Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов. Характеристика центробежного насоса

Характеристики центробежных насосов

Характеристикой насоса называется графическая зависимость напора - Н, мощности - N и КПД - η от подачи насоса Q при постоянной частоте, вращения.

Изготовленные на заводе насосы (или их модели) подвергаются специальным испытаниям для выявления зависимости напора, мощности и КПД от подачи при неизменных диаметре рабочего колеса и частоте вращения. Все эти характеристики строят на одном графике (рис. 3). Точка А характеристики η-Q, соответствующая максимальному КПД, определяет оптимальные рабочие параметры насоса:

Qопт , Нопт, Nопт.

Волнистыми линиями на характеристике отмечен рабочий интервал насоса с наибольшим КПД. Центробежные насосы рекомендуется эксплуатировать в пределах рабочего интервала. Особенно опасно эксплуатировать центробежные насосы при подаче большей, чем рекомендуемая. Это может привести к перегрузке двигателя и выхода его из строя.

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

Рис. 1.3. Характеристика центробежного насоса

Правила пуска центробежных насосов

Насос нельзя пускать в ход без предварительного осмотра, который должен, как правило, производиться перед каждым пуском.

При осмотре необходимо проверить:

Имеется ли смазка в корпусе подшипников.
Нет ли заеданий в насосе, что проверяется проворачиванием вала за муфту от руки.
Хорошо ли набит сальник.

Сальник должен быть тщательно набит и равномерно слабо под- тянут так, чтобы при работе насоса вода через сальник медленно капала.

Просачивание воды через сальник указывает на хорошую набивку, а также на то, что воздух через сальник не просачивается в насос.

После того, как убедились в исправности насоса, необходимо:

Закрыть вентиль на нагнетательном трубопроводе, что необходимо для избежания перегрузки электродвигателя, во время пуска насоса.
Залить жидкость во всасывающий трубопровод и корпус насоса.
Включить электродвигатель.
По достижении полного числа оборотов насоса открыть вентиль до получения необходимого напора (по показанию манометра на нагнетательном трубопроводе).

Примечание: Во избежание перегрева не рекомендуется долго работать с закрытым вентилем.

2. Вихревые насосы

Вихревые насосы применяют при малых подачах (0,5 … 40 м3/ч) и больших напорах (до 200 м), которые в центробежных насосах, при том же диаметре колеса, не могут быть достигнуты.

Они имеют следующие преимущества по сравнению с центробежными насосами:

- компактнее и дешевле в изготовлении;

- могут сами всасывать жидкость при пуске их в работу, если вода есть в корпусе насоса; мало меняют подачу при изменении давления.

К недостаткам этих насосов следует отнести:

- низкий КПД порядка 20...45%;

- малую высоту всасывания;

- возможность подачи только чистых и не вязких жидкостей.

Такие насосы широко, используют для перекачки бензина и керосина на автоцистернах и стационарных автозаправках, для сельскохозяйственного водоснабжения и на установках коммунального хозяйства и др.

Основной конструктивной особенностью вихревых насосов является перемещение жидкой среды по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении, то есть по касательным к окружности колеca. Жидкость поступает во всасывающий патрубок 6 (рис. 4), и к рабочему колесу, которое представляет диск с прямыми лопастями по окружности колеса. При вращении рабочего колеса 1 частицы жидкости в ячейках вращаются вместе с колесом и за счёт трения увлекают частицы жидкости, расположенные в кольцевом канале, охватывающем рабочее колесо. Одновременно на частицы между лопастями действует центробежная сила и они выбрасываются в кольцевой канал, а затем снова попадают на колесо, совершая вихревое движение, указанное стрелкой на рисунке 4. Таким образом, вихрь частиц жидкости движется от всасывающего патрубка к напорному и, упираясь в перемычку, расположенную между патрубками, под большим напором выбрасывается в напорный патрубок.

Характеристика вихревого насоса приведена на рисунке 5.

В отличие от центробежных насосов мощность у вихревых насосов с увеличением расхода падает.

Рис. 1.4. Характеристика вихревого насоса

Рис. 1.5. Характеристика вихревого насоса

Правила пуска вихревого насоса

1. Залить корпус насоса водой.

2. Открыть задвижку.

3. Пуск.

4. Закрыть задвижку до установления рабочего режима.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Укажите причину, вызывающую кавитацию?
Какие существуют способы борьбы с кавитацией?
Объясните принцип работы центробежного (вихревого) насоса.
Как определить напор насоса, создаваемый на данной насосной установке?
Как установить рабочий режим насоса?
Расшифровать марку насосов 3К6; K45/50; КM-20/30.
Какой насос запускают при открытой задвижке, а какой при закрытой и почему?

studfiles.net

Центробежные насосы.

Насосы динамические

Центробежный насос

Как уже отмечалось в предыдущей статье, к динамическим относятся насосы, увеличивающие кинетическую энергию потока жидкости посредством своих рабочих органов или внешнего силового поля. Это лопастные насосы, электромагнитные насосы, а также насосы, использующие силы трения и инерции (струйные, вихревые и т. п.).

Лопастные насосы классифицируются на три группы: центробежные, осевые и диагональные (полуосевые). У осевых насосов подвод и отвод жидкости к рабочему колесу осуществляется параллельно оси вала, у центробежных - перпендикулярно.

Диагональные (полуосевые) насосы отличаются особой конструкцией рабочего колеса, лопатки которого имеют сложную изогнутую форму, предложенную инженером Джеймсом Френсисом, поэтому колеса таких насосов часто называют турбинами Френсиса. Диагональные и осевые насосы иногда называют пропеллерными насосами. Оба эти типа насосов выполняются почти исключительно с открытыми рабочими колесами (пропеллерами).

В гидравлических системах промышленного оборудования и машиностроении наибольшее применение получили центробежные насосы, благодаря простоте изготовления и эксплуатации, что выражается в технологической и эксплуатационной экономичности.

Принцип действия центробежного насоса основан на динамическом взаимодействии лопастей колеса с обтекающей их жидкостью, при этом подведенная к колесу энергия приводного двигателя передается жидкости. Благодаря особой форме корпуса (улитки) центробежного насоса и воздействию центробежных сил, объем захваченной приемным патрубком жидкости преобразуется в направленный поток, обладающий кинетической энергией движения.

На рис. 1 изображена схема центробежного насоса консольного типа. Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов: подвода (соединенного с питающей магистралью), рабочего колеса 3 и отвода (имеющего выход в напорную магистраль). По подводу жидкость поступает в рабочее колесо из всасывающего трубопровода. Подвод должен обеспечить поток жидкости на входе в колесо, симметричный оси вращения. На рисунке 1 показан подвод, выполненный в виде конфузора, соосного с рабочим колесом.

Рабочее колесо обычно состоит из ведущего и ведомого дисков, между которыми находятся лопасти, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Иногда рабочие колеса центробежных насосов выполняют открытыми (как на рис. 1), без ведомого диска, при этом лопасти крепятся непосредственно к ступице на ведомом валу 4 насосной установки, получающем вращение от приводного электродвигателя.

Назначением отвода, выполняемого обычно в форме спирали (улитки), является сбор жидкости, выходящей по периферии колеса, подведение ее к напорному трубопроводу системы и уменьшение скорости жидкости для преобразования части кинетической энергии в потенциальную энергию давления с возможно меньшими гидравлическими потерями. На схеме показан спиральный отвод, осевые сечения которого, начиная от клина 2, постепенно увеличиваются. Спиральный отвод переходит в диффузор 1, соединенный с напорной линией системы.

Перед началом работы насос и всасывающий трубопровод должны быть заполнены жидкостью, которая разделяет подвод и отвод и играет роль уплотнения. Для выполнения этого требования центробежные насосы гидравлических систем промышленного оборудования и другой техники обычно погружают в жидкость, находящуюся в питающем объеме (баке).

Рабочее колесо насоса приводится во вращение электродвигателем. Под действием центробежной силы жидкость, находящаяся в насосе, начинает двигаться по каналам между лопастями колеса в направлении от его центра к периферии, то есть к стенкам спирального отвода. Вследствие этого на входе в рабочее колесо в его центральной части образуется разрежение (вакуум) и за счет разности давлений жидкость из бака через всасывающий трубопровод и подвод поступает (засасывается) в насос. Жидкость, движущаяся под действием лопастей в рабочего колеса вдоль стенок спирального отвода, отсекается клином 2 и направляется в диффузор 1, соединенный с напорным трубопроводом системы.

Таким образом, при постоянном вращении рабочего колеса обеспечивается подача жидкости в напорный трубопровод непрерывным потоком без пульсаций.

Работа центробежного насоса, как и всех прочих гидравлических машин подобного типа, характеризуется:

объемной подачей;
напором;
полезной мощностью;
потребляемой мощностью;
КПД и частотой вращения.

***

Характеристики центробежных насосов

Подачей Q насоса называется объем жидкости, подаваемой в напорный трубопровод в единицу времени. В общем случае подача центробежного насоса зависит от наружного диаметра и ширины рабочего колеса на выходе, а также от частоты его вращения.

Напор H представляет собой разность удельных энергий жидкости на выходе и входе насоса, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости:

H = (zн – zв) + (рн + рв)/ρg + (v2н – v2в)/2g м, (1)

где: (zн – zв) – расстояние по вертикали между входом в насос и выходом из него (удельная потенциальная энергия положения), м;(рн + рв)/ρg - напор, создаваемый давлением (удельная потенциальная энергия давления), м;рн, рв - давления жидкости на выходе и входе насоса, Па;(v2н – v2в)/2g - скоростной напор (удельная кинетическая энергия), м;vн, vв - скорости движения жидкости на выходе и входе насоса, м/с;ρ - плотность жидкости, кг/м3.

Каждая единица веса жидкости, прошедшая через центробежный насос, приобретает энергию в количестве H. За единицу времени через насос проходит жидкость весом ρgQ. Следовательно, энергия, приобретенная за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:

Nn = ρgQH, Вт.

Мощностью Nн насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от приводного электродвигателя в единицу времени. Мощность насоса Nн больше полезной мощности Nn на величину потерь. Потери мощности в насосе оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД):

η = Nн/Nn.

С изменением частоты вращения рабочего колеса насоса его параметры изменяются.

Подача центробежного насоса изменяется пропорционально частоте вращения рабочего колеса:

Q1/Q2 = n1/n2.

Напор, развиваемый насосом, изменяется пропорционально квадрату частоты вращения рабочего колеса:

h2/h3 = (n1/n2)2.

Мощность, потребляемая насосом, изменяется пропорционально кубу частоты вращения рабочего колеса:

N1/N2 = (n1/n2)3.

Потребным напором Hпотр системы, на которую работает центробежный насос, называют энергию, которую необходимо сообщить единице веса жидкости для ее перемещения из бака по напорному трубопроводу к потребителю при заданном расходе. Пренебрегая малым скоростным напором жидкости в баке, получим:

Hпотр = Hг + Σh, м

где: Hг – геометрический напор, определяемый высотой подъема жидкости, м; Σh – сумма потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах, м.

Графики (рис. 2) зависимостей напора H = f(Q), мощности Nn = f(Q) и КПД η = f(Q) от подачи насоса называются его внешними или рабочими характеристиками.

Определение режима работы насоса в системе основано на совместном рассмотрении характеристик насоса и системы. Характеристика системы выражается уравнением (1), в котором потери напора Σh являются функцией расхода. График характеристики системы Hпотр = f(Q), строится на одном графике с характеристиками насоса в одном масштабе.

Насос в данной гидравлической системе работает в режиме, при котором потребный напор Hпотр равен напору H насоса, то есть при котором энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводу, равна энергии, сообщаемой насосом жидкости. Режим работы насоса будет определяться точкой А пересечения графиков характеристик насоса H = f(Q) и системы Hпотр = f(Q). Эта точка называется рабочей точкой гидравлической системы.

Режим работы насоса определяется расходом QА и напором HА. Однако требуемый для работы гидравлической системы расход жидкости может меняться. В этом случае возникает необходимость регулирования подачи насоса.

***

Способы регулирования подачи центробежных насоов

Регулирование подачи центробежного насоса дросселированием. Если необходима подача QВ < QА, то этой подаче должна соответствовать новая рабочая точка B (см. рис. 2). Чтобы характеристика системы Hпотр = f(Q) проходила через точку B необходимо увеличить гидравлические потери в напорном трубопроводе, например, прикрывая специально установленный в этом трубопроводе вентиль. При этом потребный напор увеличится. Следует отметить, что дроссельное регулирование подачи насоса неэкономично, так как вызывает дополнительные потери энергии. Однако это регулирование отличается простотой при эксплуатации.

Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса. Характеристики насоса H = f(Q) и системы Hпотр = f(Q) могут быть изменены путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса. Для регулирования частоты вращения необходимы более сложные и дорогие электродвигатели, например электродвигатели постоянного тока. Регулирование подачи насоса изменением частоты вращения рабочего колеса более экономично при эксплуатации, чем дроссельное регулирование, так как при этом отсутствуют потери энергии в вентиле напорного трубопровода системы.

Регулирование подачи центробежного насоса перепуском жидкости. Такое регулирование осуществляется отводом части жидкости из напорного трубопровода системы в бак по трубопроводу, на котором стоит специальный вентиль. При изменении степени открытия этого вентиля изменяется расход жидкости, подаваемой к потребителю. Энергия жидкости, отводимой в бак, не используется, поэтому регулирование перепуском неэкономично.

***

Достоинства и недостатки центробежных насосов

Центробежные насосы обеспечивают значительную объемную подачу жидкости, мало чувствительны к загрязнениям, не требуют высокой точности изготовления деталей. Как и все динамические насосы, центробежные лишены такого недостатка, как неравномерность (цикличность) подачи, характерного для объемных насосов. Однако напор, создаваемый центробежными насосами (как, впрочем, и другими видами динамических насосов) недостаточен для обеспечения работы силовых приводов промышленного оборудования и техники. Недостатком центробежных насосов является непостоянство давления в напорной магистрали, что тоже ограничивает область их применения. Кроме того, следует отметить низкий КПД гидравлической передачи насос-двигатель, составляющий иногда не более 10%, т. е. большая часть мощности приводного двигателя тратится на различные потери.

Насосы такого типа используются, например, в системах подачи смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки на металлорежущих станках, в системах охлаждения двигателей автотракторной техники (помпы системы охлаждения), в бытовой технике (стиральные машины, бытовые помпы и т. п.), для подачи воды при поливе сельскохозяйственных культур и водоснабжении населенных пунктов и т. п.

***

Шестеренные (зубчатые) насосы

k-a-t.ru

Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов

Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

Центробежные насосы

В рубрике «Общее» рассмотрим, как подобрать центробежный насос и какие его основные рабочие характеристики. Для правильного подбора и эксплуатации центробежных насосов необходимо знать и понимать такие основные параметры оборудования как подача, напор, потребляемая мощность, КПД, высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH), их взаимосвязь между собой и другими параметрами насоса при различных условиях эксплуатации. Для подбора насосов существуют рабочие характеристики в виде графиков или таблиц выражающих зависимость напора, мощности и КПД насоса от его подачи. Эти характеристики, называются рабочими характеристиками и создаются они во время проведения испытаний насосов в заводских лабораториях. Данные характеристики являются основным техническим документом, характеризующим технико-экономические свойства конкретного, центробежного насоса. Характеристики насосов затем размещаются в каталоги, также в каталогах приводится краткое описание, область применения насосов их назначение, описание конструкции насосов, чертежи общих видов и габаритные размеры. С помощью этих каталогов осуществляется подбор центробежных насосов. Крупнейшие производители насосного оборудования предлагают потребителям специальные собственные программы для оптимального подбора насосов, у немецких компаний Wilo – это программа Wilo-Select, у Grundfos – это программа WinCAP.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Насос – это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. Основными характеристиками насоса являются: подача, напор, КПД, потребляемая мощность и кривая NPSH.

Подача или производительность – это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой «Q» и измеряется в м3/час (кубических метрах в час) или л/сек, (литрах в секунду).

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой «Н» и измеряется в метрах водного столба (м).

Рабочая характеристика – это кривая выражающая зависимость между расходом и напором насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатировать.

КПД любого механизма представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой мощности и обозначается это отношение буквой «η». Поскольку «вечный двигатель» пока не изобретен, то КПД любого привода всегда будет меньше 1, или меньше 100 %. Для центробежного насоса общий КПД определяется значением КПД двигателя «ηм» (электрического или механического) и КПД насоса «ηр». Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД «η». КПД насосов различного назначения может колебать в очень широких пределах. Так для насосов с мокрым ротором КПД изменяется от 5% до 54%, а для высокоэффективных насосов с сухим ротором он изменяется в пределах от 30% до 80%. Насосное оборудование практически никогда не работает при постоянной подаче. Поэтому, при выборе оборудования необходимо убедится, что рабочая точка насоса находится в средней трети его рабочей характеристики, где наиболее оптимальный КПД. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая характеристика указывается отдельно для каждого насоса.

Как мы говорили выше, насос это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. В результате этого преобразования затрачивается энергия (мощность). Количество затраченной энергии и является потребляемая мощность «Р1». Как и любую машину, насосную часть характеризует потребляемая мощность «Р2». Величина мощности насосной части прямо пропорциональна напору и подаче и обратно пропорциональна коэффициенту полезного действия (КПД). Математически это выражается при помощи следующей формулы: Р2=(р*Q*H)/(367*η), где:

P2 – потребная мощность [кВт]

ρ – плотность [кг/дм3]

Q – расход [м3/ч]

H – напор [м]

η – КПД насоса (например, 0,5 при 50%)

Кавитация – это образование пузырьков газа в результате появления локального давления ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости на входе в рабочее колесо. Работа насоса в таком режиме приводит к снижению производительности (напора) и КПД. Из-за схлопывания пузырьков воздуха в областях с более высоким давлением обычно на выходе рабочего колеса происходят микроскопические взрывы, вызывающие скачки давления, шумы и разрушение материала внутренних деталей насоса. Необходимым параметром центробежного насоса является значение NPSH (высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса). NPSH определяет минимальное давление на входе насоса, необходимое для того, чтобы насос работал без кавитации. Другими словами это дополнительное давление, необходимое для предотвращения появления пузырьков газа в процессе работы. Кривая NPSH насоса – это графическая зависимость, полученная в результате кавитационных испытаний центробежного насоса в заводской лаборатории. В силу различных причин, в том числе из-за сложности физических процессов, происходящих на всасывающем патрубке насоса, этому необходимому параметру при подборе насосов и его эксплуатации не уделяется должное внимание.

Графические характеристики насосов

Почти все, о чем мы говорили выше, изображено на графических характеристиках (Рис.1) взятых из каталога. Мы не будем конкретно привязываться к типу оборудования и фирме производителю насосов. Нас больше интересует сам принцип подбора центробежного насоса. На графике (Поз. 1) изображена рабочая характеристика насоса, выражающая зависимость между расходом и напором насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженная в (м3/час) и (л/сек). По оси ординат располагается напор насоса, выраженный в метрах (м). Как видно из графика при «нулевом» расходе насос выдает максимальный напор равный примерно 57 метров. При максимальном расходе примерно 8 м3/час, насос создает напор примерно 19 метров. Это крайние рабочие точки по расходу и напору для данного, конкретного типа насоса. Теоретически рабочая точка может располагаться в любом месте рабочей характеристики насоса. За пределами рабочей характеристики эксплуатировать любой насос категорически запрещено.

На графике (Поз. 2) находится графическая зависимость КПД от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м3/час) и (л/сек). На оси ординат располагается КПД насоса, выраженный в процентах (%). Как видно из графика КПД равняется нулю при нулевом расходе. Насос работает, но расхода нет, и никакая полезная работа при этом не выполняется. Зеленым прямоугольником (Поз. 4) выделена примерная оптимальная рабочая область с оптимальным КПД насоса. Максимальный КПЛ в нашем случае будет при расходе примерно 3,5 м3/час и напоре примерно 43 м. (данная рабочая точка обозначена синей линией).

На графике (Поз. 3) изображена графическая зависимость высоты водяного столба жидкости NPSH от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м3/час) и (л/сек). На оси ординат находится высота подпора водяного столба, выраженная в метрах (м). Из графика видно, что чем больше расход насоса, тем больше должна быть высота подпора. При максимальном КПД насоса подпор на входе в насос должно составлять примерно 1,5 м.

Характеристика насоса

И в заключение можно отметить следующее. Для долгой и надежной эксплуатации насосного оборудования необходимо выбрать правильное и оптимальное соотношение между расходом, напором, КПД и NPSH насоса, а в конечном итоге и с его ценой. Ведь для покрытия потребностей в воде можно выбрать насос с большим запасом по мощности или менее мощный, но более эффективный. В первом случае придется тратить денег больше два раза. Первый раз при покупке, более мощный насос стоит дороже, и второй раз во время эксплуатации оборудования платить больше за перерасход электроэнергии. И если покупка оборудования – это одноразовая трата денежных средств, то эксплуатация оборудования – это трата постоянная.

Спасибо за оказанное внимание.

P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его в социальных сетях своим друзьям и знакомым.

Еще похожие посты по данной теме:

nasos-pump.ru

61. Основные характеристики насосов.

Работа любого насоса характеризуется несколькими параметрами. Основными из них являются: подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия (КПД) и частота вращения.

Подачей насоса называется расход жидкости через напорный (выходной) патрубок. Различают объемную подачу, под которой понимают отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени и массовую подачу насоса — отношение массы подаваемой жидкой среды ко времени. Массовая подача связана с объемной соотношением:, где- плотность жидкости.

Напор представляет собой разность энергий единицы веса жидкости в сечении потока после насоса и перед ним :и выражается в метрах.

Мощность и КПД. Энергия, подводимая к насосу от двигателя в единицу времени, представляет его мощность . Мощность можно определить из следующих соображений. Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве, за единицу времени через насос протекает жидкость весом. Следовательно, энергия, приобретённая за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:. Мощность насоса больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Эти потери оцениваются КПД насоса, который равен отношению полезной мощности насоса к потребляемой:Отсюда мощность, потребляемая насосом,. По этой мощности подбирается двигатель. Найденные мощности выражаются в единицах СИ в ваттах, в технической системе единиц – в.

Частота вращения. В качестве данного параметра принимается частота вращения n вала насоса в минуту (об/мин). Назначение или выбор частоты вращения зависит от ряда условий, таких, как тип насоса и его двигателя, ограничения по массе и габаритным размерам, требования в отношении экономичности и др.

62.1 Устройство и принцип действия центробежного насоса.

Центробежный насос является самым распространенным видом лопастных насосов. В лопастных насосах жидкая среда перемещается благодаря силовому воздействию на нее системы лопастей, подобных крылу самолета. На рис. изображено сечение крыла самолета, так называемый одиночный профиль. При его обтекании скорость жидкости на выпуклой стороне больше, чем на вогнутой стороне, поэтому, в соответствии с уравнением Бернулли, на профиль действует сила, направленная снизу-вверх. Проточная часть центробежного насоса с осевым подводом и спиральным отводом изображена на рис. Энергосообщитель центробежного насоса – рабочее колесо – представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких лопастей, расположенных центрально симметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Лопасти спроектированы (спрофилированы) таким образом, чтобы при вращении рабочего колеса возникали силы, противодействующие этому движению. Тогда лопастная машина будет работать либо в режиме гидравлического тормоза, если подводимая механическая энергия будет рассеиваться, переходя в тепло, либо в режиме насоса, если подводимая механическая энергия будет переходить в потенциальную и кинетическую энергию жидкой среды. Лопасти (лопатки) либо ограничены цилиндрическими поверхностями с образующими перпендикулярными задней и передней стенками, либо поверхностями двоякой кривизны. Передняя стенка может отсутствовать, когда мы имеем полуоткрытое рабочее колесо. Если свести к минимуму диаметр задней стенки, то колесо называется открытым. Задачей входного устройства является подвод жидкости к рабочему колесу с наименьшими потерями. Входные устройства могут быть различного вида: осевыми, коленообразными, полуспиральными, лопаточными и т.д. Задачей отводящего устройства является сбор выходящей из рабочего колеса жидкости и частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Кроме спирального отвода, применяют кольцевые и лопаточные отводящие устройства. Вследствие особенностей кинематики потока в спиральных и кольцевых отводах течение жидкой среды в них сопровождается существенными потерями. Поэтому для повышения

studfiles.net

23. Законы пропорциональности центробежного насоса.

Подача центробежного насоса напрямую зависит от абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, которая в свою очередь зависит от частоты вращения рабочего колеса. Чем больше частота вращения рабочего колеса насоса, тем выше абсолютная скорость вращения, а, следовательно, и выше подача насоса.

Полезная мощность насоса - произведение удельной энергии (Q∙H):

24. Характеристики центробежного насоса.

Зависимости между параметрами H=f(Q), N=f(Q), η=f(Q), выраженные графически в виде кривых линий - характеристики насосов.

Действительные характеристики центробежного насоса

Приведенные на рисунке характеристики центробежного насоса справедливы для определенной частоты вращения рабочего колеса, при изменении частоты вращения характеристики насоса также меняются.

Характеристики центробежного насоса при разных частотах вращения рабочего колеса (n1>n2)

Подача центробежного насоса зависит от напора и, следовательно, в значительной степени от гидравлического сопротивления сети трубопроводов и аппаратов, через которые транспортируется жидкость. Поэтому систему насос-сеть следует рассматривать как единое целое, а выбор насосного оборудования и трубопроводов должен решаться на основании анализа совместной работы элементов этой системы.

25. Рабочая точка центробежного насоса, работающего на сеть. Способы регулирования подачи насоса. Потребляемая мощность.

Совместная характеристика центробежного насоса и сети

Точка пересечения двух кривых (точка А) называется рабочей точкой. Она показывает максимальное количество жидкости Q1, которое может подавать данный насос в данную сеть. Если нужно увеличить подачу в сеть, то следует увеличить частоту вращения рабочего колеса. При необходимости снижения подачи до Q2 необходимо изменить характеристику сети: частично перекрыв нагнетательный трубопровод, что приведет к потерям напора на преодоление гидравлического сопротивления задвижки или вентиля на этом трубопроводе.

При параллельном соединении - увеличение производительности. При последовательном соединении - увеличение напора.

Таким образом, центробежный насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка отвечала заданной производительности и напору при максимально возможных значениях коэффициента полезного действия насоса.

26. Параллельное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

Схема параллельной работы двух центробежных насосов:

При параллельной работе двух или более насосов происходит увеличение производительности. Основным условием параллельной работы является близость их характеристик по напору. Поэтому используют, как правило, одинаковые или хотя бы похожие насосы.

Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих параллельно

27. Последовательное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

Схема последовательной работы двух центробежных насосов

При последовательной работе двух или более насосов происходит увеличение напора. Необходимым условием последовательной работы насосов является близость (лучше равенство) их характеристик по производительности.

Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих последовательно

studfiles.net

3.12 Универсальная характеристика центробежного насоса

При применении центробежных насосов требуется знать не только зависимость подачи и напора при одном числе оборотов, но и при других числах оборотов. Поэтому насос должен иметь семейство характеристик H=f(Q) при разных числах оборотов.

Для получения универсальной рабочей характеристики насоса снимают экспериментальным путем характеристики H=f(Q) и η=f(Q) при разных числах оборотов n1, n2, n3 и т.д. Затем кривые H=f(Q) с пометками значений η сводят в один график и через точки с равными значениями КПД соединяют плавными линиями. В результате получается график, показанный на рисунке 3.21, который называется универсальной рабочей характеристикой насоса.

Универсальная рабочая характеристика позволяет установить число оборотов, при котором достигается максимальное значение КПД.

Рисунок 3.21

3.13 Кавитация в центробежных насосах

3.13.1 Сущность кавитационных явлений

Кавитация (cavitas - пустота) - процесс образования паровых пузырьков в зоне минимального давления с последующей конденсацией их в зоне повышенных давлений, происходящей под влиянием гидродинамического воздействия.

Явление кавитации наблюдается во всех случаях, когда в какой-либо гидравлической системе происходит падение давления ниже давления насыщения.

На участке пониженного давления начинается выделение паровых пузырьков, так как упругость паров жидкости при данной температуре оказывается выше давления в этой зоне.

Перемещение потока жидкости с паровыми пузырьками в область, где давление превышает давление парообразования, вызывает интенсивную конденсацию пара. Вследствие мгновенного освобождения объема, занимаемого паром, частицы жидкости, окружающие пузырек пара, устремляются внутрь этого объема с большой скоростью. Происходит кумулятивное воздействие, сопровождающееся мгновенным местным гидравлическим ударом. Совокупность гидравлических ударов приводит к разрушению стенок каналов, так называемой кавитационной эрозии.

Явление кавитации сопровождается вибрацией установки и шумовыми эффектами.

В центробежных насосах и других лопастных гидромашинах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности иКПД.

В центробежном насосе кавитация возникает на лопатке рабочего колеса обычно вблизи ее входной кромки. Давление здесь значительно ниже давления во входном патрубке, что связано с возрастанием скорости при обтекании лопатки. Неравномерное поле абсолютных скоростей при подходе к лопатке также вызывает падение давления по сравнению со средним на входе. Как показывает опыт, область пониженного давления находится с тыльной стороны входной части лопаток (рисунок 3.22)

а б

Рисунок 3.22

Явления кавитации изучали многие ученые. Наиболее полно этот вопрос разработан в трудах проф. С.С.Руднева.

Рассмотрим схему насосной установки со стороны всасывания (рисунок 3.23).

Рисунок 3.23

Составим уравнение баланса удельной энергии для всасывающего трубопровода на участке от сечения 0-0 до сечения в-в:

где HB - геометрическая высота всасывания - расстояние в приемной емкости до оси насоса;

- пьезометрический напор во входном патрубке;

- скоростной напор во входном патрубке;

- гидравлические потери во всасывающем трубопроводе.

Напор во входном патрубке равен

Этот напор тем больше, чем меньше высота всасывания и гидравлические потери .

При снижении напора во входном патрубке может возникнуть кавитация в рабочем колесе, так как скорость на лопатке С1>СB за счет уменьшения проходного сечения каналов колеса F1 по сравнению с сечением патрубка FB, и, следовательно, давление в этом месте .

Поэтому предлагается иметь так называемый кавитационный запас, который представляет собой превышение полного напора во входном патрубке над упругостью паров жидкости:

- упругость насыщенного пара жидкости.

Кавитация в центробежных насосах возникает при снижении давления всасывания ниже допустимого.

Причинами снижения давления всасывания могут быть:

большая высота всасывания ;
превышение подачи Q, либо числа оборотов n выше допустимого расчетного;
повышение температуры перекачиваемой жидкости, что вызывает увеличение упругости насыщенных паров жидкости: .

studfiles.net

1. ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии»

ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩИЕ МАШИНЫ

Методические указания к курсовой работе для студентов специальности

1-4301 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

Минск

БНТУ

2012

УДК [621.65+621.63+621.51] (076.5) ББК 31.56я7

31.76я7

Э 65

Рекс, А.Г

Энергопреобразующие машины. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности1-4301 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент», /А.Г.Рекс. – Минск.: БНТУ, 2012. – 20 с.

ISBN

Методические указания содержат материал, необходимый для выполнения курсовой работы "Расчет колеса центробежного насоса" по дисциплине «Энергопреобразующие машины» для студентов специальности 1 43 01 06 - "Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент".

УДК [621.65+621.63+621.51] (076.5) ББК 31.56я7

ISBN

©БНТУ, 2012

Устройства для перекачивания жидких сред называются насосами. В центробежных насосах передача энергии потоку перекачиваемой жидкости осуществляется за счет взаимодействия лопаток рабочего колеса с потоком. Под действием центробежной силы жидкость перемещается от центра рабочего колеса к его периферии, и тем самым создается повышенное давление.

Работа насоса характеризуется следующими рабочими параметрами: подачей (производительностью), давлением либо напором, мощностью и коэффициентом полезного действия.

1.1. Подача насоса

Подачей (производительностью) насоса называется количество жидкой среды, подаваемой нагнетателем в единицу времени. В зависимости от способа определения количества среды различают объемную Q и массовуюM подачи.

При известной средней скорости сср движения потока в напорном трубопроводе и площади поперечного сечения трубопроводаF объемная производительность нагнетателяQ определяется выражением

Q = сср F.

Массовая производительность M связана с объемной производительностью выражением

M = ρQ,

где ρ − плотность перекачиваемой среды.

Единица измерения объемной производительности − м3/с, а массовой− кг/с.

При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости насоса. Подача насоса зависит от разме-

ров и скоростей его рабочих органов, от свойств сети, к которой подключен насос.

1.2. Напор и давление насоса

Давление р насоса представляет собой энергию, сообщенную единице объема перекачиваемой среды. Измеряется давление в Па (Н/м2) или Дж/м3. НапорН нагнетателя – это энергия, переданная единице веса среды. Единица измерения напора – м.

Давление р и напорН связаны соотношениемр =ρgН.

Полное давление рп, состоит из статическогорст и динамическогорд давлений

рп= рст+ рд.

Динамическое давление можно определить из выражения

рд= ρсср2/2

Полное давление, развиваемое насосом, может быть определено из уравнения Бернулли. Полные давления на входе и выходе насоса (рисунок 1) соответственно равны

рпвх= рвх+ ρс2вх2 +ρgzвх,

р2
	рвых	рман
Нг	zвых	zман
	z	рвак
р1	zвх	zвак
		рвх
	Рисунок 1

рпвых= рвых+ ρсвых2 2 +ρgzвых

где рвх ирвых – соответственно пьезометрические давления на

входе и выходе насоса, zвх и

zвых,свх исвых – высоты расположения центров входного и

выходного сечений насоса и скорости потока в этих сечениях.

Полные давления на входе и выходе отличаются друг от друга на величину переданной насосом потоку энергии. Поэтому, если пренебречь гидравлическими потерями энергии в проточной полости насоса, создаваемое им давление равно

р = рвых− рвх+ ρ(свых22−свх2 )+ρg(zвых− zвх).

Напор, создаваемый насосом

	р	− р		с	2 −с	2	+(zвых− zвх).
Н =	вых	вх	+	вых	вх
Н =			+		2g
	ρg				2g

Если величина слагаемого (свых2 −свх2 2g) мала, то полный напор насоса можно представить только статической частью

Н =рвыхρ− рвх +(zвых −zвх).

При подключении к входному и выходному сечениям насоса манометра и вакуумметра (рисунок 1) его напор может быть определен по показаниям приборов

	р	+ р		с	2 −с	2
H =	ман	вак	+(z + zман− zвак)+	вых	вх		,
H =			+(z + zман− zвак)+		2g		,
	ρg				2g

где рман ирвак – показания манометра и вакуумметра,zман иzвак – превышение положения манометра и вакуумметра над точками

подключения к трубопроводу, z – разность уровней сечений входа и выхода насоса.

Если известны давления в верхнем и нижнем баках, а также положение уровней жидкости в них, напор насоса определяется как

H =р2ρ−g р1 +Нг + ∆Hпот ,

где Нг – полная геометрическая высота подъема жидкости,∆Нпот – потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах

∆Нпот= ∆Нвс+ ∆Ннагн.

Потери напора в трубопроводе определяются как

				l		c	2
∆Н	пот	=	λ		+ ∑ζ			,

				d	i	2g
					i

где l,d – длина и диаметр трубопровода,λ - гидравлический коэффициент трения в трубах,ζi – коэффициенты местных сопротивлений,с – скорость жидкости в трубопроводе. Если задана эквивалентная длинаlэкв местных сопротивлений, то в данную формулу подставляется общая длина (l +lэкв ).

1.3. Мощность насоса

Полезной энергией насоса называется энергия, полученная потоком среды от рабочих органов насоса. Эта энергия равна разности энергий потока в выходном и входном патрубках нагнетателя. Полезной мощностью насоса Nп называется полезная энергия в единицу времени.

Единицы измерения мощности − 1 Вт = 1 Дж/с.

Полезная мощность насоса может быть определена выражения-

ми

Nп = рQ= ρQgН= МgН.

От вала двигателя к валу насоса передается мощность на валу Nв. Мощность, передаваемая насосом потоку жидкой среды, меньше мощности, передаваемой двигателем валу насоса, на величину объемных, механических и гидравлических потерь энергии в насосе.

studfiles.net