насосы и компрессоры. 1. 1 Классификация гидравлических машин по принципу превращения энергии, по принципу действия, по виду перекачиваемой среды
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
2.7 Состав напора, влияние конструктивных и режимных параметров на подачу и напор. Зависимость напора от подачи. Напором насоса называется разность энергий веса жидкости в сечении потока в напорном патрубке (после насоса) и во всасывающем патрубке (перед насосом), отнесенная к весу жидкости, т.е. энергия единицы веса жидкости, обычно обозначается латинской буквой Н. Напор насоса равен разности полного напора жидкости после насоса и перед насосом  , (15.1)где индексами "н" и "вс" – обозначены напорная и всасывающая магистраль. Напор выражается в единицах столба перемещаемой жидкости. Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объемной и обозначают Q. Системой СИ введена массовая подача М, кг/с, — масса жидкости (газа), подаваемой машиной в единицу времени. Очевидно, что M=pQ где р — плотность среды, кг/мя ; Q — объемная подача, При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости машины независимо от подаваемой среды. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах вследствие существенного повышения давления Происходит уменьшение удельного объема газа и объемная подача по длине проточной полости падает. В расчетах принято исчислять объемную подачу компрессоров при условии всасывания или при нормальных условиях, т. е. при параметрах среды Т= 293 К, р = 100 кПа, р= 1,2 кг/м3. Подача насоса (вентилятора, компрессора) зависит от размеров и скоростей движения его рабочих органов и свойств трубопроводной системы, в которую он включен. Зависимость напора от подачи. Подача q насоса (производительность насоса) – это количество жидкости, которое перекачивает насос в единицу времени. Обозначается буквой Q. Измеряется в кубических метрах в час(м3/ч), или литрах в час(л/ч). Напор насоса – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости. Другими словами напор это высота столба воды на которую насос способен поднять жидкость. Напор насоса обозначается буквой H. Измеряется в метрах водного столба (м). Напор насоса обычно имеет большие значения при меньшей подаче и уменьшается с её возрастанием. 2.8 Теоретическая характеристика ЦБН Характеристикой центробежного насоса называется графическая зависимость напора Н, подводимой мощности N и коэффициента полезного действия η от подачи насоса Q при постоянном числе оборотов ротора и свойствах жидкости на входе в насос (рис. 1).  Подача насоса Q - это объем жидкости, подаваемой в единицу времени в нагнетательный патрубок насоса. Напор насоса Н - это энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости для перемещения ее вне насоса. Мощность насоса N - это энергия, затрачиваемая в единицу времени двигателем на привод насоса. Коэффициент полезного действия насоса η - это отношение полезной мощности к мощности насоса. Характеристика приводится в техническом паспорте на насос. Она строится по результатам заводских (стендовых) испытаний одного из серии насосов на воде. Методика и порядок проведения испытаний лопастных насосов оговорены ГОСТ 6134-2007 «Насосы динамические. Методы испытаний». Рабочая характеристика центробежного насоса позволяет: - осуществлять подбор насоса для работы в гидравлической системе; - определять наиболее благоприятные условия пуска насоса, соответствующие наименьшим затратам установленной мощности; - определять оптимальные параметры и рабочую зону насоса. 2.9 Потери энергии в насосе. Потери энергии в лопастных насосах, в зависимости от природы их происхождения, можно объединить в три группы: гидравлические, объемные и механические. Гидравлические потери. Этот вид потерь обусловлен трением жидкости о поверхность проточных каналов, изменением направления и скорости движения жидкости в проточной части насоса (в конфузоре, в межлопаточных каналах, в спиралеобразном отводе и диффузоре), преобразованием динамического напора в статический. Гидравлические потери значительны и, как правило, они больше других потерь. Объемные потери. К объёмным потерям относят утечки части объёма перекачиваемой насосом жидкости между полостями с различной величиной давления. Эти потери можно условно разделить на внутренние и внешние. Внутренние потери связаны с перетеканием жидкости из выхода насосного колеса к входу (см. рис. 2, 4) через зазор между рабочим колесом и корпусом насоса. Эти потери не сказываются на подаче насоса, однако они приводят к потерям энергии, подводимой к валу насоса. Механические потери. К механическим потерям относят потери мощности на трение в уплотнениях вала, потери в подшипниках и потери на трение наружных поверхностей дисков рабочих колес о жидкость. Основная доля потерь приходится на дисковое трение. 2.10 2.11 Коэффициент быстроходности   С целью установления аналогии между рабочими колесами отдельных типов и отнесения их к определенной серии существует понятие коэффициента быстроходности колес  он является основной характеристикой, определяющей тип насоса, и влияет на выбор числа ступеней центробежного насоса. Коэффициентом быстроходности колеса насоса называется число оборотов такого эталонного колеса, которое геометрически подобно рассматриваемому, имеет одинаковые с ним гидравлический и объемный КПД, но создает напор H = 1м и имеет подачу Q = 0,1м³/сек, т.е. развивает гидравлическую мощность 1кВт.Коэффициент быстроходности определяют из условий геометрического подобия по следующей формуле:  (2.21)где n - скорость вращения колеса в об/мин; Q - подача в м³/сек при максимальном КПД; Н - напор одного рабочего колеса в м вод. ст. 2.12 Влияние физических свойств жидкости на характеристики ЦБН. Пересчет характеристик ЦБН с воды на нефть Существует ряд физических свойств нефтей и нефтепродуктов, влияющих на характеристику магистральных центробежных насосов: вязкость, плотность, содержание свободного газа, неныотоновские свойства. Полезная мощность насоса и потери мощности (за исключением механических потерь в сальниках и опорах) изменяются с изменением плотности подаваемой жидкости. С уменьшением плотности жидкости уменьшается полезная мощность, вследствие чего уменьшается и КПД насоса. С увеличением плотности происходит обратное - увеличиваются полезная мощность и КПД насоса. Подача Q и напор Н насоса не зависят от плотности подаваемой жидкости, и характеристика Q-H насоса остается неизменной. Давление насоса изменяется прямо пропорционально плотности жидкости. Изменение вязкости жидкости влияет в основном на потери мощности, на дисковое трение и гидравлические сопротивления движению потока жидкости и оказывает значительно большее по сравнению с плотностью жидкости влияние на потери мощности. При подаче вязкой сырой нефти и нефтепродуктов потери мощности насоса резко увеличиваются, и КПД насоса уменьшается, несмотря на увеличение объемного КПД в результате уменьшения объемных потерь. При увеличении вязкости подаваемой жидкости уменьшаются напор и подача насоса, и характеристика Q-H снижается. При перекачке вязких жидкостей напор и подача на режиме максимального к.п.д. меньше, чем при работе на воде, так как увеличиваются потери на трение, а мощность возрастает главным образом из-за увеличения дисковых потерь. На основании чисто теоретических заключений невозможно определить характеристику насоса, перекачивающего вязкий нефтепродукт, даже если известна его характеристика при работе на воде. При перекачке вязких жидкостей напор и подача на режиме максимального к.п.д. меньше, чем при работе на воде, так как увеличиваются потери на трение, а мощность возрастает главным образом из-за увеличения дисковых потерь. На основании чисто теоретических заключений невозможно определить характеристику насоса, перекачивающего вязкий нефтепродукт, даже если известна его характеристика при работе на воде. Характеристику насоса, перекачивающего вязкие нефтепродукты, строят путем пересчета характеристик, построенных для воды, с учетом поправочных коэффициентов. Значения поправочных коэффициентов kQ, kH, kз определяют либо по графикам, либо по таблицам, путем интерполяции . 2.13 Трубопроводная сеть - это совокупность расходных и приемных резервуаров, связанных посредством трубопроводов  по условию неразрывности потока жидкости подача насоса должна быть равна расходу жидкости в трубопроводах  ,а напор, который насос должен создавать для заданных условий работы, определится из уравнения Бернулли:  .Если на полученную характеристику трубопроводов нанести характеристику насоса в том же масштабе, то точка пересечения характеристик определяет единственный возможный режим работы насоса на данный трубопровод. Точка пересечения характеристик А называется рабочей точкой насоса. Рабочая зона насоса определяется по характеристике  и соответствует наиболее устойчивой работе насоса при оптимальном режиме  . Отклонение от максимального значения к.п.д. допускается не более, чем на ±(5-7%). На рисунке 3.28 представлены характеристики насоса и трубопроводов, рабочая точка А выбрана правильно, а в точке А', где  , работа насоса неэкономична. Рисунок 3.27  Параллельная работа насосов на сеть. Работа нескольких насосов на общий напорный трубопровод называется параллельной работой насосов. Совместная работа двух насосов на общий трубопровод возможна, если в точке М соединения их напорных труб установится одинаковый напор. Поэтому для построения характеристики совместной работы насосов (кривой I+II) надо сложить подачи насосов для одинаковых напоров (рис. 2.16). Характеристика трубопровода пересекает характеристики насосов в точках , Ап и А. Подача каждого насоса при работе на отдельный трубопровод определяется расходами Q'a и Q”. В отличие от этого подача при параллельной работе насосов составляет QA=QA +QA . Разность A Q = (Q' + Q”) — QA называют дефицитом подачи. При параллельной работе насосы работают с КПД г и г] . Общий КПД системы двух параллельно работающих насосов найдем из соотношения  Для наиболее простого частного случая, когда насосы одинаковы, построение рабочей характеристики параллельно работающих насосов получается простым удвоением ее абсцисс. КПД системы двух параллельно работающих насосов в этом случае равен КПД одного из работающих насосов.  Последовательная работа центробежных насосов. Последовательным соединением называется такое соединение двух насосов, в котором насос I подает воду во всасывающий патрубок насоса II, а последний подает воду в напорную линию. Последовательное соединение двух (или более) насосов применяется при необходимости получить напор больше того, который может быть создан одним насосом. При этом подача насосов одинаковая, а общий напор равен сумме напоров обоих насосов. Рассмотрим характеристику двух одинаковых последовательно работающих насосов. Эта характеристика строится путем удвоения ординат характеристики одного насоса (рис. 2.17).  Рис. 2.17. Последовательная работа насосов Пересечение характеристики трубопровода с характеристикой (2H-Q) в точке Л определяет режим работы каждого насоса. Каждый из них работает с подачей QA, развивая напор Ну Подобные схемы применяются в пожарных системах, в системах отопления и др. 2.14 2.15 Кавитация в ЦБН. Допустимая высота всасывания и кавитационный запас. Кавитация – это нестационарное гидродинамическое явление, заключающееся в местном нарушении сплошности потока, выделении паров или растворенных газов в тех местах гидросистемы, где давление снижается до некоторого критического значения (давления насыщенных паров). Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора.  Находясь в области пониженного давления, пузырьки увеличиваются и превращаются в большие пузыри-каверны. Затем эти пузыри уносятся потоком в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно вследствие конденсации заполняющего их пара. Таким образом, в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Кавитация в ЦБН: последствия Образующиеся при возникновении кавитации пузырьки потоком жидкости уносятся в зону повышенного давления, нарушая гидродинамику потока и вызывая: Изменение рабочих характеристик насоса, т.е. снижение КПД, напора, подачи, а иногда и полный срыв работы насоса; усиление шума; вибрацию насосной установки; разрушение каналов и лопаток рабочего колеса из-за кавитационной эрозии. Предотвращение кавитации в ЦБН При работе центробежного насоса нельзя допускать кавитации, т.е. давление на входе на лопатку колеса должно быть выше критического давления. Для этого в характеристику центробежного насоса введено понятие допустимого кавитационного запаса, который показывает минимально необходимый напор на входе в насос. Основным способом предупреждения кавитации, обеспечивающим надежную работу насоса, является поддержание достаточного избыточного давления на входе в насос. Превышение давления на входе в насос Pв над давлением насыщенного пара перекачиваемой жидкости Pп называется кавитационным запасом сети h. Высота всасывания Hвс — это расстояние между свободной поверхностью в резервуаре (водоеме), из которого жидкость забирается насосом, и осью рабочего колеса. Если уровень жидкости в резервуаре расположен выше оси рабочего колеса, то величина Hвс называется подпором. Высота всасывания с учетом гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе hвс и скоростного напора в нем V2в/2g называется вакуумметрической высотой всасывания. 2. 16. Кавитационные испытания насоса. Кавитационные характеристики. Кавитационные характеристики представляют собой совокупность зависимостей напора (Н), мощности (Р) и КПД - насоса от вакуумметрической высоты всасывания (Hвак) при постоянных значениях подачи и числа оборотов (рис 1.38).  МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ При кавитационных испытаниях насоса производится снятие кавитационных характеристик, которые представляют зависимости напора Н и мощности на валу Nвот давления при входе в насос Р1 при постоянной подаче Q и числе оборотов n.  Для этого после пуска насоса с помощью проходного крана 5 устанавливают режим, отвечающий определенному перепаду давлений в дифманометре диафрагмы. Кран 13 открыт и бак сообщается с атмосферой. По приборам производят одновременные замеры: 1. Перепад давления в диафрагме h0 ,мм рт.ст. 2. Давление в нагнетательном трубопроводе Р2, кг/см2 3. Разрежение во всасывающем трубопроводе Р1, кг/ом2 4. Показания ваттметра 5. Число оборотов вала насоса n, об/мин 6. Температура воды в герметичном баке t °С. 7. Барометрическое давление Ра, мм.рт.ст. Запись показаний по термометру и барометру производят один раз до и после испытаний. Результаты заносят в протокол испытаний. Далее бак отключают от атмосферы при помощи крана 13, отключают вакуум-насос 11 и в системе создается необходимое разрежение посредством кратковременного открытия вентиля 12 сообщавшего бак с вакуум-насосом. После этого вентиль 12 закрывают и записывают показания приборов. Затем вентиль 12 снова кратковременно открывают и закрывают, устанавливают новое значение вакуума и снова записывают показания приборов. Подобным образом испытания проводят 5-6 раз, получая последовательно показания вакуумметра. Вблизи кавитационного режима при кавитации, которую можно обнаружить по появлению шума и резкому падению напора и точности - интервал замеров следует уменьшить. Четкость результатов испытаний зависит от соблюдений условий постоянства числа оборотов насоса на всем протяжении испытаний. Для этого величины H, N, Q, P1 и P2 приводят к постоянному числу оборотов n=const по формулам подобия:  где значок "штрих" относятся к постоянному числу оборотов. После обработки данных эксперимента строят график зависимости напора Н, мощности N, подачи Q от давления при входе в насос Р1. На графике вертикальной линией отмечают величину критического давления Р1кр. По критическому давлению Р1кр определяют максимальное динамическое падение давления в допустимую приведенную высоту всасывания. |