Основные параметры работы насосов

Перемещение жидкостей

Для перемещения жидкостей по горизонтальным трубопроводам и для их подъема применяют насосы.

Насосы это гидравлические машины, преобразующие механическую энергию в энергию движения жидкости.

Перемещение жидкости может осуществляться также самотеком, который достигается соответствующей компоновкой оборудования по высоте.

Классификация насосов осуществляется по принципу их действия:

 

1. Лопастные (центробежные) – разность давлений в них создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес; движение жидкости в них осуществляется перпендикулярно оси вращения лопастного колеса.

2. Объемные – разность давлений в них создается при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися:

- Возвратно-поступательно;

- Вращательно.

3. Вихревые – разность давлений в них создается за счет энергии вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса;

4. Осевые – разность давлений в них создается за счет вращения рабочего колеса в форме гребного винта, при этом жидкость движетсявдоль оси вращения.

 

К насосам относятся также устройства, преобразующие в давление жидкости энергию пара, воды и сжатого газа:

· Струйные насосы;

· Газлифты – в них разность давлений создается за счет разности плотностей жидкости и газожидкостной смеси, образующейся при вводе газа;

· Монтежю – перемещение жидкости происходит за счет давления воздуха, газа или пара, создаваемого над поверхностью перекачиваемой жидкости.

 

Основные параметры работы насосов

Производительность (подача)  - объем жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор  -  высота, на которую может быть поднят 1 кг веса перекачиваемой жидкости (не зависит от плотности или удельного веса жидкости).

Полезная мощность  это мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии движения.

;

где G – вес перекачиваемой жидкости.

Мощность на валу  - это мощность затрачиваемая насосом, учитывающая потери мощности внутри самого насоса.

 

;

 

  КПД_насоса  - отражает потери мощности в самом насосе.

 

КПД_насоса = КПД _V^. КПД_Г ^. КПД_МЕХ

где: КПД _V - объемный КПД (коэффициент подачи); КПД _V  - отношение действительной производительности насоса к теоретически возможной.

Он учитывает механические потери жидкости через сальники, зазоры, клапаны, запаздывание в закрывании и открывании клапанов, скопление воздуха в цилиндре.

КПД_Г - гидравлический КПД – отношение действительного напора к теоретическому (учитывает потери напора при движении жидкости через сам насос).

КПД_мех - механический К.П.Д.

  (он учитывает потери мощности на механическое трение внутри насоса).

Обычно КПД _{насосов}составляет 70 – 93 %.

 

Напор насоса

где  - давление в емкости 1 (расходная);

 - давление в емкости 2 (приемная);

 - давление на входе в насос;

 - давление на выходе из насоса;

 - высота всасывания;

 - высота нагнетания;

 - геометрическая высота подачи жидкости;

 - расстояние по вертикали между уровнями манометра и вакуумметра.

 

Запишем уравнение Бернулли для сечений  при всасывании:

;

Для сечений  при нагнетании:

 

;

 

где:  - скорости жидкости в емкостях 1 и 2;  - скорости жидкости во всасывающем и нагнетающем патрубках насоса.

Считаем, что  и .

 

 

Напор, развиваемый насосом (Н):

 

 

Это выражение для расчета полного напора насоса.

Обычно:

 (если патрубки на линиях нагнетания и всасывания жидкости одинаковых размеров);

;

 - общее сопротивление трубопровода.

 

Тогда:

;

 

Таким образом, полный напор насоса затрачивается на:

· Подъем жидкости на полную геометрическую высоту ;

· Преодоление разности давлений в расходной и приемной емкостях жидкости;

· Преодоление гидравлического сопротивления во всасывающем и нагнетающем трубопроводах;

1. При одинаковом давлении в расходной и нагнетающей емкостях :

;

 

2. Для горизонтального трубопровода :

;

3. Для горизонтального трубопровода при одинаковых давлениях в расходкой и приемной емкостях:

;

Более просто полный напор действующего насоса может быть определен по показаниям вакуумметра и манометра:

;

;

;

 

где  - давление столба жидкости между уровнями установки манометра и вакуумметра.

Следовательно, для расчета напора действующего насоса удобнее использовать выражение:

;

Напор действующего насоса определяется суммой показаний манометра и вакуумметра (в метрах столба перекачиваемой жидкости) и расстояния по вертикали между точками установки этих приборов.

 

Высота всасывания

Всасывание жидкости происходит под действием разности давлений в приемной емкости  и в насосе .

Из уравнения Бернулли:

;

Скорость  и тогда:

;

 

Давление на входе в насос должно быть больше давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания, то есть , иначе жидкость в насосе начнет закипать, что вызовет разрыв потока:

;

 

Если , то:

:

 

Высота всасывания зависит от величины атмосферного давления, температуры, плотности и скорости жидкости всасывающем трубопроводе, а также гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода.

При перекачивании из открытых резервуаров высота всасывания не может быть более высоты столба жидкости, соответствующего атмосферному давлению (10 м вод. ст. на уровне моря и 9 м вод. ст. на высоте 1000 м.)

Для горячих жидкостей, температура которых близка к температуре кипения, высота всасывания может оказаться равной нулю:

 

;

 

Следовательно, при увеличении температуры всасываемой жидкости высота всасывания насоса уменьшается. Поэтому для горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня расходной емкости или создают в ней давление.

 

При учете потерь напора кроме того, необходимо учитывать инерционные потери (для поршневых насосов) – вследствие неравномерности подачи и кавитационную поправку (для ц/б насосов) – которые приводятся в справочных пособиях и в паспортах на насосы.

Кавитация – резкое парообразование жидкости на всасывании Ц\Б насоса с последующей быстрой конденсацией на выходе из насоса. При этом возникают гидравлические удары, что влечет разрушение и увеличение коррозии насоса.

Практически высота всасывания дополнительно уменьшается за счет подсосов воздуха и выделения растворенных газов из жидкости.

При перекачивании воды практическая высота всасывания не превышает следующие значения:

Температура,	10	20	30	40	50	60	65
Высота всасывания, м	6	5	4	3	2	1	0

 

Центробежные насосы

Всасывание и нагнетание жидкости в них происходит непрерывно и равномерно. Жидкость из всасывающего трубопровода поступает вдоль оси рабочего колеса внутрь корпуса и, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение.

Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость жидкости умень-шается до скорости в нагнетательном трубопроводе, а давление возрастает.

 

Схема центробежного насоса:

1 – всасывающий трубопровод; 2 – рабочее колесо; 3 – корпус;                               4 – лопатки; 5 – нагнетательный трубопровод

При этом кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. На входе в насос создается разряжение.

Перед пуском ц/б насос обязательно заливают жидкостью, так как иначе разряжение на входе недостаточно для подъема жидкости по всасывающему трубопроводу. На конце всасывающего трубопровода устанавливают обратный клапан.

Для создания значительных напоров (более 50-70 м. вод. ст) применяют многоступенчатые насосы – несколько колес, расположенных последовательно на валу (не более 5). Жидкость поступает из колеса в колесо по обводному каналу.

.

 

 

Законы пропорциональности

Производительность и напор ц/б насоса зависят от числа оборотов колеса.

Соответствующие уравнения называются законами пропорциональности: изменение числа оборотов насоса от  до  вызывает:

; ; ;

Эти зависимости соблюдаются при изменении n не более, чем в 2 раза и справедливы при турбулентном движении по горизонтальным трубопроводам, когда .

Работа ц/б насосов на сеть

При выборе насоса необходимо учитывать характеристику присоединяемой к нему сети (трубопроводов, аппаратов).

Характеристика сети – это функция

;

 

 => парабола

Точка A соответствует наибольшей производительности насоса при работе на данную сеть и называется рабочей точкой.

а) Для I сети насос даёт меньший напор, но большую производительность;

б) Для II сети насос даёт больший напор, но меньшую производительность.

 

Таким образом, ц/б насосы обладают свойством саморегулирования, т.е. изменять свою производительность и напор в зависимости от характеристики присоединяемой сети.

Для получения большей производительности (Q) надо:

1) Или увеличить n – самый современный способ;

2) Или уменьшить потери напора в сети.

3) Или заменить насос;

Поршневые насосы

1.Классификация:

I.         а) Насосы простого действия – всасывание и нагнетание жидкости происходит неравномерно: за 1 оборот кривошипно-шатунного механизма или 2 хода поршня.

Насосы других типов

1. Осевые (пропеллерные) насосы

Пропеллерный насос

 

Эти насосы применяют для перекачивания больших количеств жидкостей при небольших напорах. Пропеллерные насосы используют главным образом для создания циркуляции жидкостей в различных аппаратах, например при выпаривании.

 

 

2. Вихревые насосы

Вихревой насос

А – входное окно; В – уплотняющий участок; 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – кольцевой канал; 4 – нагнетательный канал.

 

Жидкость поступает через входное окно к основаниям лопастей, отбрасывается центробежной силой в кольцевой канал, где приобретает вихревое движение. При перемещении по каналу к выходному патрубку жидкость неоднократно попадает между лопастями, где ей дополнительно сообщается механическая энергия.

 

3. Шестерёнчатые насосы

Шестерёнчатый насос

1 – корпус; 2 – шестерни

Одна из шестерён (ведущая) имеет привод от электродвигателя. Когда зубья выходят из зацепления, образуется разрежение и происходит всасывание. Жидкость перемещается вдоль стенки в направлении вращения. В области, где зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в нагнетательный трубопровод.

 

 

4. Винтовые насосы (объёмные)

Винтовой насос

1 – ведущий винт; 2 – ведомый винт; 3 – обойма; 4 – корпус

 

Жидкость за один оборот перемещается на величину шага винта. Ведомый винт (с другой нарезкой) играет роль уплотнителя.

 

5. Пластинчатые ротационные насосы

Эрлифт

1 – труба для подачи сжатого воздуха; 2 – смеситель; 3 – подъёмная труба;

4 – отбойник; 5 –сборник.

Они имеют низкий КПД, но не требуются уплотнения.

 

8. Монтежю

Монтежю

1 – корпус; 2-6 – краны; 7 – труба для передавливания

 

Периодический аппарат, используется для перекачки агрессивных, радиоактивных, загрязнённых жидкостей. КПД не превышает 10 – 20 %.

 

Перемещение жидкостей

Для перемещения жидкостей по горизонтальным трубопроводам и для их подъема применяют насосы.

Насосы это гидравлические машины, преобразующие механическую энергию в энергию движения жидкости.

Перемещение жидкости может осуществляться также самотеком, который достигается соответствующей компоновкой оборудования по высоте.

Классификация насосов осуществляется по принципу их действия:

 

1. Лопастные (центробежные) – разность давлений в них создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес; движение жидкости в них осуществляется перпендикулярно оси вращения лопастного колеса.

2. Объемные – разность давлений в них создается при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися:

- Возвратно-поступательно;

- Вращательно.

3. Вихревые – разность давлений в них создается за счет энергии вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса;

4. Осевые – разность давлений в них создается за счет вращения рабочего колеса в форме гребного винта, при этом жидкость движетсявдоль оси вращения.

 

К насосам относятся также устройства, преобразующие в давление жидкости энергию пара, воды и сжатого газа:

· Струйные насосы;

· Газлифты – в них разность давлений создается за счет разности плотностей жидкости и газожидкостной смеси, образующейся при вводе газа;

· Монтежю – перемещение жидкости происходит за счет давления воздуха, газа или пара, создаваемого над поверхностью перекачиваемой жидкости.

 

Основные параметры работы насосов

Производительность (подача)  - объем жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор  -  высота, на которую может быть поднят 1 кг веса перекачиваемой жидкости (не зависит от плотности или удельного веса жидкости).

Полезная мощность  это мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии движения.

;

где G – вес перекачиваемой жидкости.

Мощность на валу  - это мощность затрачиваемая насосом, учитывающая потери мощности внутри самого насоса.

 

;

 

  КПД_насоса  - отражает потери мощности в самом насосе.

 

КПД_насоса = КПД _V^. КПД_Г ^. КПД_МЕХ

где: КПД _V - объемный КПД (коэффициент подачи); КПД _V  - отношение действительной производительности насоса к теоретически возможной.

Он учитывает механические потери жидкости через сальники, зазоры, клапаны, запаздывание в закрывании и открывании клапанов, скопление воздуха в цилиндре.

КПД_Г - гидравлический КПД – отношение действительного напора к теоретическому (учитывает потери напора при движении жидкости через сам насос).

КПД_мех - механический К.П.Д.

  (он учитывает потери мощности на механическое трение внутри насоса).

Обычно КПД _{насосов}составляет 70 – 93 %.