ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ И ВОЗДУХОДУВОК

Основными энергетическими параметрами насосов и воздуходувок являются подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия и кавитационный запас.

Подача определяется объемом жидкости, подаваемым насосом в единицу времени. Подача насоса обозначается 0, измеряется в л/с, м3/с, М3/ч.

Под напором насоса понимается удельная энергия Е, приобретенная единицей веса жидкости, прошедшей через насос и израсходованной на преодоление геометрической высоты подъема жидкости #ст (или #г) и сопротивлений движению жидкости (по длине и местных) во всасывающем и напорном трубопроводах, а также на создание необходимого напора у потребителя. Напор насоса обозначается И.

Напор насоса Н измеряется высотой столба перекачиваемой жидкости в метрах и определяется по формуле

где Ен, рн, Zн, ^„/2# — соответственно удельная энергия, давление, отметка и скоростной напор потока в напорном патрубке насоса, т.е. в сечении 2—2 (рис. 1.1), где подключен манометр М; Ев, рв, Zв, x>в/2g — то же во всасывающем патрубке насоса, т.е. в сечении 1—1, где подключен вакуумметр В; р — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения; г>н, г>в — скорость движения жидкости соответственно в напорном и всасывающем патрубках.

Правая часть формулы (1.1) представляет собой уравнение Бернулли, записанное для сечений 1—1 и 2—2 относительно произвольной горизонтальной плоскости сравнения 0—0. На практике за плоскость сравнения чаще всего принимается свободная поверхность жидкости в питающем резервуаре (0'—0'). Вместо Zв и Zн принимается высота всасывания Ив и Ин, сумма которых определяет геометрическую высоту или геометрический напор Яг.

После преобразований выражение (1.1) может быть представлено в виде

где , Р „ — соответственно показания вакуумметра В и мано-

ВаК МаН * * 1

метра М; Zo — вертикальное расстояние между точками подключения манометра и вакуумметра.

Схема установки насоса

Рис. 1.1. Схема установки насоса

Если диаметры всасывающего и напорного патрубков равны (с1в = с!н) или скоростные напоры /2#,г>„ /2# малы по сравнению с напором Н, развиваемым насосом, и членом -vl>j/2g можно пренебречь, тогда выражение для определения напора насоса запишется в виде

е Авак = РюАР*); Ама« = Рш«М-

По приведенным формулам напор насоса может быть определен только для действующей насосной установки. Для этого необходимо знать показания манометра и вакуумметра, установленных соответственно на напорном и всасывающем патрубках и приведенных к оси насоса. Если насос работает с подпором на входе, то вместо вакуумметра на входном патрубке устанавливается манометр.

Кроме того, напор насоса можно определить по конструктивным параметрам насоса. Записав уравнение Бернулли для сечений 0—0, 1—1, 2—2 и 3—3 и подставив полученные уравнения в уравнение (1.3), получим уравнение для определения напора:

где Нст — статический напор (или разность уровней свободной поверхности в жидкости в нижнем и верхнем резервуарах, м; И — потери напора во всасывающем трубопроводе насоса, м; ктл — потери напора в напорном трубопроводе насоса, м.

Потери напора состоят из местных потерь напора и потерь по длине.

Под давлением понимается величина, определяемая зависимостью

где Р. Р — давление на выходе и на входе в насос, Па; р — плот- ность жидкой среды, кг/м3; г) , г)н — скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с; g — ускорение свободного падения, м/с2; Zк, Zн — высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.

Под мощностью понимается работа в единицу времени. Различают полезную и потребляемую мощность. Под полезной мощностью УУп понимается мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде. Полезная мощность Nn, Вт, определяется по формуле

где р — плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; 0 — расход жидкости, м3/с; Н — напор насоса, м.

Под потребляемой мощностью понимается мощность, подводимая к насосу. Потребляемая мощность больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Отношение полезной мощности к потребляемой называется коэффициентом полезного действия (КПД), который равен

КПД учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости, в том числе гидравлические, объемные и механические потери.

Гидравлические потери включают в себя потери на трение жидкости о поверхности и вихревые потери. Потери определяются на участке от входа в насос до выхода из насоса. Потери на трение жидкости зависят от шероховатости стенок и размеров проточной части и пропорциональны квадрату средней скорости течения жидкости. Вихревые потери возникают при резком повороте потока, внезапном расширении сечения, а также при отрыве потока от входных кромок лопастей рабочего колеса на режимах работы насоса, отличающихся от расчетных.

Гидравлические потери оцениваются гидравлическим КПД ту

где кт — гидравлические потери, м.

Объемные потери возникают в результате внутреннего перетекания жидкости через зазоры из области высокого давления в область низкого. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, в основном поступает в отвод, а затем в напорный патрубок и частично возвращается обратно во всасывающий патрубок через зазоры и уплотнения между рабочим колесом и корпусом насоса. Этот процесс обусловлен тем, что давление на выходе из рабочего колеса больше, чем на входе в рабочее колесо. Величина утечек зависит от величины зазора между рабочим колесом и корпусом.

Кроме утечек жидкости через зазоры наблюдаются утечки через уплотнения вала. Эти утечки, как правило, малы, при определении объемных потерь ими обычно пренебрегают.

Во многоступенчатых насосах происходит утечка жидкости через зазоры между валом и перегородками-диафрагмами, разделяющими ступени; в многоступенчатых насосах секционного типа наблюдаются значительные утечки через гидравлическую пяту. Следует отметить, что утечки через уплотнения диафрагм в секционных насосах оказывают влияние на гидравлические и механические потери, а не на объемные.

Объемные потери характеризуются объемным КПД Т|об:

где АО — утечки жидкости, м3/с.

Механическими потерями являются потери, связанные с вращением вала и рабочего колеса насоса. К ним относятся потери в подшипниках, уплотнениях вала и дисковые потери. Под дисковыми потерями понимаются потери на трение наружной поверхности рабочих колес о жидкость. Механические потери оцениваются механическим КПД Г|мех:

где УУмех — механические потери мощности, Вт; У — Умех — гидравлическая мощность, Вт.

Под гидравлической мощностью ЫТ понимается мощность, передаваемая рабочим колесом насоса потоку жидкости. Гидравлическая мощность определяется ™ Лппмуир

где #т — теоретический напор, м, который больше напора насоса на величину гидравлических потерь, т.е. #т = Н +

КПД насоса представляет собой произведение гидравлического, объемного и механического коэффициентов полезного действия, т.е.

КПД насоса определяет степень совершенства конструкции насоса и зависит от условий и времени его эксплуатации. У современных насосов значение гидравлического КПД находится в пределах от 0,9 до 0,95, объемного КПД — 0,95—0,98, механического — 0,9—0,97. Для небольших насосов КПД составляет 0,65 — 0,75, для средних — 0,7—0,8, для больших — 0,9—0,94.

При перекачивании загрязненных жидкостей быстро уменьшаются объемный и гидравлический КПД. При плохом профилактическом обслуживании падает механический КПД. Уменьшение КПД приводит к перерасходу электроэнергии и увеличению эксплуатационных расходов на транспортирование жидкости.

При работе насоса возможно нарушение сплошности потока жидкости. Это явление называется кавитацией и возникает при падении абсолютного давления у входа в рабочее колесо до значения, равного давлению насыщенных паров жидкости. Процесс сопровождается образованием пузырьков, заполненных парами жидкости и выделившимися из нее газами. Находясь в зоне пониженного давления, пузырьки увеличиваются и поступают вместе с жидкостью в зону с давлением выше критического, где разрушаются вследствие конденсации заполняющего их пара. Разрушение пузырьков приводит к гидравлическим ударам и как следствие — к разрушению поверхности рабочего органа насоса и его корпуса. Механические разрушения рабочих органов насоса в результате действия кавитации за короткое время могут достичь размеров, затрудняющих его нормальную работу. Кавитация сопровождается также химическим разрушением (коррозией) материала насоса под действием кислорода и других газов, выделившихся из жидкости в области пониженного давления.

При одновременном действии коррозии и циклических механических воздействий прочность металлических деталей насоса быстро снижается. Действие кавитации на металлические детали насоса усиливается, если перекачиваемая жидкость содержит взвешенные абразивные вещества (песок, мелкие частицы шлака и т.п.). Под действием кавитации поверхности деталей становятся шероховатыми, губчатыми, что способствует быстрому их истиранию взвешенными веществами. В свою очередь, эти вещества, истирая поверхности деталей насоса, способствуют усилению кавитации.

Наиболее подвержены кавитационному разрушению чугун и углеродистая сталь. Более устойчивы в этом отношении бронза и нержавеющие стали.

В целях повышения устойчивости деталей насосов применяют защитные покрытия. Для этого поверхности деталей наплавляют твердыми сплавами, используют местную поверхностную закалку и другие способы защиты. Однако основной мерой борьбы с преждевременным износом проточной части насосов является предупреждение кавитационных режимов их работы.

Для обеспечения бескавитационной работы насоса необходимо, чтобы давление на входе в насос было больше давления насыщенных паров.

Условием бескавитационной работы является выполнение условия

где А/г^ — допускаемый кавитационный запас, м; АИ — кавитационный запас, м.

Под допускаемым кавитационным запасом понимается кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения основных технических показателей. Допускаемый кавитационный запас определяется по паспорту насоса.

Кавитационный запас определяется по формуле

где Рв, х>в — соответственно давление и скорость жидкости на входе в насос; Рп — давление паров жидкости, Па.

Для выполнения условия (1.13) необходимо ограничивать высоту всасывания и уменьшать потери напора во всасывающем трубопроводе на величину кавитационного запаса.

Для предупреждения явления кавитации нельзя допускать, чтобы вакуумметрическая высота всасывания превышала допустимую для данного насоса высоту всасывания, указанную в его паспорте. Допустимая высота всасывания зависит от конструкции насоса, частоты вращения (числа оборотов) вала, подачи насоса и определяется заводом-изготовителем экспериментально.

В каталогах насосов приводятся обычно кривые зависимости 0-#в°кп и реже кривые 0-Д/? ?оп , где Д/??оп — допустимый кавитационный запас.

Практически появление кавитации при работе насоса можно обнаружить по характерному потрескиванию в области всасывания, шуму и вибрации насоса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >