Способ испытаний ступени многоступенчатого центробежного насоса Советский патент 1988 года по МПК F04B51/00 

со Эо

X)

SD X)

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

Цель изобретения - повьшение точности испытаний на всех режимах работы насоса путем уточнения экспериментально вьщеляемых внутренних механических потерь.

бочего 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.З показана испытываемая ступень с установкой рабочего колеса 1. При этом верхняя часть соответст

На фиг.1 представлен блок экспери- Q вует положению, когда передняя пазументального насоса с испытьшаемой ступенью; на фиг.2 - схема испртывае- мой ступени, оснащенной макетом рабочего колеса; на фиг.З - испытьюаемая

ступень устройства, оснащенного штат- 15 то рабочего колеса 1 установлена дисным рабочим колесом с обеспечением нулевых расходов в ее пазухах; на фиг.4 - схема испытываемой ступени, позволяющая выделить потери холостого хода; на фиг.5 - схема испытательного стенда; на фиг.6 - схема, поясняющая способ выделения мощности дискового трения в передней пазухе.

Блок экспериментального насоса (фиг.1) включает рабочее колесо 1, закрепленное на валу 2, переднюю и заднюю крьшзки 3 и 4 корпуса, образующие соответственно переднюю и заднюю пазухи 5 и 6 ступени, герметизированные передним и межступенньм щелевыми уплотнениями 7 и 8, лопаточный отвод 9. Блок содержит на входе дополнительный отвод 10 и конфузорный подвод П. На выходе из блока установлен отвод 12. При входе в блок вал 2 герметизирован узлом 13 уплотнения. Колесо 1 .закреплено с помощью гайки 14. Для измерения напора ступени в крьш1- ках 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. Крьш1ка 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 крьшзка 4 снабжена рядами отверстий 28 и 29 на входе и выходе меж- ступенного уплотнения 8, камерами 30 и 31 и каналами 32 и 33. Для измерения статических давлений на выходе и колеса 1 в крышках 3 и 4 соответственно предусмотрены ряды отверстий 34 и 35, кольцевые камеры 36 и 37 и каналы 38 отбора. Отличием устройств (фиг.2) является установка вместо раха 5 герметизирована кольцом 4 круглого сечения, а нижняя - положению, когда кольцом 42 герметизирована задняя пазуха 6. На валу 2 (фиг.4) вместанционная втулка 43. Стенд (фиг.З) состоит из экспериментального блока 44, узла 45 подшипников, балансирно- го электродвигателя 46 и бака 47.

0 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 мано5 метром 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 подво0 дящему 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 из 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) i Б - напорная кривая при отсутствии утечек; В - напорная кривая, полученная из кривой А путем добавления утечек н, f (Q +. g,) ; Г - кривая мощности при наличии утечек g,; Д - кривая мощности при отсутствии утечек.

Способ испытаний ступени многоступенчатого центробежного насоса включает измерение подачи, напора и мощности на валу насоса со штатным рабо5

0

5

0

5

чим 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. Испытания 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.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве следующим образом.

Вначале выполняют специальный эксперимент для определения утечки g через переднее уплотнение 7 и g - через уплотнение В при установке бан- дажированного макета 39 рабочего колеса (фиг.2). При этом между полостью ступени и направляющим аппаратом гер- 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 вспомогательный источник давления (не показан) и по гидролинии 55 (фиг.5) через отвод 12 подают жидкость в насос. Из отвода 12 она поступает в межступен- ное 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 д Р, и Л Р, на уплотнениях 7 и 8. При этом расход измеряют с помощью расходомерного устройства 64, а перепады ftP, и&Р - манометрами 57 и 58. В итоге устанавливаются зависимости g , f i (ЛР, ) и

gj fz(uP2)-

После выполнения описанной операции, не выключая всей установки из работы, герметично перекрьшают 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 насосом. Таким путем вьщеляют дисковые потери в испытываемой ступени, но при зтом обеспечивают нулевой расход через внутреннюю ее полость, а значит и через пазухи 5 и 6 и уплотнения 7 и 8.

Далее полученный результат Н„д исправляют, вычитая из него мощность, определенную расчетом N , затраченную на трение добавочных поверхностей, получившихся вследствие закрытия на входе и выходе колеса. Кроме того, определяют его мощность холостого хода расходуемую на трение, в подшипниковом узле 45, уплотнении 13. Для определения , 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 больше величину N„1 потерь диского трения на участках вала в пределах длины ступени L. (фиг.4). Величину N-1 определяют расчетом. Таким образом, мощность дискового трения в непроточной воде определится, как

N

парн

- Nnap.n kou хх

где

NXX NX - NjE.

После этого вьшолняют следующий этап испытаний. Для этого в блоке 44 на валу 2 монтируют непосредственно штатное рабочее колесо 1. При выполнении испытаний гидролинии 55 и 36 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 51 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 мановакуумет- ра 50 и манометра 54. Потребляемая мощность Нц р определяется с помощью балансирного электродвигателя 46. В процессе определения рабочих характеристик ступени и блока 44 на каждом исследуемом режиме работы измеряют давление на выходе из колеса 1 мано51384S28

метром 59 и одновременно фиксируют с помощью манометров 57 и 58 перепады йР, и ЬР на уплотнениях 7 И 8, что дает возможность определить утечмв

ки g и g через последние с использованием зависимостей g f,(uP,) и gj g,(uP), полученном на первом этапе.

Для выполнения дальнейших этапов испытаний осуществляют две новые сборки блока 44J в результате которых поочередно испытываемая ступень дополняется уплотнительными кольцами 42 и 41, устанавливаемых в проточках крышек 3 и 4 в области уплотнения 7 и В (фиг.З).

Благодаря установке кольца 42, которое препятствует перетоку жидкости

через щелевое уплотнение 8, обеспечи-20 ление 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 (При этом восстанавливают также вставку 40 и герметично перекрывают задвижку 49). Запуская в таком положении блок 44 и создавая соответствующие значения йР, , определяют потребляемую при .этом мощность N пор iti (&P z)

Разница между последней и Nр„р„ const и дает величину uNu (iPj ). Аналогично определяют величину

вают нулевой расход жидкости в задней пазухе 6 (т.е. g О; g т О). В таком положении установку вводят в работу и вьтолняют полный цикл измерений. Одновременно измеряют пере- 25 пады давления на переднем и межсту- пенном уплотнениях 7 и 8. Значения последнего обозначено UP,. Иными при одинаковых подачах ступени будут значения потребляемой мощности Q Экспериментально полученная разница между Nj и Njn выражается через отдельные ее составляющие следующим образом:

N....

где Л N,,

- N

sn

bN,

,, - ANeoci l) 35

40

,.

u N goc ,

45

изменения потерь мощности на дисковое трение, обусловленное исключением протечек в задней пазухе от оси к периферии; потери мощности на трение в узле 42 уплотнения; восстановленная часть мощности дискового трения (соответствующая по- вьшению напора вследствие ее восстановления). Аналогично предыдущему путем установки кольца 41, обеспечивают нулевой расход жидкости в передней пазухе 5 (g, 0; g О), В таком положении снова установку вводят в работу и выполняют полный цикл измерений. Одновременно измеряют перепады давления uPj на переднем и Д Р на 55 межступенном уплотнениях. Экспериментально получаемую разницу между потребляемыми мощностями Нп„ и Ы„п

UN N

. П

(йР( ), находя разницу между

(upf) и М„„

const. Для

пар. пп t п Пар. п ЭТОГО проводят испытания с установи созданием перепада также с помощью гидро50

кой кольца 41 давления U Р, линий 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 „ар н 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. Если теперь определить раз- в потребляемой мощности реаль

выразить

через

ее

состаН„

- N

нп

&N ЛЫ„

(2)

ПП П J

где uN - изменение потребляемой колесом мощности, обусловленное исключением утечек g, через переднюю пазуху; uNonftn потери мощности на трение в узле 41 уплотнения,

Для того, чтобы определить составляющие и Кцплз ч Л Nun, п 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 давUN N

. П

(йР( ), находя разницу между

(upf) и М„„

const. Для

пар. пп t п Пар. п ЭТОГО проводят испытания с установ0

5

5

и созданием перепада также с помощью гидро0

кой кольца 41 давления U Р, линий 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 „ар н 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. Если теперь определить раз- в потребляемой мощности реальной ступенью N при обычной работе и N „ и N

п

п при герметизированных пазухах (поочередно передней 5 и задней 6), то в соответствии с (1) и (2) они позволят определить величины bN HiNn, которые необходимо затем алгебраически сложить с величиной

N

чтобы получить полную величип ар. н

ну ДИСКОВЫХ потерь в ступени (в зави- симости от расхода),

т.е.

N

З.ТР Nnnp.M + N + ДЫ,

(3)

Повьппение КПД колеса за счет повышения действительного напора на вели-15 чину Л Hg п определяется непосредственно с использованием экспериментальных данных в соответствии с фиг.6. Чтобы получить значение ЛНдп необходимо

где у - удельный вес жидкости; g g- КПД о Твода на участке между рабочим колесом и местом установки манометра 54 (определяется по результатам испытаний с использованием показаний манометров 59 и 54 и расчетом осредвзять разниду между значениями напо- 20 ненных скоростей в сечениях мест отбора давления) в зависимости от Q.

ра ступени, полученного в эксперименте с g, О, и таковым, полученным при нормальных испытаниях. При этом напорная характеристика, полученная во втором случае, корректируется пу- тем добавления к подаче Q насоса его утечек g(H), что поясняется с помощью графиков на фиг,6.

Восстановление небольшой части мощности дискового трения, приводит к повышению напора ступени на вели20 г If 32 JJ г/

J 3631311 5 1 S Out.f

Предлагаемый способ позчину ЛН,. J воляет эту величину определить экспериментально путем непосредственного определения разницы между напорными характеристиками, прлученными при нормальных испытаниях и в эксперименте g О.

Определив величину йН найти значение

ДНвос.з Г Q

ос.э

U N

ЛОС-э

; ore

где у - удельный вес жидкости; g g- КПД о Твода на участке между рабочим колесом и местом установки 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 Q.

Имея последнюю зависимость и значение N, находят гидравлическую мощность

N. N.

- (N

р

+ N,J

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

ЦО 39

Фиг. 2

Jфиг, ff

Фие.З

L

г

/

i-cm/

L

/

7 7

5B5S 752S153nri

Г Г 60 57 5ВS2

Фие.5