ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАСОСОВ

Гидромашины для подъема и перемещения жидкостей называются насосами. Насос преобразует механическую энергию приводного двигателя в гидравлическую энергию перемещаемой жидкости.

Существуют различные типы насосов, основными из них являются объемные и лопастные. В объемных насосах энергия сообщается непосредственно воздействием рабочего органа на транспортируемую среду при ее вытеснении. В лопастных насосах преобразование механической энергии в гидравлическую производится вращающимся колесом, снабженным лопастями.

Различие этих типов насосов заключается в характере силового взамимодействия лопасти и потока и в направлении течения потоков: в центробежных насосах поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление и перемещается в поле действия центробежных сил; в осевых насосах поток жидкости параллелен оси вращения и перемещается в поле действия гидродинамических сил, возникающих при взаимодействии потока и решетки лопастного колеса.

 

а

б

Рис. 1 Схемы центробежного (а) и осевого (б) насосов

1 – колесо; 2 – спиральный отвод; 3 – направляющий аппарат

Рис. 2 Характеристика центробежного насоса

 

 

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ

Основными техническими параметрами, характеризующими работу насоса, являются: напор, подача, потребляемая мощность, к.п.д., число оборотов и высота всасывания.

2.1. Напор, H м.вод.ст. (см. рис. 2)

,  удельная энергия жидкости в нагнетательном патрубке (м),  

,удельная энергия во всасывающем патрубке (м),

 

где p_н, Z_н, С_н – давление, отметка и скорость жидкости в нагнетательном патрубке;

p_в, Z_в, С_в – давление, отметка и скорость жидкости во всасывающем патрубке;

 Y, g – удельный вес жидкости (кг/м³) и ускорение свободного падения, м/с².

 (м).                                       (1)

Сумма двух первых членов уравнения (1) представляет собой разность избыточных давлений и называется манометрическим напором:

 

.

Величину манометрического напора в центробежных насосах, с избыточным давлением во всасывающем трубопроводе и незначительной разницей величин отметок, можно не учитывать из-за их малой величины по сравнению с последним членом формулы (1). Тогда, формула для определение напора насоса, после проведения некоторых преобразований, упрощается и принимает вид, м:

 

,                                                                     (2)

 

где  , u₂ – соответственно проекция абсолютной скорости, на выходе из лопасти рабочего колеса (далее РК), на вектор окружной скорости на выходе из РК.

Примечания:

1. При расчете центробежных самовсасывающих насосов давление во всасывающем патрубке принимается равным атмосферному давлению; при расчете насосов с избыточным давлением на входе – давление во всасывающем патрубке принимается равным давлению во всасывающем трубопроводе.
2. Отметка Z_в для самовсасывающих насосов принимается равной расстоянию от зеркала жидкости до оси центра всасывающего патрубка; отметка Z_нпринимается равной высоте от зеркала жидкости до фланца напорного патрубка (для насосов работающих с избыточным давлением во всасывающем трубопроводе Z_в равно нулю).
3. Удельный вес жидкости (воды) в рекомендуемых интервалах температур (от 0 ÷ 70 ˚С) работы насосов Y ≈1000кг/м³; ускорение силы тяжести g = 9,81 м/с².
4. Скорость  жидкости  во  всасывающем патрубке при расчетах не должна превышать           с_в= 2 ÷ 4 м/с.

 

Мощность, N кВт.

 

Полезной мощностью N_nнасоса является приращение энергии, получаемой жидкостью, проходящей через насос в единицу времени, т.е.

 

, кВт,                                                      (3)

где 102 – переводной коэффициент из джоулей в киловатты;

  Q – производительность насоса, м³/сек (объем жидкости, подаваемой насосом в       единицу времени, и выражается в м³/час, м³/сек, л/сек).

 

 

2.3. К.П.Д. η и потребляемая мощность N насоса

Отношение полезной мощности N_nк потребляемой Ν представляет собой КПД насоса

 

,                                                  (4)

Следовательно, потребляемая насосом мощность, кВт, равна

.                                                  (5)

где η –КПД насосов определяются следующим отношением:

η = η_г · η_об · η_мех.,                                                 (6)

 где η_г– КПД учитывающий гидравлические потери насоса, для современных насосов равный 0,90 – 0,95;

η_об– КПД учитывающий объемные потери насоса и в современном насосостроении равен 0,95 – 0,98;

  η_мех – КПД учитывающий механические потери насоса и равен 0,9 – 0,97.

Высота всасывания

Высота всасывания h_s представляет собой разность отметок оси всасывающего патрубка насоса z_в.о и свободного уровня (зеркала) z₁ жидкости в резервуаре (рис. 2):

hs = Z_в.о – Z₁,                                                           (7)

     

Высота всасывания h_s― важнейший технический показатель работы насоса, в некоторых случаях являющийся основным критерием возможности использования данного насоса в конкретных условиях эксплуатации.

 

2.5. Коэффициент быстроходности насоса n _s

 

Коэффициент быстроходности n_s ― является критерием подобия. Это означает, что если два насоса имеют различные значения n, Q и H,но одно и то же значение n_s, то они называются подобными.

Формула (8) приводится без вывода:

,                                                   (8)

где n – частота вращения насоса, об/мин;

Q – подача насоса, м³/с;

H – напор на одну ступень насоса, м.

 

Рис.3. Классификация рабочих колес по коэффициенту быстроходности:

1 – тихоходные(D2/D0 ≈ 2,5, ns = 40 – 80); 2 – нормальные (D2/D 0 ≈ 2, ns = 80 – 150);

3 – быстроходные(D2/D0 ≈ 1,2, ns = 150 – 300); 4 – диагональные(D2/D0 ≈ 1,2, ns = 300 – 600);

5 – осевые (D2/D0 ≈ 0,8, ns > 600).

 

 

Из рис. 3. видно, что насосы с высокими коэффициентами быстроходности характеризуются относительно низкими подачами и высоким напором, а насосы с низким коэффициентом быстроходности, наоборот, характеризуются высокими подачами и низким напором.

2.6. Определение подачи насоса, Q м³/сек

,                                                                                           (9)

где, π – число 3,14;

  D₂– наружный диаметр рабочего колеса, м;

  b – ширина рабочего колеса, м;

с_2r – проекция абсолютной скорости на радиус определяющая величину расхода жидкости, м/сек.