное
значение
для NPSH можно
использовать x = 2, если выполнены расчетные условия, приведенные
в 2.4 для частоты вращения и подачи, и физическое состояние жидкости при
входе на рабочее колесо такое, что отсутствует воздействие газа, и оно не
оказывает отрицательного влияния на работу насоса.
Если насос работает на грани пределов кавитации или отклонение
частоты вращения, полученных при испытаниях, от расчетной частоты
превышает приведенные в 2.4, то на полученные результаты испытания и
пересчета
могут
влиять,
например,
термодинамический
эффект
поверхностного натяжения или разность содержания поглощенного или
выделенного газа. В этом случае значения показателя x находятся в пределах
между 1,3 и 2, и, следовательно, необходимо соглашение между сторонами,
чтобы определить величину x.
Когда используют различные двигатели для привода насоса или когда
гарантии определены относительно согласованной частоты и напряжения
сети, вместо согласованной частоты вращения, подачу, напор, потребляемую
мощность и КПД пересчитывают с заменой расчета частоты вращения nр на
частоту fp, a n на частоту f. Такое преобразование должно быть ограничено
для случаев, где выбранная частота изменяется при испытании не более чем
на 1 %. При этом напряжение сети при испытании не должно отклоняться
более чем на 5 % (в сторону увеличения или уменьшения) от данных, на
которых основана гарантия. В этом случае другие показатели насоса не
требуют изменения. Если вышеупомянутые отклонения, т.е. ± 1 % для частоты
и ± 5 % для напряжения, превышены, то покупатель и производитель
(поставщик) должны выработать взаимное соглашение.
Приведенные формулы и условия применяют и для приведения
экспериментально
полученных
значений
гидравлических
показателей
41
(характеристик) насоса к номинальным условиям, установленным в
стандартах, технической документации или ПМ. Для этих случаев приведены
расчетные
(рабочие)
формулы
для
определения
экспериментальных
показателей насоса и формулы приведения этих показателей к номинальным
значениям, указанным в стандартах, технической документации, каталогах и
ПМ.
При испытании самовсасывающих насосов подачу воздуха при
самовсасывании Qc следует пересчитывать на давление на входе в насос и
номинальную частоту вращения по формуле
Высоту самовсасывания следует пересчитывать на номинальное
атмосферное давление по формуле
где Рсн - разрежение на входе в насос в условиях испытания, Па,
ρн - плотность жидкости при номинальных условиях, кг/м3.
Характеристика насоса с более высоким значением NPSHA, чем
гарантированная, не может быть принята, если после ее приведения к
номинальной частоте вращения, указанная характеристика будет ниже
гарантированной.
Однако характеристика насоса с более низким значением NPSHA может
приниматься, если обеспечено отсутствие кавитации и после приведения к
номинальной частоте вращения указанная характеристика будет выше
гарантированной.
Каждое измерение несет неизбежную погрешность, даже если процесс
измерения, используемые приборы, а также методы анализа полностью
соответствуют требованиям настоящего стандарта и правилам.
Случайная погрешность возникает из-за несовершенства системы
измерения или измерительных устройств (приборов), или обеих причин
одновременно. В отличие от систематической погрешности случайная
погрешность может быть уменьшена (снижена) за счет увеличения числа
измерений одного и того же показателя при одних и тех же условиях.
Случайная
погрешность
в
измерении
переменной
величины
принимается в виде удвоенного стандартного отклонения этой переменной
величины. Погрешность измерения допускается определять и указывать
подобно аналогичному измерению в соответствии с ИСО 5198.
Когда частные ошибки (комбинация которых создает погрешность)
независимы одна от другой, являются малыми и многочисленными и имеют
распределение по закону Гаусса, с 95 %-ной вероятностью истинная ошибка
(т.е., разность между измеренным значением и действительным значением)
будет меньше, чем погрешность.
Погрешность
измерения
зависит
частично
от
остаточного
несовершенства прибора (инструмента) или метода измерения. После
устранения всех известных погрешностей (ошибок) калибровки прибора,
тщательной установки и измерения тем же самым прибором и по тому же
методу погрешность все равно останется. Этот компонент погрешности
(ошибки) называется «систематическая погрешность».
Приборы и методы, которые известны и используются при калибровке
приборов или на которые даны ссылки в международных и других стандартах,
обеспечивают при их использовании систематические погрешности, не
превышающие максимально допускаемые значения, приведенные в таблице 2,
следовательно, эти приборы и методы измерения могут быть применимы для
заинтересованных сторон (партнеров).
43
Т а б л и ц а 2 - Максимально допустимые значения систематических
погрешностей
Наименование показателя
Допустимые значения, %
Класс 1
Класс 2
Подача
± 1,5
± 2,5
Частота вращения
± 0,35
± 1,4
Крутящий момент
± 0,9
± 2,0
Напор насоса
± 1,0
± 2,5
Потребляемая мощность
± 1,0
± 2,0
привода
Другой составляющей суммарной погрешности является случайная
погрешность, возникающая из-за несовершенства системы измерения или
измерительных устройств (приборов) или обеих причин одновременно. В
отличие от систематической погрешности случайная погрешность может быть
уменьшена (снижена) за счет увеличения числа измерений одной и той же
величины (параметра) при одних и тех же условиях.
Суммарная погрешность измерения может быть вычислена путем
извлечения квадратного корня из суммы квадратов систематической и
случайной погрешностей.
Суммарная погрешность измерений должна быть определена, насколько
это возможно, сразу после испытания, принимая во внимание условия
измерения и работы по проведению испытаний.
Если выполнены рекомендации, относящиеся к систематической
погрешности, все требования, относящиеся к процессу испытания, как
описано в данном стандарте, можно предположить, что суммарная
погрешность (при доверительной вероятности 95 %) не превысит значений,
приведенных в таблице 3.
Таблица 3
Наименование показателя
Допустимое значение суммарной
погрешности измерений, %
Класс 1
Класс 2
Подача eQ
± 2,0
± 3,5
Частота вращения en
± 0,5
± 2,0
Крутящий момент eТ
± 1,4
± 3,0
± 1,5
± 3,5
± 2,0
± 4,0
Напор насоса еН
Мощность насоса еPaг
Мощность
вычисленная
насоса,
по
крутящему
моменту и частоте вращения n, eP
Мощность
определяемая
мощности
насоса,
по
потребляемой
двигателя
и
КПД
двигателя eP
Коэффициенты суммарной погрешности определения КПД насосного
агрегата и КПД насоса следует рассчитывать по следующим формулам:
если КПД рассчитан из крутящего момента и частоты вращения,
если КПД рассчитан из мощности насоса.
Используя значения суммарных погрешностей таблицы 3, расчеты по
формулам приведут к результатам таблицы 4.
45
Таблица 4
-
Расчетные
значения
суммарных
погрешностей
определения КПД
Наименование показателя
Расчетное значение суммарной
погрешности определения КПД, %
Общий КПД агрегата, рассчитанный
Класс 1
Класс 2
± 2,9
± 6,1
± 2,9
± 6,1
± 3,2
± 6,4
по Q, eηQ
КПД насоса, рассчитанный по Q, Н,
Т и n, eη
КПД насоса, рассчитанный по Q, Н,
Раг и ηдв, eη
Погрешности, приведенные в таблицах 7 и 8, указывают на возможные
отклонения
значения
показателя,
полученного
при
испытаниях,
от
фактического значения этого показателя.
В каждом насосе имеются геометрические отклонения от чертежей изза погрешностей изготовления его деталей, сборочных единиц и насоса в
целом.
При
сравнении
результатов
испытания
с
гарантированными
показателями (рабочими точками) предусмотрены допуски, включающие
возможные отклонения рабочих данных испытуемого насоса от насоса без
погрешностей изготовления.
Необходимо иметь в виду, что допуски на рабочее состояние насоса, т.е.
производственные отклонения, соотносятся с практическими показателями
(данными) насоса, а не с условиями проведения испытаний и ошибками
измерений (погрешностями).
Для упрощения расчета гарантированных величин рекомендуется
введение допускаемых отклонений.
Эти допускаемые отклонения суммируют влияние геометрических
отклонений на различные измеряемые показатели и различных измеряемых
погрешностей (используемых методов испытания) на измеряемые и расчетные
величины.
Эти допускаемые отклонения ± tQ; ± tH и ± tη для подачи, напора и КПД
насоса соответственно следует применять к гарантийным точкам QG; HG.
При отсутствии специального соглашения на использование допусков
необходимо использовать значения, приведенные в таблице 5
Таблица 5
Наименование показателя
Значение допускаемого
отклонения (с учетом
производственного отклонения), %
Класс 1
Класс 2
Подача tQ
± 4,5
±8
Напор насоса tH
±3
±5
КПД насоса tη
Минус 3
Минус 5
Иные значения допускаемых отклонений, например, только
в
положительную сторону (т.е. со знаком плюс), можно оговорить в договоре.
Характеристики насосов серийного производства, подобранные по
типовым характеристикам, приведенным в каталогах, и насосов, имеющих
потребляемую мощность менее 10 кВт, могут различаться.
2.5 Обработка результатов испытаний
Результаты измерений должны быть обработаны с целью получения
количественных значений работы насоса в условиях проведения испытания на
каждом режиме, а затем пересчитаны на номинальные условия для сравнения
с нормированными значениями, приведенными в нормативном документе или
гарантированными в договоре.
Обработку
результатов
измерений
проводят
в
соответствии
с
инструкциями по применению используемых средств измерения, а также по
формулам
(программам,
графикам),
выражающим
правила
подсчета
количественных значений требуемых показателей по результатам измерений.
47
Подачу насоса при испытаниях определяют по методике, приведенной в
нормативном документе на способ измерения или в эксплуатационной
документации на применяемые измерительные приборы.
Теоретические формулы определения напора насоса в зависимости от
схемы испытательного стенда приведены на рисунке 2.6.
H = H2 - H1,
Рисунок 2.6 - Определение полного напора насоса
Типовые схемы установки насосов на испытательных стендах и
расположение приборов для измерения давления на входе и выходе насоса
приведены на рисунках 10- 13.
Рисунок 2.7
Рисунок 2.8
Рисунок 2.9
49
Рисунок 2.10
Рисунки 2.7 – 2.10 - Схемы установок насосов и расположения
приборов для измерения давления при испытаниях
Формулы для подсчета полного напора насоса Нu, м при испытании в
зависимости от конструкции насоса, схемы его установки на испытательном
стенде, расположения измерительных приборов давления и при расположении
мерных сечений вблизи к входному и выходному патрубкам насоса, когда
гидравлические потери Нj1 и Hj2 малы и могут не учитываться, после
преобразований принимают вид:
- для насоса, испытуемого по схеме, приведенной на рисунке 9:
-
для
насоса,
испытуемого
по
схемам,
приведенным
на
рисунках 2.6 и 2.7:
- для насоса, испытуемого по схеме, приведенной на рисунке 2.9 и с
учетом гидравлических потерь Hj2 на участке от выходного патрубка насоса
до мерного сечения на выходе из насоса, т.е. в трубе длиной L и внутренним
диаметром d
где Qu - подача насоса для измеряемого режима, м3/с;
ρи- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
Рм1 и
Рм2- показание
прибора
измерения
давления
жидкости
соответственно в мерных сечениях на входе и выходе из насоса, Па;
d1 и
d2 - внутренний
диаметр
трубопровода в мерном сечении
соответственно на подводящей и отводящей линиях насоса, м;
DZм - разность отметок положения приборов для измерения давления в
мерных сечениях при входе (ZМ1) и на выходе (ZМ2) из насоса относительно
выбранной эталонной (базовой) плоскости, м;
- вертикальная отметка положения прибора для измерения давления
в мерном сечении на выходе из насоса относительно свободного уровня
жидкости, м;
КПД насоса и насосного агрегата вычисляют по формулам:
- для насоса
где ηинас- КПД насоса при испытании для соответствующего режима, %;
Рн- мощность, потребляемая насосом в данном режиме, кВт;
Z - для насосного агрегата:
где ηиагр- КПД насосного агрегата, %;
Риагр- мощность потребляемая насосным агрегатом в данном режиме,
кВт.
Определение Dh (NPSH)
где Dhu (NPSH)u - кавитационный запас насоса для данного режима, м;
51
Рм1- давление жидкости на входе в насос, Па;
Рб- барометрическое давление при испытании насоса, Па;
Рп- давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости на входе в
насос, Па.
Для насоса, расположенного ниже свободной поверхности, над которой
давление равно атмосферному (см. рисунки 12 - 13), NPSHu вычисляют по
формуле
где Z - вертикальная отметка положения свободного уровня жидкости
относительно базовой плоскости NPSH колеса насоса.
2.6 Оформление результатов испытания
Полученные в результате проведенных испытаний параметры насоса
должны быть приведены к номинальной частоте вращения (числу оборотов nн)
и, при необходимости, к номинальной плотности перекачиваемой жидкости
по формулам, приведенным в 2.7, которые при замене nр на nн u n на
nи принимают вид:
η = ηи,
где Dhдоп (NPSHR) - допускаемое значение Dh (NPSH) в данном режиме
(Q);
Dhкp (NPSH3) - значение
величины Dh
(NPSH),
определяемое
экспериментально по 3 %-ному падению полного напора первой ступени
насоса при кавитационных испытаниях.
R' - коэффициент кавитационного запаса, принимаемый в пределах от 1
до 1,3.
Для
самовсасывающих
насосов
подачу
воздуха
при
самовсасывании Qc и высоту самовсасывания hc пересчитывают по формулам,
приведенным в 2.6.
Следует иметь в виду, что пересчеты по приведенным выше формулам
справедливы, если частота вращения насоса при испытаниях не выходит за
пределы, указанные в 2.6 .
53
3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СТЕНДА
3.1 Описание стенда
Схема стенда для экспериментального исследования характеристик
центробежного насоса (зависимости напора - Hн, потребляемой мощности Nдв и КПД - н от подачи - Qн) приведена на рисунке. Гидросистема стенда
состоит из испытываемого насоса, приводимого в действие балансирным
электродвигателем,
укомплектованным
тахометром
(балансирный
электродвигатель позволяет измерить момент на его вале - Мдв, возникающий
в результате работы приводимого им в действие насоса, а тахометр служит
для измерения частоты вращения вала – nдв), резервуара с водой
и
всасывающего и нагнетательного трубопроводов. На входе во всасывающий
трубопровод установлен фильтр (коэффициент сопротивления ζф) для очистки
воды от механических примесей. Всасывающий трубопровод снабжен
регулировочной задвижки, с помощью которой можно изменять давление на
входе в насос. Величина этого давления контролируется манометром р1. Для
изменения давления на выходе из насоса, измеряемого с помощью манометра
р2, в напорном трубопроводе также установлена регулировочная задвижка.
Оба манометра установлены на одном уровне, расположенном на высоте h
относительно оси всасывающего трубопровода. Величина подачи насоса
определяется с помощью расходомера, работающего на принципе измерения
расхода по перепаду статических напоров, создаваемых нормальным соплом,
выходной диаметр которого dс. Величина расхода определяется по перепаду
статических
напоров
дифференциального
h
на
сопле,
измеряемому
с
помощью
ртутного манометра (плотность ртути – ρрт) или по
разности высот водяных столбов в двух пьезометрах ΔН.
Всасывающий трубопровод изготовлен из стали и имеет диаметр – dвс,
длину – lвс, эквивалентную шероховатость стенок – Δвс. Нагнетательный
трубопровод изготовлен также из стали и имеет характеристики: dн, lн и Δн.
Резервуар, заполняемый водой до отметки ▽А (плотность воды – ρ, ее
кинематический коэффициент вязкости - ), выполнен в виде цилиндра
диаметром D. В воздушной подушке над водой создано давление р
(допустимая
величина
этого
давления
ограничивается
настройкой
предохранительного клапана).
Исходные данные:
клапан
от источника
давления
Q
dc
H
p

A

B

к
расходометр
lн,dн,
регулировочная
задвижка
н

h
p1
резервуар
p2
ртуть
h1
фильтр
lвc,dвc,

C
слив
насос
двигатель
вc
тахометр

O
от водопровода
Схема стенда для экспериментального исследования рабочих характеристик
центробежных насосов
Рисунок 3.1 – Схема стенда для испытания динамических насосов
Физические характеристики воды:
 = 103 кг/м3 ;
 = 10−2 Ст;
Характеристики трубопровода:
lвс = 2,2 м; dвс = 95 мм; ∆вс = 0,1 мм; с = 0,5 м; ξф = 6; звс = 2;
lн = 3,2 м; dн = 85 мм; ∆н = 0,1 мм; в = 1,95 м; ξк = 0,5; ξс = 0,08; зн = 8.
Характеристики ёмкости:
55
D = 1,4 м; А = 2,3 м; p = 0,25 МПа (избыточное)
Характеристика расходомера:
Dc = 65 мм;
Высота установки манометров:
h1 = 1,3 м.
3.2 Гидростатические расчеты
1) Определить силу давления воздуха на верхнюю крышку резервуара.
2
 ∙ 1,42
 =
∙=
∙ 0,25 ∙ 106 ≈ 384,85 .
4
4
2)
Определяем
нагрузки,
действующие
в
горизонтальном
направлении, на места крепления всасывающего и напорного трубопроводов,
создаваемых давлением воды при неработающем насосе в двух случаях:
а) при полностью закрытых регулировочных задвижках и отсутствии
воды за ними (давление воздуха за ними считать атмосферным):
н2
н = [ +  (∇ − ∇)] ∙
;
4
 ∙ 0,0852
н = [0,25 ∙ 10 + 1000 ∙ 9,8 (2,3 − 1,95)] ∙
= 1438 Н;
4
6
2
вс
вс = [ +  (∇ − ∇)] ∙
;
4
 ∙ 0,0952
вс = [0,25 ∙ 10 + 1000 ∙ 9,8 (2,3 − 0,5)] ∙
= 1897 Н;
4
б) при полностью открытых задвижках:
6
Pн = Рвс = 0;
3.3 Расчёты кинематических и динамических параметров движения жидкости
в системе
Построим
для
напорного
трубопровода
графики
полного
(гидродинамического) напора на входе в трубопровод, показаний манометра
p2 и потерь напора в трубопроводе от протекающего расхода жидкости.
ℎ()− ? ; 2 ()− ? ; ∑21 ℎп ()− ?;
Диапазон изменения расхода: от 0 до 40 л/с.
Уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 и 2 – 2:
2

ℎ = (∇ − ∇) +
+ ∑ ℎп (1), где

1
2
υ2
ℎ=
+ ℎ1 + 
(2)

2
∑21 ℎп ():
Построим график зависимости;
Потери напора: ∑21 ℎп =
Расход:
υ2
2
(
Q= υ ∙
н
н
н2
4
+  +  + зн + вых )
→ υ=
4
н2
;
Переход от ламинарного к турбулентному режиму (от α = 2 к α = 1)
произойдет при критическом числе Рейнольдса:
Reкр = 2300;
С другой стороны:
Reкр =
υкр ∙ н
4кр
=
;

н 
Значит переход произойдет при расходе кр =
кр =
1
4
 ∙ н  ∙ кр ;
1
л
∙  ∙ 0,085 ∙ 10−2 ∙ 10=4 ∙ 2300 = 0,154 ;
4
с
2
16 ∙ 2
1
н
∙
∙
+ к + с + зн + вых ) ;
∑ ℎп =
(
 ∙ н4 2 
н
1
57
2
16 ∙ 2
1
3,2
∙
∙
∙
+ 0,5 + 0,08 + 8 + 1) ;
∑ ℎп = 2
(
 ∙ 0,0854 2 ∙ 9,8
0,085
1
2
∑ ℎп = 1584,5 2 (37,65  + 9,58) =>
1

Задаваясь расходом Q, определяем по графику  = (, н ) и считаем
∆н
∑21 ℎп .
2
υ2

υ2
н
(1) + (2):
+ ℎ1 + 
= (∇ − ∇) +
+
( + к с зн вых )

2
 2 н
2

υ2
н
= (∇ − ∇) +
− ℎ1 +
( к + с + зн + вых − )


2 н
Р2 = [(∇ − ∇) − ℎ1 ]  +  +
1
162
н
 ∙ 2 4 ( + к с зн вых − )
2
 н
н
2 = [2,3 − 0,5 − 1,3] ∙ 9800 + 0,25 ∙ 106 +
16 ∙ 2 ∙ 1000
3,2
∙
(
∙
+
2 2 ∙ 0,0854
0,085
+0,5 + 0,08 + 8 + 1 − 1);
2 = 2,549 ∙ 105 + 155,3 ∙ 105 ∙ 2 (37,65 + 8,58) =>

Задаваясь расходом Q, определяем по графику  = (, н ) и считаем Р2 .
∆н
2

(2): ℎ = (∇ − ∇) +
+ ∑ ℎп

1
2
0,25 ∙ 106
(2,3
ℎ=
− 0,5) +
+ ∑ ℎп
103 ∙ 9,8
1
2
ℎ = 27,31 + ∑ ℎп =>
1
Подставляя уже полученные значения потерь ∑21 ℎп , считаем h (в
зависимости от Q). Для определения λ нам потребуется отношение:
н
85
=
= 850.
∆н
0,1
 =
4
= 14979с ∙  ∙ 103 .
н 
Задаем значениями расхода Q от 0 до 40 [л/с] с интервалами в 5 л/с и
рассчитаем для каждого расхода значения h, p2 и ∑21 ℎп :
1) Q = 0: ∑21 ℎп = 0; 2 = 2,549 ∙ 105 Па; ℎ = 27,31 м.
2) Q = 5 л/с: Re = 14979∙5 ≈ 7,5 ∙ 104;
 = 0,022.
2
∑ ℎп = 1584,5 ∙ 52 ∙ 10−6 (37,65 ∙ 0,022 + 9,58) = 0,41 м;
1
2 = 2,549 ∙ 105 + 15,53 ∙ 106 ∙ 52 (37,64 ∙ 0,022 + 8,58) = 2,586 ∙ 105 Па
ℎ = 27,31 + 0,41 = 27,72 м.
3) Q = 10 л/с: Re = 1,5 ∙ 105;  = 0,021; ∑21 ℎп = 1,64 м;
2 = 2,695 ∙ 105 Па; ℎ = 28,95 м.
4) Q = 15 л/с: Re = 2,25 ∙ 105;  ≈ 0,0205; ∑21 ℎп = 3,69 м;
2 = 2,876 ∙ 105 Па; ℎ = 31 м.
5) Q = 20 л/с; Re = 3 ∙ 105 ;  = 0,02 (Re увеличивается далее, поэтому 
не будет меняться) ∑21 ℎп = 6,55 м; 2 = 3, 129 ∙ 105 Па; ℎ = 33, 86 м.
6) Q = 25 л/с: ∑21 ℎп = 10,23 м; 2 = 3,455 ∙ 105 Па; ℎ = 37,54 м.
7) Q = 30 л/с: ∑21 ℎп = 14,74 м; 2 = 3,853 ∙ 105 Па; ℎ = 42,05 м.
8) Q = 35 л/с: ∑21 ℎп = 20,06 м; 2 = 4,325 ∙ 105 Па; ℎ = 47,37 м.
9) Q = 40 л/с: ∑21 ℎп = 26, 20 м; 2 = 4, 868 ∙ 105 Па; ℎ = 53,51.
Строим график 1.
59
Рис. 3.1. Графики полного (гидродинамического) напора на входе в
трубопровод, показаний манометра p2 и потерь напора в трубопроводе от
протекающего расхода жидкости (нагнетательный трубопровод)
2) Построим для всасывающего трубопровода графики зависимости полного
(гидродинамического) напора на выходе из трубопровода, показаний
манометра р1 и потерь напора в трубопроводе от расхода жидкости.
h(Q) - ?; p1(Q) - ?; ∑21 ℎп ()− ?.
Диапазон изменений расхода: от 0 до 40 л/с.
Уравнение Бернулли:
2
1
12

+ ℎ1 + 
= (∇A − ∇C) +
− ∑ ℎп , где

2

1
2
12
вс
+ звс + ф ) ;
∑ ℎп =
(
вс
вс
1
Режим почти сразу же становятся турбулентным, по этому в расчетах α = 1.
2
82
вс
+ звс ф ) ;
∑ ℎп = 2 4 (
 вс 
вс
1
2
82
2,2
+ 2 + 6) ;
∑ ℎп = 2
(
 ∙ 0,0954 ∙ 9,8
0,095
1
2
∑ ℎп = 1015,52 (23,16  + 8);
1
2
1
12

+ ℎ1 + 
= (∇A − ∇C) +
− ∑ ℎп , выразим 1 через :

2

1
82 ∙ 
2,2
1 = [(∇A − ∇C) − ℎ1 ] +  − 2 4 (
+ 2 + 6 + 1) ;
 вс
0,095
8 ∙ 103
1 = [2,3 − 0,5 − 1,3] ∙ 9800 + 0,25 ∙ 10 − 2
2 (23,16 + 9);
4
 ∙ 0,095
6
1 = 2,549 ∙ 105 − 9,95 ∙ 106 ∙ 2 (23,16 + 9).
2

ℎ = (∇A − ∇C) +
− ∑ ℎп ;

1
2
2
1
1
0,25 ∙ 106
ℎ = (2,3 − 0,5) +
− ∑ ℎп ; => ℎ = 27,31 − ∑ ℎп .
103 ∙ 9,8
Для определения λ нам потребуется отношение:
вс
0,095
=
= 950.
∆вс
0,0001
 =
4
= 13403 ∙  ∙ 103 .
вс 
Задаемся значениями Q от 0 до 40 л/с с интервалами в 5 л/с и рассчитываем
для каждого расхода значения h, p1 и ∑21 ℎп .
1) Q = 0: ∑21 ℎп = 0; 1 = 2,549 ∙ 105 Па; ℎ = 27,31м.
2) Q = 5 л/с: Re = 13403 ∙ 5 = 6,7 ∙ 104; h = 0,023.
2
2
∑ ℎп = 1015,5 ∙ 0,052 ∙ (23,16 ∙ 0,023 + 8); ∑ ℎп = 0,22 м;
1
1
1 = 2,549 ∙ 105 ∙ 9,95 ∙ 106 ∙ 52 ∙ 10−6 ∙ (23,16 ∙ 0,023 + 9) ≈ 2,525 ∙ 105 Па;
h = 27,31 + 0,22 = 27,09 м;
61
3) Q = 10 л/с; Re = 1,34 ∙ 105; λ = 0,021; ∑21 ℎп = 0,86 м;
p1 = 2,455 ∙ 105Па; h = 26,45 м.
4) Q = 15 л/с: Re = 2,01 ∙ 105; λ = 0,021; ∑21 ℎп = 1,94 м;
p1 = 2,337 ∙ 105 Па; h = 25,37 м.
5) Q = 20 л/с; Re = 2,68 ∙ 105; λ = 0,0205; ∑21 ℎп = 3,44;
p1 = 2,172 ∙ 105 Па; h = 23,67 м.
6) Q = 25 л/с; Re = 3,35 ∙ 105; λ = 0,020; ∑21 ℎп = 5,37 м;
p1 = 1,961 ∙ 105 Па; h = 21,94 м.
7) Q = 30 л/с; ∑21 ℎп = 7,73 м; p1 = 1,702 ∙ 105 Па; h = 19,58 м.
8) Q = 35 л/с; ∑21 ℎп = 10,53 м; p1 = 1,396 ∙ 105 Па; h = 16,78 м.
9) Q = 40 л/с; ∑21 ℎп = 13,75 м; p1 = 1,042 ∙ 105 Па; h = 13,56 м.
Строим график 2.
Рис. 3.2. Графики зависимости полного (гидродинамического) напора на
выходе из трубопровода, показаний манометра р1 и потерь напора в
трубопроводе от расхода жидкости (всасывающий трубопровод).
3) Построим график зависимости показаний ртутного дифференциального
манометра ∆h и разности высот столбов воды в пьезометрических трубках
расходомера ∆Н в функции от расхода жидкости в напорном трубопроводе.
Разности высот заполнения расходомера
возникают из-за разности давлений
жидкости до входа в сопло и на выходе
из сопла.
∆ℎ =
рт − 
∆
; ∆ =
∆ℎ, где
т

∆p = p3 – p4 – разность давлений;
кг
рт = 13600 3 ;
м
Уравнение Бернулли для сечения 3-3 и 4-4:
4
3
32
4
42
+
=
+ 
+ ∑ ℎп ;

2

2
3
( = 1, турбулентный режим)
3 − 4

42
2
2
( − 3 ) + 
=
;

2 4
2
∆
 162 162
 162
=
− 2 4) +
∙
;
(

2  2 4
 н
2  2 4
рт ∆
82  + 

= 2 (
−
);
рт 
 
4
н4
∆ℎ =
рт − 
8
 + 

2

−
;
∆
=
∆р;
(
)
 2 рт
4
н4

8 ∙ 103 ∙ 2
1 + 0,08
1
∆ℎ = 2
−
(
) ≈ 251,45 ∙ 2 ; ∆ = 12,6 ∙ ∆ℎ.
 ∙ 9,8 ∙ 1,36 ∙ 104 0,0654
0,0854
Задаваясь расходом Q от 0 до 40 л/с с шагом в 5 л/с определяем ∆ℎ и ∆.
1) Q = 0: ∆ℎ = 0; ∆ = 0.
2) Q = 5 л/с: ∆ℎ = 6,29 ∙ 10−3 м; ∆ = 79,254 ∙ 10−3 м.
63
3) Q = 10 л/с: ∆ℎ = 2,5 ∙ 10−2 м; ∆ = 3,15 ∙ 10−1 м.
4) Q = 15 л/с: ∆ℎ = 5,66 ∙ 10−2 м; ∆ = 7,13 ∙ 10−1 м.
5) Q = 20 л/с: ∆ℎ = 0,1 м; ∆ = 1,27 м.
6) Q = 25 л/с: ∆ℎ = 0,157 м; ∆ = 1,98 м.
7) Q = 30 л/с: ∆ℎ = 0,23м; ∆ = 2,85 м.
8) Q = 35 л/с: ∆ℎ = 0,31 м; ∆ = 3,88 м.
9) Q = 40 л/с: ∆ℎ = 0,4 м; ∆ = 5,07 м.
Задаваясь расходом Q от 0 до 40 л/с с шагом в 5 л/с определяем ∆ℎ и
∆. Строим график 3.
Рис. 3.3. График зависимости показаний ртутного дифференциального
манометра ∆h и разности высот столбов воды в пьезометрических
трубках расходомера ∆Н
3.4 Расчет параметров работы насоса на гидросистему
По характеристики центробежного насоса определить его подачу Qн,
напор Нн и КПД ɳн.
Нпотр = Н ст + ∑ ℎп ; Нст = 0, так как жидкость течет “по кругу”
возвращаясь в исходный резервуар.
(*) Нпотр = ∑ ℎп ; => потребляемый напор;
∑ ℎп ; => потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах.
Решаем уравнение (*) графически. Строим график 4.
Рис. 3.4. Характеристика насоса
Из графика имеем:
Qн = 27,4 л/с – подача насоса (расход).
Нн = 18 м − напор насоса.
ɳн = 63 % - КПД насоса.
По полученным данным можно определить необходимую мощность
электродвигателя Nдв.
ɳ=
н потр
н потр
=> дв =
;
дв
ɳ
65
дв
27,4 ∙ 10−3 ∙ 1000 ∙ 9,8 ∙ 18,8
=
= 8012,98 Вт.
0,63
Nдв = 8 кВт – необходимая мощность электродвигателя.
4 ОРГАНИЗАЦИОННО – ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
4.1 Организация и планирование научно-исследовательских работ
Научно-исследовательские работы (НИР) проводят в случае, когда
разработку продукции невозможно или нецелесообразно осуществлять без
проведения соответствующих исследований.
НИР проводят с целью получения методами научного исследования
обоснованных исходных данных для разработки технических заданий на
новую
продукцию и
модернизацию
старой
и
выявления
наиболее
эффективных решений для использования их в процессе проведения опытноконструкторских
работ (ОКР) и опытно-технологических работ (ОТР),
создания образцов, осуществления их всесторонней проверки перед
проведением ОТР.
В качестве исходного документа для проведения НИР рекомендуется
разрабатывать техническое задание (ТЗ НИР). Оно определяет цель,
содержание, порядок проведения работ, а также намечаемый способ
реализации результатов научно-исследовательских работ.
Порядок построения, изложения и оформления ТЗ НИР разрабатывает
и утверждает исполнитель НИР по согласованию с заказчиком (при его
наличии).
В качестве ТЗ НИР может быть принят любой документ, признанный
заказчиком и исполнителем НИР как исходный документ для выполнения
работ.
В общем случае предусматривают следующие этапы выполнения НИР:
1) выбор направления исследований;
2) теоретические и экспериментальные исследования;
3) обобщение и оценка результатов исследований.
67
В ходе работы были затронуты все три этапа: выбор направления
исследований
в
рамках
общей
комплексной
темы,
теоретические
исследования, обобщение и оценка результатов исследований.
При выявлении на стадии исполнения НИР нецелесообразности
дальнейшего проведения работ из-за неизбежности получения отрицательного
результата или потери актуальности, исполнитель НИР представляет
заказчику (при его наличии) обоснование для прекращения работ.
Обоснованием для прекращения НИР является согласованное с
заказчиком решение исполнителя НИР.
При наличии нескольких исполнителей НИР решение должно быть
согласовано также с головным исполнителем НИР.
По результатам НИР составляют отчет, который содержит обобщение
результатов работ, проведенных на всех этапах НИР, и рекомендации по
разработке продукции.
Рекомендации по разработки продукции содержат:
1) технические требования для включения в техническое задание на
продукцию, а также предложения по её стандартизации (при
необходимости);
2) предложения по разработки продукции;
3) копии опубликованных авторских свидетельств и патентов (при их
наличии), а также в установленном порядке копии заявок на
изобретения, оформленные исполнителем НИР.
Результаты законченных НИР рассматривают на научно-техническом
(ученом) совете организации
(предприятия)
– исполнителя
НИР с
привлечением заказчика (при его наличии).
При рассмотрении результатов НИР совет (секция) в общем случае
определяет:
1) соответствие проделанных исследований требованиям ТЗ НИР;
2) обоснованность рекомендаций по разработке продукции, технический
уровень, конкурентоспособность продукции;
3) научно – технический уровень проведенных исследований;
4) перечень вопросов, требующих дальнейшего решения при проведении
ОКР (ОТР).
Совет (секция) может рассмотреть также вопрос о возможности
представления имеющегося экспериментального образца на приемочную
комиссию для принятия решения о производстве такой продукции.
4.2 Затраты на проведение НИР. Состав работ на этапах НИР
Этапы проведения НИР, а также трудоемкость их проведения
предусматривают в общем случае выполнение работ, указанных в таблице 3.1.
Общая трудоемкость этапов НИР определяется путем суммирования норм
трудоемкости всех этапов проведения НИР.
Таблица 4.1 – Состав работ и их трудоемкость на этапах НИР
ТрудоёмЭтап НИР
Состав работ
кость, н/ч
1
2
3
Сбор и изучение научно-технической
документации и другой информации,
40
относящейся к теме исследования
Проведение патентных исследований
Выбор
направления
Обобщение и систематизация накопленной
информации по теме исследования
Выбор
и
обоснование
принятого
направления исследований и методы
решения поставленных задач
Научное консультирование дипломного
руководителя
Оценка ожидаемых показателей новой
продукции после внедрения результатов
НИР
2
25
15
20
5
69
Продолжение таблицы 4.1
1
Теоретические
исследования
2
Разработка общей методики проведения
исследований, составление графика работ
Составление промежуточных расчетов, их
рассмотрение и корректировка общей
программы НИР
Построение моделей объекта исследований,
обоснование допущений
Анализ
требований
(точностных,
быстродействия, надежности и др.) к
отдельным блокам устройства
Обобщение результатов предыдущих этапов
работ
Оценка полноты решения задач
Обобщение
Разработка
рекомендаций
по
и оценка
использованию результатов проведенных
результатов
исследований НИР
Составление и оформление отчета
Рассмотрение результатов НИР и приёмка
работ в целом
Итого: общая трудоёмкость разработки этапов НИР
3
10
34
50
4
12
6
5
50
6
284
Затраты на выполнение научно-исследовательской работы рассчитаны и
приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Затраты на выполнение НИР
Статьи затрат
1
Сумма, руб
2
1. Основная (тарифная)
заработная плата
1.1. Руководителя
1.2. Исполнителя
Итого
2. Дополнительная
заработная плата
3. Полная заработная
плата
4. Отчисления во
внебюджетные
социальные фонды
5. Накладные расходы
6. Прочие расходы
7. Итого: общая сумма
затрат
1820
8946
10766
Примечание
3
1.1. СЧТС·Т·1,4,
1.2. С΄ЧТС·Т΄·1,4,
где СЧТС = 65 и С΄ЧТС = 22,5 –
часовая тарифная ставка, руб;
Т = 20 – трудоёмкость НИР
Т΄ – трудоёмкость НИР (табл. 3.1)
1,4 – коэффициент, учитывающий
премии и доплаты.
1076,6
10% пункта 1
11842,6
Пункт 1 + пункт 2
3079,01
26% пункта 3
10766
269,15
100% пункта 1
2,5% пункта 1
25956,76
п3+п4+п5+п6
4.3 Прибыль и договорная цена НИР
Прибыль – один из важнейших показателей деятельности предприятия
(лаборатории, НИИ), характеризующий размер чистого дохода, созданного в
результате его деятельности.
В данном случае говорить о «твердой» прибыли НИР невозможно,
поэтому можно только предположить, что прибыль составит некоторое
количество процентов от общей суммы затрат.
Расчет прибыли и договорной цены НИР представлен в таблице 4.3.
71
Таблица 4.3 – Прибыль и договорная цена НИР
Наименование статьи
Сумма, руб.
1
2
1. Норма затрат на выполнение
25956,76
НИР
2. Норма прибыли
3893,51
3. Договорная цена НИР
29850,27
Примечание
3
таблица 3.2
15% пункта 1
пункт 1+пункт 2
4.4 Оценка научно-технической результативности НИР
В данном разделе производится количественная оценка и качественный
анализ НИР на основе следующих факторов:
1) новизна полученных результатов;
2) глубина научной проработки;
3) степень вероятности успеха;
4) перспективность использования результатов;
5) масштаб возможной реализации результатов.
Количественный анализ НИР состоит в сопоставлении преимуществ и
недостатков полученных результатов на основе оценок “выше – ниже”,
“лучше – хуже”, “больше – меньше”.
Количественная оценка по каждому из факторов устанавливается
экспериментальным путем (числовые значения коэффициентов значимости).
При этом величина коэффициента достигнутого уровня должна быть не
более единицы.
Результаты качественного анализа и количественной оценки НИР
занесены в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 – Характеристика показателей и признаков научно-технической
результативности НИР
Показатель
Коэффициент Качество
научной
значимости показателей
результативности
1
2
3
Новизна
полученного
результата
0,23
Перспективность
использования
результатов НИР
0,25
Важная
Глубина научной
проработки
0,26
Средняя
Завершенность
полученных
результатов
0,26
Средняя
Достаточная
Характеристика
показателей
4
Установлены
некоторые общие
закономерности,
методы, способы,
позволяющие
создать
принципиально
новые виды
техники
Результаты будут
использованы в
конкретном
научном
направлении при
разработке новых
технических
решений,
направленных на
существенное
повышение
производительност
и труда
Сложность
теоретических
расчетов
невысокая,
результаты
проверены на
ограниченном
количестве
экспериментальных
данных
Рекомендации,
развернутый
анализ,
предложения
Коэффициент научно-технической результативности:
Коэффициент
достигнутого
уровня
5
0,7
0,8
0,7
0,7
0,725
73
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
В выпускной квалификационной работе была поставлена задача выбора
схемы и расчета стенда для испытаний динамических насосов. В выпускной
квалификационной работе были решены следующие задачи:
1. Приведена
основная
информация
о
насосной
технике.
Классификация, основные схемы, история развития.
2. Проведен
анализ
современных
тенденций
и
направлений
совершенствования конструкций центробежных насосов.
3. Проведен обзор и анализ конструкций испытательных стендов.
4. Выполнен статический гидравлический расчет стенда. Определены
давления в напорной и всасывающей линиях.
5. Рассчитаны кинематические и динамические параметры движения
жидкости в системе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евтушенко А.А. Гидродинамические аспекты новой концепции
развития насосостроения / А.А. Евтушенко // Труды Междунар. научно-техн.
конф."Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования" - Харьков: ИПМАШ НАН Украины. - 1997 - С. 477480.
2. Яременко О.В. Состояние и перспективы унификации динамических
насосов / О.В. Яременко, В.И. Федосова // - М.: ЦИНТИхимнефтемаша, 1989.
- 48 [2] с. - (Насосостроение. - Серия ХМ-4).
3. Евтушенко А.А. Развитие работ по совершенствованию боковых
подводов турбомашин / А.А. Евтушенко, М.В. Карапузова, С.О. Луговая //
сборник научных трудов 6-й Международной научно-технической конференции. - СПб : Изд-во Политехн. Ун-та. - 2010. - С. 56-57.
4. Карапузова М.В. Исследование структуры течения в боковых
подводах гидромашин и некоторые рекомендации по их проектированию /
Карапузова М.В., Луговая С.О., Твердохлеб И.Б. // Теория и практика насосо и компрессоростроения: монография / под ред. В. А. Марцинковского, И. Б.
Твердохлеба, Е. Н. Савченко. - Сумы: Сумский государственный университет,
2011. - С. 209-217.
5. Карапузова М.В. Актуальность и пути дальнейших исследований
подводящих устройств динамических насосов. Восточно -Европейский журнал передовых технологий. - Харьков, 2010 г. - №6/7 (48) - С.16 - 19.
6. Ржебаев Э.Э. Питательные насосы для АЭС / Э.Е. Ржебаев , В.М.
Жуков, А. А. Евтушенко // Теплоэнергетика. - Г. : ВИНИТЬ, 1977. - №12. - C.
27 - 35.
7. Михайлов А.К. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование
/ А.К. Михайлов, В.В. Малюшенко. - М: Машиностроение, 1977. - 288с.
8. Степанов А.И. Цетробежные и осевые насосы. Теория, конструирование и применение / А.И. Степанов ; [пер. с англ. инж. М.Я. Лейферова и
75
к. т. н. М.В. Поликовского] ; [под ред. д. т. н. проф. В.И. Поликовского]. Москва, Гос. НТИ Машиностроительной л-ры, 1960. - 465 с.
9. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы / Ломакин А.А. ; [изд.
второе, перераб. и доп.] - М. : Машиностроение, 1966. - 364 с.
10.
Шапиро А.С. Структура реального течения в центробежных и
осевых насосах / А.С. Шапиро. - М. : МГПУ, 2004. - 280 с.
11.
Бурлака В.Б. Влияние момента скорости потока перед рабочим
колесом на антикавитационные качества осевого насоса / В.Б. Бурлака. А.Г.
Гусак, А.А. Евтушенко // Вестник НТУУ «КПИ» : Машиностроение, Т. 1. №
35. - Сумы, изд-во Ризоцентр, - 1999. С. 192-197.
12.
Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин.
[Текст] : научное издание / Г. С. Самойлович. - М. : Машиностроение, 1975. 288 с.
13.
Андерсон Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен : в 2 т.
/ Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. [пер. с англ.]. - М. : Мир, 1990. - 728
с.
14.
Шкарбуль С.Н. Гидродинамика потока в рабочих колесах цен-
тробежных турбомашин / С.Н. Шкарбуль, А.А. Жарковский // СПб. : СПбГТУ,
1996. - 356с.
15.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов /
Л.Г. Лойцянский. - [6-е изд., перераб. и доп. ]. - М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат.
лит., 1987 - 840 с.
16.
Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике
сплошных сред / О.М. Белоцерковский. - М. : Наука, 1984. - 519 с.
17.
Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: учебник [для вузов по
специальности «Гидравлические машины и средства автоматики»] / Б.Т.
Емцев. - [2-ое изд., перераб. и доп.]. - М. : Машиностроение, 1987. - 440 с.
18.
Овсянников Б.В. Моделирование и оптимизация характеристик
высокооборотных насосных агрегатов / Б.В. Овсянников, Н.С. Яловой. - М. :
Машиностроение, 1992. - 256 с.
19.
Насосы динамические. Методы испытаний: ГОСТ 6134-2007
(ИСО 9906:1999). - [Действителен от 2008-06-01]. - М.: Стандартинформ 2008.
- 94 с. (Межгосударственный стандарт).
20.
Яременко О.В. Испытания насосов / О.В. Яременко - М.: Маши-
ностроение, 1 976. - 225 с. - (Справочное пособие).
21.
Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.
М., Машиностроение, 1975, 559 с.
77
ПРИЛОЖЕНИЕ
Политехнический институт имени Н.Н. Поликарпова
Кафедра ПТСиДМ
Разработка стенда для испытаний
динамических насосов
Студент: Микитюк Р.В.
Руководитель: к.т.н., доцент Ределин Руслан Андреевич
2
3
4
5
6
7
Основные результаты и выводы
8
9
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа