Вопрос 2. Основные рабочие параметры насосов

Технические параметры насосов. Насосы характеризуются следующими основными рабочими параметрами: объемом подачи жидкости (расходом) Q, напором Н, мощностью N, коэффициентом полезного действия , высотой всасывания Н _вс

Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Подача насоса измеряется в м³/ч, м³/мин, м³/с, л/с.

Напором насоса называют разность полных удельных энергий потока у входа в насос и выхода из него, выраженную в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Для пояснения сущности напора, развиваемого насосом, рассмотрим схему его работы при перекачивании жидкости из одного резервуара в другой (рис. 1).

Установим величину удельной энергии жидкости Ё в сечениях //—// и ///—/// (до насоса и после него) относительно плоскости отсчета /—/, совмещенной со свободной поверхностью жидкости в водоеме, из которого забирается жидкость:

;

,

где Нвс — высота всасывания насоса; Н_о — разность отметок между манометром и вакуумметром; р_вс и р_н — абсолютные давления во всасывающем и напорном трубопроводах; v_вс и v_н — средние скорости во всасывающем и напорном трубопроводах.

Удельная энергия Е₃ после насоса всегда больше удельной энергии Е₂ до него. Разность этих величин определяет напор Н, создаваемый насосом:

(1)

Зная показания манометра и вакуумметра, можно определить р_н и р_вс. Действительно, манометр, устанавленный на напорном трубопроводе, показывает избыточное давление в сечении ///—///, оно равно:

Рм = Рн — Ра, откуда Р_н = Р_м+Р_а

Вакуумметр, установленный в сечении //—//, показывает разность между атмосферным и абсолютным давлениями, во всасывающем трубопроводе, т. е.

Рв = Ра — Рвс. откуда Рвс=Ра—Рв

Подставив в уравнений (1) значения (р_н и р_вс, получим формулу для определения напора насоса по показаниям манометра и вакуумметра

Н = Н_о + (_Рв + р_м)/рg+ (v²_H- v²_BC)/2g (2)

Таким образом, полный напор Н, создаваемый насосом, определяется высотой столба перекачиваемой жидкости Н_о между манометром и вакуумметром, суммой показаний этих приборов и разностью значений удельных кинетических энергий жидкости за насосом и перед ним. Величина Н_о в зависимости от условий монтажа насосной установки может принимать различные значения, а том числе и отрицательные, если манометр расположен ниже вакуумметра.

В случае равенства диаметров всасывающего и напорного трубопроводов (v_вс = v_н) из формулы (2) следует:

Н = Н_о + (_Рв + р_м)/рg (3)

Если насос питается от водопровода, обеспечивающего избыточный напор на входе, то во всасывающем патрубке насоса будет не вакуум, а избыточное давление р_вх, и значит р_вс=р_а + р_вх. Используя это выражение и подставив в уравнение (1) значения р_н и р_вс, получим следующую формулу для определения напора:

Н = Н_о + (р_м – р_вх)/рg+ (v²_H- v²_BC)/2g (4)

Уравнения (2), (3) и (4) используют для определения напора работающего насоса при его испытании. В практических расчетах насосно-рукавных систем часто за напор, развиваемый насосом, принимают показания манометра, выраженные в метрах, т. е. H = p_H/pg.

Для определения напора по элементам насосной установки (2-й способ) составим уравнения Бернулли для сечений /—/ и //—//, ///—/// и / V — IV:

где h_вс и h_H — потери напора соответственно во всасывающем и напорном трубопроводах.

Определим значения величин, входящих в уравнения, относительно плоскости отсчета /—/: z₁ =0; z₂=H_ВС; z₃ = H_вс+Н₀; z₄=H_ВС+Hо+H_н;

p₁=p_a; p₂=p_вс; p₃=р_н; p₄=p₀;

v₁ = 0; v₂=v_вс; v₃=v_H; v₄=0.

После подстановки этих величин найдем p_вс/pg и p_н/pg:

Произведя затем замену в уравнении (1), получим выражение:

Учитывая, что (Н_г — геометрическая высота подъема жидкости), и полагая (р₀ — р_а)/ pg = H_CB (здесь Н_св — свободный напор), формулу для определения напора насоса по элементам насосной установки можно записать в следующем виде:

(5)

Это выражение используется на практике для определения необходимого напора при подаче воды кместу потребления. Из формулы (5) следует, что напор, создаваемый насосом, расходуется на подъемжидкости, преодоление сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводах и на создание свободного напора в конце водопроводной линии.

Мощность насоса — это объем работы, выполняемый им в единицу времени. Мощность определяется следующим образом: насос перекачивает в единицу времени массу жидкости pgQ и поднимает ее на высоту Н. Следовательно, pgQH представляет собой секундную работу или мощность. В данном случае затрачиваемая мощность расходуется только на полезную работу, связанную с перекачиванием жидкости, поэтому она называется полезной (эффективной) мощностью. Выражая ее в киловаттах, можно записать:

N_п = pgQН/1000.

Затрачиваемая насосом мощность или мощность, подводимая к валу насоса, больше полезной мощности, так как в насосе неизбежны потери энергии.

Эффективность работы насоса оценивается его полным к. п. д. — , который равен отношению полезной мощности N_п к затраченной N:

Полный к. п. д. насоса учитывает гидравлические, объемные и механические потери, возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости, и определяется произведением трех коэффициентов полезного действия

Гидравлический к.п.д. _г учитывает потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него В современных насосах он обычно равен _г = 0,8—0,95.

Объемный к.п.д. , составляющий 0,9—0,98, учитывает потери энергии в результате циркуляции жидкости через щелевые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса — из нагнетательной части во всасывающую.

Механический к.п.д. определяет потери энергии вследствие трения в подшипниках, сальниках, а также из-за трения наружной поверхности рабочего колеса о жидкость. Механический к. п. д. находится в пределах 0,95—0,98.

Максимальная величина полного к. п. д. крупных современных насосов достигает 0,9 и более, а малых насосов — составляет 0,6—0,7.

Центробежные насосы принято классифицировать по:

· создаваемому напору,

· числу рабочих колес,

· способу подвода жидкости к рабочему колесу,

· расположению вала насоса, коэффициенту быстроходности и другим признакам.

По напору различают насосы низконапорные (до 20 м), средненапорные (от 20 до 60 м) и высоконапорные (более 60 м).

По числу рабочих колес насосы делятся на одноступенчатые (с одним рабочим колесом)и многоступенчатые (с несколькими рабочими колесами). Одноступенчатые насосы могут выполняться с консольным расположением вала (консольные насосы).

В многоступенчатых насосах происходит постепенное увеличение напора жидкости при ее прохождении через последовательно соединенные рабочие колеса. Это, как правило, высоконапорные насосы. Производительность многоступенчатого насоса равна подаче одного рабочего колеса.

По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним и двусторонним подводом. При одинаковом напоре подача насосов с двусторонним подводом больше, чем у насосов с односторонним подводом, так как двусторонний вход, по существу, представляет параллельное соединение двух односторонних колес.

По расположению вала рабочего колеса насосы бывают горизонтальные и вертикальные. Насосы с вертикальным валом используют обычно для забора воды из глубинных колодцев и скважин на насосных станциях первого подъема.

По коэффициенту быстроходности рабочего колеса насосы бывают тихоходные, нормальные, быстроходные. Коэффициент быстроходности п_s характеризует конструктивные особенности данного типа насосов и выражает частоту вращения такого эталонного рабочего колеса, которое будучи геометрически подобно заданному, при мощности N=0,736 кВт, напоре Н=1 м, обеспечивает подачу Q= 0,075 м³/с.

Для тихоходных насосов коэффициент быстроходности составляет п_s = 40—80, нормальных 80—140; быстроходных 140—300. Тихоходные насосы служат для создания больших напоров при малой подаче, а быстроходные дают большую подачу при сравнительно низких напорах. Наиболее часто применяют в пожарной технике тихоходные и нормальные центробежные насосы.

Рис. 2, Схема центробежного насоса

1 — рабочее колесо; 2 — лопасти; 3 — корпус; 4 — вал; 5 — всасывающий трубопровод; 6 — нагнетательный трубопровод; 7 — патрубок

Принципиальная схема центробежного насоса показана на рис. 2. Основными элементами, общими для всех разнообразных конструкций центробежных насосов, являются рабочее колесо 1, лопасти его — 2, корпус — 3, вал — 4, всасывающий трубопровод — 5, нагнетательный — 6, патрубок 7. Рабочее колесо насажено на вал, который приводится во вращение двигателем. Оно состоит из двух дисков, между которыми расположены изогнутые лопасти. Рабочее колесо помещено в спиральную камеру, которая служит для плавного отвода жидкости к напорному патрубку. В обычно применяемых насосах колеса имеют шесть — восемь лопастей; в насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей, устанавливают рабочие колеса всего с двумя — четырьмя лопастями.

Перед пуском насос и всасывающий патрубок заполняют водой, после чего двигатель приводит во вращение колесо насоса. Под действием центробежных сил находящаяся в насосе жидкость начинает перемещаться по каналам между лопастями рабочего колеса в направлении от центра к периферии. Вследствие этого при входе в рабочее колесо в центральной области насоса образуется вакуум. Тогда под действием наружного (атмосферного) давления жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу поступает в центральную зону рабочего колеса. Таким образом, при постоянном вращении рабочего колеса через насос подается непрерывный поток жидкости. В процессе обтекания лопастей рабочего колеса и их силового воздействия на поток механическая энергия преобразуется в кинетическую энергию движения жидкости, причем на выходе из рабочего колеса по мере расширения спиральной камеры последняя (кинетическая энергия) преобразуется в энергию давления. Преобразование кинетической энергии завершается в напорном патрубке, который обычно выполняется в виде прямоосного диффузора.

Дата добавления: 2015-05-23