Файл: Лекция 5,6 Разраб. Бритов М. А. Насосы Назначение и классификация насосов по принципу действия.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 783
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекция №5,6 Разраб. Бритов М.А.НасосыНазначение и классификация насосов по принципу действияИзвестно, 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 иплунжерные 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 насосовПодача (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 формулойG = ρQ,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; Zм – высота установки манометра над осью насоса, м;Р1 – давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;Р2 – давление всасывания в приемном трубопроводе, Па;Р3 – давление на свободную поверхность жидкости в напорном резервуаре, Па;Рн – 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) ρgгде 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) ρgгде - Zм ставится, если центр манометра расположен выше оси насоса и + Zмесли 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 + ΣhW1-3 + α3V2 , (3) ρg 2gИз формулы (3) следует, что напор затрачивается на преодоление разности напоров в нагнетательном и расходном резервуарах (1) Р3 -- Р1, на высоту подъема жидкости h, ρgпотери напора во всасывающем и напорном трубопроводах ΣhW1-3 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 . ρgМощность 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 формулеNг = 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 = NГ/ Ne (5)Из уравнений (4) и (5) следуетNе = 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 НВС=Р1 – Р2 , ρgгде Р1 – давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;Р2 – давление во всасывающем патрубке насоса, Па.
Если Р1 = Ратм, 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: Нвс = Ратм/ρgАтмосферное давление зависит от высоты местности над уровнем моря см. таблицуСледовательно, вакуумметрическая высота всасывания является величиной переменной. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм. рт. ст., в соответствии с таблицей имеем: НВС = РВАК / 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 Σhw1-2.2. 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 > Рt ( Рt - 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 = Рtили Р2 < Рt, 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 Рt, 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 Рt, 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 Рtтем больше, чем больше будет высота h1, скорость во всасывающей трубе и сумма потерь напора в ней.
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 насосовПодача (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 формулойG = ρQ,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; Zм – высота установки манометра над осью насоса, м;Р1 – давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;Р2 – давление всасывания в приемном трубопроводе, Па;Р3 – давление на свободную поверхность жидкости в напорном резервуаре, Па;Рн – 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) ρgгде 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) ρgгде - Zм ставится, если центр манометра расположен выше оси насоса и + Zмесли 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 + ΣhW1-3 + α3V2 , (3) ρg 2gИз формулы (3) следует, что напор затрачивается на преодоление разности напоров в нагнетательном и расходном резервуарах (1) Р3 -- Р1, на высоту подъема жидкости h, ρgпотери напора во всасывающем и напорном трубопроводах ΣhW1-3 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 . ρgМощность 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 формулеNг = 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 = NГ/ Ne (5)Из уравнений (4) и (5) следуетNе = 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 НВС=Р1 – Р2 , ρgгде Р1 – давление на свободную поверхность жидкости в расходном резервуаре, Па;Р2 – 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. | |
h1, на создание скорости во всасывающем трубопроводе v2/2g и на преодоление сопротивления движению жидкости в нем Σhw1-2.2. 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 > Рt ( Рt - 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 = Рtили Р2 < Рt, 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 Рt, 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 Рt, 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 Рtтем больше, чем больше будет высота h1, скорость во всасывающей трубе и сумма потерь напора в ней.