Буквенные обозначения, единицы, наименования

Содержание

 

1           Буквенные обозначения, единицы, наименования. 6

2           Конструктивные виды насосов. 9

3           Вопросы о подаче воды.. 12

3.1        Параметры насосов. 12

3.1.1     Подача насоса Q.. 12

3.1.2     Напор Н и давление ∆р, создаваемое насосом.. 12

3.1.3     К. П. Д. и потребляемая мощность Р на валу насоса. 12

3.1.4     Частота вращения n. 13

3.1.5     Удельная частота вращения n_q и конструктивные виды рабочих колес. 13

3.1.6     Характеристические линии насосов. 16

3.2        Параметры установки. 19

3.2.1     Напор установки Н_А. 19

3.2.1.1  Уравнение Бернулли. 19

3.2.1.2  Потери давления p_v из-за гидравлических сопротивлений. 21

3.2.1.2.1 Потери потенциальных напоров Hv в прямых трубопроводах. 21

3.2.1.2.2 Потери потенциальных напоров H_v в арматуре и фасонных деталях. 26

3.2.2     Характеристические линии установки. 32

3.3        Выбор насоса. 34

3.3.1     Гидравлическое положение. 34

3.3.2     Механические положения. 34

3.3.3     Выбор электродвигателя. 35

3.3.3.1  Расчет параметров мощности двигателя. 35

3.3.3.2  Двигатели для бессальниковых насосов. 38

3.3.3.3  Опытные соотношения. 38

3.4        Рабочая характеристика и регулирование [4], [6], [8] 40

3.4.1     Рабочая точка. 40

3.4.2     Регулирование подачи дросселированием.. 41

3.4.3     Регулирование подачи с помощью изменения частоты вращения. 42

3.4.4     Параллельная работа центробежных насосов. 43

3.4.5     Последовательная работа (Последовательное соединение) 45

3.4.6     Обточка рабочих колес. 45

3.4.7     Затыловка лопастей рабочего колеса. 46

3.4.8     Регулировка подачи при помощи предварительной закрутки. 46

3.4.9     Регулировка подачи/изменение с помощью поворота лопастей. 47

3.4.10   Регулирование подачи посредством обвода. 47

3.5        Соотношение на входе [3] 49

3.5.1     Значение NPSH_{распол.} установки. 49

3.5.1.1  NPSH_{распол.} при работе на всасывание. 52

3.5.1.2  NPSH_{распол.} при работе под заливом.. 53

3.5.2     Значение NPSH_треб. насоса. 54

3.5.3     Возможности коррекции. 55

3.6        Влияние примесей. 57

4           Особенности при подаче вязких жидкостей. 58

4.1        Кривая текучести. 58

4.2        Ньютоновские жидкости. 62

4.2.1     Воздействие на характеристические линии насоса. 62

4.2.2     Влияние на характеристические линии установки. 66

4.3        Неньютоновские жидкости. 67

4.3.1     Влияние на характеристические линии насоса. 67

4.3.2     Влияние на характеристические линии установок. 68

5           Особенности при подаче жидкостей, содержащих газ. 69

6           Особенности при подаче жидкостей, содержащих твердые частицы.. 71

6.1          Скорость оседания. 71

6.2          Влияние на характеристические линии насосов. 72

6.3          Влияние на характеристические линии установок. 73

6.4          Рабочая характеристика. 74

6.5          Длинноволокнистые твердые частицы.. 74

7           Периферийное оборудование. 75

7.1          Виды установки насосов. 75

7.2          Форма входа насоса. 76

7.2.1     Зумпф насоса. 76

7.2.2     Всасывающий трубопровод. 77

7.2.3     Форма входа у насосов с прямым трубным корпусом [1] 81

7.2.4     Помощь при всасывании. 83

7.3          Расположение участков измерения. 86

7.4          Муфты для валов. 87

7.5          Нагрузка на патрубки насосов. 88

7.6          Технические нормативы.. 89

8           Примеры вычислений. 91

9           Использованная литература. 98

10         Техническое приложение. 99

11         Принятые единицы, выборочная информация для центробежных насосов. 109

 

Указатель таблиц

 

Таблица 1: Основные конструктивные виды центробежных насосов. 10

Таблица 2: Отношение частот вращения. 13

Таблица 3: Средние повышения шероховатости k (абсолютная шероховатость) трубы по неточной оценке. 23

Таблица 4: Внутренний диаметр d и толщина стенки s в мм и вес стандартной стальной трубы и ее заполнение водой в кг/м по ENV 10220 (ранее DIN ISO 4200). D = внешний диаметр, s = толщина стенки. 23

Таблица 5: Коэффициенты потерь ζ в арматурах различных конструктивных видов (относятся к скорости потока в условном сечении DN) 27

Таблица 6: Коэффициенты потерь ζ в коленах и отводах. 28

Таблица 7: Коэффициенты потерь ζ в фасонных деталях. 28

Таблица 8: Коэффициенты потерь ξ в переходниках. 29

Таблица 9: Способы защиты электродвигателей по EN 60 529 и DIN/VDE 0530 Т.5 от прикосновения загрязняющего материала и воды.. 36

Таблица 10: Допустимое число переключений z за час для электродвигателей. 37

Таблица 11: Методы пуска для асинхронных двигателей. 39

Таблица 12: Давление парообразования _PD, плотность ρ и кинематическая вязкость ν воды при насыщении как функции температуры t. 51

Таблица 13: Влияние топографической высоты над .N. N.(уровнем моря) на среднегодовые значения атмосферного давления и на существующую температуру кипения(1 мбар=100 Па) 52

Таблица 14: Минимальные значения для прямолинейных отрезков трубы возле ячастков измерения в кратных диаметра трубы D.. 86

 

1 Буквенные обозначения, единицы, наименования

А    м²               поперечное сечение обтекаемой формы                                                   

А    м                расстояние между местом измерения и                                                    

фланцем насоса                                                                                          

а     м, мм         ширина канала прямоугольного колена                                                    

В    м, мм         высота над поверхностью земли всасывающей трубы                            

c_D                           коэффициент сопротивления шара в водном                                            

потоке                                                                                                         

c_T    (%)             концентрация твердого вещества при подаче                                          

D    м (мм)        наружный диаметр, наибольший диаметр                                    

DN (мм)           номинальный внутренний диаметр                                               

d     м (мм)        внутренний диаметр, наименьший диаметр                                             

d_s    м (мм)        диаметр частицы твердого вещества                                                        

d₅₀  м (мм)        средний диаметр частицы твердого вещества                                          

F     N                сила

f                             дроссельный коэффициент диафрагмы с отверстиями                            

f_H                           коэффициент пересчета напора                                                                 

                              (система KSB)                                                                                             

f_Q                           коэффициент пересчета подачи                                                                 

                              (система KSB)

f_η                            коэффициент пересчета к. п. д.                                                                  

                              (система KSB)                                                                                             

g     м/с²            ускорение свободного падения = 9,81 м/с²                                   

H    м                напор                                                                                                            H _geo       м                геодезический напор                                                                      

H_s   м                высота всасывания                                                                                     

H_{s geo} м                геодезическая высота всасывания                                                             

H_{z geo} м                геодезическая дополнительная высота                                                     

H_v   м                потеря напора

H₀   м                напор при нулевой подаче (при Q = 0)

I      А                электрическая сила тока                                                                            

К                            типовой коэффициент (англосаксонск. удельная                                     

частота вращения)                                                                                      

k     мм, μм       средняя абсолютная шероховатость                                                                                   коэффициент пересчета k_Q, k_H, kη                                                             

                              (метод Института Гидравлики)                                                                 

k_v    м³/ч            показатель потери у арматуры                                                                  

L     м                длина трубы                                                                                           L_s       м                вытянутая длина трубопровода, наполненного воздухом           

M    Нм             момент                                                                                                        

NPSH_треб. м            NPSH – параметр насоса (требуемый)                                                      

NPSH_{распол.} м          NPSH – параметр насоса (располагаемый)

N_s   –                 удельная частота вращения в США

n     мин^-1, с^-1    частота вращения                                                                                       

n_q    мин^-1          удельная частота вращения (также безразмерна, как и

                              типоразмерный параметр рабочего колеса)

P     кВт (Вт)     мощность, мощность, потребляемая насосом

PN  (бар)          номинальное давление

∆p   бар (Па)     давление, создаваемое насосом, разность давлений (Па ≡ Н/м²)

Буквенные обозначения, единицы, наименования

p     бар (Па)     давление (Па = Н/м² = 10^-5 бар)

pb   мбар (Па)  атмосферное давление

pD  бар (Па)     давление парообразования подаваемой жидкости

p_v    бар (Па)     потеря давления

Q    м³/с, м³/ч   подача (также в л/с)

Q_a   м³/ч            подача при отключении давления

Q_e   м³/ч            подача при включении давления

qL   %               содержание воздуха, то есть газа, в подаваемой жидкости

R    м (мм)        радиус

Re                          число Рейнольдса

S     м                столб жидкости (над воронкой), глубина погружения в жидкость

s     мм              толщина стенки

s’    м                разность высот между серединой входного устройства рабочего колеса

                              и серединой всасывающих патрубков насоса

Т     Нм             крутящий момент

t      °C               температура

U    м                длина невозмущенного потока

U    м                смоченный периметр поперечного сечения обтекаемой формы

V_B  м³               объем всасывающих резервуаров

V_N  м³               полезный объем зумпфа насоса

v     м/с             скорость потока

w    м/с             скорость оседания твердого вещества

y     мм              перемещение шибера, расстояние от стенки

Z     л/ч              число переключений (частота переключений)

z                             число ступеней

z_{s, d} м                разность высот между напорным и всасывающим патрубками насоса

α     °                 угол поворота, угол открытия

δ     °                 угол наклона

ζ     –                 коэффициент потерь (сопротивления)

η     ()                коэффициент полезного действия

η     Па с           динамическая вязкость

λ                             коэффициент трения в трубе

ν     м²/с            кинематическая вязкость

ρ     кг/м³           плотность

τ     Н/м²           касательное напряжение

τ_f     Н/м²           касательное напряжение на пределе текучести

φ                            температурный фактор, угол открытия клапана, как cos φ коэффициента

                              мощности асинхронного двигателя

ψ                            коэффициент давления (безразмерный напор рабочего колеса)

Индексы

А    относится к установке

а     на выходном сечении установки, отводящем

Bl   относится к отверстию диафрагмы с отверстиями

d     относится к напорному патрубку

dyn динамическая часть

Е     самое узкое поперечное сечение арматуры (табл. 5)

Е     на входе всасывающей трубы или входное сопло

е     на поперечном сечении установки

f     относится к жидкости-носителю

Н    горизонтальный

К    относится к отводу

m    средняя величина

max максимальная величина

min минимальная величина

N    номинальное значение

opt  оптимальное значение в точке наибольшего к. п. д.

Р     относится к насосу

p     относится к давлению

r      редуцированный у обточенных или расточенных рабочих колес

s     относится к всасывающему патрубку

s     относится к твердому веществу

stat  статическая часть

t      относится к рабочему колесу перед обточкой/расточкой

V    вертикальный

v     относится к потерям

w    относится к воде

z     относится к притоку

0     исходное положение, относится к индивидуальному зерну

1,2,3 цифры, положения

I, II число работающих насосов

2 Конструктивные виды насосов

Отличительные признаки центробежных насосов зависят от выдаваемых параметров (подачи Q, напора Н, частоты вращения n и NPSH), характеристик подаваемой жидкости, технических требований на месте эксплуатации и действующих там законов или технических нормативов. Это исключительное многообразие обуславливает многочисленные конструктивные виды, которые предложены в программе насосостроения KSB.

Главные конструктивные особенности основных конструктивных видов следующие:

-число ступеней (одноступенчатый/многоступенчатый);

-положение вала (горизонтальное/вертикальное);

-корпус (радиальный, например, спиральный корпус/осевой = трубный корпус);

-число потоков рабочего колеса (однопоточное/двухпоточное);

-исполнение двигателя (сухой двигатель/погружной двигатель = внутренний сухой/мокрый ротор двигателя = внутренний мокрый, например, щелетрубный двигатель, подводный электродвигатель).

Для этих конструктивных особенностей, которые определяют рисунок конструктивного ряда, ниже приведены некоторые примеры (таблица 1 и рисунки 1а – 1р).

Сверх этого, далее даны такие особенности центробежных насосов,

способ установки который рассматривается в главе 7.1:

-номинальный внутренний диаметр (для типоразмера, зависимого от подачи;

-номинальное давление (для толщины стенки корпусов и фланцев);

-температура (например, для охлаждения уплотнения вала);

-подаваемая среда (абразивные, агрессивные, ядовитые жидкости);

-конструктивный вид рабочих колес (радиальные/осевые в зависимости от удельной частоты вращения);

-способность к самовсасыванию;

-разъем корпуса, положение патрубков, горшкообразный корпус и т. д.

Таблица 1: Основные конструктивные виды центробежных насосов

Число ступеней	одноступенчатый						многоступенчатый
Положение вала	горизонтальное			вертикальное			горизонтальное	вертикальное
Конструктивное исполнение корпуса	радиальный		осевой	радиальный		осевой	секционный корпус
Число потоков рабочего колеса	1	2	1	1	2	1	1	1
Конструктивное исполнение двигателя, рисунок № 1
Сухой (норм)-двигатель	a	b	c	d	e	f	g	h
С магнитным приводом	i
Погружной двигатель (см. 3.3.2)			j	k		l		m
Двигатель с мокрым ротором (см. 3.3.2)	n						o	p

 

Рисунки 1 (а – р) Основные конструктивные виды центробежных насосов в соответствии с Таблицей 1.

Подача × Напор × К. П. Д. · Потребляемая мощность

3 Вопросы о подаче воды

Эта глава, главным образом, касается подачи воды; особенности других подаваемых жидкостей рассматриваются в главах 4, 5 и 6.

3.1 Параметры насосов

3.1.1 Подача насоса Q

Подача насоса Q представляет собой полезный объем жидкости, подаваемой в единицу времени из напорного патрубка насоса, в м³/с (также может измеряться в л/с и м³/ч). Она изменяется пропорционально с частотой вращения насоса. Утечка воды, как и внутренние щелевые потоки, не считаются подачей.

3.1.2 Напор Н и давление ∆р, создаваемое насосом

Напор насоса Н – это отнесенная к единице веса, в Н, полезная механическая работа в Нм, которая передается насосом перекачиваемой жидкости, выражается в Нм/Н=м (ранее назывался столбом жидкости, м). Напор пропорционален квадрату частоты вращения рабочего колеса и независим от плотности ρ подаваемой жидкости, то есть, определенный центробежный насос перемещает различные жидкости (одинаковой кинематической вязкости ν) независимо от их плотности ρ с одинаковым напором Н. Вышесказанное относится ко всем центробежным насосам.

Напор насоса Н определяется по уравнению Бернулли (см. главу 3.2.1.1)

-по потенциальному напору Нр пропорциональному к разности статических давлений между напорным и всасывающим патрубком насоса;

-по геодезической высоте z_{s, d} (рисунки 8 и 9), представляющей разность высот между напорным и всасывающим патрубком насоса;

-по разности скоростных напоров (v_d²-v_s²)/2g на напорном и всасывающем патрубке насоса.

Для повышения давления ∆р в насосе (принимайте во внимание расположение участков измерения давления согласно главе 7.3) есть только потенциальный напор Нр вместе с плотностью ρ подаваемой жидкости: ∆р определяется по уравнению

 

(1)             

где

ρ     плотность передаваемой жидкости в кг/м³,

g     ускорение свободного падения 9,81 м/с²,

Н    напор насоса в м,

z_s,d  разность высот между напорным и всасывающим патрубком насоса в м (см. рис. 8 и 9);

v_d    скорость потока в напорном патрубке = 4Q/πd_d² в м/с,

v_s    скорость потока во всасывающем патрубке = 4Q/πd_s² в м/с,

Q    подача насоса в соответствующем патрубке в м³/с

d     внутренний диаметр соответствующего патрубка в м

∆р   давление, создаваемое насосом, в Н/м² (для пересчета в барах: 1 бар = =100 000 Н/м²)

Высокие плотности повышают давление, создаваемое насосом, и, вместе с тем, конечное давление. Конечное давление является суммой давления, создаваемого насосом, и давлением на входе, и ограничивается прочностью корпуса. Также необходимо принять во внимание влияние температуры на прочность корпуса влияние температуры на прочность корпуса.

3.1.3 К. П. Д. и потребляемая мощность Р на валу насоса

Потребляемая мощность насоса Р – это механическая мощность, воспринимаемая насосом на валу или муфте в кВт или Вт. Она пропорциональна третьей степени частоты вращения и определяется по следующим формулам:

 

Подача × Напор × К. П. Д. · Потребляемая мощность

в Вт	в кВт	в кВт            (2)
где ρ    плотность в кг/м3 Q   подача в м3/с	в кг/дм3 в м3/с	в кг/дм3 в м3/ч

g    ускорение свободного падения = 9,81 м/с²,

Н   напор в м,

η    к. п. д. между 0 и <1 (не в %).

К. п. д. насоса η указан на характеристических линиях (см. главу 3.1.6).

Потребляемую мощность насоса Р для плотности ρ = 1000 кг/м³ взять прямо из характеристических линий насоса (см. главу 3.1.6). При другой плотности ρ пересчитывается пропорционально.

При подаче жидкости с повышенной вязкостью, такой как вода, (см. ниже в главе 4) или с повышенной долей твердого вещества (см. ниже в главе 6), потребляемая мощность будет повышенной (это также относится к подаче сточных вод, см. ниже в главе 3.6).

Плотность ρ зависит от потребляемой мощности насоса Р линейно. При очень высоких плотностях необходимо следить за допускаемым максимальным значением нагрузки двигателя (глава 3.3.3) и за крутящим моментом (из-за нагрузки муфты, вала и призматических шпонок)!

3.1.4 Частота вращения n

У привода с двигателем трехфазного тока (асинхронные двигатели с коротко замкнутым ротором по нормам МЭК (IEC)) заложены следующие частоты вращения насоса:

 

Таблица 2: Отношение частот вращения

Число полюсов	2	4	6	8	10	12	14
частота	Отношение частот вращения в документации в мин-1
при 50Гц	2900	1450	960	725	580	480	415
при 60Гц	3500	1750	1160	875	700	580	500

 

На практике двигатели трехфазного тока работают, все-таки, (в зависимости от мощности Р и от изготовителя) с незначительно повышенными частотами вращения [1], которые производитель насосов с согласия клиентов может принять во внимание при расчете; при этом имеет место закономерность главы 3.4.3 (закон аффинного преобразования). Уже производятся расчеты характеристических линий погружных насных агрегатов и погружных насосов для эффективных частот вращения их приводных машин. При переменной частоте вращения (например, с помощью тиристоров при мощностях с малыми кВт и еще с помощью статического преобразователя частоты), редукторах или ременных передачах, а также у приводов при помощи турбин или двигателей внутреннего сгорания возможны другие частоты вращения насоса.

3.1.5 Удельная частота вращения n_q и конструктивные виды рабочих колес

Удельная частота вращения n_q– это принятое сравнительное число из механики подобия, которое позволяет при различных эксплуатационных данных (подаче Q_opt, напоре H_opt и частоте вращения рабочего колеса насоса n в точке максимального к. п. д. Η_opt) сравнивать рабочие колеса различных размеров друг с другом, и классифицировать их оптимальные конструктивные виды (см. рисунок 2) как и форму характеристической линии насосов (см. главу 3.1.6, рисунок 5).

Удельная частота вращения

n_q– это воображаемая частота вращения геометрически подобно измененного рабочего колеса с подачей 1 м³/с и напором 1 м в точке максимального к. п. д., она имеет ту же единицу, что и частота вращения. Как численноравный типоразмерный параметр, ее также можно выразить безразмерно по правой части следующих уравнений [2]:

 

	(3)
где Qopt в м3/с	Qopt в м3/с   = подача при ηopt
Hopt в м	Hopt в м       = напор при ηopt
n    в мин-1	n      в 1/с    = частота вращения насоса,
nq  в мин-1	nq                         безразмерный параметр,
	g      9,81 м/с2 = ускорение свободного падения

 

У многоступенчатых насосах для получения Нopt используется оптимальный напор ступени, а в двухпоточных рабочих колесах для Qopt – оптимальная подача половины рабочего колеса.

С увеличением удельной частоты вращения n_q рабочие колеса с радиальным выходом становятся все более и более полуосевыми (“диагональными”) и, наконец, осевыми обтекаемыми (см. рисунок 2); также ведущие направления на радиальных корпусах (например, спиральных корпусах) становится все более объемистыми, пока не станет возможен отвод потока в радиальном направлении. Наконец, поток еще может быть отведен в осевом направлении (например, в трубных корпусах).

Рисунок 3 позволяет произвести графическое вычисление. Следующие конструкции рабочих колес изображены на рисунке 4: колеса типа звездочки применяются в самовсасывающих насосах. Периферические рабочие колеса расширяют область удельной частоты вращения примерно до n_q = 5 (возможно от одно- до трех ступенчатого конструктивного вида); при меньших удельных частотах вращения следует предпочитать вращающиеся (например, одновинтовые насосы с n_q = 0,1 до 3) или осциллирующие объемные насосы (поршневые насосы).

Численное значение удельной частоты вращения также необходимо при выборе факторов влияния на пересчет характеристических линий насоса при подаче вязких или содержащих твердые вещества жидкостей (см. главы 4 и 6).

В англосаксонских странах удельная частота вращения обозначается “типовым коэффициентом К”, а в США – Ns).

Пересчет:

K = n_q/52.9

N_s = n_q/51.6 (4)