 |
Характеристики объемных насосов и их работа на сеть
|
|
|
|
Основной характеристикой насосов является зависимость между подачей 
и напором (давлением) H. Форму этой зависимости легко можно выяснить из уравнений (6.54), (6.81)–(6.86). Действительно, для насоса с заданными геометрическими размерами производительность теоретически не зависит от напора. Это значит, что при заданном числе оборотов производительность постоянна и одинакова при всех напорах. Поэтому в системе координат 
теоретическая характеристика 
изображена прямой линией (рис. 6.39).
Рис. 6.39. Характеристики объемных насосов
Теоретические характеристики объемных насосов при переменном числе оборотов представлены семейством прямых линий, параллельных оси координат. Действительные же характеристики отклоняются
от теоретических за счет уменьшения объемного КПД насоса (на рис. 6.39 пунктирные линии). При повышении напора объемный КПД 
уменьшается вследствие увеличения утечек.
Задача определения напора, создаваемого объемным насосом, решается графически совместным построением характеристики насоса
и сети. Точки 
, 
и 
являются рабочими точками. По ним определяются рабочие 
и для данного насоса и сети.
Регулирование подачи объемных насосов. Основным способом регулирования подачи объемных насосов, согласно уравнениям (6.54)
и (6.82)–(6.86), является изменение числа оборотов привода машины. Кроме того, регулирование производительности поршневых насосов возможно изменением хода поршня L, переброской части жидкости
из нагнетательного трубопровода во всасывающий; в пластинчатых насосах – изменением эксцентриситета; в аксиально-поршневых – изменением угла наклона шайбы; в радиально-поршневых – изменением эксцентриситета.
|
|
|
Другие типы насосов
Газлифты
Работа газлифта (эрлифта, если газ – воздух) (рис. 6.40) заключается
в следующем. В нижнюю часть подъемной трубы 1 по специальной газовой трубе 2 подается сжатый газ (воздух). Там образуется смесь жидкости
и газа, которая имеет плотность 
меньше, чем жидкость 
. Поэтому смесь поднимается по трубе 1 вверх и в баке 4 освобождается от газа. Таким образом, жидкость из емкости 3 передается в бак 4 на высоту h.
Рис. 6.40. Схема газлифта
Запишем уравнение на уровне ввода газа в трубу 1:
Из этого соотношения определим высоту подъема 
:
. (6.86)
Отношение 
можно выразить через газосодержание j.
Как известно:
rгж = rгj + rж(1 – j)
или, поскольку 
, то
rгж» rж(1 – j). (6.87)
Решая совместно (6.86) и (6.87) относительно h получим:
h = j/(1 – j) h 0. (6.88)
Из выражения (6.88) следует, что для увеличения высоты подъема жидкости h необходимо повышать газосодержание газожидкостной смеси.
Более точный расчет параметров газлифта требует учета гидравлических потерь при движении двухфазного потока по трубе.
Газлифты обладают небольшим КПД, но просты по устройству
и надежны в работе. Применяются они, главным образом, для подъема кислот и других агрессивных и опасных для машин жидкостей.
Монтежю
Монтежю (рис. 6.41) применяется в основном для подъема
и перекачки агрессивных, взрывоопасных и грязных жидкостей
с помощью сжатого воздуха.
Рис. 6.41. Схема монтежю
Монтежю состоит из герметично закрытого бака 1, установленного ниже питательного бака 2. Жидкость подается в бак 1 через открытый кран 
самотоком. В это время краны 
и 
закрыты, а кран 
– открыт. После наполнения бака 1 краны и закрываются, а краны и – открываются. Через кран поступает сжатый воздух, и по трубе 3 жидкость транспортируется в бак 4.
Для нормальной работы монтежю в начале трубы должно быть давление, равное:
|
|
|
(6.89)
где h – высота подъема жидкости, D p – гидравлическое сопротивление нагнетательной трубы 3.
Монтежю имеет очень малый КПД, так как сжатый газ полностью выпускается в атмосферу перед каждым наполнением бака 1.
Монтежю работает периодически.
Струйные насосы
Струйные насосы (рис. 6.42) применяются для всасывания (эжекторы) и нагнетания (инжекторы) жидкостей, а также для их охлаждения или нагревания путем непосредственного смешения с другими жидкостями, парами или газами.
В струйных насосах рабочая жидкость с большой скоростью вытекает из сопла 1 и поступает в камеру смешения 2. Из-за увеличения скорости в сечении I–I давление в нем, согласно уравнению Бернулли, падает, так что возникает разность давлений между питательным баком 4 и сечением I–I.
Рис. 6.42. Схема струйного насоса
За счет этой разницы давлений происходит всасывание жидкости
из бака 4. После смешения перекачиваемой (полезной) жидкости с рабочей эта смесь поступает в диффузор 3, переходящий в напорный трубопровод. В диффузоре скорость потока уменьшается, давление возрастает.
Обозначим параметры рабочей жидкости в соплах как: 
; перекачиваемой жидкости перед входом в камеру смешения – 
; общего потока на выходе из диффузора – 
. Определим напоры:
– напор рабочего потока на входе в насос 
;
– напор общего потока при выходе из насоса 
;
– напор перекачиваемого потока при входе в камеру смешения 
.
Тогда рабочий напор определится как:
(6.90)
полезный напор:
(6.91)
Зная величину весовых подач рабочей и перекачиваемой жидкостей можно определить КПД струйного насоса h:
(6.92)
где 
– весовая подача перекачиваемой жидкости, 
– весовая подача рабочей жидкости, 
– коэффициент инжекции. КПД струйных насосов низкий (h = 0,20–0,35).
Заметим, что рабочими жидкостями могут быть как капельные жидкости, так и пары и газы.
Гидравлический таран
Гидравлический таран (рис. 6.43) состоит из ударного клапана 1, нагнетательного клапана 2, воздушного колпака 3. Через питательную трубу 4 таран соединяется с питательным бассейном 5 через нагнетательный трубопровод 6 с приемным баком 7.
Рис. 6.43. Схема гидравлического тарана
Принцип работы гидравлического тарана. Для упрощения рассуждений будем полагать, что в начальный момент времени нагнетательный и ударный клапаны закрыты, избыточное давление
в воздушном колпаке 
, а вода в питательной трубе 4 неподвижна.
|
|
|
Для того чтобы таран начал автоматически работать, необходимо открыть ударный клапан 1. Тогда через этот клапан начнется истечение воды, скорость которой вследствие инерции воды, находящейся
в питательной трубе 4, будет постепенно увеличиваться от нуля
в первоначальный момент времени до какой-то конечной величины w к, стремясь в пределе к скорости установившегося движения w 0, соответствующей напору h и гидравлическим сопротивлениям системы питательный трубопровод – ударный клапан.
С увеличением скорости истечения будет повышаться гидродинамическое давление, действующее снизу вверх на ударный клапан. Когда сила гидродинамического давления превысит вес клапана, он резко закроется. Произойдет гидравлический удар, давление в трубе 4 перед нагнетательным клапаном повысится до некоторой величины 
, нагнетательный клапан откроется, и вода под повышенным давлением начнет поступать в воздушный колпак 3, сжимая в нем воздух. Из воздушного колпака вода по нагнетательному трубопроводу 6 поступит в приемный резервуар 7. В момент закрытия ударного клапана
в питательной трубе 4 начнется волновой процесс, который приведет
к изменению скорости и изменению давления в питательном трубопроводе. В связи с этим спустя некоторое время после закрытия ударного клапана давление в питательном трубопроводе падает, нагнетательный клапан закрывается, а ударный клапан автоматически открывается; начинается новый цикл, протекающий так же, как и первый. Таран начинает работать автоматически, подавая воду определенными порциями в воздушный колпак, который сглаживает пульсацию скорости нагнетаемой воды, обеспечивая сравнительно равномерное движение
(во времени) в нагнетательном трубопроводе.
Из схематичного описания таранной установки видно, что таран является водоподъемником, в котором «двигатель» и «насос» объединены в одной машине довольно простой конструкции. Таран непосредственно использует энергию падающей воды для подъема части этой воды
на определенную высоту.
|
|
|
Если через 
обозначить объем воды, сбрасываемой через ударный клапан 1, а через 
– расход, поступающий в приемный бак,
то энергетический КПД таранной установки выразится отношением:
(6.93)
В современных таранных установках достигает 50 м, полезный расход до 20–25 л/с. Гидравлический таран используется тогда, когда имеется значительный запас воды, превышающий потребное количество, и где есть возможность монтировать установку ниже уровня питательного бассейна.
КПД установки колеблется в пределах 0,2–0,9. Они могут применяться для орошения, водоснабжения и обводнения.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные признаки, по которым классифицируются насосы?
2. Опишите основные параметры насосов. Как они определяются?
3. Что называется рабочими характеристиками насоса?
Какая из них главная?
4. Почему центробежный насос перед пуском заливается?
5. Почему изменяются параметры центробежного насоса
в зависимости от степени закрытия задвижки на линии нагнетания?
6. Как определяется рабочая точка центробежного насоса?
7. Уравнение характеристики сети содержит член 
– статический напор. Почему называют полезным напором?
8. Как определяются оптимальные параметры эксплуатации центробежных насосов?
9. В каких случаях используется последовательное соединение двух насосов в одну сеть? Как определяется в этом случае рабочая точка?
10. В каких случаях используется параллельная работа двух центробежных насосов в одну сеть? Как определяется рабочая точка
в этом случае?
11. Перечислите основные статьи капиталовложений
и эксплуатационных расходов при сооружении насосной установки
и её эксплуатации.
12. Назовите способы регулирования подачи лопастных насосов.
13. Как влияет температура перекачиваемой жидкости
на допустимую высоту всасывания насоса?
14. Каковы способы выравнивания подачи поршневых насосов?
15. Что такое кавитация? Каким образом её можно предотвратить?
16. Получите законы пропорциональности центробежного насоса.
17. Назовите способы регулирования подачи объемных насосов.
18. Насосы каких типов обеспечивают высокие подачи и высокие напоры?
19. Какие насосы используются для перекачивания высоковязких жидкостей?
20. Какие параметры поршневого насоса определяются из условия всасывания и нагнетания?
21. С какой целью используются воздушные колпаки на линии всасывания и нагнетания поршневых насосов?
22. Назовите области применения роторных насосов.
|
|
|
23. Что означает обратимость роторных насосов?
24. Каковы достоинства и недостатки лопастных, поршневых
и роторных насосов?
25. Охарактеризуйте особенности работы струйных насосов.
26. В каких случаях применяются центробежно-вихревые насосы?
|
|
|
