Способ испытаний ступени многоступенчатого центробежного насоса

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s)) 4 F 04 В 51/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,:,-.—

И А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ! (2!) 3991675/25-06 (22) 15.1!.85 (46) 30.03.88. Бюл. )1- 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной механики им. M.М.Федорова (72) Э.И.Антонов, В.В.Пак и О.В.Адам (53) 621.671(088.8) (56) Михайлов A.Ê., Малюшенко В.В.

Лопастные насосы. М.: Машиностроение, 1977, с.279-284, рис.152,153.

Горгиджанян С.А., Дягилев А.И.

Погружные насосы для водснабжения и водопонижения. Л.: Машиностроение, 1968, с.42-56. (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ СТУПЕНИ

МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА, включающий измерение подачи, напора и мощности на валу насоса со штатным рабочим колесом, а также с макетом рабочего колеса при подводе жидкости от вспомогательного источника давления и определение энергетических показателей и объемных и дисковых потерь в передней и задней пазухах ступени, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью повышения точности испытаний на всех режимах работы насоса путем уточнения экспериментально выделяемых внутренних механических потерь, испытание ступени с макетом рабочего колеса осуществляют при нулевом расходе жидкости через пазухи ступени, а перед определением энергетических показателей дополнительно проводят испытания ступени со штатным рабочим колесом при нулевом расходе жидкости поочередно через заднюю и переднюю пазухи ступени.

1384828

Изобретение относится к гидромашиностроению, а конкретно — к балансовым испытаниям центробежных насосов.

Цель изобретения — повышение точ5 ности испытаний на всех режимах работы насоса путем уточнения экспериментально выделяемых внутренних механических потерь.

На фиг ° 1 представлен блок экспери- 10 ментального насоса с испытываемой ступенью; на фиг.2 — схема испь<тываемой ступени, оснащенной макетом рабочего колеса; на фиг.3 — - испытываемая ступень устройства, оснащенного штат- 15 ным рабочим колесом с обеспечением нулевых расходов в ее пазухах; на фиг.4 — схема испытываемой ступени, позволяющая выделить потери холостого хода; на фиг.5 — схема испытатель- 20 ного стенда; на фиг.6 — схема, поясняющая способ выделения мощности дискового трения в передней пазухе °

Блок экспериментального насоса (фиг.l) включает рабочее колесо 1, 25 закрепленное на валу 2, переднюю и заднюю крышки 3 и 4 корпуса, образующие соответственно переднюю и заднюю пазухи 5 и 6 ступени, герметизированные передним и межступенным щелевыми уплотнениями 7 и 8, лопаточный отвод

9. Блок содержит на входе дополнительный отвод 10 и конфузорный подвод ll. На выходе из блока установлен отвод 12. При входе в блок вал 2 герметизирован узлом 13 уплотнения. Ко.-.

35 лесо 1 закреплено с помощью гайки 14.

Для измерения напора ступени в крышках 3 и 15 выполнен ряд приемных отверстий 16 и 17, соединенных с помощью выравнивающих кольцевых полостей 18 и 19 с каналами 20 и 21 отбора давления. Крышка 3 снабжена двумя рядами отверстий 22 и 23, размещенных по окружности на входе и выходе из переднего щелевого уплотнения 7 и снабженных выравнивающими кольцевыми камерами 24 и 25, сообщенных с каналами 26 и 27 отбора давления. Точно также крышка 4 снабжена рядами отверстий 28 и 29 на входе и выходе межступенного уплотнения 8, камерами 30 и 31 и каналами 32 и 33. Дпя измерения статических давлений на выходе из колеса 1 в крышках 3 и 4 соответственно предусмотрены ряды отверстий

34 и 35, кольцевые камеры 36 и 37 и каналы 38 отбора, Отличием устройства (фиг.2) является установка вместо рабочего колеса 1 его макета 39 и вставки 40 ° Кроме того, на нижней части (фиг.2) показаны кольцевые проточки 3 и 4 с уплотнительными кольцами 41 и 42 круглого сечения.

На фиг.3 показана испытываемая ступень с установкой рабочего колеса

При этом верхняя часть соответствует положению, когда передняя пазуха 5 герметизирована кольцом 41 круглого сечения, а нижняя — положению, когда кольцом 42 герметизирована задняя пазуха 6. На валу 2 (фиг.4) вместо рабочего колеса 1 установлена дистанционная втулка 43. Стенд (фиг.5) состоит из экспериментального блока

44, узла 45 подшипников, балансирного электродвигателя 46 и бака 47.

Последний сообщен с блоком 44 подводящим трубопроводом 48 с задвижкой 49 и мановакууметром 50 и нагнетательным трубопроводом 51 с задвижкой 52, расходомерным устройством 53 и манометром 54. Блок 44 снабжен подводящими.гидролиниями 55 и 56 от вспомогательного источника давления (не показан). При этом гидролиния 55 подведена к отводу 12, а 56 — к подводящему трубопроводу 48 между задвижкой 49 и блоком 44, Для измерения перепадов давления в переднем и межступенном уплотнениях 7 и 8 предназначены манометры

57 и 58. Для измерения осредненного статического давления на выходе иэ рабочего колеса 1 предназначен манометр 59, подключенный к каналам 38.

Измерению давления на входе и выходе из испытываемой ступени служат манометры 60 и 61, подключенные соответственно к каналам %0 и 21. Утечки через уплотнительный узел измеряют с помощью бачка 62, число оборотов— тахометром 63, Гидролиния 55 снабжена расходомерным устройством 64 °

На фиг.6 приняты следующие обозначения: А — напорная кривая при наличии утечек g (Н< = f(Q)); Б — напорная кривая при отсутствии утечек;

 — напорная кривая, полученная из кривой А путем добавления утечек (Н, = f(g +. g<)); à — кривая мощности при наличии утечек g<, Д вЂ” кривая мощности при отсутствии утечек.

Способ испытаний ступени многоступенчатого центробежного насоса включает измерение подачи, напора и мощности на валу насоса со штатным рабо1 384828 чим колесом,. а также с макетом рабочего колеса при подводе жидкости от ! вспомогательного источника давления и определение энергетических показателей и объемных и дисковых потерь

5 в передней и задней пазухах ступени, Испытания ступени с макетом рабочего колеса осуществляют при нулевом расходе жидкости через пазухи ступени, 1р а перед определением энергетических показателей дополнительно проводят испытания ступени со штатным рабочим колесом при нулевом расходе жидкости поочередно через заднюю и переднюю пазухи ступени.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве следующим образом.

Вначале выполняют специальный эксперимент для определения утечки g 20

I через переднее уплотнение 7 и g т через уплотнение 8 при установке бандажированного макета 39 рабочего колеса (фиг.2). При этом между полостью ступени и направляющим аппаратом гер- 25 метично закрепляют вставку 40. В таком виде насос приводят во вращение с помощью балансирного электродвигателя 46 ° Частота вращения должна соответствовать частоте при балансовых испытаниях. Далее включают вспомогB тельный источник давления (не показан) и по гидролинии 55 (фиг.5) через отвод 12 подают жидкость в насос ° Из отвода 12 она поступает в межступенное уплотнение 8, проходит через заднюю пазуху 6, через зазор между поверхностью колеса на наружном диаметре и вставкой 40, через переднюю пазуху 5, переднее щелевое уплотнение

7, дополнительный отвод 10 и трубопровод 48 в бак 47. Регулируя давление в гидролинии 54, изменяют расход жидкости и перепады Ь Р, и Ь Р на уплотнениях 7 и 8. При этом расход измеряют с помощью расходомерного устройства 64, а перепады ЬР, и аРд манометрами 57 и 58, В итоге устанавливаются зависимости g, = f,(6Р, ) и

g, = f,(ЬР,) °

После выполнения описанной операЯ ции, не выключая всей установки из работы, герметично перекрывают все под" .ключенные к внутренней полости блока 44 гидролинии, в частности трубопровод

48 с помощью задвижки 49. С помощью балансирного электродвигателя 16 определяют потребляемую мощность >па насосом. Таким путем выделяют дисковые потери в испытываемой ступени, но при этом обеспечивают нулевой расход через внутреннюю ее полость, а значит и через пазухи 5 и 6 и уплотнения 7 и 8.

Далее полученный результат N исправляют, вычитая из него мощность, определенную расчетом N

Аоу затраченную на трение добавочных поверхностей, получившихся вследствие закрытия на входе и выходе колеса. Кроме того, определяют его мощность холостого хода 0««, расходуемую на трение, в подшипниковом узле 45, уплотнении 13.

Для определения N„„ выполняют переборку блока 44 и вместо макета 39 устанавливают втулку 43 (фиг.4), В этом положении вращают вал при заполненной полости блока 44 водой (из бака 47).

Потребляемая при этом мощность N Ä больше N„ на величину N 1 потерь

«» Ф диского трения на участках вала в пределах длины ступени Ь (фиг.4).

Величину N 1 определяют расчетом.

Таким образом, мощность дискового трения в непроточной воде определится, как пррн»с»р и NдоБ 11«»» где 1«х

После этого выполняют следующий этап испытаний. Для этого в блоке 44 на валу 2 монтируют непосредственно штатное рабочее колесо 1. При выполнении испытаний гидролинии 55 и 56 должны быть перекрыты, а задвижка

49 открыта. В процессе выполнения испытаний жидкость из бака 47 по трубопроводу 48 поступает в блок 44, где получает приращение энергии в колесе 1. Далее через отвод 12 и трубопровод 5 1 она снова поступает в бак

47. Подача насоса регулируется задвижкой 52 и измеряется расходомерным устройством 53. Напор испытываемой ступени измеряется с помощью манова-. кууметра 50 и манометра 61, а в целом напор блока — с помощью мановакууметра 50 и манометра 54. Потребляемая мощность N определяется с помощью балансирного электродвигателя 46. В процессе определения рабочих характеристик ступени и блока 44 на каждом исследуемом режиме работы .измеряют давление на выходе иэ колеса 1 мано1384828 метром 59 и одновременно фиксируют с помощью манометров 57 и 58 перепады дР, и h P на уплотнениях 7 и: 8, что дает воэможность определить утеч5 ки g и я через последние с использованием зависимостей g, = f,(dP,) и

- g,(dP ), полученном на первом этапе.

Для выполнения дальнейших этапов испытаний осуществляют две новые сборки блока 44, в результате которых поочередно испытываемая ступень дополняется уплотнительными кольцами

42 и 41, устанавливаемых в проточках крышек 3 и 4 в области уплотнения 7 и 8 (фиг.3).

Благодаря установке кольца 42, которое препятствует перетоку жидкости через щелевое уплотнение 8, обеспечи- 2р вают нулевой расход жидкости в задней пазухе 6 (т.е. g = О; я .Ф О).

В таком положении установку вводят в работу и выполняют полный цикл измерений. Одновременно измеряют перепады давления на переднем и межступенном уплотнениях 7 и 8. Значения

I последнего обозначено dP . Иными при одинаковых подачах ступени будут значения потребляемой мощности N „

Экспериментально полученная разница между 11„„ и М „ выражается через отдельные ее составляющие следующим образом: где d N — изменения потерь мощности на дисковое трение, обусловленное исключением протечек в задней пазухе 40 от оси к периферии;

dN . — потери мощности на трение в узле 42 уплотнения;

d N>« — восстановленная часть мощности дискового трения (соответствующая по45 вышению напора вследствие ее восстановления). Аналогично предыдущему путем установки кольца 41, обеспечивают нулевой расход жидкости в передней па3ухе 5 (g < = О; g р О). В таком положении снова установку вводят в работу и выполняют полный цикл измерений. Одновременно измеряют перепады давления hP, на переднем и Ь Р на межступенном уплотнениях. Экспериментально получаемую разницу между потребляемыми мощностями Я„„ и N„n можно выразить вляюшие чере э ее состаNnn 11нп = dNn + А 1qnn п р (2) где dN — изменение потребляемой колесом мощности, обусловленное исключением утечек g через переднюю пазуху; 4 И „„„— потери мощности на трение в узле 41 уплотнения °

Для того, чтобы определить составляющие Ь И щ„ и d М 1„„ „ входящие в (1) и (2), вновь выполняют переборку блока 44. При этом снова устанавливают макет 39 и проводят специальные испытания при поочередной установке колец 41 и 42.

При испытаниях с установкой кольца 42 в полость ступени, подают давление с помощью вспомогательного источника давления по гидролинии 56.

Одновременно с другой стороны уплотнения, т.е. через отвод 12 с помощью гидролинии 55 также поддерживают давление таким образом, чтобы на кольце

42 создавался перепад давления йР (При этом восстанавливают также вставку 40 и герметично перекрывают задвижку 49). Запуская в таком положении блок 44 и создавая соответствующие значения dÐ, определяют потребI ляемую при .этом мощность N nnp, (dPz).

Разница между последней и N „ ð „

const и дает величину 411 „„, (ЬР ) °

Аналогично определяют величину !

dNgnn „(dP< )р находя разницу между

Nnnp nn (Рф ) и 11„д n = cons tå í этого проводят испытания с установкой кольца 41 и созданием перепада ( давления d Р, также с помощью гидролиний 55 и 56 и дополнительных источников давления.

В процессе испытаний макета рабочего колеса 39 (фиг.2) при исключении проточности (расхода) через ступень и пазухи 5 и 6, получают величину дисковых потерь И„ „ в пазухах

5 и 6 при нулевом расходе в них. Эта величина практически от режима работы насоса не зависит и принимается поэтому для всей рабочей характеристики насоса постоянной, Далее, обеспечивая непосредственно в реальном насосе нулевую утечку в одной из пазух

5 или 6, приводят условия работы и потери в них к тем, которые имеют в ней при вращении макета рабочего колеса 39. Ксли теперь определить разницы в потребляемой мощности реаль1384828

11н.< (N,òð + Н )rx ) лмюию r t

ФивЛ ной ступенью N „„ H o i HoA pa6oте и N „и N» при герметизированных пазухах (поочередно передней 5 и задней 6), то в соответствии с (1) и (2) они позволят определить величины

5N и b N» которые необходимо затем алгебраически сложить с величиной

N „ „, чтобы получить полную величину дисковых потерь в ступени (в эави- 10 симости от расхода), т.е.

Повышение КПД колеса за счет повышения действительного напора на вели- 15 чину Ь Н „ определяется непосредственно с использованием экспериментальных данных в соответствии с фиг.б. Чтобы получить значение h Н „ необходимо взять разницу между значениями иапо- 20 ра ступени, полученного в эксперименте с g = О, и таковым, полученным при нормальных испытаниях. При этом напорная характеристика, полученная во втором случае, корректируется пу- 25 тем добавления к подаче Q насоса его утечек g (Í), что поясняется с помощью графиков на фиг,6.

Восстановление небольшой части мощности дискового трения, приводит 3(1 к повышению напора ступени на величину ЬН, . Предлагаемый способ позволяет эту величину определить экспериментально путем непосредственного. определения разницы между напорными характеристиками, прлученными при нормальных испытаниях и в эксперименте g = О.

Определив величину Н „,, можно найти значение где — удельный вес жидкости; „

КПД отвода на участке между рабочим колесом и местом у= ановки манометра 54 (определяется по результатам испытаний с использованием показаний манометров 59 и 54 и расчетом осредненных скоростей в сечениях мест отбора давления) в зависимости от Ц.

Имея последнюю зависимость и значение N„„ находят гидравлическую мощность

Далее, вычисляют теоретический напор, тормозную мощность N, КПД колеса и ступени и т,д. ° В результате составляют полный баланс для мощнос" ти, подведенной к валу насоса.!

384828

1384828

57 Я 82

Фиг.5