НАСОСЫ Насос – это машина, предназначенная для сообщения

НАСОСЫ Насос – это машина, предназначенная для сообщения жидкости механической энергии. Основные параметры насосовпол пол. N NE Et H mg mgt g. G g. Q Напор—это удельная механическая энергия, сообщаемая насосом жидкости в единицу времени Производительность, или подача, – это объемное или массовое количество жидкости, подаваемой насосом в сеть в единицу времени. Соответственно различают объемную производительность Q , м 3 /с , и массовую производительность G , кг/с. (1)

Мощность, сообщаемая насосом жидкости N пол , называется полезной. При известных Q и H она может быть найдена из выражения (1) пол N g. QH Эффективная, или затрачиваемая мощность ( N эф ) – это мощность, потребляемая насосом при перекачивании жидкости, она может быть измерена на приводном, валу насоса. Коэффициент полезного действия г об мех

где г – гидравлический коэффициент полезного действия, учитывает гидравлические потери энергии, связанные с течением жидкости внутри проточной части насоса (в клапанах поршневых насосов, в межлопаточных каналах центробежного насоса и т. п. ); об – объемный коэффициент полезного действия, учитывает потери энергии, вызванные внутренними и внешними утечками жидкости; мех – механический коэффициент полезного действия, учитывает прочие потери энергии в насосе (трение в уплотнении, трение поршня о поверхность цилиндра в поршневом насосе, гидравлические потери в жидкости, находящейся между дисками колеса и корпусом центробежного насоса и т. п. ).

Всасывающая способность характеризуется максимально допустимой высотой установки насоса над уровнем жидкости в емкости, из которой она всасывается. Классификация насосов По принципу действия насосы делится на две основные группы: 1. Лопастные насосы, принцип действия которых основан на создании центробежных полей давлений или других динамических эффектов (центробежный насос, вихревой насос, осевой насос и т. п. ). 2. Объемные насосы, в основе действия которых лежит принцип перемещения строго определенных порций жидкости (поршневой насос, шестеренный насос и др. ). Кроме насосов, относящихся к двум названным основным группам, в промышленности также находят применение струйные и газлифтные насосы

Ориентировочная область применения насосов: 1 – поршневые; 2 – центробежные; 3 – осевые

Насос, включенный в сеть: 1 – сеть; 2 – насос

График совместной работы насоса и сети: 1 – характеристика сети; 2 – характеристика насоса

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ При вращательном движении в жидкости возникает центробежное поле давлений с максимальным давлением на периферии и минимальным на оси потока. Если вблизи осуществляется подача, а с периферии—отток жидкости повышенного давления, то реализуется принцип действия центробежного насоса Окружная скорость колеса обычно не превышает 80 м/с (ограничивается условием прочности материала колеса). При этом скорость выхода жидкости с лопаток колеса достигает 20 м/с.

Схема центробежного насоса: 1– всасывающий штуцер; 2– сальник; 3– корпус с каналом; 4– рабочее колесо; 5– вал; 6–лопасти рабочего колеса; 7– нагнетательный штуцер

Рабочее колесо центробежного насоса

Типы рабочих колес а б в Рабочее колесо центробежного насоса: а -полузакрытого типа; б — закрытого типа; в -с двухсторонним всасыванием

Схема центробежной машины: 1 – подвод конфузорногo типа; 2 – рабочее колесо; 3 – спиральный отвод; 4 – приводной вал; А – зона возможной кавитaции

Лопаточный отвод центробежной машины

Распределение осевых давлений по наружным поверхностям колеса центробежной машины: 1 – уплотнение колеса; 2, 3 – зазоры

Способы компенсации осевой силы в центробежных насосах: а ) колесо с двусторон-ним входом жидкости; б ) колесо с переточ-ными отверстиями и ложной ступицей; в ) колесо с импелле-ром; г ) эпюра давлений для колеса с импеллером; 1 – уплоrnение колеса; 2 –ложная ступица; 3 – переточные отверстия; 4 – лопасти импел-лера

Классификация центробежных насосов По числу ступеней различают насосы одноступенчатые и многоступенчатые, в которых жидкость последовательно проходит через несколько центробежных колес.

насосы различают на: тихоходные – n s = 40; нормальные – n s =80 – 150 быстроходные – n s =150 – 300 По коэффициенту быстроходности n s 0 5 опт 0 75 опт 3 65 , s, Q n , n H

Коэффициент быстроходности практически однозначно связан с отношением геометрических размеров рабочего колеса:

Основное уравнение идеального центробежного насоса (уравнение Эйлера) Идеальный насос: 1) перекачиваемая жидкость идеальная (вязкость = 0); 2) толщина лопаток = 0 3) число лопаток z =

Планы скоростей: а) при входе жидкости в колесо; б) при выходе жидкости из колеса

м т в с dk N M dt мr r V V dk d d r u d. V dt dt dt r r r r V V S d r u d. V r u u d. S dt t 0 r r V r u d. V t 2 2 2 1 1 1 тcos r r r S r u u d. S u r Q 1 1 пер 2 2 пер ; r u т т т N g. H Q

т 2 2 пер 2 1 1 пер 1 1 cos. H g u u т 2 2 пер 21 cos. H / gu u Поскольку 1 = 90 , то u 1 = u 1 r Рабочие характеристики идеального центробежного насоса Из плана скоростей следует 2 2 2 пер 2 2 cos ctgru u u где u 2 r – проекция u 2 на радиальное направление; u 2 отн – скорость жидкости относительно лопаток колеса; 2 – угол образуемый линией лопатки в месте се пересечения с внешней окружностью колеса, или угол между u 2 и u 2 пер = r 2 – скорость переносного движения, или окружная скорость вращения колеса

т 2 2 2 1 1 1 r r Q D b u т т 2 пер 2 2 1 ctg Q Н u u g D b т т 2 пер 2 т 2 2 ctg Q N u u Q D b т =

Выбор оптимальных углов 1 и 2 Центробежный насос проектируется для перекачивания жидкости в количестве Q опт При известном значении Q опт. угол 1 выбирается так, чтобы обеспечить условие безударного входа жидкости на лопатки, т. е. равенство скоростей до и после входа жидкости на лопасти

Из условия = 90° и u 1 = u 1 r следует 1 пер1 1 1 опт ctg u. D b u Q Оптимальное значение угла 2 определяется из условия получения в насосе максимума статической доли напора Н ст в общей величине Н т . Такая формулировка задачи правомерна только для случая нагнетания реальной жидкости, так как последующее преобразование динамического напора Н дин в статический в улитке корпуса насоса или в направляющем аппарате всегда связано с гидравлическими потерями и снижением КПД насоса.

2 2 2 1 дин 2 u u Н g Поскольку , то при оптимальном угле β 1 u 1 = 0 и 2 2 2 2 2 1 1 1; r ru u u 2 2 1 1 ru u Профиль межлопаточного канала колеса конструируется таким образом, чтобы составляющая u r оставалась постоянной величиной, т. е. u 1 r = u 2 r. ( с увеличением D b уменьшается). Тогда 2 2 дин 2 u H g

С учетом плана скоростей и соотношения u 2 = u 2 cos 2 окончательно получим 2 т дин 2 пер 2 2 2 1 ctg 2 g Q H u D b ctg Q Q Н u u g D b т т ст 2 пер 2 2 2 1 = ctgβ β

ц 2 1 21 1 2 1 k D z D 2 пер 2 2 г ц 1 cos. Н u u k g

Q = ( D 2 – z δ 2 ) b 2 u 2 r η об = D 2 b 2 u 2 r k 2 η об k 2 =1— z δ 2 / D 2 Рабочие характеристики центробежного насоса

При перекачивании вязкой жидкости в проточной части колеса возникают гидравлические потери по длине hl , которые примерно пропорциональны Q 2 При отсутствии подкрутки жидкости на входе в колесо 1 = 90° , и только при строго определенном расходе жидкости Q опт для заданной геометрии колеса реализуется строго радиальный вход жидкости При Q > Q опт или Q < Q опт при входе в межлопаточный канал жидкость резко изменяет направление, т. е. при Q ≠ Q опт возникают потери из-за внезапного поворота

h м ~ ( Q – Q опт ) 2 h l ~ Q 2 Q = Q т k 2 — Q ут

Универсальная характеристика центробежного насоса

Подобие центробежных насосов 2 пер 2 ц г 2 2 2 об 1 ctg Q Н u u k g D b k 2 пер 2 u D n разделив на ( n. D 2 ) 2 с учетом соотношения получим 2 2 ц г 2 2 об ctg Q H k b k % % % 2 2 2 H g. H n D % 3 2 Q Q n. D % 2 2 2 b b D %

Из условий гидродинамического подобия следует, что рабочие колеса ряда подобных центробежных насосов должны быть: 1) геометрически подобны, т. е. = const , β 2 =со nst. , k 2 = const ; 2) кинематически подобны, т. е. должны быть подобны поля скоростей и об =со nst , k ц = const ; 3) динамически подобны, т. е. должны быть одинаковыми режимы течения жидкости, следовательно, г =со nst. 2 b % 0 5 опт н 0 75 оптопт , , Q n. Q k Hg. H % % n s ≈ 20 k н

Формулы пропорциональности Эти формулы отражают характер изменения основных параметров работы насоса ( Q , Н, N эф ) при изменении частоты вращения n при условии сохранения гидродинамического подобия течения жидкости внутри рабочего колеса. т. е. при η = const. Это условие эквивалентно сохранение значения Q и H при изменении n 2 3 эф 1 1 1 эф 1 ; ; NQ n H n n. Q n H n N n 0, 8< n / n 1 < 1, 25 2 1 1 x x Q H H Q

Работа насоса на сеть. Способы регулирования производительности насоса

c cн н c c др н эф эф н н g. Q H H H N N H H

c cн н c c б н эф эф н н g. Q H Q Q N N Q Q

Если Q с / Q н > Н с / Н н , то выгоднее применять способ байпассирования c cн c c н c н c c tg tg Q H H Q Q Q

нас сети d. H d. Q

ВИХРЕВОЙ НАСОС

2 2 1 вс 2 нагн полн 2 2 w pυ p υ H h g g 1 2 1 10 l. B p

Поскольку H полн – h w = Н ; υ вс = υ нагн и 1 2 p p H g 2 2 1 0 2; 8 8 uυ υ 1 21 l H g 2 2 1 0 2 8 l Q Q H u g B B Q Bυ

кр 1 2 1 мех М l p p BR / 2 0 1 эф кр 0 мех 8 Bu Q N M u l g. H D эф g. QH N

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ cos dx d с L R dt dt т ш 2 Q S S Ln

При L / R > 5 L – L cos = 0 sinс R т sinq RS SLn q, Q q max Q

q, Q Q Q т 1 тmaxq SLn k Q SLn т 2 2 max q SLn k Q SLn 3 3 3 SLn k SLn

max min maxр V p V ср max min p V V V max min. V V V 2 1 ж t t V q Q dt 2 t / n 2 1 1 2 ж 1 sin / d V SLn SL d

Численное значение угла 1 определяется из условия Q = q 1 arcsin 1 После интегрирования и вычислений получим ∆ V ж = 0, 55 SL , и объем газа в колпаке ср 0 55 p V , SL ср 0 215 р. V , SL ср 0 009 p. V , SL

Рабочая характеристика поршневого насоса Работа насоса объемноrо типа на сеть: 1 – идеальная характеристика насоса; 2 – реальная характеристика насоса; 3 – исходная характеристика сети; 4 – характеристика сети с дросселем; 5 – насос; 6 – предохранительный клапан; 7 – байпасная линия; 8 – байпасный регyлятор расхода; 9 – дроссель

Схема установки поршневого насоса Схема плунжерного насоса: 1 – плунжер; 2 – сальник Схема дифферен- циального насоса

Схема мембранного насоса 1 – цилиндр; 2 – плунжер; 3 – мембрана; 4 – всасывающий клапан; 5 – нагнетательный клапан Схема шестерёнчатого насоса

Винтовой насос