Насосы
Классификация и основные параметры
Насосом называется механизм, предназначенный для перемещения по трубопроводам жидкостей (или газов). В зависимости от использования различают насосы общего назначения и специальные. Насосы общего назначения применяют для перекачивания воды и жидкостей, имеющих сходные с ней свойства (мало различающиеся обычно вязкость и химическую активность). Специальные насосы имеют конструкцию, удовлетворяющую дополнительным требованиям, связанным с особенностями перекачивания тех жидкостей, для которых они предназначены.
По принципу действия насосы делятся на следующие типы: насосы вытеснения (объемные) — поршневые и ротационные; лопастные насосы — центробежные, вихревые, пропеллерные (осевые); струйные насосы — паро-, водо- и воздухоструйные.
Работу любого насоса характеризуют следующие основные параметры.
1. Подача — количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени. Различают теоретическую Qт и действительную Q подачу. Соотношение между ними выражается зависимостью Q = Qт — Σq, где Σq — потери жидкости в насосе, равные разности расходов жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
2. Напор — приращение энергии, получаемое 1 кг перекачиваемой жидкости при прохождении через насос, или разность удельных энергий 1 кг жидкости при выходе из насоса Е„ у нагнетательного патрубка и при входе в насос Ев у всасывающего патрубка. Напор определяется (рис. 2.1) по формуле
Н — Ен — Eв. (2.1)
На основании уравнения Бернулли (1.7) можно записать
Ен = v2н(2g) + pн/ρ + zн; (2.2)
Ев = v2в(2g) ± pв/ρ ± zв, (2.3)
где vн, рн, zн — скорость потока, давление и геометрическая высота места замера давления на выходе из насоса; vв, ±рв, ±zв — то же у входа в насос (знак «минус» — при работе насоса с подсосом, знак «плюс» — при работе насоса с подпором).
Подставив значения, полученные из выражений (2.2) и (2.3), в уравнение (2.1), получим действительный напор. Теоретический напор Hт, развиваемый насосом, больше действительного (манометрического) на величину потерь напора в самом насосе: Нт = Н + hw.
Рис. 2.1. К определению напора насоса
3. Мощность, передаваемая приводным двигателем насосу, называется потребляемой или мощностью на валу насоса (эффективная мощность). Энергия, передаваемая гидравлическому потоку в насосе и отнесенная к единице времени, называется полезной или гидравлической мощностью. Другими словами, в общем виде полезная мощность — это работа, совершаемая гидравлическим потоком жидкости при действительных напоре и подаче. Она определяется по формуле Nг = QгρH/102 кВт.
Потребляемая, или эффективная, мощность складывается из теоретической, или индикаторной, мощности Ni и мощности, затрачиваемой на механические потери в насосе Nм. Индикаторная мощность в отличие от гидравлической учитывает потери жидкости и напора в самом насосе, поэтому Ni = QтρHт. Таким образом, потребляемая мощность определится из выражения Ne = Ni + Nм = (Q + Σq) (H + hω) ρ/102 + Nм.
Если между насосом и приводным двигателем имеется механическая передача, то мощность привода составит Nд = Ne/ηp, где ηp — КПД передачи (редуктора).
4. Коэффициент полезного действия насоса характеризует и учитывает все потери. Численно он равен отношению гидравлической мощности к эффективной ηн = Nr/Ne. Коэффициент ηн учитывает три вида потерь: объемные, гидравлические и механические. Объемные потери учитываются объемным КПД (коэффициентом подачи) т]0) который равен отношению действительной подачи к теоретической:
ηо = Q/Qт = Q/(Q + Σq). (2.4)
Гидравлические потери, или потери в насосе, учитываются гидравлическим КПД, равным отношению действительного напора к теоретическому: ηr = Н/Нт — Н/(Н + hω). Механические потери в насосе (трение в подшипниках и сальниках) учитываются механическим КПД, т. е. отношением индикаторной мощности к эффективной ηм = Ni/Ne = Ni/(Ni + Nм). Таким образом, ηм = ηоηгηм.