Величины, характеризующие работу насосов

Для выбора насосов и правильной их эксплуатации необходимо знать высоту всасывания и нагнетания, полный напор, потребляемую мощность, КПД, подачу и т.д.

Геометрическая высота всасывания (H_S) – это расстояние по вертикали от поверхности воды до уровня расположения высшей точки рабочей камеры насоса (НШН-600) или до оси насоса (центробежный ПН), измеряется в м вод.ст. (рис.3).

Вакуумметрическая высота всасывания (Н_В) – это сумма геометрической высоты всасывания (H_S) и потерь на гидравлические сопротивления во всасывающей линии (h). Измеряется в м.вод.ст.

Н_В=H_S+h, (2.3)

где h – потери напора во всасывающей линии.

 

Вакуумметрическая высота всасывания определяется вакуумметром, установленным на насосе.

Пример. Определить геометрическую высоту всасывания, если вакууметр насоса показывает разряжение 600 мм рт.ст. (– 0,8 кг/см²), а гидравлические потери составляют 2,16 м вод.ст.

Решение:

находим Н_В

Н_В = 600∙10,33/760 = 8,16 м вод.ст.

находим H_S

Нs=Нв-h= 8,16-2,16= 6 м вод.ст.

 

Напор насоса – это разность удельных механических энергий жидкости на выходе из насоса и на входе в него.

Рисунок 3. Схема полного напора насоса.

 

Потери напора во всасывающей линии во многом зависят от производительности насоса. При нормальных условиях потери напора достигают 3…5 м вод.ст.

 

Потери напора определяются по формуле 2.4.

 

h= S·Q², (2.4)

где h – потери напора в м вод.ст.;

S – коэффициент сопротивления всасывающей линии, постоянный для данной гидравлической системы;

Q – производительность (подача) насоса, л/с.

 

Подача насоса – это количество жидкости, проходящей через насос в единицу времени. Количество жидкости измеряют в единицах объема (м³ или литр (л)), единицах массы (кг) или единицах веса (ньютон (Н)). Чаще всего подачу пожарных насосов указывают в единицах объема.

При прохождении жидкости через центробежный насос, часть жидкости уходит через лабиринтные или щелевые уплотнения из напорной полости во всасывающую, поэтому существует следующее соотношение между количеством жидкости, входящей в насос Q₁, и жидкости, выходящей из насоса Q₂.

Q₁=Q₂+Q_У, (2.5)

где Q_У – объемные утечки жидкости через щелевые или лабиринтные уплотнения, л/с.

Пользуясь формулой 2.4, можно определить потери напора при различных производительностях ПН, принимая коэффициент сопротивления S=0,01.

При Q=5 л/с, h=S·Q²=0,01·25=0,25 м вод.ст.;

при Q=20 л/с, h=0,01·400= 4 м вод.ст.

Из этого видно, как велико влияние производительности насоса на высоту всасывания.

 

Манометрическая высота нагнетания (Н_М) – затраты подачи и напора насоса на поднятие воды на заданную высоту и преодоление сопротивлений, оказываемое движущейся водой (сопротивление, возникающее при ускорении движения воды ее инерционной массой), определяется манометром. Измеряется в м вод.ст.

Практическая (геометрическая) высота нагнетания (Н_N) – высота нагнетания в метрах по отвесной линии от уровня расположения высшей точки рабочей камеры насоса до уровня наивысшей точки напорной линии (Hм) и учитывает потери напора в напорной линии (h_L). Измеряется в м вод.ст.

 

Н_N=H_M – h_L, (2.6)

где h_L – потери напора в напорной линии.

 

Пример. Определить геометрическую высоту нагнетания, если манометр работающего насоса показывает давление 6 кг/см², а потери в напорной линии составляют 20 м вод.ст.

 

 

Решение:

Находим Н_М

Н_М= 6·10 = 60 м вод.ст.

Находим H_N

Н_N= 60-20=40 м вод.ст.

 

Полный напор (Н) – это напор, который необходимо создать для поднятия воды от уровня её в водоисточнике до высшей точки подъёма, преодолев по пути все сопротивления.

Полный напор слагается из показаний вакуумметра Н_В, показаний манометра Н_М, скоростного напора у места присоединения манометра , скоростного напора у места присоединения вакуумметра и расстояния по вертикали между манометром и вакуумметром Z.

(2.7)

При проведении практических расчетов величинами , и Z как незначительными пренебрегают.

Тогда напор насоса на практике приближенно можно оценить по показаниям манометра и вакуумметра.

Н = Н_М + Н_В (2.8)

Пример. Определить полный напор, создаваемый насосом, если разряжение по вакуумметру равно 500 мм рт.ст., а манометр показывает давление 6 атм.

Решение:

Находим Н_В

≈ 6,8 м вод.ст.

Находим Н_М

Н_М = 6∙10 = 60 м вод.ст.

Находим полный напор

Н= Н_В + Н_М = 6,8+60 = 66,8 м вод.ст.

В формуле 1.8 знак "+" ставят, если во всасывающей полости ПН вакуум (давление меньше атмосферного). Это наблюдается в том случае, если насос работает от открытого водоисточника или от гидранта с низким давлением воды в водопроводе; знак " – " необходимо ставить в том случае, если насос работает с подпором на входе, например при работе пожарной автоцистерны в перекачку, при испытании насосов на специальных стендах или при "опрессовке" ПН, при установке насосов на водопроводную сеть с большим давлением.

Геометрическая высота подъема воды (Н_Г) – это работа насоса пожарного автомобиля при подъеме воды из водоема до высоты расположения ствола. При этом необходимо преодолеть сопротивления во всасывающей и напорной линиях, обеспечивая достаточный напор на стволе для создания струи. Измеряется в м вод.ст.

Из вышеперечисленного вытекает второй вариант формулы для нахождения полного напора:

Н=Н_Г + h_ВС + h_Н + Н_СТВ (2.9)

где Н_Г – геометрическая высота подъема воды, м вод.ст.;

h_ВС и h_Н – потери напора во всасывающей и напорной линиях соответственно, м вод.ст;

Н_СТВ – напор на стволе, м вод.ст.

 

Не следует путать на практике понятия "напор насоса", которые мы рассмотрели в формулах 2.8 и 2.9, и "напор на насосе".

Напор на насосе – это показания манометра, выраженное в м.вод.ст. (манометрический напор). Напор на насосе пожарного автомобиля при тушении пожара должен быть достаточным для подъема воды от насоса на высоту размещения ствола Н_ПОД, для преодоления сопротивления в напорной линии и обеспечения напора на стволе.

Н_М = Н_ПОД + h_Н + Н_СТВ (2.10)

При определении мощности на валу насоса, необходимой для подъема воды, следует иметь в виду, что она измеряется работой, совершаемой в единицу времени.

(2.11)

где N – мощность (кВт, л.с. и др.);

А – работа (А=P∙S, т.е. работа равна произведению силы (Р) на путь (S), где силой является вес нагнетаемой жидкости);

t – время, сек.

 

Подставив значение А в основную формулу мощности (2.11), получим

(2.12)

где – вес нагнетаемой жидкости в секунду, и данное отношение можно выразить произведением ,

где Q – производительность (подача) насоса, л/с, л/мин и др.;

γ – объемный вес воды.

 

Путь S в гидравлике принято обозначать через Н, т.е. через полный напор, развиваемый насосом. Подставим в формулу 1.12.

(2.13)

 

Практически, мощность машин и механизмов определяется в лошадиных силах (л.с.), поэтому необходимо разделить полученное выражение на 75, т.к. 1 л.с. равна 75 кг∙м.

Тогда

(2.14)

Формула 2.14 – это выражение теоретической мощности, потребляемой насосом. Часть этой мощности тратится на преодоление различных сил сопротивления. Бóльшая часть потребляемой мощности затрачивается на полезную работу и обозначается Ne. Следовательно, при работе насоса имеют место потери мощности, которые оцениваются коэффициентом полезного действия насоса η, который равен:

(2.15)

Потери мощности в насосе делятся на потери механические, объемные и гидравлические.

Механическими потерями являются потери на трение в подшипниках, сальниках и т.д. Их величина оценивается механическим КПД η_М.

Объемные потери происходят вследствие утечки части жидкости, прошедшей через рабочие органы насоса, и оценивается объемным КПД η_V.

Гидравлические потери вызываются затратой части энергии потока жидкости на преодоление гидравлических сопротивлений, они оцениваются гидравлическим КПД η_h.

Общий КПД насоса равен произведению рассмотренных КПД

(2.16)

Отсюда потребляемая мощность (в л.с.) насосом равна:

(2.17)

Для нахождения потребляемой мощности в кВт необходимо разделить знаменатель формулы 2.17 на 0,736.

,

следовательно

 

, (2.18)

где Q – подача насоса (л/с, л/мин, м³/с и др.);

Н – полный напор (м вод.ст);

γ – объемный вес воды, равен 1000 кг/м³.

 

Пример. Рассчитать потребляемую мощность насосом при производительности 30 л/с, если вакуумметрическая высота всасывания 3,0 м. Манометр показывает давление 7 кг/см². Общий КПД насоса 0,6.

Решение.

≈ 49 л.с.

 

Для пожарных мотопомп, у которых вал насоса непосредственно соединен с коленчатым валом через упругую муфту (сцепление), потребляемая мощность двигателя (кВт) определяется по формуле 1.19

, (2.19)

где К – коэффициент запаса, учитывающий случайные, не поддающиеся учету перегрузки двигателя. Значения К представлены в таблице 2.1.

 

 

Таблица 1.1.

Значения коэффициента запаса К

Мощность, кВт	до 1	1-2	2-5	5-50	свыше 50
Значения коэффициента	1,3	1,2-1,3	1,15-1,2	1,1-1,15	1,05-1,08

 

 

ВЫВОД ПО ВТОРОМУ ВОПРОСУ: Изучение принципа работы и характеристик пожарных насосов – неотъемлемая часть дисциплины Пожарная техника. Это позволит глубже понять суть процессов, происходящих при заборе и подаче воды, позволит научиться влиять на эти процессы посредством изменения каких либо характеристик. Кроме того, это необходимо для более широкого понимания взаимосвязи работы насоса и двигателя пожарного автомобиля.

Хорошо усвоив изученный сегодня материал, в будущем Вы сможете использовать эти знания для обеспечения более эффективных действий по тушению пожара, так как эффективность действий подразделений зависит от многих факторов, и в том числе от характеристик пожарного насоса.

 

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: