Основные понятия и определения энергетических параметров насосов
Насос представляет собой гидравлическую машину, которая служит для преобразования механической энергии, получаемой от двигателя, в кинетическую и потенциальную энергию движущегося потока жидкости. За счет этой энергии насосы поднимают жидкость на необходимую высоту и перемещают ее на требуемое расстояние.
Основными энергетическими параметрами насосов, определяющими диапазон их применения, являются: подача Q, напор Я, мощность N, коэффициент полезного действия η, вакуумметрическая высота всасывания Н в или кавитационный запас Δ h.
Подача – отношение объема жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод, ко времени, измеряется в кубометрах в час или кубометрах в секунду. Идеальная подача насоса – сумма подачи и объемных потерь насоса.
Напор – высота, на которую жидкость способна подняться под влиянием статического давления, разности высот и скоростей. Напор насоса (в м) равен: Н = р/(ρg), где р – давление насоса, Па, определяемое зависимостью
где р к – р н – разность давлений на выходе и на входе в насос, Па; ρ – плотность жидкой среды, кг/м3; ν κ и zн – скорость жидкой среды на выходе и на входе в насос, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; zκ и zн – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.
Напор работающего насоса, м, можно определить но показаниям приборов, установленных на входном и выходном патрубках насосов, по формуле
где Н во и Н мо – соответственно показания вакуумметра и манометра, приведенные к оси насоса, м: 
и 
Если насос работает с подпором на входе, то вместо вакуумметра на входном патрубке устанавливают манометр, и напор определяется зависимостью
где Н мк и Н мн – соответственно показатели манометра на выходе и на входе в насос, приведенные к оси насоса;
– скоростной напор.
Величина скоростного напора весьма мала, и для практических целей ею можно пренебречь.
Мощность – мощность, потребляемая насосом, необходимая для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, которые возникают при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию потока жидкости, Вт:
где η – коэффициент полезного действия насоса; N п – полезная мощность насоса, Вт, т.е. мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкости:
где Q – объемная подача насоса, м3/с; р – давление насоса, Па.
В практике проектирования в расчетах насосных агрегатов наибольшее применение нашла зависимость
где Q – подача, л/с, тогда γ = 1, если Q выражается в кубических метрах в секунду, то γ = 1000 кг/м3.
Коэффициент полезного действия – отношение полезной мощности к мощности насоса:
где ηг – отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе; ηο – отношение полезной мощности к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками; ηм – величина, выражающая относительную долю механических потерь в насосе.
Коэффициент полезного действия (КПД) насоса выражает степень совершенства его конструкци. В лучших образцах насосов КПД достигает величин 94%. Для небольших насосов КПД колеблется в пределах 60...75, для средних – 70...80 и крупных – 80...90%. КПД насосов – переменная величина, которая зависит от условий и времени их эксплуатации. Так, при перекачке загрязненных жидкостей быстро уменьшается объемный и гидравлический КПД. При плохом профилактическом обслуживании падает механический КПД. Уменьшение КПД ведет к перерасходу электроэнергии и увеличению эксплуатационных расходов на перекачивание жидкостей. КПД насоса определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его энергетических параметров (напора, подачи, мощности).
Ежегодно стоимость электроэнергии, затрачиваемой насосом, в 30...40 раз больше стоимости насоса, поэтому при изменении КПД насоса на 3...4% целесообразнее заменить его новым или произвести капитальный ремонт.
Вакуумметрическая высота всасывания – разность абсолютных давлений окружающей среды и на входе в насос. Определяют ее в метрах по формуле
где р о – давление окружающей среды, Па; р н – давление на входе в насос, Па; ρ – плотность жидкой среды, кг/м3.
При определении отметки оси насоса необходимо знать допускаемую вакууметрическую высоту всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения его основных энергетических показателей.
Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания для нормального давления 0,1 МПа и температуры перекачиваемой жидкости 293 К (20 °С) указана в паспорте насоса.
Если насос устанавливают в районе, где атмосферное давление отличается от нормального, а температура перекачиваемой жидкости выше или ниже 293 К, то допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания определяют по формуле
где Н п – допускаемая вакуумметрическая высота всасывания по паспорту, м; Н а – атмосферное давление для данного района, Па; h t – упругость насыщенных паров жидкости при температуре t °С, м.
Отметка оси насоса равна отметке уровня воды в источнике плюс геометрическая высота подъема воды, которая равна
где h w вс – потери энергии во всасывающем трубопроводе (местные потери в фасонных частях h м плюс потери на трение по длине трубопровода h l.
Геометрическая высота всасывания насоса имеет важное значение при проектировании насосных станций, так как определяет глубину заложения фундамента насоса и машинного зала.
При движении потока жидкости от источника к входному отверстию удельная энергия потока уменьшается на величину ее затрат на преодоление гидравлических потерь и геометрической высоты подъема жидкости. При достижении удельной энергии потока величины, меньшей давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости, в ней образуются пустоты. Явление образования пустот, заполненных парами жидкости и растворенными газами, в потоке перекачиваемой жидкости называется кавитацией.
Возникновение кавитации ведет к ухудшению энергетических параметров насоса и снижению КПД насоса.
Для обеспечения бескавитационной работы насоса необходимо, чтобы давление р н на входе в насос было больше давления насыщенных паров р нп. Условие бескавитационной работы насоса в системе
где Δ h д – допускаемый кавитационный запас (принимается по паспорту насоса):
где р нп – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при заданной температуре
Принцип действия центробежных насосов[править | править вики-текст]
Центробежный насос в разрезе
Рабочее колесо центробежного насоса
Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, улиткообразную спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно может быть открытого типа (диск на котором установлены лопасти) и закрытого типа — лопасти размещены между передним и задним дисками. Лопасти обычно изогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса в форме логарифмической спирали. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.
Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. При повышении давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод. Вследствие этого на выходе всасывающего патрубка насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость поступает в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод.
Центробежные насосы изготавливаются не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами) — так называемые «секционные центробежные насосы». В секционных насосах достигается увеличение общего перепада давления, приблизительно пропорционального количеству секций насоса. При этом принцип их действия в любых конструкциях остается таким же — жидкость перемещается под действием центробежной силы, порождаемой вращающимся рабочим колесом.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИНЦИП РАЗМЕЩЕНИЯ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Кто бы мог предугадать всего лишь сто лет назад, что промышленные насосы буквально завоюют мир? Сегодня высокая эффективность любого технологического процесса зависит от потенциала применяемого насосного оборудования. Прежде всего, речь идет о подаче, напоре и мощности – основных параметрах насоса. «Закон» напора - зависеть от скорости вращения колеса, его формы и размеров, то есть заданного раз и навсегда сочетания числа оборотов и конструкции, а также скоростей протекания жидкости в насосе.
Сердце насоса – рабочее колесо. В большинстве ныне применяемых конструкций рабочего колеса действует один принцип: при постоянном числе совершаемых оборотов, каждому значению подачи соответствует определенный напор.
Научный подход - насос, прогресс, доход
Зависимость напора (Q) от подачи (H), выраженная графически, называется графической характеристикой насоса Q-H.
Для построения графических характеристик насоса его подвергают испытаниям на стенде и экспериментальным путем определяют действительную (рабочую) характеристику насоса. В процессе испытания определяют напоры при соответствующих им подачах. Одновременно во время испытания насоса при установленном режиме замеряют расходную мощность и посчитывают значения коэффициента полезного действия. Это, так называемые, активные меры по исследованию, в том числе, экономичности и других показателей.
Подобрать насос, точно отвечающий требуемым Q и H, удается очень редко, поэтому подбор ведут из условия, что расчетные параметры лежат в поле «оптимальной работы» насоса. Полем оптимальной работы называют пространство, заключенное между двумя характеристиками Q-H. Верхняя (1) - соответствует максимальному диаметру рабочего колеса. А нижняя характеристика (2) под стать максимально допустимой обрезке рабочего колеса.
«Современность» насосного агрегата не в последнюю очередь определяется коэффициентом быстроходности. Это удельное число оборотов рабочего колеса, при котором насос развивает напор, равный одному метру, и подачу – 75 л/с.
При подборе насоса нужно стремиться к тому, чтобы требуемый режим работы насоса лежал в области максимального значения коэффициента полезного действия, а высота всасывания не превышала предела, установленного для данной модели.
Насосное оборудование - звенья успеха
При проектировании насосной станции особое внимание должно быть уделено следующим требованиям:
- простота узлов коммуникации трубопроводов;
- надежность обеспечения графика водоподачи;
- удобство и безопасность техобслуживания;
- возможность увеличения подачи насосной станции (как путем замены агрегатов на более мощные, так и установки дополнительного оборудования);
- минимальная протяженность всасывающих и напорных трубопроводов;
- обеспечение максимального КПД и коэффициента использования установленных устройств, при минимальной удельной норме расхода электроэнергии на подачу воды.
Количество насосов, установленных на станции, определяют из условия бесперебойного выполнения графика водоподачи. Число резервных аппаратов устанавливают в зависимости от класса станций. Станции первого класса не допускают перерыва в подаче воды и имеют резерв насосного оборудования до 200%. Станции второго класса допускают кратковременный перерыв в работе и имеют резерв до 100%. Станции третьего класса допускают длительный перерыв в работе и имеют резерв насосных агрегатов от 25% до 100%.
Исходя из требований эксплуатации, взаимозаменяемости и ремонта, целесообразно устанавливать однотипные насосы с одинаковой производительностью.
Шахматная комбинация: насосы в ряд
При размещении насосного оборудования необходимо обеспечивать безопасность обслуживания устройств, приняв достаточную ширину проходов между аппаратурой, трубопроводами и двигателями.
Насосные установки могут быть расположены в насосной станции по одной из следующих схем:
- Однорядная установка агрегатов перпендикулярно к продольной оси насосной станции (наиболее выгодна при установке консольных насосов). Достоинство этой схемы – компактность расположения машин, небольшая ширина здания.
- Однорядная расстановка агрегатов параллельно продольной оси станции. Эту схему выгодно применять при небольшом количестве крупных насосов, так как в этом случае обеспечивается наибольшая простота узлов коммуникаций всасывающих и напорных трубопроводов.
- Двухрядное расположение, с установкой агрегатов как перпендикулярно, так и параллельно оси станции.
- Двухрядное размещение оборудования в шахматном порядке.
Двухрядное расположение насосных агрегатов рекомендуется при большом количестве насосных аппаратов различного назначения и разных размеров. Недостатком этой схемы является сложность узлов коммуникаций.
Схема шахматного расположения насосов находит применение при установке большого числа крупных агрегатов. В этом случае можно сократить площадь машинного зала, если применить установку электродвигателей в одном ряду - с правым вращением рабочего колеса насоса, а в другом – с левым.
Старые идеи идеально уравновешенных многорядных насосных станций постепенно совмещаются с передовыми технологиями и позволяют достигать новые производственные результаты
www.agrovodcom.ru
Классификация насосов по принципу действия По характеру сил преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления, и динамические, в которых преобладают силы инерции.... Объёмные насосы используются для перекачки вязких жидкостей
