Подача, напор, мощность, КПД
ЛЕКЦИЯ 2
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ НАСОСОВ
Подача, напор, мощность, КПД.
Высота всасывания.
Теоретические основы движения жидкости в центробежном насосе.
Характеристики центробежных насосов. Виды характеристик.
Подача, напор, мощность, КПД
Работа центробежного насоса характеризуется такими основными параметрами.
Подача – количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок за единицу времени. Как следует из определения, расход жидкости, проходящей в трубопроводе, равен подаче нагнетателя, сообщающего этой жидкости движение. Различают понятия объемной Q и массовой подачи насоса M, которые связаны между собой таким соотношением:
(2.1)
где r- плотность жидкости при температуре перекачки.
При установившемся движении и неизменной плотности жидкости расход равен:
(2.2)
где F – поперечное сечение трубопровода, м2
υ – средняя скорость потока, м/с
Напор понятие энергетическое.Напором (Н) называется приращение удельной энергии потока среды (энергии, отнесенной к массе 1 кг) при прохождении ее через рабочие органы насоса.
Принято различать напор манометрический, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и напор требуемый, подсчитанный по схеме насосной установки.
Рис. 2.1. Схема насосной установки: 1 – насос; 2 – электродвигатель; 3 – задвижка; 4 – манометр; 5 – напорный трубопровод; 6 – резервуар приемник; 7 – вакуумметр; 8 – всасывающий трубопровод; 9 – резервуар отборник; 10 – приемный клапан.
Обозначим: рм – давление, показываемое манометром, Па; рв – давление, показываемое вакуумметром Па, НВ – геометрическая (геодезическая) высота всасывания, м; НГ=НГВС+НГН – полная геометрическая высота подъема жидкой среды, м; Zв – превышение вакуумметра над точкой его подключения, м; Zм – превышение манометра над точкой его подключения, м; Z – разность уравнении сечений (I-I) и (II-II), м; 
- напор жидкости на входе в насос по отношению к плоскости отсчета, проходящей через ось насоса, м; 
- напор жидкой среды на выходе из насоса по отношению к той же плоскости отсчета, м.
Тогда согласно определению напора
(2.3)
Т.к. 
а , 
Напор насоса будет равен:
(2.4)
В выражении (2.4) сумма первых двух членов представляет собой разность избыточных давлений в сечениях I-I и II –II, приведенных к оси насоса, и называется манометрическим напором.
(2.5)
Определим требуемый напор по схеме установки:
Из уравнения Бернулли для сечений 0-0 и I-I (приняв за плоскость сравнения нижний уровень)
Из уравнений Бернулли для сечений II –II и К-К (приняв за плоскость сравнения ось насоса)
Найдем значение напора, рассматривая правые части уравнений (левые рассмотрены при определении манометрического напора.)
Сумма потерь во всасывающем и нагнетательном трубопроводах 
, а 
Поэтому требуемый напор
(2.6)
Полные потери напора в трубопроводе складываются из потери напора на трение и суммы потерь на местные сопротивления:
Таким образом, в общем случае напор насоса расходуется на преодоление противодавления в напорном резервуаре, геометрическую высоту подъема жидкой среды и преодоление сопротивлений в трубопроводе.
Мощность.Под мощностью понимают энергию, сообщаемую или затрачиваемую в единицу времени. Используя такие понятия, как напор насоса можно определить полезную мощность потока жидкости, выходящей из нагнетателя. Если каждой единице веса капельной жидкости сообщается энергия Н, то при весовой подаче насоса, равной 
, жидкость выходит из насоса, обладая полезной мощностью
(2.7)
В любой насосной установке мощность в различных ее узлах не одинакова. Чаще всего приводом для нагнетателя является электродвигатель, который потребляет мощность Nэ. Эта мощность в электродвигателе преобразуется в механическую мощность, которая выходит от электродвигателя в виде мощности на валу Nв. Вполне естественно, что мощность на валу меньше, чем мощность электрическая, так как часть мощности теряется при работе электродвигателя. Потери мощности в электродвигателе учитываются КПД электродвигателя (ηэ) в виде зависимости
. (2.8)
Таким образом, нагнетателю подается мощность на валу, или как ее называют, потребляемая мощность нагнетателя.
Коэффициент полезного действия насоса (КПД).
Потери мощности в нагнетателе, определяемые величиной ηн , подразделяют на гидравлические, объемные и механические.
Механическими являются потери мощности на различные виды трения в рабочем органе нагнетателя, hм - механический КПД; который учитывает механические потери энергии в подшипниках, уплотнениях насоса, а также при трении диска рабочего колеса о жидкость.
Объемные потери возникают в результате утечек жидкости через уплотнения в нагнетателе, а также перетоков из областей высокого давления в области низких, обусловленных особенностями конструкций. Перетоки отмечаются в лопастных нагнетателях. Там жидкость может перетекать обратно во всасывающий патрубок с периферии рабочего колеса через зазоры между рабочим колесом и корпусом нагнетателя, hо - объемный КПД, который учитывает потери энергии вследствие утечек жидкости в насосе.
Гидравлический КПД учитывает потери, которые возникают вследствие наличия гидравлических сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе, hг - гидравлический КПД, который учитывает потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении жидкости через насос.
Числовые значения составляющих КПД насоса зависят от конструкции насоса, качества его изготовления и условий эксплуатации. Они могут быть определены опытным путем и в лабораторных условиях.
Таким образом, КПД нагнетателя равен произведению гидравлического механического и объемного КПД:
(2.9)
Высота всасывания
Высота всасывания является важным параметром при проектировании насосной установки. Она определяет высотное расположение насоса по отношению к отметке уровня воды в приемном резервуаре или источнике, из которого жидкая среда перекачивается насосом. Неточности ее расчета могут привести к ухудшению и даже полному срыву работы насоса.
Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности внешнего давления Р0 в приемном резервуаре и давления Р1 на входе в насос или разности напоров 
. Согласно уравнению Бернулли, разность напоров затрачивается на подъем жидкости на высоту всасывания Нвс, на движение жидкости со скоростью υ, т.е. созданию скоростного напора 
, и на преодоление гидравлических потерь во всасывающей трубе hвс. Если жидкость засасывается из открытого бака, то внешнее давление равно атмосферному и можно записать равенство
Чтобы происходило всасывание, давление Р1 должно быть больше давления Рн.п. насыщенных паров жидкости при данной температуре. Тогда с учетом приведенного выше равенства условие нормальной работы насоса выразится следующим образом:
(2.10)
Откуда
(2.11)
Из выражения (2.11) следует, что высота всасывания насоса уменьшается со снижением барометрического давления Ра и с увеличением давления паров Рн.п.. величина Рн.п возрастает с повышением температуры, поэтому при повышении температуры жидкости допустимая высота всасывания уменьшается. Когда давление Р1 становится равным Рн.п , из жидкости начинают интенсивно выделяться пары и растворенные в ней газы. При этом, под действием противодавления Рн.п паров и газов высота всасывания снижается и может достигнуть нуля.
Высота всасывания снижается также при увеличении скорости жидкости во всасывающей трубе и соответствующем возрастании потерь hвс. Обычно высота всасывания при перекачивании холодных жидкостей не превышает 5-6 м; при перемещении нагретых жидкостей она может быть значительно меньше. Поэтому горячие, а также вязкие жидкости подводят к насосу с избыточным давлением или с подпором на стороне всасывания.
Выражение (2.11) является общим для всех насосов, хотя процессы всасывания и нагнетания существенно отличаются для насосов различных типов.
Дата добавления: 2016-04-06; просмотров: 15220;