Критерии подобия лопастных насосов

Аннотация

Инженеры при разработке новой техники обычно используют готовые образцы, которые масштабируют, применяя критерии подобия. Такой подход позволяет уменьшить число параметров, по которым оптимизируется конструкция. Рабочие характеристики лопастных насосов определяются двумя безразмерными величинами: q (безразмерная подача) и r (некий аналог числа Рейнольдса). Критерии подобия начали применяться еще тогда, когда частота вращения вала и вязкость жидкости практически не менялись при эксплуатации, и влияние безразмерного параметра r было слабым. Фактически при проектировании насосов использовали только параметр q, хотя было известно, что в этом случае влияние частоты и вязкости на характеристики насосов описывалось плохо, ошибка аппроксимации составляла более 30–50%. В настоящее время условия эксплуатации насосов существенно изменились. Обычным стало применение частотно регулируемого привода насосов. Все чаще перекачиваются многофазные жидкости переменного состава (нефтепродукты, газожидкостные смеси, суспензии). На сегодняшний день в промышленности частота вращения вала и вязкость перекачиваемой жидкости варьируются в широких пределах. Необходимо обобщение критерия подобия насосов на случай учета обеих безразмерных величин q и r. В основе нашего подхода лежит гипотеза о том, что в пределе больших частот (больших r) влияние вязкости уменьшается, и рабочие характеристики насоса становятся функциями только безразмерной подачи q. Это позволило записать зависимости рабочих характеристик насосов через композицию функций одного переменного. Для проверки этой гипотезы были проведены экспериментальные исследования рабочих характеристик ступеней трех центробежных насосов, в которых варьировались обе безразмерные величины q и r. Показано, что ошибка аппроксимации рабочих характеристик ступеней предложенной композицией функций одного переменного не превышала ошибки измерений.