Номинальная мощность, потребляемая двигателем

Перемещение жидкостей

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

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

Разность давлений в насосе и трубопроводе вызывает перемещение 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 создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес; движение жидкостиперпендикулярно оси вращения колеса.

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

a) Возвратно-поступательно;

b) Вращательно;

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

4) Осевые – разность давлений создается за счет вращения гребного винта; жидкость движетсявдоль оси вращения.

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

· Струйные насосы;

· Газлифты – за счет разности плотностей жидкости и газожидкостной смеси, образующейся при вводе газа;

· Монтежю – перемещение жидкости происходит за счет давления воздуха, газа или пара на поверхность жидкости.

 

Основные параметры насосов

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

Напор - это удельная энергия, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости; или высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости (не зависит от плотности или удельного веса жидкости)

Полезная мощность - мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии.

;

 

Мощность на валу - учитывает потери в самом насосе.

;

 

Коэффициент полезного действия - отражает потери мощности в самом насосе.

;

 

;

 

где: - объемный К.П.Д. (коэффициент подачи);

- отношение действительной производительности насоса к теоретической.

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

- гидравлический К.П.Д. – отношение действительного напора к теоретическому (учитывает потери напора при движении жидкости через сам насос).

- механический К.П.Д. (учитывает потери мощности на механическое трение в насосе).

 

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. , иначе жидкость в насосе начнет кипеть, что вызовет разрыв потока:

;

 

Если , то: Ошибка!!!

:

 

Высота всасывания зависит от величины атмосферного давления, температуры, плотности и скорости жидкости и 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. на высоте 1000 м.)

Для 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 приемной емкости или создают в ней давление.

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

Кавитация – резкое парообразование жидкости на всасывании насоса с последующей быстрой конденсацией на выходе из насоса. Возникают гидравлические удары, что влечет разрушение и увеличение коррозии насоса.

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

При перекачивании воды практическая высота всасывания не превышает следующие значения:

Температура,
Высота всасывания, м

 

Центробежные насосы

Центробежные насосы (ц/б) бывают одно- и многоступенчатыми. Всасывание и нагнетание происходит непрерывно и равномерно. Жидкость из всасывающего трубопровода поступает вдоль оси рабочего колеса в корпус и, попадаяна 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.

 

Центробежный насос

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 (из-за зазоров). 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 сети (трубопроводов, аппаратов).

Характеристики сети – это функция

;

 

=> парабола

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

Саморегулирование:

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

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

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

Для получения большей производительности (Q) надо:

1) Увеличить n;

2) Заменить насос;

3) Уменьшить потери напора в сети.

Поршневые насосы

Классификация:

I. Насос простого действия – всасывание и нагнетание жидкости происходит неравномерно: за 1 оборот кривошипа или 2 хода поршня.

Поршневой насос простого действия

1 – поршень; 2 – цилиндр; 3 – крышка цилиндра; 4 – всасывающий клапан; 5 – нагнетательный клапан; 6 – кривошипно-шатунный механизм; 7 – уплотнительные кольца

 

Насос двойного действия – слева от поршня происходит всасывание, справа – нагнетание. Эти насосы отличаются большей производительностью и более равномерной подачей.

Поршневой насос двойного действия

1 – поршень; 2 – цилиндр; 3 – крышка цилиндра; 4 – всасывающий клапан; 5 – нагнетательный клапан; 6 – кривошипно-шатунный механизм; 7 – уплотнительные кольца

 

II. По числу оборотов кривошипа (двойных ходов поршня) различают:

- Тихоходные насосы => 45-60 об/мин

- Нормальные насосы => 60-120 об/мин

- Быстроходные насосы => 120-180 об/мин

III. Различают поршневые и плунжерные насосы.

Плунжерный насос двойного действия

1 – плунжер; 2 – цилиндры; 3,4 – всасывающие клапаны; 5,6 – нагнетательные клапаны.

 

Плунжерный насос снабжен взамен поршня металлическим плунжером (скалкой), который из-за своей относительно большой длины не требует тщательной подгонки плунжера и цилиндра.

Существуют также триплекс-насосы, т.е. строенные. За один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

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

Пластинчатый ротационный насос

1 – ротор; 2 – корпус; 3 – пластины; 4 – рабочее пространство; 5 – всасывающий патрубок; 6 – нагнетательный патрубок.

В роторе имеются прорези, в которые вставляются прямоугольные пластины. При вращении они прижимаются к поверхности цилиндра, разделяя объём на камеры. Благодаря эксцентриситету сначала происходит всасывание, п затем нагнетание.

6. Струйные насосы (эжекторы)

Струйный насос

I – рабочая жидкость; II – перекачиваемая жидкость; III – смесь; 1 – корпус насоса; 2 – диффузор

Эти насосы используют для создания напора энергию рабочей жидкости. Происходит всасывание, так как в узкой части скорость велика, а в диффузоре меньше (увеличивается потенциальная энергия давления – создаётся напор). Кроме того, подсос происходит за счёт трения струи.

Струйные насосы используют, когда можно смешивать жидкости. , так как велики потери энергии на завихрение жидкостей.

 

7. Эрлифт (газлифт) – воздушные подъёмники.

Эрлифт

1 – труба для подачи сжатого воздуха; 2 – смеситель; 3 – подъёмная труба; 4 – отбойник; 5 –сборник.

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 – гидравлические машины, преобразующие механическую энергию в энергию движения жидкости.

Разность давлений в насосе и трубопроводе вызывает перемещение 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 создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес; движение жидкостиперпендикулярно оси вращения колеса.

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

a) Возвратно-поступательно;

b) Вращательно;

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

4) Осевые – разность давлений создается за счет вращения гребного винта; жидкость движетсявдоль оси вращения.

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

· Струйные насосы;

· Газлифты – за счет разности плотностей жидкости и газожидкостной смеси, образующейся при вводе газа;

· Монтежю – перемещение жидкости происходит за счет давления воздуха, газа или пара на поверхность жидкости.

 

Основные параметры насосов

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

Напор - это удельная энергия, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости; или высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости (не зависит от плотности или удельного веса жидкости)

Полезная мощность - мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии.

;

 

Мощность на валу - учитывает потери в самом насосе.

;

 

Коэффициент полезного действия - отражает потери мощности в самом насосе.

;

 

;

 

где: - объемный К.П.Д. (коэффициент подачи);

- отношение действительной производительности насоса к теоретической.

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

- гидравлический К.П.Д. – отношение действительного напора к теоретическому (учитывает потери напора при движении жидкости через сам насос).

- механический К.П.Д. (учитывает потери мощности на механическое трение в насосе).

 

Номинальная мощность, потребляемая двигателем

;

где - К.П.Д. передачи (учитывает механические потери в передаче),

- К.П.Д. двигателя (учитывает механические потери в двигателе).

Полный К.П.Д. насосной установки:

;

;

Установочная мощность двигателя:

;

где: - коэффициент запаса мощности (учитывает перегрузки двигателя в момент пуска в связи с преодолением инерции жидкости, находящейся в насосе). .

 

Напор насоса

 

где - давление в емкости 1 (расходная);

- давление в емкости 2 (напорная);

- 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 .

Тогда, напор, развиваемый насосом:

;

;

 

Это выражение для расчета полного напора насоса.

Обычно:

(патрубки 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;

· 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:

;

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 используется 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. , иначе жидкость в насосе начнет кипеть, что вызовет разрыв потока:

;

 

Если , то: Ошибка!!!

:

 

Высота всасывания зависит от величины атмосферного давления, температуры, плотности и скорости жидкости и 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. на высоте 1000 м.)

Для 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 приемной емкости или создают в ней давление.

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

Кавитация – резкое парообразование жидкости на всасывании насоса с последующей быстрой конденсацией на выходе из насоса. Возникают гидравлические удары, что влечет разрушение и увеличение коррозии насоса.

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

При перекачивании воды практическая высота всасывания не превышает следующие значения:

Температура,
Высота всасывания, м

 

Центробежные насосы

Центробежные насосы (ц/б) бывают одно- и многоступенчатыми. Всасывание и нагнетание происходит непрерывно и равномерно. Жидкость из всасывающего трубопровода поступает вдоль оси рабочего колеса в корпус и, попадаяна 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.

 

Центробежный насос

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 (из-за зазоров). 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.

.