книги / Насосы и вентиляторы.-1
.pdf(режим работа.'», подсосом попутного воздуха из атмосферы (аэрация), ухудшением входа потока жуткости и многими другими факторами.
Для установления зависимости между |
некоторыми этими фактора |
||
ми рассмотрим три |
основные схемы расегы |
центробежного насоса, |
|
I . |
Откачка жидкости производится из открытого резервуара. |
||
Уровень свободной |
поверхности расположен ниже оси рабочего колеса |
||
нгх>са |
(рис. 27,а ) . Применим уравнение Бернулли для двух сечений — |
||
уровня свободной поверхности жидкости в приемномрезервуаре 0-0 и сечения I - I по оси рабочего колеса. Приняв за плоскость сравнения
оечение 0-0 из уравнения Бернулли, при |
V |
=0, |
получим: |
|
|
Р./Г >О * p'/fcj - ?,/*"< Нг* №,'/2j ♦ ti*,..,, |
|||||
н г - ( р. - р, ) л - * : / ц - |
|
, |
|
(а ^ |
|
где Р а / Y - атмосферное давление, м; |
(f* |
- |
скорости |
течения |
|
свободной поверхности воды в резервуаре, м/с; |
P i / l f - |
абсолют |
|||
ное давление на входе в рабочее колесо насоса, |
м; |
(^ |
- скорость |
||
жидкости во всасывающем патрубке на входе в рабочее |
колесо, м/с; |
||||
/4 - разность отметок оси рабочего колеса насоса |
и свободной |
||||
поверхности жидкости в резервуаре, м; |
|
|
- потери |
напора |
|
во всасывающем трубопроводе, м (сумма потерь на входе в рабочее колесо, потерь на трение по длине трубопровода, местные потери
на фильтре, всасывающем клапане, повороте потока и т .д * ). Величину Н.^ в насосостроении называют геодезической высотой
всасывания. Она представляет собой строительную характеристику насооной установки и уменьшение ее связано со значительными строи тельными зат^лтами. Однигл из способов уменьшения Нг является применение вертикальных центробежных насосов. Под геодезической высотой для них следует понимать разность отметок середины вход
ных кромок лопаток рабочего колеса (первой |
ступени, для многоступе |
|||
чатых насосов) и свободной поверхности жидкости |
в резервуаре. |
|||
Величина |
вакуума в сечении |
I - I f R*.-R, ) / |
V |
называется ваку |
уметричеслой высотой всасывания |
и обозначается |
|
||
« . . . |
Hr t » i V 2 j * < 4 ,.., |
|
<«> |
|
Она складывается из геодезической высоты всасывания, потерь напо ра во всасывающем трубопроводе и скоростного напора на входе в на сос.
2. Жидкость откачивается из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен выше оси рабочего колеса насоса
(ряс. 2 7 ,6 ). Единственное отличие |
данной |
схемы от схемы I зак |
лючается в том, что величина Н |
в (47) |
будет отрицательной. |
Отрицательное значение геодезической высоты всасывания называют подпором.
3. Жидкость откачивается из закрытого .резервуара (рис. 27,в ) .
Вакуумметрическая высота всасывания |
|
|
H^ K - ( P a * P ^ ' P . ) / r |
|
(48) |
Давление на входе в рабочее колесо насоса |
|
|
V J T - Р « / Г + P ^ s / ï - Н г - 0? / 2 д - k w„ . |
||
Отсюда можно установить, что давление |
на входе |
в рабочее колесо |
насоса, а, следовательно, и его кавитационные |
характеристики за |
|
висят от: |
|
|
1) условий эксплуатации насоса, |
определяемых сумной давлений |
|
f o . +
2 ) высотного расположения насоса относительно уровня свобод
ной поверхности |
кидкооти |
Н г |
; |
2 |
|
|
3) ^ п с /л |
|
работы насоса, |
определяемого |
IXj / Æg |
; |
|
н) особенностей конструктивного исполнения деталей насоса и |
||||||
всасывайся о трубопровода, |
характеризуемых величиной гидравличес |
|||||
ких потер- |
wo-t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для нормальной работы насоса |
необходимо, чтобы R, |
на |
||
входе в рабочее |
колесо было больше критического P1mt ^ |
> Ркр . |
||
В качестве, |
критического давление, как указывалось ранее, при |
|||
нимается давление насыщенного пара |
(давление упругости) |
P s |
||
тогда |
Mmin. |
1 СО |
|
|
|
|
|||
|
Г Л А В А |
Ш |
|
|
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ И КОНСТРУКЦИЯ |
|
|||
|
ЛОПАТО'-ШЫХ НАСОСОВ |
|
||
I , Основы теории |
подобия лопаточных насосов |
|
||
Построение |
характеристики насоса теоретическим путем - задача |
|||
трудная, так как некоторые процессы в лопаточных машинах не под даются теоретическому расчету. На практике нормальную (рабочую) характеристику насоса снимают по результатам опытов. В то ге вре мя ухе при проектировании насоса необходимо икоть характеристику для установления эксплуатационных свойств нового-насоса. Характе ристики пелучвт путем пересчета таковых с имеющегося насоса, гео метрически подобного проектируемому, в соответствии с законами теории подобных явлений Ü5, ’8 ].
Подобными явлениями называются явления одинаковой физической природы, у которых отношения одноименных переменны?:, характеризую щих их в сходственных течках, одинаковы. Если отсутствует подоб ный насос, а проектируемый насос дорогостоящий, мощный, рабочее тело агрессивно, токсично и требует сложного оборудования для ис
пытаний, прибегают к модели, меньшей н атурою |
насоса. Теория по |
добия позволяет пересчитать результаты опнтов, |
получешшо на мо |
делях, распространить их на натурный насос, тем самым предсказать свойства последнего. Теория подобия дает возможность, испытав насос при одном числе оборотов, пересчитать его характеристику на другое число оборотов.
В подобных лопаточных машинах должны выдерживаться геометри
ческое, кинематическое и динамическое подобия. |
|
|
|
|
Г е о м е т р и ч е с к о е |
п о д о б и е |
соолэдается при |
||
постоянстве соотношения сходственных размеров |
С£ / с£ |
=. с о ъ s t |
) щ |
|
Оао должно выдерживаться во всех |
элементах нассса, в |
т числе |
и |
|
б зазорах. Шероховатость |
рабочих поверхностей при этом также сле |
||
дует моделировать ( а / ? |
« c o n s t ). |
|
|
При к и н е м а т и ч е с к о м п о д о б и и |
в сходствен |
||
ных точках рассматриваемых потоков |
скорости дви:.<ущихоя частиц |
||
параллельны и пропорциональны друг |
другу, Эго означает |
подобие |
|
треугольников осредненных скоростей, откуда следует, что утлы наклона векторов скоростей абсолютного, относительного и перенос ного движений для натурной и модельной машины должны быть одина
ковыми |
/ <ЛМ « |
W / W M ■ |
С/С/й - Cort.*"t > |
|
|
где U , К/, с . UM j |
7 |
- |
переносная, относительная и абсожад |
||
ная скорости движения жидкости натурного и модельного насосов |
|||||
соответственно. |
|
|
|
|
|
Д и н а м и ч е с к о е |
|
п о д о б и е - это |
пропорциональ |
||
ность всех |
сил, действующих на частицы жидкости з |
сходственных |
|||
точках проточной части лопаточных машин. Для подобных лопаточных машин отношения между инерционными силами, силами вязкости и по
верхностными силами, т ,е . |
между всеми силами, определяющими про |
цесс в лопаточной машине, |
должны быть постоянными |
где 6 : , |
, Ер, |
Е^- силы инерции, вязкости |
и давления |
натурного |
и модельного |
насосов, соответственно. |
|
2. |
Коэффициент быстроходности центробежного |
насоса |
|
Для характеристики конструктивного типа проточной части насо са используют коэффициент быстроходности, который находят из у.эавг ний подобия [ 5 ] или получают на основании анализа размер ностей [б ]
<49}
При соблюдении условий геометрического, кинематического и динамического подо нй коэффициент быстроходности является крите рием подобия. Значения ï l s подсчитываются для режима максималь ного КПд насоса. Формула (49) удобна в случае, когда известны по
дача ( Q , м3/ с ) , напор |
( Н ,м) |
и число оборотов |
насоса |
()х,об/мик), |
|||
рассчита. ’иге |
экспериментально. |
Ерли насос |
геометрически подобен |
||||
дачному, |
г<ри |
подаче Q |
= 0,075 |
нР/ 0 имеет |
напор |
H |
= I м, то, |
согласно |
вышеприведенной формуле, коэффициент его |
быстроходное- |
|||||
ти |
H s |
равен |
числу оборотов насоса [ i ] |
|
|
|
||||||
|
|
*"L4 |
|
|
|
л |
|
|
П . |
(50) |
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
На атом основании коэффициент быстроходности называют чьелэм |
||||||||||||
оборотов н а о о с а , |
геометрически додобного |
данному. |
|
|||||||||
|
0, |
|
отепени влияния геометрических характеристик рабочего ко |
|||||||||
леса и опарального отвода с прямоугольным сечением |
"горла'* (кото |
|||||||||||
рые в последнее ярема получают вое более широкое применение в |
||||||||||||
овяаи о увеличением числа оборотов наооса) на коэффициент бнетро- |
||||||||||||
ходнооти можно сугчть |
из формулы |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
J 4 |
|
L |
Ь(Ш А )(& к) |
||
м |
. ( * v - É w |
\ |
* к / ъ |
. K * |
L |
|||||||
|
‘‘ Й Т ^ ш < * * М * > ч з д д , |
|
|
(51) |
||||||||
|
|
* Ъ * а* ц А ь |
||||||||||
где |
к-г.* |
|
|
|
-отношение площади "горле” спирального отвода |
|||||||
|
|
|
|
|
|
к площади па выходе на рабочего колеса; |
||||||
|
|
P ti |
г ' |
/ о . |
* отвоюет» |
скорости вихревого |
течения на |
|||||
|
|
^ |
|
* |
||||||||
|
|
|
2Kr /£ f e ) |
выходе на |
рабочего |
колеса к |
скорости в |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
сечевик "горла" |
свираш кэо |
отвода; , |
|||
|
В ряда |
работ |
[7 , |
8 ] , |
коэффициент быстроходности вырезав? |
|||||||
как функцию безразмерных параметров*наооса. Это необходимо дляанализа характеристик насоса и нахождения связи между получае мыми эксперименталы. : безразмерными расчетндаи койффштонтами
напора- */» |
и подачи |
Ф вмеото непосредственно измеряешх ве |
|||
личин подачи (м3/с ) |
и напора (к ). |
|
„ |
|
|
Так, |
согласно Г 81, |
,, |
|
||
п , |
ш6 8 Ъ ( е л/1>я ?*(1><г/Т>ж) Ф У Ф |
\ ^ |
(52) |
||
где |
" коэффициент подачи; |
jW /U f |
- коэффициент |
||
напора.
В зависимости от коэффициента быстроходности рабочего колеса различают следующие конструктивные разновидности лопаточных насосов (см. рис. 28).
ВокмАтель |
Ценгро1вяшь№ |
|
tkwocfctbi* |
Осевые |
||
т он ом * |
и аа иы с |
UiAfOMAàwma) |
(lAWUACAVHMt) |
|||
|
№>* |
* |
|
|||
<0*С<Рвф4 |
50-90 |
|
|
£&-£О0 |
500 -1900 |
|
ЕКТ (МГО0~ |
ДО - |
50 0 |
||||
ÏJAéWCTU |
|
|
|
|
|
|
*» |
|
|
|
|
|
|
YA6AVMCE |
15 *£f |
00-80 |
/О- 440 |
М О |
М О |
|
число |
||||||
oaromn, |
|
|
|
|
|
|
сечение |
|
|
|
|
|
|
НАВОЧЕГО |
|
|
Æ a« |
|
|
|
КОЛЕСА |
|
-A I |
|
f& |
f |
|
|
|
|
|
|
||
Овтноге- |
|
|
|
|
|
|
шешме- |
V - M |
А 5 Ч 4 |
М -о ,9 |
0,5 |
||
|
||||||
ФО^МД |
ЦиАиЦАРМЧ1еКАЯ |
|
|
|
ЛМШйА HNHMI |
|
МиЛТОК |
|
ЧМсм ил м ш а |
|
|
|
|
|
МЛ |
НЛ1 |
|
|
||
|
Ш |
|
|
|
|
|
РА90ЧА9 |
* - 4 . |
|
|
|
|
|
ХАМКГД J |
|
|
|
|
|
|
гнети** |
|
|
|
|
|
|
|
| А |
|
|
|
к |
|
Рис. 28. Тшш рабочих колво лопаточки насосов в зависимости о? ков^ицнента trx быстроходнооти
В многоступенчатых ваоооах кояффвывеет быстроходности опреде ляется д а одвой ступени, жв уравнения д а 1%.$ необходимо под ставлять величину BuJopa одно! отупели. Для рабочего колеса с двухотороншш входом величину подача следует брать Q / Z .
3. Рабочее доп» насоса
Область применения центробежных насосов можно расширить путем обрезка рабочих колес [ т ] . Опыт показывает, что если обрезка .коле са не слишком велика, то КПД насоса уменьыается незначительно со
сравнению с максимальной величиной. Обычно предельную величину oopes ки рабочего колера принимают в зависимости от коэффициента быстрого; ноете:
tt-s |
60 |
120 |
200 |
300 |
350 |
350 |
— |
0,20 * |
0,15 |
0,11 |
0.09 |
0,07 |
0,00 |
•Ц»
Рабочее поле нассса строится так (рис. 29): берется напорная характеристика насоса с необрезанным рабочим колесом, на которой наносится рабочий участок АВ. Затем строится напорная характеристи ка насоса при максимальной обреэке рабочего колеоа, да которой нано сятся граница раб iero участка СД« Соединив точки А, С, 3 и Д, полу чим четырехугольник АВОД. Режимы, лежащие в пределах четырехуголь ника, удовл' :воряют требованиям, предъявляемым как к величине КПД, так и к высотам всасывания и, следовательно, являются рабочими. Че тырехугольник АВСД называется рабочим полем неооса.
Н,м
Рио. 29. Рабочее поле насоса:
.С - напорная .характеристика насоса с необрезанным рабочим колесом; 2 - напорная характеристика насо са при максимальной обрезко рабо чего колеоа J
Обычно дликажу^го класса насосов в логарифмических координатах строятся сводные графики рабочих полей, по которым производят выбор насоса. Для этого по заданным величинам подачи и напора сети на сводном графике находят режимную точку и соответствующую ей марку и число оборотов Насоса.
4. Насосная установка и ее характеристика
Насосная установка состоит из насоса / внешней сетч (рис.30). Сетью следует считать совокупность всех устройств (трубопроводы? вентили, задвижки, клапаны, приборы для измерения и контроля пара метров насоса), через которые проходит рабочее теле, транспорта-
руемое насосом. В общем случав часть сети расположена на всасыва нии, часть - на нагнетании. Главные потери давления, возникающие при работе насоса, как правило, происходят на нагнетании. В слу чаях, когда главные потери давления имеют место на всасывании,
пользуются термином |
вакуум - насос. |
о |
|
|
Для того чтобы |
переместить жидкость из |
приемного резервуара |
||
I в напорный 2, необходимо |
затратить анергию ка подъем жидкости |
|||
на высоту, равную разности |
высот напорного |
(ги ) и приемного z 0 |
||
уровней, называемую геометрическим капором насосной установки |
||||
|
|
Нг |
2*0 |
у |
|
на |
преодоление |
разности давлений |
- Р0 |
в резервуарах к |
|
на |
преодоление |
сушарного |
гидравлического |
сопротивления зсасываю- |
|
щв!х> п ьс и напорного ^ п .н трубопроводов Z h « A f t fr * л к н , Дхя перемещения единицы массы жидкости из приемного резервуара в напорный по трубопроводам необходим потребный напор
Ha>Hr *(i>t ‘ Pm) / r + z k f
где НГ+(Р* -P0Vr* Нет |
; 21 h * |
Q* |
|
|
|
|
|
|
|
|
Здеоь Н<т - статический |
напор F **сосной |
|
установки; |
Q*n |
- |
потреб |
||||
ный расход жидкости насосной установки; |
|
Ç |
- |
коэффициент |
гидрав |
|||||
лической потерь. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
График характеристик- |
насосной |
установки |
приведен на рио. 31. |
|||||||
Поскольку статический |
напор насосной установки от подачи ка- |
|||||||||
|
|
Рио. 30. Схема насосной уста |
||||||||
|
|
новки: |
1,2з - приемный и напорный |
|||||||
|
|
резервуары; |
3 - напорный |
трубо |
||||||
|
|
провод; 4 - расходомер; 5 - мано |
||||||||
|
|
метр; 6 |
- електродвигатель; 7 - |
|||||||
|
|
наоос; |
8 |
- |
регулирующая |
задвижка; |
||||
|
|
- мановакууметр; 10 - обратный |
||||||||
|
|
клапан; |
|
I I |
- монтажная задвижка; |
|||||
|
|
12 - |
воасывающий трубопровод; |
|||||||
|
|
13 - |
фильтр |
(сетка); |
14 - |
клапан |
||||
coca не зазисит, то характеристика установки представляет собой суммарную характеристику всасывающей и напорной с е TV*
r b . - z k , * r ) t „ т Q ’ ,
смещенную вдоль оси напоров на величину Ч ст . Таким образом, харак теристикой насосной установки называется'зависимость ее потребного
напора от расхода падкости |
£ |
|
|
|
Н . - И / ( Р , - Р . ) Л м Ч , |
|
|
(53) |
|
Рис. |
31. Характеристика |
|||
насосной |
у гановки: |
Нг - |
||
геометрический напор; |
Нст - |
|||
статический напор; Н„ - пот |
||||
ребный напор; £ |
U - |
потери |
||
напора в |
сети; |
Q n - |
потреб |
|
ный расход жидкости; РотРг - |
||||
давление жидкости в |
приемном |
|||
и напорном резервуарах |
соот |
|||
ветственно |
|
|
|
|
5. Работа насоса на сеть |
|
|
|
|
Производительность и напор насосе .выбираются в |
с^оТгетотвки |
|||
о потребным напором насосной установки и расходом жидкости через внешнюю сеть. Установившийся режим и равновесие системы насос - сеть определяются уравнениями материального и энергетического ба лансов. Уравнение материального баланса определяется равенством
массовой производительности насоса |
и расходом сети |
&с |
|||
т*е. |
(при |
îf*c<>net |
QH ■ |
)• |
|
Уравнение энергетического баланса системы насос - сеть при |
|||||
водит к равенству |
анергии, потребляемой |
сетью 6-*Нс и |
энергии, |
||
поступающей от насоса |
&и Нн |
« т .е . &мНн * (гс Нс (при См* 6С |
|||
получим Нм » Н Л |
) . |
|
|
|
|
Для определения режима работы насоса на од«ом графике в оди |
|||||
наковых масштабах |
следует нанести характеристики насосе |
и насосной |
|||
установке (рис. 32). В точке пересечения характеристик А. получим режим, удовлетворяющий условиям материального и энергетического балансов системы, т .е . установившийся режим работы насоса в дан ной сети. Как указано в работе [ I ], насос не может работать в ре жиме, отличном от режима А. Допустим, что нассс стал работать в ре
жиме В (недогрузка). Тогда |
- Нь |
, а |
HBn < Н*, . Избыток |
энергии |
|||||||||||
в жидкости при |
этом пойдет |
на приращение |
ее скорости, |
т .е . |
расхода |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(ооглаоно формуле |
|
f V Ê j H ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и будет продолжаться до тех |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
пор, пока он не достигнет |
Q* • |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Если подача наооса больше |
О* |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(режим перегрузки С |
|
), то |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сообщаемый насосом напор будет |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
меньше потребляемого. Это при |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ведет |
к уменьшению скорости |
||||||
Рис. |
32. |
Определение |
режима |
движения жидкости и, |
|
следова |
|||||||||
тельно, |
к уменьшению ее рас |
||||||||||||||
работы насоса |
|
на |
сеть: |
I - |
ха |
хода |
до Q j|. С изменением |
|
|||||||
рактеристика |
насоса; 2 |
|
харак |
характеристики сети |
рабочая |
||||||||||
теристика |
насосной установки |
точка |
Л |
перемещается по |
|
||||||||||
(сетч); |
3 - |
характеристика |
насоса |
кривой характеристике |
насоса. |
||||||||||
с западающей левой ветвью; А - |
Если |
насос имеет характеристику |
|||||||||||||
установившийся режим работы на |
о западающей левой ветвью, т .е . |
||||||||||||||
соса и сети; |
3 |
- |
режим недо |
кривую напоров, |
имеющую |
|
|||||||||
грузки |
насоса; |
С - режим пере |
максимум при Q |
О |
|
f то |
|
||||||||
грузки насоса; Нд - потребный |
возможна неустойчивая рабо |
||||||||||||||
напор; На - потребный капор сети |
та |
насосной установки. Подача |
|||||||||||||
на режиме недогрувкы; |
Нвп - на |
насоса при атом резко меняет |
|||||||||||||
пор насоса при режиме nepeipyswa; |
ся, |
величина напора колеблет |
|||||||||||||
Q j , , |
Q BT |
Q C |
- расходы жид |
ся |
в |
значительных пределах, |
|||||||||
кости |
через насосную установку, |
наблюдаются гидравлические |
|||||||||||||
соответствующие реж-мам: рабочему# |
удары, шум и сотрясение всей |
||||||||||||||
недогрузки и перегрузки насоса |
машины. Это явление |
называет |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ся |
помпажом [ i ] . |
.Характерис |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тики |
насосов, не имеющих не |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
устойчивой области, |
называют |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
стабильными. Касосы, |
|
работаю- |
|||||