 |
Раздел 3. Гидравлические машины
|
|
|
|
Гидравлическая машина - устройство для преобразования энергии посредством жидкости
Центробежный насос – гидравлическая машина динамического типа, в которой энергия двигателя преобразуется в кинетическую энергию жидкости путем непрерывного взаимодействия рабочего органа и жидкости в проточной камере, постоянно сообщающейся с входным и выходным патрубками. На выходе из насоса за счет плавного расширения в диффузоре часть кинетической энергии жидкости преобразуется в энергию потенциального давления
Поршневой насос -гидравлическая машина объемного типа, в которой энергия двигателя преобразуется в потенциальную энергию жидкости путем периодического взаимодействия рабочего органа и жидкости в камере, попеременно сообщающейся с входным и выходным патрубками насоса.
Насосная установка - насос совместно с трубопроводами, арматурой обвязки и контрольно – измерительными приборами.
Схема центробежного насоса:
1-рабочее колесо, расположенное на валу двигателя; 2- лопасти; 3-корпус; 4- всасывающий патрубок с конфузором; 5-нагнетательный патрубок с диффузором.
Подвод жидкости осуществляется по всасывающему трубопроводу к центру рабочего колеса. Перед пуском насос заполняется жидкостью через специальное отверстие в корпусе или установкой его ниже питающего резервуара, («под залив»). Также необходимое разрежение во всасывающем патрубке можно получить специальным вакуум – насосом.
Характеристики насоса.
Подача (производительность), Q, м3/час - объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени.
Теоретическая подача
QТ = Q + q, где (3.1)
q – потери расхода (объема) в насосе за счет перепада давлений во всасывающей и нагнетательной полости. Объемные потери учитываются
|
|
|
объемным к.п.д. hо= Q/Q+ q, (3.2)
hО = 0,95-0,98.
Напор, Н, м – действительное приращение удельной энергии потока жидкости при прохождении ее через рабочие органы насоса.
Теоретический напор:
Нт = Н + hГ = (Р2-Р1)/rg + (u22 -u12)/2g (3.3)
h - потери энергии за счет гидравлических сопротивлений учитываются
гидравлическим кпд hГ = H / H+h. (3.4)
(hГ =0,8-0,95).
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания, Нвак.доп, м.
Нвак.доп = Нвак -Dh, где (3.5)
НВАК = РВАК / r g - вакуумметрическая высота всасывания, которая определяется величиной теоретически возможного вакуума и свойствами перекачиваемой жидкости:
Dh - кавитационный запас, который составляет (0,2 …0,4) РН..П../ r g или определяется по формуле Руднева:
, где (3.6)
n – частота вращения, об/мин;
С – кавитационный запас быстроходности.
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания определяет геометрическую высоту всасывания.
Геометрическая высота всасывания Нг.вс – максимальная высота оси насоса над уровнем жидкости в питающем резервуаре. Она не должна превышать Нвак.доп. с учетом потерь hП.ВС во всасывающем трубопроводе и создания в нем скоростного напора:
Нг.вс £ Нвак.доп – hП.ВС - u2/2g (3.7)
Мощность насоса, N, квт
Полезная (эффективная) мощность насоса – мощность, затрачиваемая на действительную (полезную) подачу и действительный напор:
NП = r g Q H = Q P (3.8)
Теоретическая мощность учитывает гидравлические и объемные потери энергии
NТ = r g (Q+q) (H+h) = r g Q H / hГ hо (3.9)
Потребляемая мощность
N = r g Q H / h, где (3.10)
h - полный КПД насоса, учитывающий гидравлические, объемные и механические потери энергии:
h = hГ hо hМ = Nп / N
h = (0,7…0,9).
С изменением расхода, подаваемого насосом, изменяются развиваемый им напор, а также потребляемая мощность и к.п.д. Взаимосвязи между характеристиками описываются кривыми, называемыми рабочими характеристиками насоса (Q-H, Q-N, Q-h). Оптимальный режим работы насоса соответствует максимальному к.п.д. (т.1 на графике Q-h рабочих характеристик насоса).
|
|
|
Схема насосной установки. Рабочие характеристики насоса
1-приемный клапан; 2- всасывающий трубопровод; 3-вакуумметр; 4- насос;
5- манометр; 6- обратный клапан; 7- задвижка; 8- напорный трубопровод.
Напор насоса должен обеспечить подъем жидкости на геометрическую высоту всасывания и нагнетания, а также преодоление всех видов сопротивлений при движении жидкости от всасывающего клапана до напорного бака.
Требуемый напор насосов:
НН = НГ + åhпот = НГ.ВС+ НГ.Н + åhП.ВС+ åhП.Н. (3.11)
Работа насосов на сеть.
Параметры рабочего режима работы насоса с данным трубопроводом определяются по совмещенным характеристикам насоса и трубопровода. Характеристику трубопровода строят по формуле:
Н = НГ + åhП (3.12)
Точка пересечения характеристик (т.1) – рабочая точка,
Совмещенные характеристики Параллельная работа
работы одного насоса и трубопровода двух одинаковых насосов
.
Изменением характеристики насоса или трубопровода можно регулировать параметры работы насосов. Способы регулирования параметров:
Кратковременное или длительное регулирование:
1. Установка дросселирующих устройств на напорной линии.
Длительное регулирование:
2. Изменение частоты вращения вала n. Параметры насоса при изменении частоты вращения определяются из соотношений:
; 
; 
(3.13)
3. Обточка рабочего колеса по наружному диаметру D. Новые характеристики могут быть рассчитаны по формулам:
; 
; 
(3.14)
Параллельное и последовательное включение насосов.
Работа двух и более насосов на одну сеть применяется, если требуемую подачу или напор нельзя обеспечить одним насосом,
Схемы обвязки:
Параллельная последовательная
Параллельная работа насосов применяется для увеличения подачи.
Суммарная характеристика Q-H двух одинаковых насосов строится удвоением абсциссы каждой точки характеристики. Рабочие параметры определяются точками пересечения удвоенной характеристики насоса с характеристикой трубопровода (т.1 на графике). Подача и напор каждого из параллельно работающих насосов определяется по т.2
Последовательная работа насосов применяется для увеличения напора. Суммарная характеристика Q-H строится удвоением ординаты. Точка пересечения характеристики трубопровода с суммарной характеристикой насосов определяет режим работы насосов, а точка пересечения с одинарной характеристикой насоса - параметры каждого из насосов.
|
|
|
Схема поршневого насоса Рабочая характеристика
одинарного действия
Схема: 1, 2- клапаны на всасывающем и напорном патрубках;
3- поршень в цилиндре; 4- рабочая камера; 5-шток.
Рабочая характеристика: 1- теоретическая подача; 2- действительная подача;
q – объемные потери (утечки).
Характеристики насоса
Подача насоса,Q
Теоретическая (идеальная):
Q = VP n., где (3.15)
n – число двойных ходов поршня в единицу времени (частота вращения вала).
VP - рабочий объем насоса:
, где (3.16)
L - ход поршня. Для кривошипно-шатунного механизма
, где (3.17)
r - радиус кривошипа.
Объемный к.п.д. определяется по(3.2).
Действительная подача:
Q = h0 VP n (3.18)
Подача многоцилиндровых поршневых насосов одинарнрного действия:
Q = h0 VP n Z, где (3.19)
Z – количество цилиндров (поршней).
Подача насоса двойного действия определяется с учетом диаметра штока
Q = 
(3.20)
Напор, м – разность давлений на входе и выходе насоса:
(3.21)
Мощность, N, квт
Мощность поршневых насосов определяется по (3.8…3.10) с учетом, что гидравлические потери в объемных насосах практически отсутствуют (hГ = 1).
Рабочие параметры насоса при работе с трубопроводом находятся аналогично центробежным насосам.
Расчетные зависимости для других видов насосов, расчета турбин, компрессорных установок и других гидравлических машин приводятся в технической литературе по гидравлическим машинам /2/, /7/ и др.
Марки насосов с техническими параметрами и рабочими характеристиками приводятся в каталогах -.справочниках
УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
Решение задач на определение характеристик насосов ведется на основе приведенных в данной теме формул. При определении параметров рабочих режимов работы насоса с трубопроводом необходимо построение совмещенных графиков. Рабочие характеристики насоса принимаются по каталогам –справочникам. Характеристика трубопровода строится на основе материала, изложенного в теме 2.5.
|
|
|
Решение задачи с построением характеристик двух одинаковых центробежных насосов и определением изменения параметров при изменении размеров рабочего колеса насоса приводится в примере 2.5.2.
ПРИМЕРЫ.
Пример 2.6.1
Центробежный насос подает воду в количестве Q = 0,015м3/с из колодца в открытый напорный бак по трубе диаметром d =0,1 м на геодезическую высоту НГ = 10м. Определить коэффициент полезного действия h насоса, если мощность на валу насоса N = 2,3 квт. Суммарный коэффициент сопротивления системы z = 12.
Решение.
Коэффициент полезного действия насоса определяется:
По (3.11) напор, развиваемый насосом, складывается из геометрической высоты всасывания и нагнетания и потерь на преодоление сопротивлений движению во всасывающих и нагнетающих трубопроводах.
НН = НГ + åhпот = НГ.ВС+ НГ.Н + åhП.ВС+ åhП.Н.
Так как суммарные сопротивления во всей системе заданы общим коэффициентом, то уравнение упрощается до вида
Н = НГ +z u2 /2g
Находим скорость движения:
Определяем напор насоса:
Н = 10 + 12 . 1,912 /2 . 9,81 = 12,23 м.
Находим коэффициент полезного действия:
Литература
1. Чугаев Р.Р. Гидравлика, Л, Энергоиздат, 1982.
2. Медведев В.Ф. Гидравлика и гидравлические машины.. Минск, ВШ,1998;
3. Калицун, В.И.,В.С.Кедров. Гидравлика, водоснабжение и канализация, М, Стройиздат,1980.
4. Альтшуль А.Д.и др. Гидравлика и аэродинамика. М, Стройиздат, 1987.
5. Справочник по гидравлике/ под ред. В.А.Большакова, Киев, Вища школа, 1977.
6. Примеры расчетов по гидравлике/ под ред. А.Д.Альтшуля, М, Строиздат, 1977.
7. Т.М.Башта, С.С.Руднев и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы, М, Машиностроение,1982.
8. Теплов А.В. Основы гидравлики, Л, Энергия, 1971г.
9. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу/ под ред. Б.Б.Некрасова, М, ВШ, 1989.
10. Гилинский И.А.Гидравлика. Методические указания и контрольные задания/, М, ВШ, 1990.
11. Сабашвили Р.Г., Гидравлика и гидромеханизация с/х процессов. Методические указания и контрольные задания, М, Агропром, 1989.
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Студентами – заочниками выполняется одна контрольная работа по курсу гидравлики. Номера вариантов задания с указанием номеров задач приводятся в данном пособии на последней странице. Номер варианта указывается преподавателем дисциплины.
Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить учебную литературу по соответствующим темам, освоить перевод единиц измерения величин из технических систем в систему СИ и разобрать решение задач на примерах, приведенных в данном пособии и других источниках.
|
|
|
Контрольная работа оформляется в соответствии с установленными требованиями. Решение задач должно быть приведено в подробном изложении с необходимыми схемами, краткими комментариями и обоснованиями. Единицы измерения – в международной системе СИ. Необходимые справочные данные приводятся в таблицах 1…3 пособия и в /3/, /5/, /6/.
Сдача работы осуществляется в установленные учебным планом сроки. Оценка контрольной работы выставляется по результатам ее защиты при сдаче.
|
|
|
