книги / Насосы, компрессоры, холодильные установки.-1

Задача № 7 Определить потребляемую мощность и расход воды на

холодильники поршневого компрессора, сжимающего Q м3/ч (при нормальных условиях) метана от атмосферного давления до рабс. Начальная температура газа 20 °С, КПД компрессора 0,72.

Охлаждающая вода нагревается в холодильниках на 15 °С.

Значения параметров согласно вариантам

Задача № 8 Определить требуемое число ступеней поршневого ком-

прессора, который сжимает этилен от 1 до р кгс/см2 (давление абсолютное), если допускаемая температура в конце сжатия не должна превышать 160 °С.

Процесс сжатия считать адиабатическим. Начальная температура этилена 20 °С.

Значения параметров согласно вариантам

Задача № 9

Поршневой компрессор подает Q м3/ч метана (нормальные условия), сжатого до абсолютного давления 60 кгс/см2. Начальное давление атмосферное, начальная температура 22 °С. Определить: а) число ступеней сжатия и распределение значений давления по ступеням; б) расходуемую мощность, принимая КПД компрессора 0,75.

11

Значения параметров согласно вариантам

Задача № 10 Расход этана в поршневом одноступенчатом компрессоре

составляет Q1 при давлении р1 = 0,1 МПа и температуре Т1. При сжатии температура газа повышается на 180 °С. Сжатие происходит по политропе с показателем n = 1,3. Определить конечное давление, работу сжатия, а также теоретическую мощность привода компрессора.

Значения параметров согласно вариантам

Задача № 11 Определить теоретическую мощность, затрачиваемую ам-

миачным компрессором холодильной установки, используемой для охлаждения G кг/ч этилового спирта от 20 до –15 °С.

Цикл установки сухой, температура конденсации 30 °С, температура испарения –25 °С, переохлаждения жидкости перед дросселированием нет.

Значения параметров согласно вариантам

12

Задача № 12 Определить холодильный коэффициент и теоретическую

потребляемую мощность аммиачной холодильной установки производительностью Q0, работающей при температуре испарения –20 °С, абсолютном давлении в конденсаторе 14 кгс/см2 и переохлаждении до 25 °С. Компрессор имеет сухой ход.

Значения параметров согласно вариантам

13

Лабораторная работа № 1 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Цели:

–изучить устройство насосной установки;

–освоить основные правила эксплуатации центробежного насоса;

–определить параметры и построить рабочую характеристику насоса.

Краткие теоретические сведения

Насосом называется гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию привода в энергию перемещаемой капельной жидкости путем повышения ее давления. Дополнительная энергия, которая передана жидкости в насосе, обычно расходуется на преодоление разности значений давления в резервуарах, поднятие жидкости от нижнего уровня до верхнего, преодоление гидравлических сопротивлений в сети.

Работа любого насоса характеризуется его основными рабочими параметрами: подачей, напором (или приращением удельной энергии жидкости), частотой вращения рабочего органа, потребляемой мощностью, КПД и кавитационным запасом.

Подачей называется объемное Q или массовое G количество жидкости, перемещаемое в единицу времени.

Напор H представляет собой энергию, сообщаемую 1 кг жидкости в насосе. Обычно напор выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости. Напор может быть определен по показаниям манометра Рман и мановакуумметра Рвак:

14

Н Рман Рвак wнаг2 wвсас2 z ,

ρg 2g

где wнаг и wвсас – скорость жидкости в нагнетательном и всасы-

вающем патрубках соответственно, м/с; z – расстояние по вертикали между точками подсоединения манометра и мановакуум-

метра, м; g – ускорение свободного падения, м/с2; Рман и Рвак – показания манометра и мановакуумметра, Па (знак «+» – для случая

работы насоса с подпором); – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.

Величина напора зависит от конструкции и размеров колеса, частоты вращения вала, вязкости жидкости. Часто размеры патрубков одинаковы, поэтому расчет напора упрощается:

Н Рман Рвак z.

ρg

Энергия, подводимая от привода к валу насоса, всегда больше полезной энергии, получаемой жидкостью. При прохождении жидкости через насос часть полученной ею механической энергии теряется. Гидравлические потери энергии связаны с трением и вихреобразованием при течении жидкости в проточной части насоса. Решающее влияние на величину гидравлических потерь оказывают условия входа жидкости в рабочее колесо и выхода из него в спиральную камеру или в лопаточный направляющий аппарат.

Гидравлические потери энергии определяются гидравлическим КПД насоса ηг , представляющим отношение полезной

мощности насоса Nпол к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений Nтр:

где Н и Нт – действительный и теоретический напоры соответственно.

15

Полезная мощность Nпол представляет собой приращение энергии жидкости при прохождении через насос:

Nпол GgH ρgHQ.

У современных центробежных насосов ηг = 0,80÷0,92.

Объемные (или щелевые) потери обусловлены наличием зазоров в машине, через которые жидкость получает возможность перетекать из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением. Они вызваны главным образом протечками через уплотнение со стороны входа в рабочее колесо и зависят от центровки ротора, конструкции опорных подшипников и величины зазоров в них, наличия абразивных частиц в перекачиваемой жидкости. Объемные потери оцениваются объемным КПД η0 или коэффициентом подачи ηп.

Объемным КПД называется отношение полезной мощности к сумме полезной мощности и мощности, потерянной в связи с утечками Nпот:

0 NполNполNпот .

У современных крупных насосов 0 = 0,90÷0,98.

Коэффициентом подачи называется отношение подачи насоса к его теоретической подаче:

п Q .

Qт

Мощность, развиваемая рабочими лопастями, называется внутренней мощностью Nвн:

Nвн Nпол .

ηгηп

16

Мощность на валу Nв больше внутренней мощности на величину механических потерь Nмех. Механические потери свя-

заны с трением наружных поверхностей дисков рабочих колес и разгрузочной шайбы (гидравлической пяты) о жидкость в корпусе, а также с механическим трением в опорах вала и в уплотнительных устройствах.

Для вычисления мощности, затрачиваемой на дисковое трение (оно главным образом и определяет механические потери), можно воспользоваться формулой

Nд 2Сf ρR5w3,

где Cf – коэффициент трения; – плотность перекачиваемой

жидкости, кг/м3; R – радиус рабочего колеса, м; w – угловая частота вращения рабочего колеса, с–1.

Как видно из формулы, дисковые потери пропорциональны 5-й степени величины радиуса рабочего колеса, поэтому при конструировании высоконапорных насосов идут на увеличение частоты вращения и числа ступеней, но не на увеличение диаметра рабочего колеса.

Потери в опорах и сальниках зависят от типа подшипников, способа смазки, размера сальника и материала сальниковой набивки. Они определяются по приведенным в справочниках формулам.

Механические потери оцениваются механическим КПД, выражающим отношение внутренней мощности насоса к мощности на валу:

ηмех Nвн .

Nв

Полный КПД насоса

η Nпол ηгη0ηмех.

Nн

17

Работу насоса без кавитации на входе в него обеспечивает кавитационный запас h, представляющий собой разность значений удельной энергии на входе и энергии, соответствующей давлению парообразования, т.е. избыток напора сверх величины, определяемой давлением насыщенного пара Рнас при температуре перекачиваемой жидкости:

h Рρвхg с2вхg Рρнасg ,

где Рвх – давление жидкости на входе в насос, МПа; свх – скорость жидкости на входе в насос, м/с.

Кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения его основных параметров, называют допускаемым кавитационным запасом hдоп.

Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является вакуумметрическая высота всасывания:

Рρсвх2

Нвак 0 ρg 2 ,

где Р0 – давление над жидкостью в нижнем резервуаре, МПа. Вакуумметрическая высота, при которой обеспечивается

работа насоса без изменения основных параметров, называется допускаемой вакуумметрической высотой.

Зависимости между основными параметрами насосов для различных режимов работы принято представлять в графической форме – в виде характеристик.

Характеристикой насоса называются графические зависимости основных его параметров от подачи при постоянных значениях частоты вращения ротора, вязкости и плотности жидкости на входе в насос (рис. 1).

18

Напор определяется с помощью манометра и вакуумметра. Подача находится с помощью диафрагмы или сопла, ротаметра, магнитного расходомера или мерного резервуара. Мощность устанавливается по показаниям вольтметра и амперметра или ваттметра.

По характеристике машины судят о диапазоне ее использования и экономичности на различных режимах работы на сеть. Оптимальный режим работы соответствует максимальному КПД. Наиболее устойчивая работа насоса будет на всех режимах, соответствующих непрерывно снижающейся части характеристики Н–Q.

Для построения характеристики необходимо снять показания приборов для 6–8 режимов. Изменение подачи осуществляется с помощью вентиля на напорном трубопроводе.

Один и тот же насос при неизменной частоте вращения может подавать различное количество жидкости потребителю в зависимости от сопротивления сети.

Сетью называется система трубопроводов и отдельных аппаратов, присоединенных к насосу.

Сопротивление сети Нс (требуемый напор) зависит от ее геометрических размеров, давления в резервуарах и расхода жидкости. Условием устойчивой совместной работы насоса и сети является равенство количества жидкости, протекающей через насос и сеть в единицу времени. Это возможно только в том случае, когда напор, создаваемый насосом, в точности соответствует напору, теряемому в сети при данном расходе. Связь между потерями напора и количеством протекающей в сети жидкости определяется уравнением или графиком в ко-

ординатах Нс–Q.

Если на напорную характеристику насоса, построенную в координатах Нс–Q, наложить построенную в тех же координатах и в том же масштабе характеристику сети (рис. 2), то точка их пересечения однозначно определит напор и подачу насоса при работе в этой сети. Для известных характеристик насоса

20