Классификация гидравлических машин

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачки жидкостей. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние или заставляют циркулировать в какой-нибудь замкнутой системе. Для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость всасывается насосом и перекачивается по напорному трубопроводу за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости после насоса всегда больше, чем перед насосом.

Насосы в основном устанавливаются в насосных станциях. В настоящее время область применения насосов очень широка и многообразна. Помимо водоснабжения водоотведения городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земли, гидроаккумулирования энергии, транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок, тепловых электростанций, судовые насосы, специальные насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, откачка воды из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и т.п.), при разработке месторождений и транспортирования полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении отходов производственных предприятий.

Тема 2

«Общие сведения о насосах»

Насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин. В настоящее время насосы разделены на следующие группы: лопастные, объемные, струйные и эрлифты.

Лопастные насосы преобразуют энергию за счет динамического воздействия потока перекачиваемой жидкости и лопастей вращающегося колеса, которое и является основным рабочим органом насоса.

Объемные насосы работают по принципу вытеснения, который заключается в создании гидравлических систем, имеющих изменяющийся объем. Если объем заполнить перекачиваемой жидкостью, затем его уменьшить, то жидкость будет вытесняться в напорный трубопровод.

Струйные насосы работают по принципу смешения потока перекачиваемой жидкости, пара или газа, обладающей большим запасом кинетической энергии.

Насосы должны удовлетворять требованиям:

1) Надежность и долговечность работы;

2) Экономичность и удобство эксплуатации;

3) Изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

4) Минимальные габариты и вес;

5) Простота устройства;

6) Удобство монтажа и демонтажа.

Тема 3

«Принцип работы и конструкции центробежного насоса»

Лопастные насосы разделяются на центробежные, осевые и вихревые.

Центробежные насосы разделяются:

1) По форме лопастей центробежных колес: с цилиндрическими лопастями (направленными по радиусу, загнутыми назад, вперед и S-образного профиля), с лопастями двойной кривизны (входная кромка выносится вперед).

2) По числу подводов жидкости: односторонние и двусторонние.

3) По числу ступеней: одноступенчатые и многоступенчатые.

Центробежным насосом называется гидравлическая машина, в которой механическая энергия вращательного движения преобразуется в энергию потока во вращающемся межлопастном канале.

Схема центробежного насоса:

1 – колесо, 2 – лопасти, 3 – вал, 4 – корпус, 5 – всасывающий патрубок, 6 – всасывающий трубопровод, 7 – напорный патрубок, 8 – напорный трубопровод.

Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, посаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстающих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют межлопастные каналы колеса, которое заполнено перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждый объем жидкости массой m, находящиеся в межлопастном канале на расстоянии от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением:

F_ц=mώ²2 (1),

Где ώ – угловая скорость вращения вала. Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление.

Жидкость подводится через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разряжение).

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединенный с напорным трубопроводом.

Анализ уравнения (1) показывает, что центробежная сила, а следовательно и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве приводов центробежного насоса используются высокооборотные электродвигатели.

Тема 4

«Основные параметры центробежного насоса»

Основными параметрами насосов являются: напор, производительность, мощность, и коэффициент полезного действия.

Производительность – это количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени . Q = м³/ч, м³/с, л/с.

Напор – определяется как разность энергий жидкости на выходе из насоса и при входе в него. Напор, создаваемый насосом, измеряется в метрах. Напор можно рассматривать как высоту, на которую нужно поднять 1 кг (л) жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводу. Мощность измеряется в кВт. Различают мощность полезную (N_п) и мощность на валу электродвигателя (N).

N_п=GH=(γQH)/102

Полезной мощностью насоса называется количество энергии, сообщаемой потоку жидкости, прошедшему через насос в течение 1 секунды. Мощность на валу электродвигателя всегда больше полезной мощности N> N_п

Это возникает вследствие потерь в процессе передачи энергии от насоса к жидкости (потери внутри насоса – гидравлические, объемные, механические).

Коэффициент полезного действия (КПД) учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости и выражается формулой:

η= N_п/N=(γQH)/102N

КПД характеризует степень совершенства конструкции и экономичность работы насоса.

η= η_г* η_м* η_о

где η_г – гидравлический КПД,

η_м – механический КПД,

η_о – объемный КПД.

Гидравлический КПД представляет собой отношение действующего напора к теоретическому:

η_г=Н/Н_т

Механический КПД характеризует потери мощности на механическое трение в насосе, подшипниках, сальниках.

Объемный КПД – это потери производительности насоса при утечках жидкости на входе в насос или в атмосферу через зазоры в уплотнениях между рабочим колесом и корпусом, в сальниках насосов.

η_о=Q/Q_т

Представляет собой отношение действительной производительности насоса Q к теоретической Q_т.

Величина КПД зависит от конструкции и степени износа насоса и в среднем для центробежных насосов составляет 0,6 – 0,7, для совершенных центробежных насосов с регулируемым электродвигателем – 0,93 – 0,96.