книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

Удельная полезная работа насоса 1п (Дж), т. е. работа, подводимая к насосу для перемещения единицы массы жид­ кой среды

Мощность насоса (недопустимые термины: мощность на валу насоса, мощность на валу, потребляемая мощность). Мощность насоса — это мощность, сообщаемая насосом пе­ рекачиваемой жидкости и определяемая зависимостью

О

где Q — объемная подача насоса, м /с; р — давление насо­ са, Па; QM— массовая подача насоса (отношение массы по­ даваемой жидкости ко времени), кг/с.

Вследствие неизбежных потерь энергии в самом насосе потребляемая им мощность Р должна быть больше полез­ ной мощности Р п. Эти потери учитываются коэффициентом полезного действия г| (полный КПД), представляющим со­ бой следующее отношение:

Т1=РП/Р . (1.28)

Тогда потребляемая мощность насоса

Потери, связанные с передачей насосом энергии перека­ чиваемой жидкости. Эти потери учитывает полный КПД. Они представляются в виде суммы трех основных потерь: гидравлических, объемных, механических.

Гидравлические потери обусловлены трением жидкости о поверхности проточных каналов, преобразованием дина­ мического напора в статистический, резким изменени­ ем средней скорости потока при входе в каналы и при пе­ реходе из каналов рабочего колеса в направляющий ап­ парат.

Эти потери учитываются гидравлическим КПД насоса

_ Н _ Н

где Н Т— теоретический напор насоса; Лг — гидравлические потери напора насоса.

Величина Г|г у современных насосов обычно находится в пределах 0,9-0,95.

Объемные потери обусловлены внутренним перетеканием перекачива­ емой жидкости через зазоры между вращающимся колесом из области вы­ сокого давления в область низкого дав­ ления. В насосе имеет место перепад давлений на входе в насос и на выходе из него. Под действием этого перепада (Р2 - р \ ) часть жидкости протекает че­

Рис. 1.40. Схема утечек рез зазоры (рис. 1.40) и возвращается в рабочем колесе во всасывающую полость. Поэтому ес­ ли насос подает в напорный трубопро­ вод жидкость с расходом Q, то фактическая подача рабоче­

го колеса должна составлять (Q + AQ), где AQ — расход ж ид­ кости, перетекаемой через зазоры.

Энергия жидкости, возвращающейся во всасывающую полость, теряется. Эти потери энергии и называются объем­ ными (щелевыми). Количественно объемные потери оцени­ ваются объемным КПД

Для уменьшения щелевых потерь в насосах применяют специальные уплотняющие устройства .(лабиринты).

Объемный КПД равен 0,95 -0,98 (большие значения от­ носятся к насосам большей производительности).

Механические потери вызываются трением наружных по­ верхностей рабочего колеса о жидкость (дисковые потери), а также затратой энергии на преодоление трения в подшип­ никах и сальниках. Эти потери учитываются механичес­ ким КПД:

где Рм — механические потери мощности; РТ — мощность, оставшаяся после преодоления механических сопротивле­ ний, т. е. мощность, передаваемая рабочим колесом насоса потоку жидкости (гидравлическая мощность).

Механический КПД у современных насосов находится в пределах 0,9 -0,97 .

С учетом состава всех потерь уравнения для расчета по­ требляемой мощности насоса Р и его полного КПД имеют следующий вид:

Значение КПД насоса Г|, представляющее собой произве­ дение значений гидравлического rir , объемного rio6 и меха­ нического т)м КПД, определяет степень совершенства кон­ струкции насоса как в гидравлическом, так и в механичес­ ком отношении.

Значение Г| для каждого насоса меняется в зависимости от режима работы. Максимальные значения КПД серий­ но выпускаемых крупных насосов достигают 0,9 -0,92, ма­ лых — 0,6 -0,75 .

При соединении вала насоса с двигателем посредством муфты мощность двигателя определяют по формуле

Рдв> к Р ,

где k3an — коэффициент запаса мощности двигателя, зави­ сящий от мощности двигателя:

При наличии между насосом и двигателем редуктора или ременной передачи требуемая мощность двигателя

■Inp

где Г|пр — КПД привода.

Мощность насосного агрегата (недопустимый термин: потребляемая мощность) — мощность, потребляемая насос­ ным агрегатом или насосом, в конструкцию которого вхо­ дят узлы двигателя.

КПД насосного агрегата — отношение полезной мощно­ сти к мощности насосного агрегата.

Характеристики насоса (недопустимые термины: рабо­ чая характеристика, нормальная характеристика, внешняя характеристика, энергетическая характеристика). Характе­

ристики насоса — графические зависимости основных тех­ нических показателей от давления для объемных насосов и от подачи для динамических насосов при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жид­ кой среды на входе в насос. Для динамических насосов рас­ сматриваются следующие характеристики: Q—H, Q—Р,

Q—г).

Кавитационная характеристика насоса — графическая зависимость основных технических показателей насоса от кавитационного запаса или вакуумметрической высоты вса­ сывания при постоянных значениях частоты вращения, вяз­ кости и плотности жидкой среды на входе в насос, давле­ ния для объемных насосов и подачи для динамических на­ сосов.

Рабочая часть характеристики насоса (недопустимый термин: рабочая характеристика) — зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуата­ ция.

Регулировочная характеристика насоса — графическая зависимость подачи от частоты вращения (циклов) или дли­ ны хода рабочего органа при постоянных значениях вязко­ сти, плотности жидкой среды на входе в насос и давлений на входе и выходе насоса.

Характеристика самовсасывания — графическая зави­ симость подачи газа, удаляемого самовсасывающим насос­ ным агрегатом из подводящего трубопровода, от давления на входе в насос.

Поле насоса — рекомендуемая область применения на­ соса по подаче и напору, получаемая изменением частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внешнему диа­ метру.

Индикаторная диаграмма насоса — графическая зави­ симость изменения давления от времени или перемещения рабочего органа в замкнутом объеме, попеременно сообщае­ мом со входом и выходом насоса.

Номинальный режим насоса — режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели.

Оптимальный режим насоса — режим работы насоса при наибольшем значении КПД.

Кавитационный режим насоса — режим работы насоса в условиях кавитации, вызывающей изменение основных технических показателей.

1.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАСОСОВ В СЕТИ

1.5.1. ПОРЯДОК ПОДБОРА НАСОСОВ ДЛЯ СЕТИ

Основными исходными данными для подбора насосов яв­ ляются следующие:

требуемая подача Q (объемная, м3/с; массовая, кг/с); требуемый напор Я , м; род перекачиваемой жидкости;

особенности условия работы (если имеются).

Кроме того, в качестве основных должны учитываться также экономические требования, которые заключаются в том, чтобы выбранный насос и приводной двигатель имели минимальную стоимость и работали с максимальным КПД.

Подобрать насос на заданную систему (сеть, трубопровод) значит обеспечить выполнение следующих условий.

1.Подача выбранного насоса QHдолжна соответствовать расходу жидкости в системе Qc, т. е. QH= Qc = Q-

2.Напор насоса должен соответствовать требуемому на­

пору в сети Я с при заданном подаче Qc, т. е. Я н = Я с = Я . 3. Насос должен работать с КПД, установленным ГОСТом. Для решения задачи подбора насоса для заданных усло­ вий работы необходимо располагать не только характерис­ тиками насоса, но и характеристикой системы (сети, трубо­

провода), на которую будет работать насос. Характеристика сети и порядок ее построения. Характе­

ристикой системы (гидравлической сети, трубопровода) на­ зывают зависимость между напором Я с и расходом в сети Qc, т. е. зависимость вида Я с = f(Qc). В общем случае урав­ нение характеристики сети может быть записано следую­

где Я ст — статический напор в сети (геометрическая высота подъема жидкости), м ст. ж .; /етр Q? — суммарные гидрав­ лические потери напора в сети, м ст. ж.

Потери напора в сети складываются из потерь на преодо­ ление трения при движении жидкости по трубопроводу hj (потери по длине) и потерь на преодоление сопротивлений в его фасонных частях (местных сопротивлений) hM, т. е.

Гидравлические потери по длине трубопровода могут быть определены по формуле

м/с: Q — подача, м3/с; g — ускорение свободного падения, м /с2; к, h — коэффициенты потерь напора.

Диаметры труб, фасонных частей и арматуры следует принимать на основании технико-экономического расчета исходя из скоростей движения воды в пределах (см. табл. 4.1 в работе [1]).

Местные сопротивления вычисляются по формуле:

где Ç — коэффициент местных сопротивлений (см. прилож. I в работе [1]); v — средняя скорость движения жидкости по трубопроводу, м/с.

В напорных водоводах и сетях магистральных трубопро­ водов обычно определяют только потери напора на трение по длине трубопровода, так как местные потери в фасонных частях и арматуре этих сетей относительно малы. Однако и в этом случае местные сопротивления следует учитывать, принимая их в размере 5 -10 % потерь по длине.

Для определения потерь напора в трубопроводе при пост­ роении его характеристики Q—Н удобно воспользоваться формулой

где S = SQl — сопротивление трубопровода; S0 — удельное сопротивление (см. прилож. II в работе [1]).

Пропорциональность сопротивлений квадрату подачи при движении воды по трубам со скоростью менее 1,2 м/с мо­ жет нарушаться, и в этом случае в значение удельных со­ противлений необходимо вводить поправку [2].

Характеристика сети изображается в виде параболы, ко­ торая выходит из точки, лежащей на оси ординат и отстаю­ щей от начала координат на величину Н ст, где Н ст— стати­ ческий напор в сети при Qc = 0 (рис. 1.41). Для ее пост­

тическую параболу. При этом коэффициенты а и Ь постоян­ ны, их значения установлены для выпускаемых типоразме­ ров насосов и приводятся в справочной литературе.

Система уравнений для определения координат рабочих точек QA и На имеет следующий вид:

H а —H ÇY + fepp QA ,

н А =а-ъе>1.

Если полученная система уравнений имеет положитель­ ное решение, то выбранный насос обеспечит работу систе­ мы.

Г р а ф и ч е с к и й с п о с о б более простой и нагляд­ ный. Он заключается в совмещении графиков характерис­ тик Q—Н насоса и сети, выполненных в одних и тех же ко­ ординатах. Точка пересечения характеристик Q—Н насоса и сети (если она имеет место) называется режимной (рабо­ чей) точкой. Координаты этой точки (точка А на рис. 1.41) определяют фактические параметры насоса при его работе на заданную систему, а именно: напор НА, подачу QA, мощ­ ность NA и КПД г)л .

Следует заметить, что большую подачу, чем QA, насос, подающий жидкость в данную сеть, обеспечить не может, так как создаваемый им напор для преодоления возрастаю­ щих при этом сопротивлений трубопровода будет недостато­ чен (см. п. 1.5.2).

Работа насоса на данную сеть с меньшей подачей воз­ можна. Для перехода на такой режим работы может быть использовано дроссельное регулирование (см. п. 1.5.4).

Поскольку насос выгодно эксплуатировать только в об­ ласти высоких КПД и больших высот всасывания, то при подборе насосов используют не всю характеристику насоса Q—Н, а только ее часть, лежащую в зоне допустимого сни­ жения КПД по сравнению с максимальным. Такая часть характеристики называется рабочей частью характеристи­ ки насоса.

Начало рабочей части характеристики (при минималь­ ной подаче) определяется допустимым снижением КПД, а ко­ нец (при максимальной подаче) — или допустимым сниже­ нием КПД , или (чаще) допустимым понижением кавитаци­ онного запаса (уменьшением высоты всасывания).

Насосы подбирают по каталогам или соответствующим справочным данным. Для предварительного подбора типа

насоса пользуются сводными графиками подач и напоров насосов, которые также приведены в каталогах.

После предварительного подбора насоса уточняют режим его работы, сопоставляя характеристики насоса Q—Я с ха­ рактеристикой трубопровода. Основная задача подбора на­ соса на этом этапе состоит в том, чтобы его рабочий режим находился ближе к оптимальному, характеризующемуся наибольшим значением КПД, или лежал в пределах реко­ мендуемой области использования насоса. Кроме того, вы­ сота всасывания не должна превышать допустимого преде­ ла для данного насоса.

При необходимости параллельной или последовательной установки нескольких насосов строят суммарные характе­ ристики Q—Я (см. п. 1.5.3).

Сеть может состоять из нескольких разветвлений трубо­ проводов различных диаметра и длины, соединенных как параллельно, так и последовательно и расположенных на различных отметках.

При последовательном соединении участков характерис­ тику сети получают суммированием сопротивлений участ­

При параллельном соединении участков трубопроводов, имеющих равные статические напоры, абсциссы характе­ ристики сети получают суммированием расходов жидкости, проходящей через отдельные участки сети при постоянном напоре в них. При условии, что Q* = Qu + Q2i, потери напора в сети определятся из выражений:

Если общая подача через параллельные участки Q = Q 1 + + Q 2 , то необходимый напор в сети определяют из выраже­ ния

Когда параллельно соединенные участки с характеристи­ ками RI = k^Q2 и iîg = * 2 Q | имеют разные статические на­ поры Я ст1 и Я ст2 >характеристика такой сети представляет собой ломанную линию, которая состоит из характеристи­ ки второго участка сети Д2 до пересечения ее с линией ста­ тического напора первого участка сети Я СТ1 и характерис­ тики сети при суммарном расходе Qj и Q2. Тогда

Расширить область применения центробежных насосов при подборе для работы на заданную систему можно обточ­ кой рабочего колеса (уменьшением диаметра Я 2).

При применении обточки колеса рабочая часть харак­ теристики насоса Q—Я превращается в некоторую пло­ щадь, на которой могут располагаться все режимные точки (рис. 1.42). Эта площадь сверху ограничивается рабочей частью характеристики насоса I с необточенным колесом Q—Я , а снизу I I — с обточенным колесом Q'—Я ' насоса до диаметра Я '2. С боков площадь ограничивается участками парабол обрезки, проходящими через крайние точки А и В рабочей части характеристики насоса с необточенным ко­ лесом и пересекающими характеристику насоса с обточен­ ным колесом в точках С и Я. Фигура ABDC называется полем насоса. Применение полей облегчает подбор насо­ са для заданной системы (сети), так как для любой точ­

ки, лежащей внутри поля, мо­ жет быть использован насос данно­

Поля насосов одного типа стро­ ят на сводном графике в логариф­ мических координатах. На каждом таком поле указывают частоту вра­ щения колеса. По заданным зна­ чениям подачи и напора на них на­ ходят точку заданного режима,