книги / Насосы, вентиляторы, компрессоры
..pdfПОТЕРИ ЭНЕРГИИ в МАШИНЕ и её КПД
э£ .. ЛОТРЕЕ/J.МАШИНОМ
ие (на Ладу маш-J
Е^вл НА втулке РК
р€. - НА ЛОПАСТЯХ РК
гА
и- т е о р е т и ч .
я € - П О Л Е З Н А Я ^ е й с /н Д /.
переданная потоку
_ |
НА МЕДАН.ТРЕНИЕ б ПОДШИПНИКАХ |
п |
|
Ц КОНЦЕВЫХ У П Л О Т Н Е Н |
о |
|
|
т |
|
«А ТРЕНИЕ ДИСКОВ |
Е |
|
|
Р |
€ o t - |
о б ъ е м ы * ( у т е ч к и ) |
И |
ç r - ГИДРАВЛИЧ. |
ЭН |
|
полный ft. 6 _ N . ПОДЕ1 М О Ш ,
Г e fN e ~ nQTPTS-Kom
?г - " ГИДРАЬЛИЧ-
7 о е ~ ^ ~ Т г Г к
- aduüSütn.\ Чн -*gij “ механич
Т[ |
^ Р | - и н Д и к « т. р н . |
Сс решетки профилей осевого колеса) зависят от величины кинетическое
энергии |
закрутки 5>v*V * |
и от аэродинамической |
схемы |
осевой |
машины. |
|||||||||
Так, согласно |
схеме |
I, осевая машина имеет рабочее |
колесо |
(К)» |
порол |
|||||||||
которым установлен |
направляющий аппарат |
(НА). При |
схеме |
II машина имыег |
||||||||||
только |
рабочее |
колесо |
(К). |
По схеме Ш- |
за рабочим колесом |
осевой ма |
||||||||
лины установлен спрямляющий аппарат ^СА) и т.д. |
|
|
|
|
|
|||||||||
ЯЛ + К; |
К |
К |
+ СА; |
|
НА + К + |
СА ; НА |
+ Kj ♦ CA + К2 |
Кх |
+ КР. |
|||||
J |
П |
|
Ш |
|
|
1У |
|
|
У |
|
|
|
У1 |
|
В первом и втором случаях, |
когда |
за |
рабочим |
колесом |
отсутствует |
|||||||||
спрямляющий аппарат, |
кинетическая энергия закрутки потока |
|
на |
РК пол |
||||||||||
ностью теряется при раскручивании потока в трубопроводе за машин»:: |
||||||||||||||
Если за |
рабочим |
колесом установлен |
спрямляющий аппарат |
«\ *„cxt* |
||||||||||
ма lu, 1У), кинетическая энергия закрутки частично используется, прев
ращаясь в СА в |
потенциальную энергию. При этом KIU СА можно определить |
|||||
отношением |
- |
Ч У ? '* * * |
где Р2 и |
статические |
давления |
|
соответственно на выходе с Рл и на выходе из СА. |
|
|
||||
Можно доказать, |
что гидравлический КПД |
рабочего колеса |
Оез спрям |
|||
ляющего аппарата |
меньше, |
чем гидравлический К11д ступни, состоя- |
||||
щей из РК + СА, так как ГК^ |
|
а |
Л^ ( \ - ^ е и к |
|||
Аэродинамическая |
схема У - |
схема ^двухступенчатого |
вентилятора с |
|||
рабочими колесами одностороннего вращения, обычно за вторым колесом устанавливается СА, превращающий энергию закрутки второго колеса в
потенциальную. |
|
|
|
|
|
|
Если |
вентиляторы, например, |
выполнены по аэродинамической схеме |
||||
УI и имеют два РК вращающихся в |
противоположные |
стороны, |
то |
спрямляю |
||
щие аппараты ни за первым, ни за |
вторым колесом |
не нужны. |
Объясняется |
|||
это тем, |
что К2 выполняет для Kj |
роль СА, а при |
работе |
этих |
колес на |
|
расчетном |
режиме закрутка потока |
на выходе с К2 |
равна |
нулю. |
Вследствие |
|
того, что углы установки лопаток К2 невелики, закрутка потока на выхо де потока с этого колеса незначительна даже при работе его на нерас четных режимах и СА не-требуется. Можно доказать, что при работе пары
встречно-врашающихся колес на расчетном режиме гидравлический КЦа |
та |
||||||
кой ступени определяется только профильными КПД рабочих колес. |
|
|
|||||
где V*n~l/|4i = AV |
- |
закрутка |
потока на |
решетке профилей, |
II |
ок |
|
ружная скорость. |
|
|
|
|
|
|
|
Обычно профильные |
потери |
на решетках |
профилей осевого |
колеса |
оце- |
||
|
Ш |
й в Ж |
ц е н т р о б е ж н о й |
||
G) . |
та |
РК лПрК |
I |
= еJUt+- е л |
|
I
iftuxp e ^ e V * e i
фна Ь и х . р е о 5р а з о о а н и е
а.) при входе на Рк |
v^f^e1 |
УСЛО8ИЛ |
Ц| |
5a y дарнего |
|
к Ш |
0 ТЕРИ ЭНЕРГИИ _ |
|
||
8 |
1 — |
------- осевой |
|
|
|
ф |
п Ч р Х у Х - * > \ н ь \ в ~ |
|
|
|
|
Гш |
|
|
|
|
1 ^ а г » &^пр<ь/Р~(Вк:т % ст)/Р| |
||
ф с б д з а н с з а к риучтткк ои йи |
------g w A |
g - ------- |
||
|
ПОТОКА НА РЕWET. паош.,р к |
нояр 6р |
\ \ |
|
^ У « Д |
Входа на РК |
v«I J f r M |
I 7r*s |
I |
ÿ “= e- ВНСРГИА закрдтки |
|||||||
[/За/Ч— |
t—- J-——i. -ЕёЛ— |
A1- |
|
L B .-c o n s i |
Li----vret.. rLl |
2 |
*Up |
ПОТОКАHApewrr. |
||||
|
|
уст лев |
&~Кскор |
Г| |
ГИДРАЗАИ Ч КПД Ступени |
pj^tpK; |
||||||
£)л?И 8ЫХ0Д Е С рк U бхоЬв в ДИФФУЗОР,СА |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
УСЛОВ ИА |
вхрдА |
/Г.Л. jfL > u, |
|
|
|
|
|
|
||||
бовуЬорн©го |
|
|
|
|
|
|
||||||
Б ЛОЛАТОЧН ДИФФУЗОР/] |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Д-*са |
ИСТ ЛОП |
I |
л — |
т |
. к /% |
» ii |
гз |
|
|
|
|
|
|
|
J ----CTZZ— |
|
|
— |
г а |
|
|||||
Ч)ПРИ ОТРЫВЕ ПОТОКА ОТ СТЕНОК ПРОТОЧ. КАНАЛОВ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
1"ц |
P V L |
|
нарасчетн. режиме |
|||
|
|
|
|
|
|
PWCA |
|
|
Y,;=V£=0 |
v,1^ ," |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
IP ^ H IU C .»
п Я ъ ё м и и е |
ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ |
МЕХАНИЧЕСКИЕ |
уп/10т. / Ь |
QV невоз вращ аемы е т |
кольца.
Ь о & б р щ м м ы е г Q jT J
и
КОНЦЕВОЕ УПЛОТ. (.сальникового ти п а )
КОЛЕСО-Qu
yê с а м ы й - û|c
АПАТРУБОК
O '* |
''напори-О. |
д(К п о т р е б и т е л ю )
L> |
В йМ Ё |
Ё ^ |
' кпГ |
5 Ф УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ |
|
||
^ |
ВЫПОЛНЕННЫХ |
|
|
м |
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ |
||
И Iе |
т о р ц г б мх , |
и $ еле#ы л |
чт:ДО |
fl) НА ТРЕН И Е |
ДИСКОВ забислт |
|
|||||
|
|
|
а)от ШЕРОХОВАТОСТИ |
|
|||
3 |
лпсЦ |
поверхностей дисков |
|
||||
ti |
(> И |
и СТенок корпуса МАШ. |
|||||
|
|
|
Ю от б л А к о с т и ж и Ь к . |
|
|||
|
р |
|
МОЦНОСТЬ, р а с х о д у е м а я |
||||
ЦИРКУЛАЦМОН. |
НА ТРЕНИЕ |
ДИСКОВ |
|
||||
Ы ^ ь = ^ 3 1 0 5ц 2 Ф* I |
|
||||||
(в г н т и л я ц ,) |
|
||||||
то к и |
|
|
|
|
|
|
|
СНИЖЕН |
|)УМЕНЬШ.Ф2 « КОМП£НСац.СНИЖ£НИА, |
||||||
а'9 |
вслеО ствие этог.о,И |
з а с ч е т |
'ч |
||||
при |
у й сл ач .Д 2 u Z |
(8 -3 вм есто |
6-7) |
|
|||
2) |
ПРИМЕН. КОЛЕС ОТКРЫТОГО ТИПА |
||||||
|
3 ) |
при м ен , РАБ. органов с высок, г?$ |
|||||
< £)ил ТРЕНИЕ |
В ПОДШИПНИКАХ |
|
|||||
ц КОНЦЕВЫХ |
У П Л О Т Н Е Н И ЯХ |
|
|
||||
зависит вг |
Нм |
|
|
|
|
||
Оразм еров |
ВАЛА N•100 |
.N, |
|
|
|||
г )т и п а КОНЦ.УПЛОТ. |
|
|
N (кВт) |
||||
3)4Q cm ,S pau^.n |
|
50Q |
1000 |
||||
|
|
|
|
15Q0 |
|
||
даются профильным КДД |
* (1 |
+ С&/МК ) / ( I |
+ Я /С а К ), a гид- |
эпические потери на колесе |
и в |
машине в целом - |
гидравлическим КЦд. |
Объемные потери энергии (уточки) в центробежных КВН возникают за чет утечек жидкости через зазоры между передним диском РК и корпусом,
также через концевые уплотнения. Применение |
концевых уплотнений,ка |
|
ше гвенно выполненных и надежной конструкции |
и уплотнительных колец |
|
между' передним диском рабочего колеса и корпуса снижает объемные поте |
||
ри энергии. |
|
|
Потери энергии на трение дисков |
возникают вследствие того, что при |
|
работе центробежного колеса в зазоре |
между ним и корпусом возникают |
|
циркуляционные (вентиляционные)токи, на создание и поддержание которых затрачивается энергия, потребляемая машиной. Эти потери энергии относят ся к механическим и наряду с потерями на трение в подшипниках и конце вых уплотнениях учитываются механическим КДД.
Полный КПД лопастной (центробежной, диагональной, осевой) машины определяется произведением трех КДД: гидравлического, объемного и ме ханического. Его значение на разных режимах работы машины различно и устанавливается при испытании насосов, вентиляторов, дымососов в произ водственных или лабораторных условиях как отношение мощности, передан ной потоку в- машине (полезной) к мощности, потребляемой машиной (мощ ности на валу машины) H = N / N «.
При работе лопастной машины на определенном режиме сумма всех по терь энергии в ней становится минимальной, что соответствует макси
мальному значению |
полного. КДД машины. Режим работы |
лопастной машины |
|
при максимальном |
значении полного КДД К9 |
называют |
оптимальным. |
СЛС 7. Вопросы
1.За счет чего возникают и как оценикаются гидравлические поте ри при прохождении потока через центробежное колесо? Как можно сни зить эти потери?
2.За счет чего возникают и как оцениваются гидравлические потери ри перемещении потока через решетку профилей осевого колеса? Как мож-
снизить эти потери?
3.Как влияет спрямляющий аппарат (СА). установленный за РК осемашикы, на ее гидравлический и полный КПД?
4.На какие группы подразделяются гидравлические потери энергии ^чтробежной машине?
Какие гидравлические потери возникают при перемещении потока •• рететку профилей осевого колеса?
За счет чего возникают объемные потери энергии (утечки) э ‘(•одно!! машине и способы их снижения?
|
7, |
За счет чего возникают потери энергии на трение дисков |
|
центробежной машине, как они оцениваются? |
|||
|
6. |
|
Как определить полный КПД лопастной машины? Произведению |
ких |
КПД |
он |
равен? |
|
9. |
Какой КПД оценивает экономичность работы поршневого насос л' |
|
|
10. |
Какие КДд оценивают экономичность работы охлаждаемого и |
|
неохлаждаемого компрессора? |
|||
|
Л .1,2,6,11 . |
||
|
2*7. |
Характеристика машины и сети |
|
|
На СЛС 8 представлены основные виды характеристик лопастных |
||
и характеристика сети. |
|||
|
Каждый (центробежный, диагональный, осевой) насос, вентилятор, |
||
дымосос, |
компрессор имеет свою собственную аэродинамическую харлст* |
||
ристику, |
которая зависит не только от аэродинамической и конструктив |
||
ной |
схемы |
машины, но и от качества ее изготовления. |
|
Характеристика лопастной машины (насоса, вентилятора, дьмоссса), ее иногда называют энергетической или экспериментальной, выражает гра фические зависимости напора или давления, мощности, потребляемой ма шиной и ее КЦц от подачи при постоянной частоте вращения, вязкости и
плотности перекачиваемой |
среды. |
Форма кривых H |
(ft), Ар*ta (в) |
|
(Q) в значительной мере зависит от типа лопастной машины, ее |
||||
удельной частоты вращения |
Ну |
иди коэффициента быстроходности Пз |
||
Характеристика турбокомпрессора (центробежного или осевого) выра |
||||
жает графические зависимости |
степени сжатия & |
и адиабатного ХПд ^ |
||
от массовой ^весовой) подачи |
ГП |
при различной частоте вращения П |
||
Безразмерные характеристики одинаковы для подобных машин и не |
||||
зависят от размеров и частоты |
вращения индивидуальных машин. Они выра |
|||
жают графические зависимости безразмерных коэффициентов давления Н
мощности N |
от коэффициента подачи (расхода) S . |
, а также |
зависи |
|
мости полного |
КПД |
1£ от 9[ и удельной частоты |
вращения от |
0[ |
Универсальная |
^регулировочная) характеристика |
может быть |
получе |
|
на при испытании |
машины при переменной частоте вращения или при том |
||
ИЛИ ином, способе |
регулирования |
подачи машины. На этой характеристике |
|
наряду с зависимостями Н |
Ctt) и N e 4 |
(fi) наносят линии равных |
|
КПД. Последние характеризуют экономичность работы машины на том или ином, регулировочном (эксплуатационном) режиме.
Теоретическая характеристика выражает зависимость теоретического
повышения или теоретического напора |
от подачи машины и может |
быть |
получена расчетным путем. Уравнение |
теоретической характеристики |
|
можно, полечить из уравнения Эйлера |
P lU iV ltt- U,-Via). |
|
ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИНЫ и СЕТИ
|
При осевом входе |
на |
колесо, когда |
|
Vf |
* |
|
|
О, |
T. K. ^ J -И)0 , |
|||||||
это |
уравнение |
принимает |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Окружная |
составляющая абсолютно il |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
скорости на выходе с рабочего колеса, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
как следует из треугольника скоростей |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(рис.2 - А |
), |
может быть |
выражена |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У*и= Ui-t*f*coij8*. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая, что |
относительная |
скорость |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
на выходе с колеса определяется расхо |
||||||||||
дом |
через колесо |
Q. |
|
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Подставив Vtu'~ Ut - Q /F * C 0 S ^ |
в уравнение Эйлера |
и вынесп |
|
||||||||||||||
скобки, |
и обозначив |
|
|
|
получим Д р^гб^рЦ * |
(4 - d ô J , |
|||||||||||
|
«Принимая во внимание, что коэффициент |
|
|
, |
проведем анализ |
||||||||||||
влияния |
угла |
|
на форму теоретической |
характеристики |
центроб VMK |
||||||||||||
машины. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
При f i i * |
90° |
(колесо с |
лопатками |
загнутыми |
вперед) |
|
^ |
||||||||
|
U, |
следователкно* при увеличении |
подачи |
QL |
увеличивается Др^ |
||||||||||||
(см, |
CJIC 8), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) |
. При |
|
9Ç0 |
(колесо с радиально-оканчивающимися лопаткамиÏ |
||||||||||||
|
|
90° = 0 , |
т Çf, |
поэтому Д р^ |
от |
подачи машины не |
зависит. |
||||||||||
Х^р.ак^^р^рхцка, ьцдавд, ЭД>г^в) - |
прямая, |
|
параллельная |
оси абсцисс. |
|||||||||||||
|
Д)# ftpn |
JL 4. ftÇ# |
(колесо с |
лопатками |
загнутыми |
назад) |
-C9Sfij*u > |
||||||||||
^ |
G д |
рдоэд |
<Г здод цри |
увеличении |
подачи |
теоретическое |
повышение |
||||||||||
/ддвдевдд уцадодцед.р#., Характеристика машины в этом случае прямая, |
|||||||||||||||||
цадлрдоадвд $ |
Q.crç 0,сцисс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика сети выражает |
гра<и |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ческую зависимость давления или на |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
пора, необходимого для подачи в |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
сеть |
|
требуемого расхода «жидкости |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(или газа) от расхода жидкости, га |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
за, |
поступающего в |
сеть. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
На |
рис. 2 - £ |
|
изображена |
насос |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ная |
установка |
(насос + |
сеть). |
Сеть |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
состоит из двух резервуаров и грубо |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
проводов: всасываюшого i t |
и напор |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ного |
|
t i |
|
Давление на поверхности |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
жидкости |
в |
резервуаре А |
|
атмосфер |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
мое - |
Р&р а |
на |
поверхности жидкости |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
в резервуаре 13 равно Рв и .южег |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
существенно |
отличаться |
от |
атмосфер |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ного. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вертикально© расстояние от уровня жидкости в резервуара А до оси
насоса называется |
высотой всасывания |
Расстояние по вертикали |
от |
||
оси насоса до уровня жидкости в |
резервуаре В, куда насос перемещает |
||||
жидкость |
- высота |
нагнетания* |
Сумма высоты воасывания и нагнетания |
||
определяет |
геодезический напор |
насосной установки Нг# |
|
||
для получения |
зависимости, |
определяющей характеристику сети |
насос |
||
ной установки запишем следующие уравнения.
Уравнение, по которому определяется напор,развиваемый насосом:
Уравнение Бернулли для сечений а~а и JL-I |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
V ? |
_ |
|
|
|
|
|
* 0 .+ - Л J j --*.+75* V hw |
|
|
|||||||
Уравнение Бернулли для сечений 2-2 |
и В-В |
|
|
|
||||||
|
|
1 |
Л |
Ц |
П |
Ч |
|
|
|
|
Решая совместно эти уравнения, получим уравнение характеристики |
||||||||||
сети: |
|
|
а . |
а |
|
, | |
№ |
|
|
|
Напор Н, развиваемый насосом, расходуется таким образом, на |
прео |
|||||||||
доление |
разницы давлений. Р |
- Ра , выраженной в единицах напора, |
т .е . |
|||||||
(рв - W |
3 |
, |
геодезического напора Н г« £ |- 1 * |
и гидравлических |
||||||
сопротивлений |
сети |
|
|
|
|
|
|
|
||
Уравнение характеристики сети насосной установки обычно записы |
||||||||||
вается в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н « Н ,ст + к (г, |
|
|
|
|
|||
где (?в - |
|
|
+ |
|
S H ÿtT |
- напор |
насосной |
установки |
||
- такой постоянный напор, который должен |
развивать насос, |
работающий |
||||||||
на сеть, |
независимо |
от |
расхода жидкости, |
поступающего в сеть; |
|
|||||
Ь * ' |
|
|
U |
Hw |
= |
' |
П0ТврИ напоРа на |
|||
преодоление гидравлических сопротивлений £ети насосной установки при
подаче ь эту сеть расхода |
& , а К |
8 ChJ^ |
+ К%уГ |
)/GLl |
- коэффици |
|
ент характеристики сети, |
и#4еющий для |
определенной |
сети постоянное |
|||
значение. |
|
|
|
|
|
|
Насос, как правило, |
работает на |
сеть, |
в которой Нуст |
У |
О и |
|
развиваемый им напор не пропорционален квадрату |
расхода. Характеристи |
|
ка сети в таком случав определяется двумя членами уравнения К.2- 6 |
||
Такая характеристика представляет собой параболу |
с вершиной, смещенной |
|
от начала координат на величину Н |
( СУ1С-Я |
). При построении этой |
характеристики по оси ординат откладывают вверх значение напора насос ной установки Н . Затем задаются значениями расхода Q, поступаю щего в сеть от 6 до несколько большего заданному, подсчитывают потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в сети при соответ ствующих расходах и строят параболу.
В тех случаях, когда Н |
0, т .е . при Р_ |
3 |
и геодезический |
напор Нг 3 С, характеристика |
сети определяется |
уравнением Нс* КЫг. |
|
Напор при этом пропорционален квадрату расхода, почему такую характе
ристику называют |
|
к в а д р а т и ч н о й . Она определяется параболоч |
|
с вершиной в начале координат (см.СЛС 8). |
|||
Вентиляторные |
установки наиболее часто имеют квадратичную харак |
||
теристику |
сети. |
Ее |
уравнение в единицах давления будет * p t = KQf. |
СЛС |
8, Вопросы |
||
Что называется характеристикой сети? Отличие квадратичной характеристики сети от неквадратичной?
2.Что называется характеристикой машины? Какой может быть ха рактеристика машины?
3.Какая характеристика называется теоретической и как ее полу
чить?
4. Как получить действительную (размерную) характеристику лопаст ного насоса, вентилятора, компрессора?
3. Какие машины имею? одну и ту же безразмерную характеристику, как ее можно получить?
6.Какая характеристика машины называется универсальной, почему
ееназывают регулировочной?
7.Как получить универсальную характеристику лопастной машины:
насоса, вентилятора, компрессора?
8. Что означают линии равных КЦД на универсальной характеристике машины и как они строятся?
9. Для чего нужно знать характеристику машины и характеристику сети, на которую работает машина? Что определяется по точке пересече ния этих характеристик?
Л .1,3 ,5 ,6 ,1 0 ,II*