Основные параметры насосов

Классификация насосов

По принципу действия насосы подразделяют на объемные, динамические, немеханические.

В объемных насосах энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. В соответствии с этим по форме движения рабочих органов их подразделяют на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные, диафрагменные) и вращательные, или роторные (шестеренные, винтовые и др.).

Рис.2. Поршневой насос: 1- цилиндр;2- поршень; 3- кривошипно-шатунный механизм; 4 и 5- всасывающий и нагнетательный клапаны; 6,7- всасывающий и нагнетательный трубопроводы (S- ход поршня).

В динамических насосах энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес (например, в центробежных и осевых насосах), или сил трения (например, в струйных и вихревых насосах). Поэтому по виду силового действия на жидкость динамические насосы подразделяют на лопастные и насосы трения.

Наиболее распространенными динамическими насосами являются лопастные. К данному виду насосов относятся центробежные и осевые.

Рис.4. Центробежный насос: 1 - корпус; 2 - рабочее колесо; 3 - лопатки; 4 - линия для залива насоса перед пуском; 5 - всасывающий трубопровод; 6 - обратный клапан; 7 - фильтр; 8 - нагнетательный трубопровод; 9 - вал; 10 - сальник

Основные параметры насосов

К основным параметрам насосов относят производительность, напор и мощность.

Производительность(подача) Q насоса - объем жидкости, подаваемый насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени (м³/с, м³/ч).

Обычно при подборе насоса для перекачивания жидкости по заданной системе трубопроводов и аппаратов величина Q известна. Если же требуется провести проектный или поверочный расчеты, то для каждого типа насосов используют специальные методики расчетов.

Напор Н (м) - избыточная удельная энергия, сообщаемая насосом единице массы жидкости, энергия необходимая для подъема жидкости на высоту Нг = Нвс+ Нн. При подборе насоса напор определяют с помощью уравнения Бернулли.

Рис.1. Схема насосной установки: 1 - насосный резервуар; 2 - приемный бак; 3 - насос; М - манометр; В - вакуумметр

Н = Н_г+(р₂ - р₁)/(ρg)+(w_2н – w_2вс)/(2g)+h_п, (1)

где Н_г = h_вс + h_н – геометрическая высота подъема жидкости;

h_п = h_пвс+h_пн – общие потери напора в трубопроводах насосной установки;

р₂ и р₁ – давление в нагнетательном и во всасывающем патрубке насоса; w_н и w_вс – скорости жидкости соответственно в нагнетательном и во всасывающем патрубке насоса;

h_п.вс и h_п.н - потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводе.

Если всасывающий и нагнетательный патрубки насоса имеют одинаковый диаметр (что часто встречается на практике), то уравнение (1) упрощается:

Н = Н_г + (р₂ - р₁)/(ρg) + h_п, (2)

р_н = р_м + р_а и р_вс = р_а - р_в, получим (см. рис.1)

Н = (р_м + р_в)/(ρg) + h (3)

где h - расстояние по вертикали между уровнями установки манометра и вакуумметра; обычно величина h мала по сравнению с напором Н, создаваемым насосом, и ею можно пренебречь.

Важно также знать высоту всасывания насоса. Всасывание происходит под действием разности внешнего (обычно атмосферного) давления в приемном резервуаре (рис.1, поз.1) и давления р_вс на входе в насос: ра – рвс.

Для того чтобы происходило всасывание, величина р_вс должна быть больше давления р_нас насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре, т. е. р_вс > р_нас, так как в противном случае будет сильное выделение паров и растворенных в жидкости газов и может произойти разрыв потока. Последнее приведет к резкому снижению высоты всасывания или даже к прекращению поступления жидкости в насос, т. е. высота всасывания снизится до нуля.

Достижимая высота всасывания

(4)

Высота всасывания уменьшается с понижением атмосферного давления и увеличением температуры, а также скорости движения жидкости по всасывающему трубопроводу и потерь напора в нем.

Высота всасывания Н_вс при перекачивании жидкостей из открытых резервуаров не может быть больше высоты столба перекачиваемой жидкости, соответствующего атмосферному давлению. Так, например, при перекачивании воды при 20 °С и атмосферном давлении на уровне моря она не может быть больше 10 м. Обычно для жидкостей при температуре окружающей среды h_BC не превышает 5-6 м.

При перекачивании горячих жидкостей h_вс намного меньше. Установлено, что при 60-70°С центробежные и поршневые насосы практически уже не всасывают воду. Поэтому горячие и очень вязкие жидкости (из-за высокого гидравлического сопротивления) подводят к насосу под некоторым избыточным давлением или с подпором на всасывающей линии насоса, т.е. в этом случае насос работает «под заливом».

Полезная мощность насоса Nп, затрачиваемая им на сообщение жидкости энергии:

N_п = ρgQH (5)

Действительная мощность на валу насоса N_д, т.е. мощность, потребляемая насосом, больше полезной мощности вследствие потерь в самом насосе (гидравлические потери, утечки жидкости (через неплотности, потери вследствие трения в подшипниках и т.п.), которые учитываются коэффициентом полезного действия (к.п.д.) насоса:

(6)

Величина η_н характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса, отражает относительные потери мощности в насосе и является произведением трех сомножителей:

η_н =η_ν η_г η_тех (7)

В выражении (8) η_ν = Q/Q_т – коэффициент подачи, или объемный к.п.д. (Q_т – теоретическая производительность насоса), учитывающий потери производительности насоса (через зазоры, сальники и т.п.). Гидравлический к.п.д. η_г=H/H_т (H_т – теоретический напор) учитывает потери напора при движении жидкости через насос. Механический к.п.д. η_мex характеризует потери мощности на механическое трение в насосе (в сальниках и т.п.).

Значение η_н зависит от производительности насоса, его конструкции и степени износа. Для насосов большой производительности значение η_н выше и может составлять 0,8-0,95. К.п.д. поршневых насосов (0,8-0,9) несколько больше, чем центробежных (0,6-0,8).

При выборе электродвигателя для насоса учитывают потери мощности из-за механических потерь в передаче от электродвигателя к насосу и в самом электродвигателе. Их учитывают при помощи к.п.д. передачи η_пер и к.п.д. двигателя η_дв. Тогда мощность, потребляемая двигателем, определяется следующим образом

(9)

Произведение η=η_нη_перη_дв называют к.п.д. насосной установки.

Установочную мощность двигателя рассчитывают с учетом перегрузки в момент пуска насоса, которая может превышать N_дв на 10-50%.

N_уст= βN_дв (10)

где β - коэффициент запаса мощности, который берется из справочников в зависимости от величины N_дв.

Объемные насосы.