Российскийгосударственный профессионально-педагогический университет
Кафедраавтоматизированных систем электроснабжения
Испытаниецентробежного насоса
Методическиеуказания к лабораторной работе
Екатеринбург
2008
Введение
Стенд обеспечиваетимитацию системы водоснабжения, предназначен для выполнения лабораторных работпо определению характеристик центробежного насоса и сети. Экспериментальнопоказывает преимущества частотного регулирования привода насосного агрегата надметодом дросселирования.
1. Цель работы
Изучение особенностейработы насоса на сеть, практическое ознакомление со способами регулированиянасосом. Приобретение практических навыков определения рабочих параметровнасосов на базе экспериментально снятых характеристик.
2. Описание установки
Внешний вид стендапоказан на рисунке 1.
/>
10
9
8
7
6
5
4
3
2 />/>/>
1 />/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> />
Рисунок 1 — Внешний видстенда.
1- Центробежный насос; 2-Датчик давления;3-Задвижка для регулирования дросселированием; 4-Монометр; 5-Монометр послезадвижки; 6-Ротаметр; 7-Задвижки для имитации потребителя; 8-Шкаф с системойуправления приводом насоса; 9-Сливная труба; 10-Ёмкость с водой.
На рисунке 2 показанвнешний вид шкафа управления стендом.
6
5
4
3
2
1 />/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> />
Рисунок 2 – Внешний видшкафа управления стендом:
1- Дисплейпреобразователя частоты (контроллера FC 301 фирмы Danfos); 2- Индикатор «Сеть»- сигнализирует о наличии напряжения в шкафе управления; 3- Потенциометр«Задание» — задаёт давление которое будет поддерживать насос в автоматическомрежиме; 4- Переключатель «Авт. Ручн.» — устанавливает режим регулированияподачи воды в трубопровод; 5- Кнопки «Пуск», «Стоп» — производят пуск и остановнасоса; 6- Ручка рубильника «Сеть ~380В» — включает и отключает шкаф управлениястенда.
3. Теоретическая часть
Расходом (подачей) Q называется количество жидкости,протекающей через площадь сечения потока в единицу времени. Расход измеряется:
- в единицах объемам3/с – объемный расход;
- в весовыхединицах кг/с – массовый расход;
- в весовыхединицах кг м/с3 – весовой расход.
Давление насоса P – это разность давлений на выходе изнасоса Pн и входе Pв в насос, измеряется в Па или ата.
Мощность насоса N – мощность, потребляемая насосом, Вт.
КПД насоса η – отношение полезной мощности кмощности насоса. Где полезная мощность – мощность, сообщаемая насосомподаваемой жидкости.
Напор насоса Н – величина определяемая зависимостью />, м
Зависимости междуосновными параметрами насоса для различных режимов работы принято представлятьграфически в виде характеристик.
Характеристикамицентробежных насосов называют – графические зависимости параметров: напора Н,мощности N, КПД η от подачи Q при постоянной частоте вращения ротора n и неизменных значениях плотности ивязкости жидкости: Н(Q), N(Q), η(Q) рисунок 3.
/>
Рисунок 3 –Характеристики насоса и сети.
Рабочие органы насоса рассчитываютсядля определённого сочетания подачи Q, напора Н и частоты вращения n, причём размера и формы проточной части выбираютсятаким образом, чтобы гидравлические потери при работе на этом режиме былиминимальными. Такое сочетание подачи, напора и частоты вращения называютоптимальным режимом. Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать, какизменяются напор Н, КПД, мощность N потребляема насосом, приизменении его подачи, т.е. знать рабочую часть характеристики насоса, прикоторой понимается зависимость напора Н, мощности N, и КПД отподачи Q насоса при постоянной частотевращения n.
Характеристики насосаполучают обычно экспериментальным путём, производя измерения давления и расходажидкости, а также мощности привода.
Характеристики насосаустановленного в стенде приведены на рисунке 4.
/>
Рисунок 4 –Характеристики насоса.
Регулирование работынасоса выполняется с целью изменения его основных параметров: подачи Q инапора H. Одновременно меняется значения мощности N и коэффициент полезного действия(КПД) η насоса.
Регулирование достигаетсявоздействием на сеть, либо на насос. Результатом этого воздействия являетсяизменение характеристик сети и насоса.
В работе исследуются двавида регулирования:
- дроссельное регулирование;
- регулированиеизменением частоты вращения насоса.
Дросселирование (рисунок 5)– наиболее простой и надежный способ регулирования насосов, осуществляемыйзапорным органом-дросселем (задвижкой, вентилем и др.), расположенным на напорнойлинии (задвижка 3, рисунок 1).
При закрытии дросселяпроисходит увеличение сопротивления сети (Нс), в результатехарактеристика насосной установки пойдёт круче (Нс1). При этомрежиме напор насоса Н1 складывается из напора Н2,расходуемого в установке при эксплуатации с полностью открытой задвижкой, и потеринапора в задвижке НДР. Каждому положению дросселя отвечаетсвоя характеристика сети.
/>
Рисунок 5 – Дроссельноерегулирование.
Таким образом,регулирование работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потериэнергии, снижающие КПД установки. Поэтому этот способ регулирования неэкономичен. Однако благодаря исключительной простоте регулированиядросселированием получило наибольшее распространение.
Регулирование изменениемчастоты вращения насоса осуществимо при наличии приводных двигателей срегулируемой частотой вращения.
При изменении частоты вращениярабочая точка (H=Нc), перемещаясь по характеристикесети, дает различные подачи, отвечающие различным характеристикам насоса или n=const (рисунок 5). Данный метод не приводит к большимдополнительным гидравлическим потерям, особенно при крутой характеристике сети,поэтому КПД установки при различных частотах приблизительно равны. Мощностьхолостого хода в данном случае равна нулю.
/>
Рисунок 5 – регулированиеизменением числа оборотов насоса.
4. Порядок проведения испытаний
Стенд обеспечивает работув двух режимах:
- ручном;
- автоматическом.
1) Работа стенда в ручном режиме.
В ручном режиме насосработает на номинальном напряжении двигателя насоса (400В) и номинальнойчастоте вращения двигателя насоса (1500 об/мин).
2) Работа стенда в автоматическом режиме
В автоматическом режименасос поддерживает давление в трубопроводе, установленное с помощью ручкиустановки давления 2 (рисунок 2), не зависимо от расхода воды, методом автоматическогоизменения числа оборотов насоса.
В ручном режиме работыпроводятся испытания: дроссельное регулирование, и снятие характеристик насоса,а в автоматическом режиме – регулирование изменением частоты вращения насоса.
Включение и отключениестенда осуществляется расположенной на лицевой панели шкафа управления стендарукояткой 6 (рисунок 2).
Порядок работы настенде:
1) Включить стенд рукояткой рубильника 6
2) Выбрать необходимый режим работыстенда (автоматический или ручной) ручкой выбора режима 4.
3) Выбрать ручной режим:
3.1) Включить стендкнопкой 5. В этом режиме насос работает на номинальной частоте и номинальноймощности. При этом насос не реагирует на изменение значений задания давления(ручка 3), а регулирование давления в сети осуществляется задвижкой 2 (рисунок 1).
3.2) Для построенияхарактеристик насоса Н(Q), N(Q), η(Q) при постоянном числе оборотов n изменять давление в сети задвижкой 3(рисунок 1). При этом записывать показания приборов для получения характеристикнасоса после каждого изменения положения задвижки 2. Число измерений должнобыть не менее 10. Значения записывать в таблицу 1. Записывать следующиепараметры:
- давление дозадвижки по манометру 4;
- значение расходапо ротаметру 6;
- обороты двигателяна дисплее 1 преобразователя частоты (рисунок 2);
- значениеэлектрической мощности на дисплее 1 преобразователя частоты;
3.3) значениенапряжения двигателя на дисплее 1 преобразователя частоты.
4) Выбрать автоматический режим работы:
4.1) Ручку установкидавления 2 повернуть в среднее положение;
4.2) Включить стендкнопкой 5;
4.3) В автоматическомрежиме насос поддерживает давление в трубопроводе не зависимо от расхода воды,методом автоматического изменения числа оборотов насоса.
4.4) Есть одно условиеподдержания давления. Так как используемый в составе стенда насос маломощный,то он не может развить максимальное давление (10 атм.) при максимальном расходе(все задвижки 7 и 3 открыты). Поэтому необходимо выбрать (либо он будет заданпреподавателем) максимальный расход, путём закрытия части задвижек 7 (можнооткрыть все задвижки, но тогда давление в сети будет низкое и проводитьисследование будет сложно).
Ручкой задания 2 медленноизменять давление в сети от нуля, при этом фиксируя изменение давления поманометру 4 (рисунок 1). Как только давление прекратит изменяться это и будетмаксимальное давление в сети для выбранного расхода.
4.5) Для построенияхарактеристик сети Н(Q) изменятьподачу насоса (давления в сети) изменением значения давления ручкой 2 (рисунок2). При этом контролировать:
- давление (P) поманометру 4;
- значение расхода(Q) по ротаметру 6;
- обороты двигателя(n) на дисплее 1 преобразователячастоты (рисунок 2);
- значениеэлектрической мощности (N)на дисплее 1 преобразователя частоты;
- значениенапряжения двигателя (U)на дисплее 1 преобразователя частоты.
4.6) Показанияприборов при снятии характеристики сети записывать после каждого измененияположения ручки 2. Для получения надёжных форм характеристики число измеренийдолжно быть не менее 10. Значения записывать в таблицу 2.
4.7) После проведенияне менее 10 измерений выключить насос кнопкой 5.
5) Проверка системы автоматическогоподдержания давления
5.1) Проделать пункты4.1 – 4.4;
5.2) Установитьнеобходимое давление в сети (не больше максимального для данного расхода)ручкой задания давления 2;
5.3) Изменяя расход, закрытиемзадвижек 7, убедится, что давление в сети поддерживается на заданном значении(контроль вести по манометру 4). При этом можно видеть, как уменьшаетсяпотребляемая мощность насосом (контроль вести на дисплее 1 преобразователячастоты) при уменьшении расхода, за счёт уменьшения числа оборотов;
5.4) Нельзя открыватьзадвижки 7, увеличивая расход, потому что в пункте 5.1 было определеномаксимальное давление для выбранного положения задвижек 7 и при их открытиимощности насоса не хватит, чтобы поддерживать заданное давление;
5.5) После проведенияэксперимента выключить насос кнопкой 5.
Таблица 1 – Показанияприборов при снятии характеристики насоса.
Номер
опыта Давление кгс/см2
Расход
м3/ч Число оборотов об/мин Эл. мощность кВт Напряжение В 1 … 10
Таблица 2 – Показанияприборов при снятии характеристики сети.
Номер
опыта Давление кгс/см2
Расход
м3/ч Число оборотов об/мин Эл. мощность кВт Напряжение В 1 … 10
5. Обработкарезультатов
Обработка результатовснятия характеристик насоса ведётся по следующим формулам.
Напор H, м
/>
Полезная мощность насоса Nп,Вт