Шпоры(Процессы и аппараты) - 2. 27. Напор насоса

• Название: 27. Напор насоса
• Анкор: Шпоры(Процессы и аппараты) - 2.docx
• Дата: 27.12.2017
• Размер: 282.04 Kb.
• Имя файла: Шпоры(Процессы и аппараты) - 2.docx
• Тип: Документы; #13240
• страница: 1 из 3

27.Напор насоса. Рассмотрим схему насосной установки, представленной на рис.1. Введем обозначения: р1— давление в емкости 1, из которой насосом 2 засасывается жидкость (назовем ее условно приемной емкостью); р2— давление-в напорной емкости 2;рвс — давление во всасывающем патрубке насоса; рк— давление в напорном патрубке насоса; Hвс — высота всасывания; Hн — высота нагнетания; Нг— геометрическая'высота подачи жидкости; Н— расстояние по вертикали между уровнями установки манометра Ми вакуумметра В. 1 - приемная емкость; 2 - насос; 3 - напорная емкость; М- манометр; В- вакуумметр. Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 1'-1' при всасывании: p1/ρg + w21/2g = Hвс + w2вс/2g + pвс/ρg + hп.вс Для сечений 1'-1' и 2-2 при нагнетании: pн/ρg + w2н/2g = Hвс + w22/2g + p2/ρg + hп.н. Полный напор насоса пропорционален разности давлений в нагнетательном и всасывающием патрубках: H = (pн - pвс)/ρg H = (p1- p2)/ρg + (w2вс – w2н)/2g + Hн + Hвс + hп.н. + hп.вс Hн + Hвс = Hг и hп.н. + hп.вс = hп – общее сопр-е трубопровода H = Hг + (p2 – p1)/ρg + hп т.е. напор насоса равен сумме трех слагаемых высоты подъема жидкости в насосе, разности пьезометрических напоров и разности динамических напоров в нагнетательном и всасывающем патрубках насоса. При перекачивании по горизонтальному трубопроводу Hг=0. pн = pм + pа + ρgh; pвс = pа + pв 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.	28. Высота всасывания. Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности давлений в приемной емкости р1 и на входе в насос рвс или под действием разности напоров p1/ρg - рвс/ρg Высота всасывания может, определена сл. образом: Hвс = р1/ρg – (рвс/ρg + (w2вс - w21)/2g + hп.вс) Принимая во внимание, что практически скорость w1≈0: Hвс = р1/ρg – (рвс/ρg + w2вс/2g + hп.вс) т.е. высота всасывания насоса увеличивается с возрастанием давления р1 в приемной емкости и уменьшается с увеличением давления рвс, скорости жидкости wвс и потерь напора hп.вс во всасывающем трубопроводе. Если жидкость перекачивается из открытой емкости, то Hвс ≤ р1/ρg – (рвс/ρg + w2вс/2g + hп.вс) Из ур-я следует, что высота всасывания зависит от атмосферного давления, ск-ти дв-я и плотности перекачиваемой жид-ти, ее тем-ры (и соот-но - давления ее паров) и гидравлического сопр-я всасывающего трубопровода. При расчете высоты всасывания поршневых насосов надо учитывать потери напора на преодоление сил инерции во всасывающем трубопроводе. Эти потери обусловлены неравномерностью подачи поршневого насоса. Кавитация возникает при высоких скоростях вращения рабочих колес центробежных насосов и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит" интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью 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 снижаются. hи = 6/5 * l/g * f/f1 * u2/r – потери напора на преодоление сил инерции. l – высота столба жид-ти в трубопроводе; f,f1 – площадь сечения поршня и трубопровода; u, r – окружная ск-ть вращ-я и радиус кривошипа hк = 0.019(Qn2)2/3/H; Q – произв-ть насоса; n – ск-ть вращ-я вала насоса; Н – напор насоса.	29. Центробежные насосы. Принцип действия и типы насосов. Законы пропорциональности. В центробежных насосах всасывание и нагнетание, жидкости происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенного в спиралеобразном корпусе. В одноступенчатом центробежном насосе жидкость из всасывающего трубопровода поступает вдоль оси рабочего колеса 2 в корпус 3 насоса, и, попадая на лопатки 4, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения, равного скорости в нагнетательном трубопроводе 5. При этом, как следует из уравнения Бернулли, происходит преобразование кинетической энергии потока жидкости в статический напор, что обеспечивает повышение давления жидкости. На входе в колесо создается пониженное давление, и жидкость из приемной емкости непрерывно поступает в насос. Давление, развиваемое центробежным насосом, зависит от скорости вращения рабочего колеса. Перед пуском центробежный насос заливают/перекачиваемой жидкостью. Чтобы жидкость не выливалась из насоса и всасывающего трубопровода при заливке насоса или при кратковременных остановках его, на конце всасывающей трубы, погруженном в жидкость, устанавливают обратный клапан, снабженный сеткой. Напор одноступенчатых центробежных насосов (с одним рабочим колесом) ограничен и не превышает 50 м. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, имеющие несколько рабочих колес в общем корпусе 2, расположенных последовательно на одном валу 3. Жидкость, выходящая из первого колеса, поступает по специальному отводному каналу 4 в корпусе насоса во второе колесо (где ей сообщается дополнительная энергия), из второго колеса через отводной канал в третье колесо и т. д. Таким образом, ориентировочно (без учета потерь) можно считать, что напор многоступенчатого насоса 'равен напору одного колеса, умноженному на число колес. Число рабочих колес в многоступенчатом насосе обычно не превышает пяти. Основное уравнение центробежных машин Эйлера. В каналах между лопатками рабочего колеса жидкость, двигаясь вдоль лопаток, одновременно совершает вращательное движение вместе с колесом. Определим полный напор, развиваемый рабочим колесом при перекачивании идеальной жидкости (используем ур-е Бернулли): р1/ρg + w21/2g = р2/ρg + w22/2g; При вращении колеса жид-ть приобретает доп. энергию А: р1/ρg + w21/2g = р2/ρg + w22/2g – А; С = G/g * w2r – ц\б сила. АG = G/g * w2 (r22 - r21); H1 = р1/ρg + c21/2g – напор на входе в колесо H2 = р2/ρg + c22/2g – напор на выходе из колеса Теоретический напор: Нт = (u2c2cosα2 – u1c1cosα1)/g – осн. ур-е ц\б машин. Действительный напор: < теор. напора (т.к часть энергии расх-ся на преодоление гидравл-х сопр-й): Н = Нт ηг ε ,где ηг – гидравл. кпд насоса; ε – коэф., учит. число лопаток. Производительность Q соотв-т расходу жид-ти ч\з каналы шириной b1 и b2 м\у лопатками рабочего колеса: Q = b1(πD2 - δz1)c1r = b2(πD2 - δz2)c2r ,где δ – толщина лопаток; z - их число; c1r c2r – радиальные составляющие скоростей на входе и выходе в колесо. Законы пропорциональности. Производительность и напор центробежного насоса зависят от числа оборотов рабочего колеса. Производительность насоса прямо пропорциональна радиальной составляющей абсолютной скорости на выходе из колеса. Если изменить число оборотов насоса от п1до п2, что вызовет изменение производительности от Q 1 до Q 2, то, при условии сохранения подобия траекторий движения частиц жидкости, параллелограммы скоростей в любых сходственных точках потоков будут геометрически подобны. Соответственно Q1/ Q2 = n1/ n2 Напор центробежного насоса пропорционален квадрату окружной скорости, т. е. Н1/ Н2 = (n1/ n2)2 Мощность, потребляемая насосом, пропорциональна произведению производительности Qнасоса на его напор Н: N1/ N2 = (n1/ n2)3	30. Характеристики насосов. Графические зависимости напора H, мощности на валу Nеи к. п. д. насоса ηн от его производительности Q при постоянном числе оборотов п называются характеристиками насос. Эти зависимости получают при испытаниях центробежных насосов, изменяя степень открытия задвижки на нагнетательной линии; они приводятся в каталогах на насосы. Н Nе ηн Из рис. следует, что с увеличением производительности при п = constнапор насоса уменьшается, потребляемая мощность возрастает, а к. п, д. проходит через максимум. Насос потребляет наименьшую мощность при закрытой напорной задвижке. Снимая характеристики насоса при различных числах оборотов насоса (п1, п2 . . .), получают ряд зависимостей H - Q . Линия р—р соответствует максимальным значениям к. п. д. при данных числах оборотов рабочего колеса. Полученные таким путем графические зависимости между напором, к. п. д. и производительностью насоса при различных числах оборотов колеса называют универсальными характеристиками. Пользуясь универсальной характеристикой, можно установить пределы работы насоса (соответствующие максимальному значению к. п. д. ) и выбрать наиболее благоприятный режим его работы.	31. Работа насосов на сеть. При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т. е. трубопровода и аппаратов, через которые перекачивается жидкость. Характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости Qи напором H, необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Напор H может быть определен как сумма геометрической высоты подачи H г и потерь напора Ни: hп = kQ2 Тогда характеристика сети выразится зависимостью: H = HГ + kQ2 Точка А пересечения этих характеристик называется рабочей точкой; она отвечает наибольшей производительности насоса Q1 при его работе на данную сеть. Если требуется более высокая производительность, то необходимо либо увеличить число оборотов электродвигателя, либо заменить .данный насос на насос большей производительности. Увеличение производительности может быть достигнуто также путем уменьшения гидравлического сопротивления сети hп. В этом случае рабочая точка переместится по характеристике насоса вправо. Насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка соответствовала требуемым производительности и напору в области наибольших к. п. д.
32.Совместная работа насосов. При параллельном соединении общую характеристику насосов получают сложением абсцисс характеристик каждого из насосов для данного напора. На рис. показана характеристика двух одинаковых насосов, работающих параллельно. Совмещение характеристики сети с общей характеристикой насосов показывает, что рабочая точка В в этом случае соответствует производительности Q2 большей, чем производительность одного насоса Q1 (точка А). Однако общая производительность всегда будет меньше суммы произволительностей насосов, работающих отдельно друг от друга, что связано с параболической формой характеристики сети. Чем круче эта характеристика, тем меньше приращение производительности. Поэтому параллельное включение насосов используют для увеличения производительности насосной установки, когда характеристика сети является достаточно пологой. Увеличение напора при этом незначительно. При последовательном соединении насосов общую характеристику получают сложением напоров насосов для каждого значения производительности. а — параллельное соединение; б – последовательное соединение. На рис.представлена общая характеристика двух одинаковых насосов, соединенных последовательно. Точка пересечения этой характеристики с характеристикой сети (рабочая точка В) соответствует суммарным напору и производительности (H2 и Q2) последовательно соединенных насосов, работающих на данную сеть. При таком соединении насосов удается значительно увеличить напор, если характеристика сети является достаточно крутой.	33. Поршневые насосы. Принцип действия и типы насосов. В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости, происходят при возвратно-поступательном движении поршня / в цилиндре 2 насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой 3 цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений в приемной емкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 4, Нагнетательный клапан 5 при ходе поршня вправо закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается клапан 4 иоткрывается клапан 5. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную емкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом простого действия происходит неравномерно: всасывание — при движении поршня слева направо, нагнетание —- при обратном направлении движения поршня. В данном случае за два хода поршня жидкость один раз всасывается и один раз нагнетается. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизме 6, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня. По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые и плунжерные (скальчатые) насосы. В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень /, снабженный уплотнительными кольцами 7, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Плунжер, или скалка, не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня значительно большим отношением длины к диаметру. Плунжерный горизонтальный н-с простого действия, в котором роль поршня играет плунжер 1, двигающийся возвратно-поступательно в цилиндре 2; плунжер уплотняется при помощи сальника 3. Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра, как поршневые, а не плотности легко устраняются подтягиванием или заменой набивки сальника без демонтажа насоса. В связи с тем что для плунжерных насосов нет необходимости в тщательной пригонке поршня и цилиндра, их применяют для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей, а также для создания более высоких давлений. В химической промышленности плунжерные насосы более распространены, чем поршневые. Более равномерной подачей, чем насосы простого действия, обладают поршневые и плунжерные насосы двойного действия. Горизонтальный плунжерный насос двойного действия можно рассматривать как совокупность двух насосов простого действия. Он имеет четыре клапана — два всасывающих и два нагнетательных. При ходе плунжера 1 вправо жидкость всасывается в левую часть цилиндра 2 через всасывающий клапан 3 и одновременно через нагнетательный клапан 6 поступает из правой части цилиндра в напорный трубопровод; при обратном ходе поршня всасывание происходит в правой части цилиндра через всасывающий клапан 4, а нагнетание — в левой части цилиндра через клапан 5. Таким образом, в насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня/ вследствие чего производительность насосов этого типа больше и подача равномернее, чем у насосов простого действия. Еще более равномерной является подача насоса тройного действия, или триплекс-насоса. Триплекс-насосы представляют собой строенные насосы простого действия, кривошипы которых расположены под углом 120° друг относительно друга. Общая подача триплекс-насоса складывается из подач насосов простого действия, при этом за один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается. По роду привода поршневые насосы делятся на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины). Прямодействующие паровые насосы имеют привод непосредственно от паровой машины, поршень которой находится на одном штоке с поршнем насоса. Насосы этого типа используют главным образом на установках', где по условиям безопасности применение насосов с электрическим приводом .недопустимо (огне- и взрывоопасные производства), а также при наличии дешевого отбросного пара (подача воды в паровые котлы и т. п.).	34.Производительность,характеристики, неравномерность подачи, индикаторная диаграмма поршневых насосов. Производительность. В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объем, освобождаемый поршнем. В период нагнетания этот объем жидкости вытесняется поршнем в нагнетательный трубопровод. QT = FSn – теоретическая производительность. Q = QT η V – действительная производительность Характеристика насосов. Зависимость между напором Н и производительностью Qпоршневого насоса изображается вертикальной прямой. Характеристика показывает, что производительность поршневого насоса есть величина постоянная, не зависящая от напора. Практически, вследствие увеличения утечек жидкости через неплотности, возрастающих с повышением давления, реальная характеристика не совпадает с теоретической. С увеличением давления действительная производительность поршневого насоса несколько уменьшается. Неравномерность подачи. Скорость поршня, приводимого в движение кривошипно-шатунным механизмом, не является постоянной. Она изменяется от нуля (в левом и правом крайних положениях) до некоторого максимального значения (при среднем положении поршня). Как следует из теории кривошипно-шатунного механизма, поступательная скорость движения поршня изменяется пропорционально синусу угла поворота кривошипа а. Жидкость следует за поршнем безотрывно, поэтому подача насоса простого действия будет изменяться в соответствии с законом движения поршня. Насосы двойного и тройного действия (триплекс-насосы) отличаются более равномерной подачей, представляющей собой сумму подач двух или трех насосов простого действия, у которых периоды нагнетания и всасывания сдвинуты во времени. Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения гидравлических ударов (например, при быстром закрытии вентиля на напорном трубопроводе) поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками, которые устанавливают на входе жидкости в насос и выходе ее из насоса. При ускорении движения поршня, т. е. когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух, находящийся в последнем, сжимается. Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней. При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объем гораздо больше объема поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном (или всасывающем) трубопроводе становится близким к равномерному. Индикаторная диаграмма. Эта диаграмма показывает зависимость абсолютного давления в цилиндре поршневого насоса от пути, пройденного поршнем, или объема, описываемого поршнем. Она вычерчивается специальным прибором — индикатором, устанавливаемым на цилиндре работающего насоса. Упрощенная индикаторная диаграмма поршневого насоса простого действия. Линия аb соответствует процессу всасывания. Давление в цилиндре в этот период р0 меньше атмосферного ра. Под действием разности давлений ра — р0 всасывающий клапан поддерживается в открытом состоянии. Точка Ь отвечает правому крайнему положению поршня. В этот момент всасывающий клапан закрывается, поршень начинает двигаться влево и давление в цилиндре резко возрастает (линия bс) до рн, при котором открывается нагнетательный клапан (точка с). Подача жидкости в напорный трубопровод происходит при постоянном давлении рн. Точка b соответствует левому крайнему положению поршня, после которого поршень начинает двигаться вправо. Нагнетательный клапан закрывается, давление в цилиндре резко падает до значения р0, при котором происходит открытие всасывающего клапана (точка а). В моменты открытия клапанов (точки а и с) возникают некоторые колебания давления, вызванные инерцией клапанов	35. Неоднородные системы и методы их разделения. Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или неск. фаз. Любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды, или сплошной (внешней) фазы, в которой распределены частицы дисперсной фазы. В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы. Суспензии — неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц (в мкм) суспензии условно подразделяют на грубые (более 100), тонкие (0,5—100) и мути (0,1—0,5). Эмульсии — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Размер частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, однако при незначительных размерах капель (менее 0,4—0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми и не расслаиваются в течение длительного времени. С увеличением концентрации дисперсной фазы появляется возможность обращения (инверсии) фаз. В результате слияния (коалесиенции) капель дисперсная фаза становится сплошной; в ней оказываются взвешенными частицы фазы, бывшей до этого внешней. Физические свойства (плотность, вязкость) суспензий и эмульсий определяются объемным соотношением фаз, составляющих систему, и их физическими свойствами. Средняя плотность суспензий и эмульсин: ρсм = ρдφ + ρс(1-φ) Вязкость суспензии μсм (н-сек/м2) зависит от концентрации твердой фазы, но не зав-ит от размера твердых частиц. μсм = μс(1 + 2,5 φ) – при объёмной конц-и тв. фазы менее 10 % μсм = μс(1 + 4,5 φ) - при объёмной конц-и тв. фазы более 10 % Пены — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Эти газо-жидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям. Пыли и дымы — системы, состоящие из газа и распределенных, в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов и др.). Дымы получаются в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли. В химической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газовых неоднородных систем. Выбор метода их разделения обусловливается, главным образом, размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсной и сплошной фаз, а также вязкостью сплошной фазы. Применяют следующие основные методы разделения: 1) осаждение, 2) фильтрование, 3) центрифугирование, 4) мокрое разделение. Эти методы лежат в основе гидромеханических процессов разделения неоднородных систем. Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. В основном отстаивание применяется для предварительного, грубого разделения неоднородных систем. фильтрование — процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения. Центрифугирование — процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием этих сил осаждение сочетается с уплотнением образующегося осадка, а фильтрование - с уплотнением и механич. сушкой осадка. Мокрое разделение — процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий. При обработке суспензий мокрое разделение используют в комбинации с другими способами разделения (промывка осадков в процессах отстаивания и фильтрования).	36.Материальный баланс процесса разделения. Пусть разделению подлежит система, состоящая из вещества а (сплошной фазы) и взвешенных частиц вещества b (дисперсной фазы). Введем обозначения: Gсм, Gосв, Gос — масса исходной смеси, осветленной жидкости и получаемого осадка, кг хсм> хосв> хос - содержание вещества b в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, массовые доли. При отсутствии потерь вещества в процессе разделения уравнения материального баланса имеют вид: по общему количеству веществ Gсм = Gосв + Gос, по дисперсной фазе (веществу b): Gсм хсм = Gосв хосв + Gос хос Gосв = Gсм(хос - хсм)/( хос - хосв); Gос = Gсм(хсм - хосв)/( хос - хосв); Содержание взвешенных частиц в осветленной жидкости и в осадке выбирается в зависимости от конкретных технологических условий процесса разделения. При этом содержание вещества в осветленной жидкости обычно ограничивается некоторым нижним пределом