Производительность, напор и давление, создаваемые нагнетателем

Основными величинами,, характеризующими работу машин, являются подача, напор и давление, ими развиваемые. Энергия, сообщаемая потоку жидкости или газа машиной, вполне определяется этими величинами и плотностью подаваемой среды. Гидродинамическое и механическое совершенство машины характеризуется ее полным КПД.

Подача — количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объемной и обозначают Q.

Системой СИ введена массовая подача М, кг/с, — масса жидкости (газа), подаваемой машиной в единицу времени. Очевидно, что

(6.2.1)

где — плотность среды, кг/м³; — объемная подача, м³/с

При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости машины независимо от рода подаваемой среды. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах вследствие существенного повышения давления происходит уменьшение удельного объема газа и объемная подача по длине проточной полости падает.

В расчетах принято исчислять объемную подачу компрессоров при условии всасывания или при нормальных условиях, т. е. при параметрах среды Т= 293 К, — 100 кПа, = 1,2 кг/м³.

Подача насоса (вентилятора, компрессора) зависит от размеров и скоростей движения его рабочих органов и свойств трубопроводной системы, в которую он включен.

По ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения»
давление, развиваемое насосом, определяется зависимо-
стью:

, (6.2.2)

где и — соответственно давления на входе в насос (начальное) и на выходе из насоса (конечное), Па; р — плотность среды, подаваемой насосом, кг/м³; с_и и с_к—' средние скорости потока на входе и выходе, м/с; z„ и г_к — высоты расположения центров входного и выходного сечений насоса.

Государственный стандарт устанавливает отчетливое понятие напора как величины, связанной с давлением соотношением:

. (6.63.3)

Такое понятие напора как величины, исчисляемой в едини­цах длины, вполне согласуется с основными положениями гидромеханики.

Перейдем от давлений к напорам:

. (6.2.4)

Полученное равенство определяет полный напор, развиваемый насосом.

Если пренебречь приростом скоростного напора , значение которого в некоторых случаях невелико, то полный напор машины представится только стати­ческой частью его , м:

. (6.2.5)

Важной величиной, характеризующей насосы и венти­ляторы с энергетической стороны, является их удельная полезная работа ,Дж/кг:

, (6.2.6)

представляющая собою работу, получаемую потоком от рабочих органов машины, отнесенную к 1 кг массы жидкости (газа).

Работа L, подводимая на вал машины для приведения ее в действие, отнесенная к 1 кг массы подаваемой среды, называется удельной работой машины; она в основном определяет необходимую мощность приводного двигателя машины. Из-за потерь энергии в машине удельная полезная работа машины меньше ее удельной работы.

Удельная работа компрес­соров вычисляется особо в за­висимости от вида термодина­мического процесса, протекаю­щего в компрессорах.

6.3. Мощность и КПД нагнетателей. Совместная работа насоса и сети

Рабочие органы машины — лопасти, поршни — работают в потоке и увеличивают его энергию. Для проведения этой работы к валу насоса должна непрерывно подводиться энергия от двигателя.

Аналогично понятию удельной полезной работы в гид­ромашиностроении введены понятия полезной мощности насоса и мощности насоса.

Полезная мощность машины (насоса, вентилятора) — работа, сообщаемая машиной в секунду подаваемой среде, определяется соотношением:

. (6.3.1)

Из формулы следует из представления о работе как о произведении силы на длину пути. При этом машина совершает в секунду полезную работу, сообщаемую подаваемой среде. Делением на 1000 выражают полезную мощность в кило­ваттах.

. (6.3.2)

В системе МКГСС полезная мощность определяется формулой:

. (6.3.3)

Мощность , подводимую от двигателя на вал насоса (вентилятора), называют мощностью насоса (вентилятора).

Потери энергии, неизбежные в любом рабочем процессе, приводят к неравенству N_п<N. Процесс работы машины тем совершеннее, чем меньше N_a отличается от N.

Эффективность использования насосом энергии, к нему подводимой, оценивают КПД насоса — отношением полезной мощности к мощности насоса,

. (6.3.4)

В рабочих условиях КПД зависит от многих факторов: типа, размера и конструкции машины, рода перемещаемой среды, режима работы машины, характеристики сети, на которую машина работает.

Для оценки энергетической эффективности установки в целом, состоящей из машины и двигателя к ней, пользуются КПД установки :

(6.3.5)

где — электрическая мощность, подводимая к двигателю.

Для оценки эффективности компрессоров служат отно­сительные термодинамические КПД.

Совместная работа насоса и трубопроводной системны

Работа насоса, присоединенного к системе водопроводов, находится в зависимости от гидравлических свойств этой системы, называемой сетью. Рассмотрим условия работы машины на примере насосной установки, полагая систему устойчивой.

Первое условие связи насоса с трубопроводной системой следует из уравнения неразрывности и заключается в равенстве массовых подач, проходящих через насос и присоединенные к нему всасывающий и напорный трубопроводы:

(6.3.6)

Для несжимаемой жидкости и поэтому имеет место равенство объемных подач:

. (6.3.7)

Уравнение сохранения энергии с учетом полезной работы, передаваемой потоку насосом,

, (6.3.8)

где —потери напора в трубах

В области развитой турбулентности потери напора подчинены квадратичному закону и поэтому:

. (6.3.9)

Сумма коэффициентов, содержащихся в скобках, с учетом поправки на разницу в подачах и может быть принята постоянной и равной . Тогда

Задавая произвольные значения Q, вычисляем соответствующие значения и наносим на график ряд точек, соединяя которые плавной кривой получа­ем характеристику сети .