Лекция №5,6 Разраб. Бритов М.А.
Насосы
Назначение и классификация насосов по принципу действия

Известно, что удельная^* энергия жидкости определяется суммой трех членов уравнения Д. Бернулли:

Е = Z + P/γ + V²/2g, ^* - имеется в виду энергия, отнесенная

где Z – удельная энергия положения; к единице веса жидкости.

P/γ – удельная энергия давления;

V²/2g – удельная кинетическая энергия.
Насосы это гидравлические машины, которые, перемещая жидкость сообщают ей энергию.В зависимости от вида энергии, которая сообщается жидкости в насосах, их можно разделить на четыре группы:

1. Механизмы, изменяющие только энергию положения - Z, т.е. поднимающие жидкость на определенную высоту ( черпальные колеса, журавли, архимедов винт), газовоздушные подъемники ( эрлифт, газлифт).

2. Механизмы, сообщающиеся потенциальную энергию – энергию давления P/γ путем воздействия на жидкость поступательно движущегося поршня ( поршневые и плунжерные насосы ) или при помощи вращающегося ротора ( роторные насосы ). Механизмы этой группы относятся к объемному классу насосов.

3. Механизмы, сообщающие жидкости как потенциальную, так и кинетическую энергию V²/2g, которая затем преобразуется в энергию давления. К этим механизмам относят центробежные, осевые и вихревые насосы – насосы динамического класса.

4. Водо- и пароструйные насосы (инжекторы, эжекторы и гидроэлеваторы) работают на принципе двойного преобразования энергии. В этой группе насосов потенциальная энергия так называемой «рабочей» жидкости преобразуется в кинетическую энергию, затем кинетическая энергия смеси «рабочей» и перекачиваемой жидкости вновь преобразуется в энергию давления. В инжекторах рабочим потоком является газ или пар, перекачиваемым – жидкость. В эжекторах рабочим и перекачиваемым потоком является жидкость. В гидроэлеваторах рабочим потоком является вода, а перекачиваемым - пульпа ( смесь воды с глиной, песком, золой или шлаком ). Такое преобразование энергии при помощи суживающих и расширяющих устройств ( конических или коноидальных насадок ) сопровождается весьма значительными потерями. Поэтому к. п .д. струйных насосов составляет

---

15 – 30 %. Последнее обуславливает их относительно редкое применение. В технике, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности наибольшее распространение получили насосы второй и третьей групп – объемного и динамического классов.
Основные параметры насосов

Подача (производительность) насоса. Подачей насоса называется объемное или весовое количество жидкости, подаваемое в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Объемная подача обозначается буквой Q и может быть выражена в м³/час; м³/мин; м³/сек; л/мин; л/сек. Весовая или массовая подача обозначается буквой G и может быть выражена т/час; т/мин; т/сек; кг/мин; кг/сек. Соотношение между объемной подачей и массовой выражается формулой

G = ρ Q,

где ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³.

Напор насоса – приращение удельной механической энергии жидкости, которое ей сообщает насос, обозначается буквой Н и имеет размерность м. ст. жидкости. Напор насоса можно определить из уравнения Д. Бернулли (см. раздел гидродинамики, дисциплина гидравлика). Предлагается определение напора для двух случаев:

а) когда уже имеется насос включенный в какую-то систему;

б) когда насос только проектируется, но известна система, на которую он будет работать. Схему насосной установки см. рис.1.


Условные обозначения:

h₁ – высота всасывания, м;

h₂ – высота нагнетания, м;

h – высота подъема жидкости, м;

Z_м – высота установки манометра над осью насоса, м;

Р_{1 –} давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;

Р_{2 –} давление всасывания в приемном трубопроводе, Па;

Р₃ – давление на свободную поверхность жидкости в напорном резервуаре, Па;

Р_н – давление нагнетания, Па.

В замкнутой (циркуляционной) системе или когда давление Р₁> атмосферного, или если уровень жидкости в расходном резервуаре расположен выше оси насоса напор насоса можно определить как разность показаний манометров на нагнетательной и всасывающей линиях. При этом высота расположения обоих манометров над осью насоса должна быть одинаковой.

Н = ^{Рн -- Р2} (1)

ρg

где ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м

---

³;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

Напор насоса, определяемый по формуле (1) , называют манометрическим, так как его рассчитывают по показаниям манометров на приеме и нагнетание насоса. Если уровень жидкости в расходном резервуаре ниже оси насоса, а давление Р₁ меньше или равно атмосферному, то всасывающем трубопроводе наблюдается вакуум. В этом случае манометрический напор будет определяться:
Н = ^{Рн + Р2} ± Zм, (2)

ρg

где - Z_м ставится, если центр манометра расположен выше оси насоса и + Z_м если центр манометра расположен ниже оси насоса.

. Потребный напор насосной установки, если известна система, на которую насос будет работать определяется по формуле

Н = ^{Р3 -- Р1} + h + Σh_W1-3 + α₃V² , (3)

ρg 2g

Из формулы (3) следует, что напор затрачивается на преодоление разности напоров в нагнетательном и расходном резервуарах (1) ^{Р3 -- Р1}, на высоту подъема жидкости h,

ρg

потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах Σh_W1-3 и создания скоростного напора на выходе из трубопровода α₃V² .

ρg
α₃V²

Величина скоростного напора ρg в большинстве случаев пренебрежительно мала по сравнению с другими слагаемыми, за исключением коротких трубопроводов, оканчивающихся конически сходящейся наcадкой (например – гидромониторы), поэтому ей пренебрегают. Для насосов питающих систем, систем смазки и гидропривода наибольшую значимость имеет слагаемое ^{Р3 -- Р1} .

ρg

Мощность насоса – полезная или гидравлическая это полное приращение энергии, получаемое всем потоком жидкости, проходящей через насос в напорный трубопровод в единицу времени. Гидравлическая мощность определяется по формуле
N_г = ρgQH [Вт]. (4)

Мощность, потребляемая насосом, больше полезной на величину потерь в самом насосе. Отношение гидравлической мощности к потребляемой Ne называют полным коэффициентом полезного действия

---

η = N_Г / Ne (5)
Из уравнений (4) и (5) следует

Nе = ρgQH/ η. [Вт]. (6)

Вакуумметрическая высота всасывания – характеризует всасывающую способность насоса, м. ст. ж. Сущность всасывания заключается в том, что рабочие органы насоса создают во всасывающем патрубке разряжение, благодаря которому жидкость под действием образовавшейся разности давлений получает возможность все время притекать к насосу. Процесс нагнетания состоит в сообщении жидкости внутри насоса некоторого запаса энергии, обеспечивающего подачу ее потребителю. Энергия, расходуемая на всасывание и нагнетание жидкости, передается ей от рабочего органа насоса. Схему всасывания насоса см. рис.2.


Вакуумметрическая высота всасывания определяется

Н_{ВС =} Р₁ – Р₂ ,

ρg

где Р_{1 –} давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;

Р_{2 –} давление во всасывающем патрубке насоса, Па.

Высота местности Над уровнем моря, м 0 500 1000 1500 2000 3000 5000
Среднее атмосферное давление	мм. 760 710 674 634 596 525 405 рт. ст.
	м. 10,33 9,7 9,2 8,6 8,1 7,2 5,7 вод.ст.

Если Р_{1 =} Р_атм, то подток жидкости к насосу будет обеспечен только при условии, что перед входом в насос давление станет ниже атмосферного, т.е.если будет создан насосом соответствующий вакуум. Иначе говоря, движение жидкости во всасывающем трубопроводе насоса, работающего по схеме см. рис.2 осуществляется за счет разности атмосферного давления и давления при входе в насос. Если давление Р₂ будет равно нулю тогда: Н_вс = Р_атм/ρg

Атмосферное давление зависит от высоты местности над уровнем моря см. таблицу
Следовательно, вакуумметрическая высота всасывания является величиной переменной.

При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм. рт. ст., в соответствии с таблицей имеем:

Н_ВС = Р_ВАК / ρg = 10,33 м. вод. ст.

Эта величина носит название теоретической высоты всасывания и является неосуществимой для всех видов насосов. Причиной является следующее:

1. Часть разности давлений затрачивается на подъем жидкости на уровень оси насоса

---

h₁, на создание скорости во всасывающем трубопроводе v²/2g и на преодоление сопротивления движению жидкости в нем Σh_w1-2.

2. Всасывающая способность насосов является различной, а вакуум близкий к абсолютному нулю можно создать только с помощью специальных вакуумных насосов.

3. Для нормальной работы насоса необходимо условие Р₂ > Р_t ( Р_t - давление, при котором начинается процесс парообразования жидкости при данной температуре и выделение из жидкости растворенных газов – иначе называют давление насыщения пара перекачиваемой жидкости). Если давление Р₂ = Р_t или Р₂ < Р_t, то жидкость вскипит. При этом наблюдается интенсивное выделение парогазовых пузырьков, концентрирующихся в местах с минимумом давления (на входных кромках и вогнутых поверхностях лопастей рабочего колеса в центробежных насосах, в поршневых насосах происходит разрыв потока жидкости и отрыв жидкости от поршня). При перемещении парогазовых пузырьков вместе с жидкостью в область давлений, превышающих давление Р_t, происходит их мгновенная конденсация (захлопывание). При этом частицы жидкости, окружающие парогазовые объемы, с большой скоростью устремляются в освободившееся пространство, а в момент завершения конденсации внезапно останавливаются. Кинетическая энергия частиц жидкости мгновенно переходит в энергию давления – возникают резкие точечные гидравлические удары, вызывающие местные механические разрушения поверхностей проточной части насоса. Такое явление носит название кавитации. У насосов, работающих в условиях даже слабо выраженной кавитации, снижается напор, мощность и к. п. д. При сильной кавитации наступает полное прекращение подачи из-за разрыва потока. Длительная работа насоса в любой степени кавитации приводит к разрушению рабочих колес. Следовательно, работа насосной установки в режиме кавитации недопустима. Следует обратить особое внимание на давление насыщения паров Р_t, которое пренебрежительно мало для холодных жидкостей, но с повышением температуры быстро растет и превращается в главный фактор, определяющий бескавитационную работу насоса.

Величина давления Р₂ будет приближаться к давлению Р_t тем больше, чем больше будет высота h₁, скорость во всасывающей трубе и сумма потерь напора в ней.

---

Смотрите также файлы

• Личная карточка учета выдачи сиз.docx

• Тепловые явления.doc

• Самостоятельная работа по теме Свойства степени с натуральным показателем.docx

• Гусевой Ксении 501 ро.docx

• Удк 37. 02 Обзор методов обучения, применяемых на уроках музыки.docx