Перемещение жидкостей Лекция 6 7 1 Насосы

Перемещение жидкостей Лекция № 6, 7 1. Насосы и их классификация 2. Поршневые насосы 3. Центробежные насосы

НАСОСЫ • Насосами называют гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление • По принципу действия различают насосы: объемные, центробежные, вихревые, осевые, струйные, газлифтные и монтежю

Объемные насосы • К машинам этого типа относят поршневые и ротационные насосы. • Разность давлений в машинах этого типа возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращающимися

Центробежные (лопастные) насосы • Давление создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес

Вихревые насосы • В энергию давления трансформируется энергия вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса

Осевые насосы • Действие основано на перемещении жидкостей, возникающем при вращении устройства типа гребного винта

Струйные насосы • Перемещение жидкостей производится движущейся струей воздуха, пара или воды

Газлифты • Перемещение жидкостей происходит под действием разности плотностей жидкости и газо-жидкостной смеси, образующейся путем ввода газа в открытую с двух сторон вертикальную трубу, один конец которой опущен в перекачиваемую жидкость.

Монтежю • Для перемещения используется давление воздуха, газа или пара на поверхность жидкости

Основные параметры насосов Для любого типа насосов основными параметрами являются: • Производительность или подача, Q (м 3/сек); • Напор, H (м); • Мощность, N (КВт)

Подача • Определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени • Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса и скорости движения его рабочих частей, а также от гидравлического сопротивления трубопровода, связанного с насосом.

Напор • Характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости • Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом • Напор не зависит от удельного веса или плотности перекачиваемой жидкости

Мощность Полезная мощность Nп, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии, равна произведению удельной энергии Н на весовой расход жидкости γQ: Nп = γQН = ρg. QН, где ρ – плотность перекачиваемой жидкости, γ – удельный вес перекачиваемой жидкости. Мощность на валу Ne больше полезной мощности из-за потерь энергии в насосе: ηн – к. п. д. насоса. Ne=Nп/ηн = ρg. QН/ηн , где • для центробежных насосов ηн – 0, 6 -0, 7, • для поршневых насосов – 0, 8 -0, 9, • для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности - 0, 93 – 0, 95.

КПД насосов • Характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса • Полный КПД насоса вычисляет по ф-ле: ηн = ηV ηг ηмех , где ηV = Q/Qт – коэф. подачи (объемный КПД) – отношение действительной производительности к теоретической; ηг – гидравлический КПД – отношение действительного напора к теоретическому; ηмех - механический КПД, характеризует потери мощности на механическое трение в насосе (подшипники, сальники и т. д. )

Номинальная мощность двигателя • Больше мощности на валу на величину механических потерь: Nдв = Ne / ηпер ηдв = Nп / ηн ηпер ηдв, где ηпер - к. п. д. передачи, ηдв - к. п. д. двигателя • Величина ηн ηпер ηдв = η - полный к. п. д. насосной установки, т. е. : η = ηн ηпер ηдв = Nп / Nдв

Установочная мощность двигателя • Nуст рассчитывается по величине Nдв с учётом возможных перегрузок в момент пуска насоса: Nуст = βNдв где β – коэффициент запаса мощности: • Nдв, к. Вт • β Менее 1 1 -5 2 – 1, 5 – 1, 2 5 -50 1, 2 – 1, 15 Более 50 1, 1

Поршневые насосы • Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. • Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма).

Классификация поршневых насосов 1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные; 2) по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы); 3) по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия, трехстороннего действия 4) по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые.

Насос простого действия • Поршень 2 связан с кривошипношатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратнопоступательное движение в цилиндре 1. • Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. • При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.

Плунжерные насосы • В плунжерном насосе простого действия роль поршня играет плунжер 1, двигающийся возвратно-поступательно в цилиндре 2; плунжер уплотняется при помощи сальника 3. • Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра, как поршневые в связи с чем их применяют для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей, а также для создания более высоких давлений. • В химической промышленности плунжерные насосы более распространены, чем поршневые.

Насос двойного действия • Более равномерная и увеличенная подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия в котором каждому ходу поршня соответствуют одновременно процессы всасывания и нагнетания. • Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактны.

Триплекс-насосы • Еще более равномерной является подача насоса тронного действия или триплекс-насоса. • Триплекс-насосы представляют собой строенные насосы простого действия, кривошипы которых расположены под углом 120° друг относительно друга. • Общая подача триплекс-насоса складывается из подач насосов простого действия, при этом за один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

Производительность поршневых насосов • Теоретическая производительность насоса простого действия Qт = F×L×n, м 3/сек где F – площадь сечения поршня, м 2, L – длина хода поршня, м, n – число оборотов, мин-1. • Теоретическая производительность насоса двойного действия составит: Qт = F×L×n + (F–f)×L×n = L n (2×F –f), м 3/сек где f- площадь поперечного сечения штока • Т. к. f << F, то производительность насоса двойного действия вдвое выше производительности насоса простого действия.

Производительность поршневых насосов • Действительная производительность поршневого насоса меньше теоретической на величину потерь в результате утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах и местах стыковки трубопроводов, а также вследствие выделения из жидкости при давлении ниже атмосферного растворенного в ней воздуха. • Все эти потери учитываются коэффициентом подачи, или объемным к. п. д. %. • Действительная производительность насоса: Q = Q т ηv

Воздушные колпаки • Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, в котором примерно 50% объема занимает воздух. • Воздушные колпаки устанавливают на подводящей и отводящей линиях непосредственно перед и после рабочей камеры, так, чтобы путь от нее до колпаков был минимален. Воздушные колпаки: а - на всасывающей линии; б - на нагнетательной линии.

Центробежные насосы • Перемещение жидкости происходит за счет центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенными в спиралеобразный корпус

Схема центробежного насоса • • • 1 – колесо с лопатками 2 – вал 3 – корпус 4 – центральный патрубок 5 - тангенциальный патрубок 6 – всасывающий трубопровод • 7 – нагнетательный трубопровод • 8 – отверстие вала

Рабочее колесо насоса • 1 – лопатки • 2 – сплошной диск • 3 – диск с отверстием для входа перекачиваемой жидкости внутрь колеса

Насос с двухсторонним всасыванием

Многоступенчатые центробежные насосы а - четырехступенчатый насос с односторонним всасыванием; б- двухступенчатый насос с двухсторонним всасыванием 1 – рабочее колесо; 2 – направляющий аппарат

Схема пропеллерного насоса • 1 – вал • 2 – лопатки винтового профиля • 3 – направляющий аппарат • 4 - нагнетательный патрубок • 5 - корпус

Основное уравнение центробежного насоса

Действительный напор Причины потери напора: - Преодоление гидравлического сопротивления внутри насоса ( учитываются гидравлическим к. п. д. ) - Движение частиц жидкости по разным траекториям, т. е треугольники скоростей для разных струек различны (учитываются коэф. )

Влияние формы лопаток на Нт и ηг Для лопаток, загнутых назад: Для радиальных лопаток: Для лопаток, загнутых вперед:

Геометрическая высота всасывания жидкости центробежным насосом Движущей силой процесса всасывания жидкости центробежным насосом является разность давлений на свободную поверхность жидкости в расходном сосуде р0/ρg и у входа на лопатки рабочего колеса рв/ρg. Во избежание вскипания жидкости величина рв не должна быть меньше давления паров жидкости pt при ее температуре t

Перепад давлений Перепад давления (р0 — pt)/ ρg расходуется на: 1) поднятие жидкости на геометрическую высоту всасывания hгв, равную вертикальному расстоянию от свободной поверхности уровня в расходном сосуде до центра насоса; 2) преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопроводе hпв; 3) создание скоростного напора во всасывающем трубопроводе. Таким образом, получим:

Кавитация Для обеспечения надежной работы насоса необходимо учесть добавочное сопротивление , которое, по опытным данным, пропорционально напору Н, развиваемому насосом, т. е. где - коэффициент кавитации. таким образом, Отсюда находим искомую предельную геометрическую высоту всасывания жидкости центробежным насосом: Для определения коэффициента кавитации пользуются эмпирической формулой: n - число оборотов рабочего колеса в минуту; V - производительность насоса, м 3/с; H — напор, м.

Основные характеристики насоса • Характеристики насосов строят экспериментально при постоянной частоте вращения привода. • Испытания насосов большой производительности затруднительно, используют теорию подобия.

Теория подобия • Геометрическое подобие (пропорциональность размеров): • Кинематическое подобие (пропорциональность скоростей в сходственных точках):

Теория подобия • Равенство углов постановки лопаток на входе и выходе из рабочего колеса, равенство к. п. д. натуры и модели: • Формулы пропорциональности:

Законы пропорциональности • При изменении числа оборотов центробежного насоса его подача V(Q) изменяется пропорционально числу оборотов; напор H – пропорционально числу оборотов во второй степени; потребляемая мощность N – числу оборотов в третьей степени.

Законы пропорциональности • Соблюдаются при изменении числа оборотов колеса не более чем в два раза. • Универсальные характеристики насоса позволяют установить наиболее благоприятные режимы работы насоса

Сеть и рабочая точка • Трубопроводы и аппараты, обладающие определенными гидравлическими сопротивлениями, в которые насосы подают жидкость, сообщив ей дополнительную энергию, -сеть. • Рабочая точка – режим работы насоса с определенной сетью, при котором насос работает устойчиво, обеспечивая рабочий напор и подачу.

Рабочая точка • Расчет напора сети:

Рабочая точка

Подключение насосов • Если один насос не может обеспечить требуемой подачи или напора – можно подключить второй насос параллельно или последовательно. • Параллельное подключение – подачи одного насоса недостаточно; • Последовательное – напора одного насоса недостаточно:

Подключение насосов