Курсовая насосное оборудование. курсовая переделаная. 1 Теоретическая часть 1 Основные характеристики насосного оборудования
 Скачать 349.02 Kb.
|
Приложение 6 Введение Насосным агрегатом называют агрегат, состоящий из соединенных между собой насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя. Виды насосных агрегатов можно классифицировать: По роду привода: электронасосный агрегат. В котором приводящим двигателем является электродвигатель; турбонасосный агрегат, в котором приводящим двигателям является гидро- или пневмо – турбина; дизель- насосный агрегат, в котором приводящим двигателям является дизель; мотонасосный агрегат, в котором приводящем двигателям является карбюраторный двигатель; гидроприводные насосный агрегат, в котором приводящим двигателям является гидродвигатель; пневмоприводный насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является пневмодвигатель. По конструктивному объединению насоса с приводом: электронасос - насосный агрегат, с приводом от электродвигателя, узлы которого входят в конструкцию насоса; турбонасос – насосный агрегат, с приводом от турбины, узлы которой входят в конструкцию насоса; паровой насос – насосный агрегат с приводом от парового цилиндра, распределительные устройство которого входит в конструкцию насоса; гидроприводной насос – насосный агрегат с приводом от гидроцилиндра, расположенное устройство которого входит в конструкцию насоса; пневмонасос – насосный агрегат с приводом пневмо – цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса. В системах водоснабжения, водоотведения, отопления и других для привода насоса обычно используют электродвигатели. Таким образом, электронасосный агрегат является наиболее распространенным элементом гидравлических установок. Цель работы представить расщет и выбор асинхронного двигателя в электроприводе насоса. Основные характеристики насосного оборудования Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение.Насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой – либо замкнутой системе. Насосы применяются для различных целей, начиная от водоснабжения населения и предприятий и кончая подачей топлива в двигателях ракеты. Насосы применяют в гидропередачах, назначения которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости двигателя последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу. По принципу действия различают насосы следующих типов (приложение 1): В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается с входом в насос и выходом из него. В лопастных насосах энергия передается жидкости при обтекании лопастей вращающего рабочего колеса насоса. В центробежных насосах давления создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес. Жидкость движется от центра колеса к периферии. В осевых насосах жидкость движется в направлении оси колеса при вращении в ней устройства типа гребного винта.В насосах трения жидкости перемещается под воздействием сил трения. В вихревых насосах в энергию давления трансформируются энергия вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса. В структурных насосах перемещение жидкости производится движущейся струей воздуха, пара или воды. В объемных насосах разность давлений возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно – поступательно или вращающимися. К машинам этого типа относятся поршневые и ротационные (шестеренчатые, пластинчатые и винтовые) насосы. В поршневых, плунжерных, диафрагмовых насосах жидкость вытесняется телом, движущимся возвратно-поступательно. В шестеренных, пластинчатых, винтовых насосах жидкость вытесняется телом, совершающим вращательные движения. Производительность. Производительность или подача, Q,(м/сек) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Напор Н (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, на какую величину возрастает удельная энергия жидкости при прохождении ее через насос, и определяется с помощью уравнения Бернулли. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом. Мощность насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от двигателя за единицу времени. Мощность можно определять из следующих соображений. Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве Н, за единицу времени через насос протекает жидкость весом pgQ. Следовательно, энергия, приобретенная за единицу времени жидкость, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:Мощность насоса на валу N больше полезной мощности Nn на величину потерь в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного действия насоса.Величина механических потерь (потери на трение в подшипниках, в уплотнениях, трение поверхности рабочих колес о жидкость) оценивается механическим КПД змех, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности к мощности, потребляемой насосом.Объемные потери (потери энергии жидкости из – за разницы давлений на выходе и выходе рабочего колеса, потери производительности при утечке жидкости через зазора насоса) оценивает объемным КПД зv, равным отношению действительной производительности насоса Q к теоретической Qт. Гидравлические потери (потери на преодоление гидравлического сопротивления подвода, рабочего колеса и отвода, потери напора) оцениваются гидравлическим КПД зг, который равен отношению действительного напора насоса к теоретическому. Тогда КПД насоса равен: зн= змех зv зг Коэффициент полезного действия насоса характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса и отражает относительные потери мощности в самом насосе. Для центробежных насосов КПД насоса зн – 0,6-0,7, для поршневых насосов – 0,8-0,9, для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности – 0,93 – 0,95. Номинальная мощность двигателя больше мощности на валу вследствие механических потерь в передаче от электродвигателя к насосу и в самом электродвигателе: Nдв = N/ зпер здв= Nn/ зн зпер здв где зпер – КПД передачи, здв - КПД двигателя зн зпер здв – полный КПД насосной установки з, т.е. Полный КПД характеризует полные потери мощности насосной установкой. Установочная мощность двигателя Nуст рассчитывается по величине Nдв с учетом возможных перегрузок в момент пуска насоса: где в – коэффициент запаса мощности Напор насоса. Высота всасывания. Кавитация. Насосные установки и ее характеристика. На рисунке (приложение 1) изображена схема насосной установки. К насосу 7, приводимому от электродвигателя 6, жидкость поступает из приемного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 12. Насос нагнетает жидкость в напорные резервуар 2 по напорному трубопроводу 3. На напорном трубопроводе имеется регулирующая задвижка 8, при помощи которой изменяется подача насоса. Иногда на напорном трубопроводе устанавливают обратный клапан 10, автоматически перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующей благодаря этому возникновению обратного тока жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на подводящем трубопроводе устанавливают монтажную задвижку 11, которую перекрывают при остановке или ремонте насоса. В начале подводящего трубопровода часто предусматривают приемную сетку 13, предохраняющую насос от попадания твердых тел, и пятовой клапан 14, дающий возможность залить насос и подводящий трубопровод жидкостью перед пуском. Работа насоса контролируется по расходомеру 4, который измеряет подачу насоса, по манометру 5 и вакуумметру или манометру 9, дающим возможность определить напор насоса. Назовем уровни свободной поверхности жидкости в приемном и напорном резервуаре приемным и напорным уровнями; разность Nг высот напорного и приемного уровней – геометрическим напором насосной установки.Для того чтобы перемещать жидкость по трубопроводам установки из приемного резервуара в напорный, необходимо затрачивать энергию на подъем жидкости на высоту Nг, на преодоление разности давлений р″- р′ в резервуарах и на преодоление суммарных гидравлических потерь Уhп всасывающего и напорного трубопроводов. Таким образом, энергия, необходимая для перемещения единицы веса жидкости из приемного резервуара и напорный по трубопроводам установки, или потребный напор установки: Напор насоса затрачивается на подъем жидкости на полную геометрическую высоту преодоление разности давлений в напорной и приемной емкостях и гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Характеристикой насосной установки называется зависимость потребного напора от расхода жидкости. Геометрический напор Нг, давления р″и р′ и, следовательно, статический напор Нст от расхода не зависят. При турбулентном режиме гидравлические потери пропорциональны расходу во второй степени: Σhn = kQ3, где к – сопротивление трубопроводов насосной установки. В (приложение 3) изображена характеристика насосной установки, слева – схема установки. Уровни, на которых размещены элементы установки, на схеме вычерчены в масштабе оси напоров графика. Уровень в приемном резервуаре совмещен с осью абсцисс. Так как статический напор установки от подачи насоса не зависит, характеристика насосной установки представляет суммарную характеристику . Напор действующего насоса может быть определен, как сумма показаний манометра и вакуумметра (выраженных в м столба перекачиваемой жидкости) и расстояния по вертикали между точками расположения этих приборов. Если давления в приемной и напорной и напорной емкостях одинаковы (р″= р′), то уравнение напора примет вид: Н = Нr + hп При перекачивании жидкости по горизонтальному трубопроводу (Нr=0): Н=(р″= р′)/сg+hп В случае равенства давлений в приемной и напорной емкостях для горизонтального трубопровода (р″= р′ и Нr=0) напор насоса Н= hп Высота всасывания Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности Нвс=  - Давление в приемной емкости и давлением на входе в насос или под действием разности напоров. Высота всасывания насоса увеличивается с увеличением давления рвс, скорости жидкости 𝜔вс и потерь напора hпвс во всасывающем трубопроводе. Если жидкость перекачивается из открытой емкости, то давление р0 равно атмосферному ра. давление на входе в насос Рвс должно быть больше давления Рt насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания (Рвс > Рt), т.к в противном случае жидкость в насосном случае жидкости в насосе начнет кипеть. При этом в результате интенсивного выделения из жидкости паров и растворенных в ней газов возможен разрыв потока и уменьшение высоты всасывания до нуля. Следовательно, т.е. высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, ее температуры (и соответственно – давления ее паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. При перекачивании из открытых резервуаров высота всасывания не может быть больше высоты столба перекачиваемой жидкости, соответствующего атмосферному давлению, величина которого зависит от высоты места установки насоса над уровнем моря. При перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приемной емкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасывания, или создают избыточное давление в приемной емкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости. Практически высота всасывания насосов при перекачивании воды не превышает следующих значений: Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия. Нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром и выделением из жидкости газом, называется кавитацией. Кавитация возникает в области пониженного давления, где возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и образующие полости – каверны заполняются парами жидкости и выделившимся из нее растворным газом. Попадая в область высоких давлений паровые пузырьки (каверны) «захлопываются». Захлопывание каверн вызывает местный гидравлический удар, который может привести к разрушению (эрозии) стенок каналов. Действительно, давление в пузырьках остается постоянным и равным давлению упругости насыщенного пара, в то время как давление жидкости по каналу рабочего колеса повышается при течении жидкости от входа к выходу. Попадая в область высокого давления, пузыри схлопываются под действием высокого давления. Это схлопывание сопровождается местным повышением давления в несколько тысяч атмосфер. Если оно происходит на поверхности лопаток или других элементах насоса, то с их поверхности выбиваются частицы материала, из которого они сделаны. Это явление называется эрозией. Этот процесс можно определить по потрескивающим звукам, которые усиливаются с увеличением кавитации. Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер каватации. В технических жидкостях всегда имеются ядра каватации. Они являются теми слабыми точками, в которых нарушается сплошности жидкости, и возникают кавитационные явления. Наиболее вероятно, ядра кавитации представляют собой нерастворенными газовые включения, в том числе в порах и трещинах, а также микрочастицы, взвешенные в жидкости. Если в жидкости присутствуют свободные или растворенные газовые включения, то кавитация будет протекать более интенсивно, с большим шумом и вибрациями. Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям: К срыву подачи, напора, мощности и КПД К эрозионному износу элементов насоса: рабочего колеса, вала. К звуковым явлениям: шуму, вибрации установки, а также к низкочастотным автоколебаниям давления в трубопроводах. В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости. Это озночает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давление внутри проточной части насоса (по сравнению с входным давлением Рвх) связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как при обтекании любого тела, образуется область пониженного давления Pmin. Как только давление станет ниже давления насыщенного пара, то образуется кавитация. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в областью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счет гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижается. Зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной частоте вращения называется кавитационной характеристикой. Такие характеристики снимается на специальных стендах (приложение 4). Уменьшение давления перед насосом Рвх достигается вакуумированием воздушной подушки в резервуаре. Во время испытаний насоса при постоянном значении расхода Qи постоянных числах оборотов определяют значения давлений на входе, при которых появляется кавитационные явления. По результатам испытаний строятся кавитационные характеристики (приложение 5). При давлении на входе равного Рначв насосе возникает кавитация, которая смазавается в появлении мелких пузырьков и шума от их схлопывания. Дальнейшее уменьшение давления от Рнач до Ркрич, несмотря на развитие каватоции (увеличивается количество и объем пузырьков), не приводит к изменению напора и КПД насоса, но при этом усиливаться эрозионные и колебательные явления. При давлении Ркрит, напор начинает снижаться (одновременно с напором КПД насоса). Это критический режим. При давлении на входе насоса равного Рсрв напор и расход резко падает. Это – срывной кавитационный режим. На кавитационной характеристике насоса можно выделить несколько областей: Режим начальной кавитации (или скрытая кавитация) насоса, когда Ркрит ˂Рвх˂Рнач, Кретический режим Рсрв ˂Рвх˂Ркр, при котором заметин излом напорной характеристики. При этом зона распространения кавитационных полостей в насосе невелика. Режим Рвх˂Рсрв, при котором наблюдается срыв всех основных параметров насоса. При этом вся прочная часть насоса практически занета паровой или газовой каверной. Для насосов длительного использования, например, для отопления или водоснабжения, важно избежать даже начальной стадии кавитации. В этом случае, давление в воде Рв должно быть больше давления Рнач. Это позволит избежать появления кавитационного шума и эрозионного износа элементов насоса. Для того чтобы избежать кавитации можно предпринять следующие шаги: Повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не изменяется. Использовать насосы, имеющими меньшие числа оборотов. Снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара. |