Визначення основних термінів і основних показників роботи насоса

І насосної станції

 

I.Мета роботи

1. Дати визначення основних показників роботи насосів і насосних установок.

2. Вивчити призначення, обладнання і прилади насосної установки.

II. Основні визначення і співвідношення

Насосом називається гідравлічна машина для перетворення механічної енергії (або іншого виду енергії), підведеної зовні, в енергію потоку рідини (гідравлічну енергію), що перекачується.

Насоси бувають низького (до 0,1 МПа), середнього (до 0,7 МПа), та високого (> 0,7 МПа) тиску.

Насосний агрегат - це насос і двигун, з'єднані між собою передаточним механізмом (жорсткою або іншою муфтою).

Насосна установка - це насосний агрегат з комплектом обладнання, змонтованого за відповідною схемою, що забезпечує безперебійну роботу насоса.

 

Рис. 1.1- Схема насосної установки

В комплект обладнання входять всмоктуючий і напірний трубопроводи, на яких розташовані засувки, зворотні клапани, прилади контролю за роботою насосного агрегату (манометри, вакуумметри, витратоміри).

Насосна станція – комплекс гідротехнічних споруд та обладнання, що забезпечує безперебійну подачу води на зрошення, водопостачання, її відкачку із осушувальної або каналізаційної системи. В меліорації цей комплекс називають гідротехнічним вузлом споруд машинного водопідйому.

До основних показників роботи насосів відносять витрату, напір, потужність, коефіцієнт корисної дії і частоту обертання робочого колеса.

Витрата (подача, продуктивність) - це об'єм рідини, що протікає через насос в одиницю часу (м³/с, м³/год, л/с).

Крім фактичної витрати (подачі) існує поняття теоретичної витрати (подачі), яка була б можлива при відсутності внутрішнього зворотнього протікання рідини (перетікання із напірної частини у всмоктувальну через конструктивні зазори, клапани та ін.).

Напір - приріст питомої енергії рідини, що протікає через насос, тобто енергії, віднесеної до одного кілограму маси рідини після і до насосу.

Запишемо рівняння питомої енергії в перерізі 2-2 при виході з насоса і в перерізі 1-1 при вході в насос відносно площини порівняння 0-0 (див. рис.1.1.)

(1.1)

де Р₁, Р₂ - абсолютний тиск в точці виміру на вході в насос і на виході, Н/м²; V₁, V₂ - середня швидкість руху рідини в перерізі, м/с; Z₁, Z₂ - висота від центра тяжіння перерізу до площини порівняння, м; γ - питома вага рідини, Н/м³.

Тоді напір, який розвиває насос, становить

, (1.2)

де Z=Z₂-Z₁,

тиск, який розвиває насос дорівнює

, (1.3)

де - густина перекачуваної рідини, Н·с²/м⁴.

Манометричний напір визначають з вище наведеного рівняння

(1.4)

Знаючи манометричний напір насоса, знаходимо повний напір

(1.5)

Манометричний напір на діючих установках визначають за формулою

, (1.6)

де М і В - показники манометра і вакуумметра; ∆ - перевищення цапфи манометру над центром тяжіння перерізу, де визначається напір, м; «+»-над; «-» - під; К_м, К_в - коефіцієнти перерахунку; К_м=К_в= 10 - якщо манометр і вакуумметр мають шкалу в кгс/см²; якщо вакуумметр має шкалу в мм.рт.ст., тоді К_в =0,0136; а якщо вакуумметр і манометр мають шкалу в МПа, тоді К_м=К_в= 98,1≈100.

Рис.1.2- Схеми установки відцентрових насосів: а) вісь насоса розташована вище рівня води; б) вісь насоса розташована нижче рівня води в приймальному резервуарі; в) рідина, яка перекачується, знаходиться під надлишковим напором.

При від’ємній геометричній висоті всмоктування (рис.1.2, б,в) і додатньому напорі у всмоктуючому патрубку насосу замість вакуумметра на всмоктувальній лінії насосу установлюють манометр.

. (1.7)

Потужність насоса - це його робота в одиницю часу (кВт). Корисна потужність - потужність, що передається насосом перекачуваній рідині.

В залежності від того, в яких одиницях виражені витрата і напір насоса, формула для знаходження корисної потужності має вид:

- якщо витрата (Q) в м³/с, а напір (Н) в метрах

N_K=0,001·ρ·g·Q·H=9,81QH; (1.8)

- якщо витрата в м³/год, а напір в метрах

N_K=0,0027QH. (1.9)

Коефіцієнт корисної дії насоса (ККД 0,6-0,9) - відношення корисної потужності до потужності, що споживається насосом, тобто потужності на валу η=N_К/N.

Загальний ККД насоса враховує всі втрати, пов'язані з подачею енергії перекачуваній рідині. Їх розділяють на гідравлічні, об'ємні і механічні.

Гідравлічний ККД η_г=Н/Н_Т, (де Н_Т - теоретичний напір насоса).

Об'ємний ККД η_о=Q/Q_Т, (де Q_т - теоретична подача насоса).

Механічний ККД η_м = N _к / N, (де N _к - корисна потужність насоса,

N - потужність на валу насоса).

Загальний ККД насоса знаходять за формулою

η=η_о·η_г·η_м. (1.10)

Потужність двигуна, (який приводе в рух насос), завжди більша потужності насоса. Якщо вал насоса з’єднаний з валом двигуна за допомогою жорсткої або еластичної муфти, тоді необхідна потужність двигуна

, (1.11)

де К_дв - коефіцієнт запасу потужності двигуна; N - потужність насоса, кВт.

 

Таблиця 1.1- Залежність коефіцієнта запасу потужності двигуна від потужності насоса

N, кВт	< 2	2,1-2	2-5	5-10	10-50	50-100	100-200	>200
К дв	1,5	1,5	1,5-1,25	1,25-1,3	1,3-1,2	1,2-1,1	1,1-1,05	1,05

Якщо вал насоса з’єднаний з валом двигуна редуктором, муфтою, ремінною передачею або другим способом, тоді потужність двигуна

, (1.12)

де - ККД передачі.

При використанні в якості передаточного механізму жорсткої муфти або еластичної муфти =1.

ККД насосного агрегату

, (1.13)

де - потужність насосного агрегата; - ККД двигуна.

Частота обертання насоса (n)- це кількість обертів робочого колеса насоса в одиницю часу (с^-1). Для переводу частоти обертання, вираженої в об/хв, в частоту обертання в системі СІ досить розділити число об/хв на 60.

Напір насосної установки визначають залежністю, отриманою спільним визначенням рівняння (1.2) та рівнянням Бернуллі

. (1.14)

і

. (1.15)

складених для перерізів 0-0, 1-1 всмоктуючої і 2-2, А-А напірної лінії відносно площини порівняння 0-0 (рис.1.1); - відповідно втрати напору у всмоктуючому і напірному трубопроводах.

Вводять позначення: - геометрична висота всмоктування, - геометрична висота нагнітання. Тоді, підставивши (1.14) і (1.15) в (1.2), отримують формулу для визначення напору установки.

Напір насосної установки при проектуванні дорівнює напору насоса і складається з геометричної висоти водоподачі і втрат напору в трубопроводах (див. рис.1.1).

Н=Н_Г+∑h_W=Н_ГН+ h_WН+Н_ГВ+ h_WВ. (1.16)

 

Питання і завдання для самоперевірки знань

1. Яка мета лабораторної роботи?

2. Дати визначення насоса, насосного агрегату, насосної установки, насосної станції.

3. На схемі експериментальної насосної установки показати геометричну висоту всмоктування і нагнітання, геодезичний напір та ін.

4. Перелічити контрольно-вимірювальні прилади, вказати їх місце встановлення і призначення.

5. Назвати основні показники роботи насоса і дати їх визначення.

6. За якими формулами визначають напір, корисну потужність насоса і його ККД?

 

Лабораторна робота №2