Основными параметрами, характеризующими работу насосов и вентиляторов, являются подача, напор и давление, ими создаваемые, а также энергия, сообщаемая потоку их рабочими органами.
Подача — количество жидкости или газа, перемещаемое машиной в единицу времени.
При измерении подачи в единицах объема ее называют объемной и обозначают обычно Q.
Соответственно в системе СИ введено понятие массовой подачи М — количества массы жидкости или газа, подаваемых машиной в единицу времени:
M = ρQ, (2-1) где ρ — плотность среды, кг/м3.
Пренебрегая незначительными утечками через неплотности, можно считать, что массовые подачи, вычисленные по условиям всасывания и нагнетания в машинах любого типа, одинаковы. Объемные же одинаковы только в насосах — машинах, подающих практически несжимаемую среду, и приблизительно одинаковы в вентиляторах. В компрессорах в зависимости от создаваемого ими давления объемная подача при нагнетании меньше, чем при всасывании, вследствие существенного-изменения удельного объема при повышении давления газа.
В расчетах принято исчислять объемную подачу газовых машин (компрессоров) при условиях всасывания (иногда при нормальных условиях, т. е. при Т =273 К и Н =760 мм рт. ст.).
Подача насоса (вентилятора, компрессора) определяется его размерами, скоростями движения рабочих органов и свойствами сети, в которую включен насос.
В соответствии с ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения» давлением насоса называют величину р,. определяемую зависимостью
(2.2)
где рк и рн — соответственно давления на выходе (конечное) и на входе (начальное), Па; ρ — плотность среды, подаваемой насосом, кг/м3; ск и сн—скорости среды на выходе и входе в насос, м/с; zк и zs — высоты расположения центров тяжести выходного и входного сечений насоса, м.
Выясним физическую сущность напора в соответствии с основными положениями гидромеханики. Если к всасывающему патрубку насоса, берущего жидкость из емкости, расположенной выше его оси, приключить трубку полного напора, то уровень жидкости в ней будет поднят на некоторую высоту над осью насоса. Эта высота, называемая в гидромеханике полным напором, определяется соотношением
Аналогично полный напор в выходном патрубке
Полный напор, развиваемый насосом, в соответствии с равенством (2-2):
Статический напор не учитывает прироста кинетической энергии потока в насосе и вычисляется по формуле
(2-4)
где pст = pк – pн + ρg(zк –zн).
Заметим, что напор имеет линейную размерность м (метры) и физически представляет собой высоту столба той жидкости, к потоку которой он относится.
Напор, создаваемый вентиляторами, условно выражают иногда в миллиметрах водяного столба. Напомним, что 1 мм вод. ст. соответствует давлению 9,8 Па.
Важной величиной, характеризующей работу насоса с энергетической стороны, является удельная полезная.работа насоса, определяемая зависимостью
(2-5)
Работа, подводимая на вал машины, отнесенная к 1 кг массы подаваемой среды, называется удельной.работой машины.
Ввиду потерь энергии в насосе удельная полезная работа насоса меньше удельной работы его.
Удельная работа компрессоров вычисляется с учетом вида термодинамического процесса.
При рассмотрении работы трубопроводных систем с включенными в них насосами (вентиляторами) удобно пользоваться уравнением сохранения энергии (уравнение Д. Бернулли) в системе СИ, записанным для 1-го.и 2-го сечений потока:
где gh1-2, Дж/кг — удельная энергия сопротивления участка 1-2.
МОЩНОСТЬ И К. П. Д.
Рабочие органы насоса (лопасти, поршни) работают в потоке и повышают его энергию.
Для проведения этой работы к валу насоса должна непрерывно подводиться энергия от двигателя соответствующей мощности.
Аналогично указанному ранее понятию полезной удельной работы (2-5) в гидромашиностроении введены понятия полезной мощности насоса и мощности насоса.
Полезная мощность насоса — мощность (секундная энергия), сообщаемая насосом подаваемой среде и определяемая зависимостью
(2.6)
или
Мощность N, подводимую от двигателя на вал насоса, называют мощностью насоса.
В системе МКГСС полезная мощность определяется формулой
Эффективность использования энергии насосом оценивают к. п. д. насоса ц, представляющим собой отношение полезной мощности насоса к мощности насоса (подводимой на вал)
(2-8)
В рабочих условиях к. п. д. насоса зависит от многих факторов: типа, размера и конструкции насоса, рода жидкости, режима работы насоса и характеристики сети, на которую работает насос.
Энергетическая эффективность, установки, состоящей из насоса и приводного двигателя, оценивается к. п. д. установки ηу. Он представляет собой отношение мощностей полезной и подводимой к двигателю.
В случае электрического привода
(2.9)
Nэл - мощность на клеммах электродвигателя.
Энергетические качества насоса и двигателя совместно оценивает к. п. д. установки.
Для оценки эффективности компрессоров служат относительные термодинамические к. п. д.