ОТНОСНО ХАРАКТЕРИСТИКИТЕ НА БЪЛГАРСКИ ЦЕНТРОБЕЖНИ ПОМПИ ПРИ ПОДРЯЗВАНЕ НА РАБОТНОТО КОЛЕЛО
Генчо Ст. ПОПОВ
|
Борис Зв. КОСТОВ
|
Климент В. КЛИМЕНТОВ
|
|
|
|
gspopov@ru.acad.bg
|
bkostov@uni-ruse.bg
|
kklimentov@uni-ruse.bg
|
Русенски университет „Ангел Кънчев”, гр. Русе, ул. “Студентска” №8
катедра Топлотехника, хидро и пневмотехника
Резюме: В работата са представени уравнения на характеристиките на български едностъпални центробежни помпи тип Е. Разработена е методика за сравнително изследване точността на преизчисляване на показателите на помпите с помощта на уравненията на подобие. Резултатите показват, че за изследваните помпи теоретичното преизчисляване на характеристиките при подрязване в някои случаи е свързано със значителни грешки.
Ключови думи: характеристики на центробежни помпи, подрязване на работното колело
Въведение
За осигуряване на енергоефективни режими на работа на помпените агрегати се използват различни методи за регулиране на дебита [А. Кръстеава]. В случаите, когато в дадена помпена система трайно се е променила нуждата от осигуряване на дадено количество течност може да се наложи подмяна на помпения агрегат. Много често като ефективен начин за решаване на тази задача, без нужда от големи инвестиции, се препоръчва промяна (намаляване) на външния диаметър на работното колело на помпата. Това намаляване на диаметъра е познато като „подрязване на работното колело”.
За изследване работните режими на центробежни помпи с подрязано работно колело е необходимо да се познават характеристиките и при различни диаметри . Тези характеристики най-точно се получават по опитен път. В литературата обаче се дават зависимости, с помощта на които теоретично могат да се преизчислят тези характеристики. Обикновено това става с помощта на следните уравнения [Златарев, Gülich]:
-
,
или
-
,
където са дебитът и напорът на помпата с работно колело с външен диаметър ; - съответно показателите на помпата с работно колело, подрязано до диаметър .
Тези уравнения описват т.н. „линии на подрязване”: ур. (1) - парабола на подрязване ; ур. (2) - права на подрязване .
Някои производители, като например фирма ВИПОМ гр. Видин [www.vipom.ru], дават в своите каталози характеристиките на помпите при няколко подрязани работни колела.
Целта на настоящата работа е да се направи проверка на препоръчваните формули за преизчисляване на характеристиките, като се използват заводските характеристики на български центробежни помпи с подрязани работни колела.
Методика на изследването
За постигане на целта е необходимо първо да се получат уравненията на напорно-дебитните характеристики на помпите и да се сравнят с преизчислените по формули (1) и (2) напорни характеристики.
Характеристиките и достатъчно точно се описват с полиноми от вида:
-
,
-
.
Коефициентите в уравненията се получават по следния начин [Климентов и др.]. С помощта на специален софтуер тези характеристики се сканират и се определят координатите на определен брой точки от всяка характеристика. Полученият масив от данни се обработва по метода на най-малките квадрати, например в средата на програмата Excel на Microsoft.
В табл. 1 са дадени получените стойности на коефициентите от уравнения (3) и (4) за едностъпални помпи тип Е.
За изследване на точността при преизчисляване на напорните характеристики на помпите се постъпва по следния начин:
-
Определя се оптималният дебит на помпата, при който тя работи с максимален КПД. За целта като се приравни на нула първата производна на уравнение (4), се получава:
-
.
Като се замести в уравнение (4) стойността на от (5), за максималния КПД се получава:
-
.
-
Пресмятат се границите на работната зона на напорната характеристика ( и ), които ограничават режимите на работа на помпата с КПД .
От уравнение (4) следва:
-
.
Като се замести от (7), формулите за граничните дебити приемат вида:
-
,
-
.
За различни стойности на дебита в интервала се пресмята напорът на помпата за нормално работно колело по уравнение (3), като се използват съответните стойности на коефициентите от табл. 1.
Чрез формулите за подрязване се определят съответните дебити за изследвания интервал по формулите:
-
,
-
.
За така определените дебити се пресмятат по уравнението на подрязване напорите на помпата:
-
.
За същите дебити се пресмята и напорът по уравненията на заводските напорни характеристики за даденото подрязано работно колело, като се използват отново съответните стойности на коефициентите от табл.1.
Сравняват се относителните грешки, които се определят по формулата:
-
.
Резултати
На фиг. 1 е показано изменението на грешката за помпа 50Е50 във функция на относителния дебит при две степени на подрязване , съответно 0,042 и 0,0605. Относителният дебит за дадена характеристика се определя спрямо дебита на помпата с подрязано колело, определен по формули (1) или (2) с оптималния дебит при нормално (неподрязано) работно колело:
-
.
|
Фиг. 1 Изменение на относителната грешка за помпа 50Е50
|
1-1 и 1-2
|
преизчисляване по ур. (1) при степен на подрязване съответно 0,04 и 0,06
|
2-1 и 2-2
|
преизчисляване по ур. (2) при степен на подрязване съответно 0,04 и 0,06
|
Таблица 1
|
N
|
Помпа
|
n
|
D2
|
Коефициенти на напорната характеристика
|
Коефициенти на характеристика за КПД
|
Отн. грешка , % при относителен дебит
|
min-1
|
mm
|
a
|
b
|
c
|
d
|
e
|
f
|
по ур. (1)
|
по ур. (2)
|
1
|
3E20
|
2900
|
133
|
20,87
|
1,335
|
-0,5119
|
0,0258
|
0,364
|
-0,511
|
|
|
3E20А
|
126
|
18,68
|
1,157
|
-0,5362
|
0,0284
|
0,433
|
-0,0658
|
4,29
|
1,66
|
3E20B
|
116
|
15,75
|
1,627
|
-0,648
|
0,0484
|
0,465
|
-0,0823
|
0,06
|
5,55
|
2
|
3E32
|
2900
|
158
|
33,8
|
0,855
|
-0,471
|
0,0223
|
0,335
|
-0,0478
|
|
|
3E32А
|
148
|
28,89
|
0,39
|
-0,4768
|
0,013
|
0,362
|
-0,0541
|
8,71
|
6,39
|
3
|
6E12
|
2900
|
108
|
14,32
|
0,581
|
-0,1649
|
0,0111
|
0,231
|
-0,0197
|
|
|
6E12А
|
102
|
11,95
|
0,505
|
-0,1622
|
0,0232
|
0,23
|
-0,0208
|
10,00
|
5,93
|
4
|
6E20
|
2900
|
134
|
21,75
|
0,891
|
-0,2048
|
0,00135
|
0,224
|
-0,0174
|
|
|
6E20А
|
118
|
16,81
|
0,768
|
-0,2052
|
0,0211
|
0,239
|
-0,0212
|
1,15
|
5,01
|
5
|
6E32
|
2900
|
166
|
33,75
|
0,893
|
-0,201
|
0,0248
|
0,195
|
-0,0144
|
|
|
6E32А
|
152
|
27,49
|
1,194
|
-0,2786
|
0,0339
|
0,236
|
-0,0214
|
5,94
|
1,33
|
6E32B
|
142
|
25,38
|
1,304
|
-0,3045
|
0,0641
|
0,252
|
-0,0252
|
1,50
|
8,16
|
6
|
6E50
|
2900
|
198
|
52,77
|
2,118
|
-0,4377
|
0,0236
|
0,173
|
-0,0131
|
|
|
6E50А
|
175
|
39,49
|
2,535
|
-0,4926
|
0,0008
|
0,202
|
-0,0171
|
0,73
|
5,61
|
7
|
12E12
|
2900
|
120
|
16,31
|
0,252
|
-0,0522
|
-6E-05
|
0,148
|
-0,007
|
|
|
12E12А
|
105
|
11,85
|
0,253
|
-0,0599
|
-0,0128
|
0,152
|
-0,0081
|
10,75
|
2,78
|
8
|
12E20
|
2900
|
142
|
22,73
|
0,289
|
-0,0435
|
0,0547
|
0,111
|
-0,0043
|
|
|
12E20А
|
130
|
19,87
|
0,149
|
-0,0412
|
0,0522
|
0,125
|
-0,0056
|
1,40
|
3,30
|
9
|
12E32
|
2900
|
164
|
34,7
|
0,381
|
-0,0522
|
0,025
|
0,098
|
-0,0035
|
|
|
12E32А
|
156
|
29,73
|
0,362
|
-0,0571
|
0,0711
|
0,101
|
-0,004
|
10,54
|
7,25
|
10
|
12E50
|
2900
|
202
|
53,98
|
0,607
|
-0,0768
|
0,0228
|
0,099
|
-0,0034
|
|
|
12E50А
|
195
|
45,89
|
0,859
|
-0,0988
|
0,0266
|
0,108
|
-0,0043
|
10,17
|
5,76
|
11
|
25E20
|
2900
|
148
|
25,85
|
0,1
|
-0,0136
|
-0,0088
|
0,061
|
-0,0012
|
|
|
25E20А
|
130
|
20,25
|
0,145
|
-0,0166
|
-0,005
|
0,066
|
-0,0014
|
0,49
|
9,29
|
12
|
25E32
|
2900
|
172
|
35,72
|
0,398
|
-0,0222
|
-0,0184
|
0,055
|
-0,001
|
|
|
25E32А
|
165
|
31,66
|
0,365
|
-0,0234
|
-0,0051
|
0,061
|
-0,0012
|
10,05
|
6,11
|
13
|
25E50
|
2900
|
205
|
53,87
|
0,276
|
-0,0173
|
0,0141
|
0,06
|
-0,0011
|
|
|
25E50А
|
185
|
41,84
|
0,342
|
-0,0193
|
0,0163
|
0,066
|
-0,0014
|
2,52
|
0,96
|
14
|
50E20
|
1450
|
268
|
23,71
|
0,093
|
-0,0036
|
0,012
|
0,032
|
-0,0003
|
|
|
50E20А
|
240
|
18,81
|
0,085
|
-0,0038
|
-0,0029
|
0,038
|
-0,0005
|
4,16
|
4,86
|
15
|
50E32
|
1450
|
322
|
34,94
|
0,117
|
-0,0038
|
0,0273
|
0,032
|
-0,0003
|
|
|
50E32А
|
300
|
29,64
|
0,131
|
-0,0038
|
0,0185
|
0,033
|
-0,0004
|
1,33
|
4,08
|
50E32B
|
275
|
24,35
|
0,13
|
-0,0039
|
0,0235
|
0,035
|
-0,0004
|
0,14
|
5,55
|
16
|
50E50
|
2900
|
215
|
56,33
|
0,254
|
-0,008
|
0,0075
|
0,032
|
-0,0003
|
|
|
50E50А
|
206
|
52,69
|
0,217
|
-0,008
|
0,0102
|
0,034
|
-0,0004
|
0,91
|
2,08
|
50E50B
|
202
|
48,78
|
0,209
|
-0,0087
|
0,0122
|
0,036
|
-0,0004
|
11,59
|
5,85
|
17
|
50E80
|
2900
|
245
|
79,27
|
0,374
|
-0,0072
|
0,0249
|
0,026
|
-0,0002
|
|
|
50E80А
|
230
|
69,25
|
0,418
|
-0,0088
|
0,0222
|
0,029
|
-0,0003
|
4,24
|
0,28
|
50E80B
|
215
|
59,18
|
0,394
|
-0,0092
|
0,0304
|
0,031
|
-0,0003
|
9,26
|
0,78
|
18
|
100E12
|
1450
|
250
|
17,76
|
0,004
|
-0,0007
|
-0,0113
|
0,017
|
-0,00009
|
|
|
100E12А
|
230
|
14,83
|
0,013
|
-0,0006
|
0,0098
|
0,019
|
-0,0001
|
11,80
|
16,31
|
19
|
100E20
|
1450
|
280
|
24,2
|
0,06
|
-0,0011
|
0,0233
|
0,017
|
-0,00009
|
|
|
100E20А
|
260
|
19,6
|
0,055
|
-0,0011
|
0,0136
|
0,018
|
-0,0001
|
9,35
|
4,01
|
20
|
100E32
|
1450
|
345
|
35,19
|
0,099
|
-0,0014
|
0,0313
|
0,015
|
-0,0007
|
|
|
100E32А
|
320
|
29,96
|
0,122
|
-0,0019
|
0,0479
|
0,018
|
-0,0001
|
9,81
|
2,17
|
21
|
100E50
|
1450
|
388
|
50,51
|
0,205
|
-0,0023
|
0,0274
|
0,017
|
-0,0001
|
|
|
100E50А
|
360
|
43,83
|
0,132
|
-0,0018
|
0,018
|
0,018
|
-0,0001
|
2,63
|
0,59
|
22
|
140E40
|
1450
|
370
|
41,54
|
0,065
|
-0,0007
|
0,0088
|
0,01
|
-0,00004
|
|
|
140E40А
|
345
|
33,67
|
0,118
|
-0,0043
|
-0,0014
|
0,018
|
-0,0002
|
|
|
Вижда се, че за тези сравнително близки степени на подрязване, грешката при теоретичното определяне показателите на помпата при подрязване по едни и същи уравнения е различно. Докато при подрязване 0,04 се получава достатъчно точно съответствие между действителната напорна характеристика и тази, определена по уравн. (1), при подрязване 0,06 грешката е значителна и стръмно нараства при дебити, по-големи от оптималния. В случая за тази помпа, грешките при преизчисляване на характеристиките с помощта на (2) и за двете подрязвания е в границите до 5% (за оптималните дебити до 2 %), което може да се счита за достатъчно точно.
Анализът на получените резултати показва, че за изследваните помпи липсва изразена закономерност относно точността на преизчисляване на характеристиките по дадена зависимост, което добре се вижда от последните две колони на табл 1. За някои от помпите грешката между преизчислените и действителните характеристики е по-малка при използване на параболата на подрязване, при други е обратно - по-малка е грешката при използване на правата на подрязване. Това се отнася и за помпи с близка специфична честота на въртене .
В някои от случаите грешката в изследвания диапазон от дебити (работната зона от напорната характеристика) надхвърля 10-15 %, което определено може да се счита като недопустимо.
Заключение
Проведеното изследване показва, че при преизчисляване показателите на изследваните български едностъпални центробежни помпи при подрязване на работното колело с помощта на общоизвестните формули на подрязване е свързано в някои от случаите със значителни грешки. Липсва изразена тенденция за разлика в точността на преизчисляване при използване на параболата на подрязване или правата на подрязване.
Получените аналитични изрази за моделиране характеристиките на помпи тип Е могат с успех да се ползват при решаване на други задачи, свързани с определяне на работните режими и изследване на енергийната ефективност на помпени системи с такива помпени агрегати.
БЛАГОДАРНОСТИ:
Изследванията са подкрепени по договор № BG051PO001-3.3.04/28, „Подкрепа за развитие на научните кадри в областта на инженерните научни изследвания и иновациите”. Проектът се осъществява с финансовата подкрепа на Оперативна програма „Развитие на човешките ресурси” 2007-2013, съфинансирана от Европейския социален фонд на Европейския съюз“.
ЛИТЕРАТУРА
Кръстева, А., Изследване на енергийната ефективност при помпени системи. Автореферат на дисертация за ОНС Доктор, Русе, 2006
Златарев,. П. Турбопомпи и вентилатори. Техника, София, 1979
Климентов, Кл., Г. Попов, Кр. Тужаров. Уравнения на характеристиките на центробежни помпи, Сп. Енергетика, София
Gülich, J. F., Centrifugal Pumps. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-73694-3
www.vipom.ru
CHARACTERISTICS OF BULGARIAN CENTRIFUGAL PUMPS WITH A TRIMMED IMPELLER
Gencho St. POPOV
|
Boris Zv. KOSTOV
|
Kliment V.KLIMENTOV
|
Resume: This paper presents equations expressing the characteristics of Bulgarian centrifugal pumps (type E). A methodology for comparative investigation of the accuracy of the features recalculation using equations of similarity is developed. The obtained results indicate that the theoretically calculated characteristics for the investigated pumps with trimmed impellers have significant errors.
Thanks: The study was supported by contract № BG051PO001-3.3.04/28, "Support for the Scientific Staff Development in the Field of Engineering Research and Innovation”. The project is funded with support from the Operational Programme "Human Resources Development" 2007-2013, financed by the European Social Fund of the European Union.
Сподели с приятели: |