 |
Основные рабочие параметры насосов
|
|
|
|
Основные рабочие параметры насосов: напор, подача, мощность, КПД и всасывающая способность.
Подача или объемная производительность насоса 
– объемное количество жидкости, подаваемой насосом в нагнетательную трубу
за единицу времени.
Напор насоса Н – это удельная энергия, отнесенная к единице веса, приобретенная жидкостью в результате прохождения через насос.
Полный напор жидкости на входе обозначим через 
, на выходе – 
:
(6.2)
В этих уравнениях 
– скорости на линиях всасывания
и нагнетания соответственно; 
– давление жидкости перед входом
в насос и после выхода из насоса соответственно; 
– высота всасывания.
Напор насоса найдем как 
. Тогда из уравнений (6.2) определим напор, развиваемый насосом:
(6.3)
Величины 
и 
могут быть определены манометром
и вакуумметром.
Преобразуем уравнение (6.3), выразив её через параметры насосной установки. Для этого запишем уравнение Бернулли для сечений 0–0 и 1–1, а также 2–2 и н–н (рис. 6.2). Из них найдем , и подставим в уравнение (6.3). В результате получим (скорости изменения положения свободных поверхностей в питательных и напорных баках пренебрежимо малы по сравнению со скоростями движения жидкости в трубопроводах):
(6.4)
Согласно уравнению (6.4) напор, развиваемый насосом Н, расходуется на преодоление противодавления 
, на подъем
жидкости 
и на преодоление всех (местных и по длине) гидравлических сопротивлений линии всасывания 
и нагнетания 
.
Рис. 6.2. Схема насосной установки
В случае равенства давлений в питательном и напорном баках уравнение упрощается и принимает вид:
(6.5)
Уравнение (6.4) для напора насоса записано через параметры насосной установки. Поскольку параметры насоса и сети одинаковы 
, уравнение (6.4) может быть принято за уравнение сети трубопроводов.
|
|
|
Определим мощность и КПД насоса (рис. 6.3).
Весовую подачу насоса можно подразделить по формуле:
(6.6)
Тогда полезная мощность насоса 
будет определена как:
(6.7)
Рис. 6.3. Схема мощностей и КПД насоса
Мощность на валу насоса 
превышает на величину всех энергетических потерь, имеющих место в процессе преобразования энергии внутри насоса. Эти потери обычно учитываются полным КПД насоса 
:
(6.8)
Потери энергии в насосе принято расчленять на три составляющих: гидравлические, объемные и механические:
(6.9)
Гидравлические потери обусловлены потерей напора при движении жидкости в самом насосе D H и учитываются с помощью гидравлического КПД 
:
(6.10)
Объемные потери связаны с потерей энергии вместе с утекающей жидкостью в количестве 
и учитываются с помощью объемного КПД 
:
(6.11)
Потери мощности на механическое трение в подшипниках, сальниках и др. 
учитывается с помощью механического КПД 
:
(6.12)
Величина 
представляет собой мощность, затрачиваемую насосом в рабочей полости насоса, и называется индикаторной мощностью.
Произведение 
представляет собой индикаторный КПД насоса 
:
(6.13)
Мощность, подведенная к редуктору, определяется:
(6.14)
Мощность, подведенная к двигателю, определяется:
(6.15)
Установочная мощность двигателя берется с запасом:
(6.16)
где 
– коэффициент запаса мощности. Значение меняется от 1,1
до 1,4. Большие значения берутся при малых мощностях.
Определим КПД насосной установки 
:
(6.17)
Тогда установочная мощность двигателя определяется:
(6.18)
Всасывающая способность будет рассмотрена позже для каждого вида насоса в отдельности.
Лопастные насосы
Центробежные насосы
Среди лопастных насосов центробежные насосы являются наиболее распространенными.
Рассмотрим устройство и принцип действия центробежных насосов (рис. 6.4).
|
|
|
Центробежный насос состоит из рабочего колеса 1, корпуса 2, приводного вала 3, всасывающего 4 и нагнетающего 5 трубопроводов.
В центробежном насосе передача энергии от электродвигателя потоку жидкости осуществляется при помощи рабочего колеса
с профилированными лопатками. При вращении рабочего колеса насоса жидкость, заполняющая пространство между лопатками, также приводится во вращение. Под влиянием центробежных сил жидкость перемещается
к периферии колеса и выбрасывается в канал (спиральная камера), окружающий колесо. Одновременно на входе в рабочее колесо давление понижается (становится ниже атмосферного). Под действием образовавшегося перепада давлений жидкость непрерывно всасывается насосом. Так как окружная скорость на периферии больше, чем у входа
на лопатки, абсолютная скорость на выходе с лопатки становится больше, чем на входе. Скорость движения жидкости, выходящей из каналов рабочего колеса, составляет 20–80 м/с. Таким образом, жидкость, пройдя через рабочее колесо, получает приращение кинетической энергии.
Рис. 6.4. Схема центробежного насоса
В дальнейшем кинетическая энергия, полученная жидкостью, преобразуется в потенциальную (энергию давления) в спиральной камере (улитке) насоса, поперечное сечение которой постепенно увеличивается
к выходному патрубку. При этом скорость жидкости снижается
и кинетическая энергия потока частично преобразуется в энергию давления. Скорость движения в нагнетательном патрубке должна быть не более 3–5 м/с.
а) б) в) г)
Рис. 6.5. Схемы рабочих колес центробежных насосов:
а – одноступенчатый; б – многоступенчатый; в – с односторонним подводом жидкости; г – с двусторонним подводом жидкости
Центробежные насосы перед пуском необходимо заливать прокачиваемой жидкостью, так как разрежение, создаваемое при вращении рабочего колеса в воздушной среде, недостаточно для подъема жидкости
к насосу. Для того чтобы жидкость могла удерживаться в насосе, на нижнем конце всасывающей трубы, спускаемом в питательный бак или водоем, устанавливают приёмный (обратный) клапан с сеткой-фильтром. Приёмный клапан пропускает жидкость только в одном направлении – к насосу.
|
|
|
Центробежные насосы различают по:
– числу ступеней (рис. 6.5, а);
– способу подвода жидкости к колесу (рис. 6.5, б);
– величине создаваемого напора H и подачи ;
– назначению и по другим признакам.
|
|
|
