Критерии подобия лопастных насосов

Метод подобия весьма плодотворен при изучении многих вопросов теории и практики конструирования и эксплуатации лопастных насосов. Прямое назначение его состоит в научном обосновании приемов моделирования действительных «натурных» процессов в лабораторных условиях. Метод подобия позволяет устанавливать требования, которые следует предъявлять к лабораторной модели и проведению на ней исследуемого процесса для того, чтобы результаты моделирования могли быть в дальнейшем использованы для проектирования реальных объектов. Кроме того, обработка лабораторных измерений и обобщение результатов их в виде эмпирических формул также ведется согласно указаниям метода подобия. Метод подобия вот уже много лет используется при теоретическом изучении явлений как способ предсказания внутренней структуры переменных и параметров, входящих в аналитические соотношения, а иногда даже и самой формы этих соотношений.

Два физических явления называются подобными, если величины, характеризующие одно явление, могут быть получены из соответствующих величин другого, взятых в сходственных пространственно-временных точках простым умножением на одинаковые во всех точках множители, называемые коэффициентами подобия. Иными словами, два подобных явления в сходственных пространственно-временных точках области их протекания отличаются друг от друга только масштабами описывающих явления величин.

Проиллюстрируем высказанное положение примером. Пусть в однородном потоке несжимаемой жидкости с кинематическим коэффициентом v, плотностью р и постоянной скоростью v происходит обтекание лопаток центробежного насоса с условным диаметром проточной части dr. Поставим задачу об определении сопротивления потоку, протекающему в рабочем колесе, в предположении, что движение стационарно, а объемных сил нет. Тогда среди необходимых условий подобия (3.18) остаются лишь два: Eu = idem и Re = idem. Число Рейнольдса, в данном случае равное Re — vdr/v, является критерием подобия, так как содержит заданные наперед масштабы скоростей v, длин dr, а также заданную физическую константу v. Сила сопротивления Р может быть определена только после решения задачи обтекания. Она определяется суммированием по поверхности лонаток центробежного колеса сил давления потока на поверхность лопатки и сил трения жидкости о поверхность лопаток, которые в свою очередь зависят от решения задачи обтекания. Число Эйлера, содержащее в своем масштабе неизвестное наперед давление, не может быть критерием подобия, а будет функцией числа Рейнольдса.

Законы подобия, так же как и законы пропорциональности, являются приближенными и дают приемлемые результаты при изменении характеризующих насосы величин.

(3.20)

Рассмотренные выше законы подобия лопастных насосов справедливы в случае перекачки жидкости с одинаковой вязкостью (например, воды, вязкость которой с некоторым допущением можно считать постоянной). При работе насосов на нефтепродуктах и других жидкостях с переменной в ходе перекачки вязкостью значительно осложняется применение законов подобия и законов пропорциональности. Один и тот же насос при постоянной частоте вращения, перекачивая жидкость различной вязкости, работает в существенно различных режимах. Если при перекачке воды, как показывают исследования, характер движения жидкости в большинстве случаев близок к смешанному турбулентному режиму, то при переменной вязкости жидкости режим движения меняется от струйного при очень большой вязкости до смешанного турбулентного режима, и турбулентного режима квадратичной зоны при умеренной и малой вязкости. В этом случае необходимо учитывать фактор вязкости.

Законы подобия имеют большое значение в практике конструирования и эксплуатации центробежных насосов.

Исследование работы насосов при переменной частоте вращения обычно осуществляется по серии характеристик при тг = const для различной частоты вращения. Нанося на общий график эти характеристики, отмечая на них точки

с равными к. п. д. и соединяя их плавными кривыми, получают так называемую универсальную характеристику (3.3). Универсальная характеристика позволяет легко определить частоту вращения, к. п. д. и, следовательно, мощность насоса для любого сочетания напора и подачи.

Для каждого насоса, как это следует из универсальной характеристики^ существует ограниченная область, где он может быть использован с близким к оптимальному значению; к. п. д. Универсальная характеристика с исчерпывающей полнотой определяет эксплуатационные свойства насоса.

При совместной работе нескольких насосов и внезапном отключении одного из них от источника питания (потери насосом привода) возможны реяшмы работы насоса, когда при нормальном вращении поток движется в обратную сторону, а также случаи вращения насоса в обратную сторону. Для исследования работы всей системы насосов в этих аварийных режимах необходимо иметь полную характеристику насоса при прямом и обратном направлениях движения потока и прямом и обратном направлениях вращения вала. Такие характеристики подробно описаны в известной работе А. А. Ломакина [11].

Дата добавления: 2015-12-01