Основные определения, применяющиеся в теории насосов

Основными техническими показателями, характеризующими работу лопастного насоса, являются:

1. напор, развиваемый насосом;

2. подача (производительность) насоса:

3. мощность на валу насоса;

4. к. п. д. насоса;

5. число оборотов насоса и.

6. допустимая высота всасывания, подпор, необходимый для бескавитационной работы насоса.

Напор (или полный напор) насоса H, выражаемый в метрах столба подаваемой жидкости, рассчитывается следующим образом:

где М₀ и V₀ – приведенные к оси насоса показания манометра и вакуумметра в метрах столба подаваемой жидкости;

v_н и v_в – скорости жидкости в м/сек вместах присоединения трубок манометра и вакуумметра.

При расположении манометра и вакуумметра, как показано на рис. 2

где М и V – наблюдаемые показания манометра и вакуумметра, выраженные в метрах столба подаваемой жидкости;

при определении М и V – трубка, присоединяющая вакуумметр, должна быть заполнена воздухом, а трубка, присоединяющая манометр, — жидкостью, подаваемой насосом.

В случае работы насоса с подпором (при наличии давления в емкости с жидкостью см. рис. 3) напор подсчитывается таким образом:

где и – приведенные к оси насоса показания манометров на напорном и на входном (всасывающем) патрубках насоса.

Рис. 3. Схема установки насоса с закрытыми резервуарами (уровни находятся под давлением выше атмосферного)

По зависимостям или напор насоса Н определяется для действующей насосной установки.

Напор насоса Н для вновь проектируемой установки (выражаемый в метрах столба жидкости, для подачи которой установка проектируется) подсчитывается по формуле:

где Н_г — геометрический (геодезический) напор — расстояние по вертикали от нижнего до верхнего уровня при условии, что уровни находятся под атмосферным давлением;

– сумма потерь напора на трение и на местные сопротивления в напорном и в подводящем (всасывающем) трубопроводах. Напор насоса Н должен быть равен напору установки Н_уст или несколько больше его на случай возможной перегрузки насоса.

Подача (производительность) насоса Q представляет собой объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени, и выражается в л/с, в м³/с, в м³/ч или в тыс. м³/ч.

Мощность на валу насоса N_H, или, что то же самое, мощность, отдаваемая насосу ведущим двигателем при непосредственном соединении, выражается в киловаттах и подсчитывается следующим образом:

, (4)

где – объемная производительность (подача) насоса, м³/с;

– плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения – 9, 81 м/с²;

Н – полный напор, развиваемый насосом, в метрах столба перекачиваемой жидкости;

h – общий к. п. д. насосной установки.

Общий к.п.д. насосной установки представляет собой произведение к. п. д. насоса , к. п. д. передачи и к. п. д. двигателя :

,

Число оборотов насоса в минуту п должно быть постоянным, так как от него зависят величины напора, подачи и мощности насоса. Расчетное число оборотов насоса, или, что то же самое, его максимальное число оборотов, не может быть увеличено без согласования с заводом-изготовителем.

Допускается работа насоса с пониженным числом оборотов. При этом величины Q и Н, соответствующие расчетному числу оборотов п, при пониженном числе оборотов п₁ уменьшатся до величины Q₁ и Н₁ таким образом, что

Так как к. п. д. насоса почти не изменится, то

Вакуумметрическая высота всасывания выражается в метрах столба подаваемой жидкости, считая по показанию вакуумметра, отнесенному к оси насоса, и подсчитывается по следующему выражению:

где h_в – расстояние в метрах по вертикали от нижнего уровня (см. рис. 2) до места присоединения к насосу трубки вакуумметра;

h_m.в – сумма потерь напора в подводящем (всасывающем) трубопроводе на трение и местные сопротивления, выраженная в м;

v_в – скорость в м/сек в месте присоединения трубки вакуумметра;

h₂ – расстояние по вертикали от точки присоединения трубки вакуумметра до оси насоса.

При подаче насосом жидкости из закрытых резервуаров, где она находится под давлением собственных паров, насосы должны работать с подпором (рис. 3) Н_n, (например, конденсатные и питательные насосы).

Высота всасывания соответствует определенной подаче Q насоса и определенному числу оборотов п в минуту и должна быть меньше или равна V_o по выражению.

Если насос будет работать при другом числе оборотов n₁ в минуту, то новая высота всасывания подсчитывается по выражению

и отвечает новой подаче .

Если насос предназначен для подачи жидкости при определенном давлении ее паров или будет установлен в местности, где атмосферное давление отличается от нормального, необходимо вводить поправки к указанным в каталоге величинам для выбранного насоса.

где – допустимая вакуумметрическая высота всасывания в м вод. ст. по каталогу или полученная по зависимости (6);

Н_б – барометрическое давление в местности, где устанавливается насос, выраженное в метрах столба подаваемой жидкости при ее температуре;

h_n.ж – давление насыщенных паров подаваемой жидкости, выраженное в метрах столба этой жидкости при ее температуре. Зависимость давления атмосферы от высоты над уровнем моря показана на рис. 8 в метрах столба холодной воды.

Для жидкости с другой плотностью барометрическое давление, выраженное в метрах столба этой жидкости, определяется по зависимости

где ρ – плотность перекачиваемой жидкости при ее температуре.

Технические данные насоса зависят от физических и химических свойств подаваемой им жидкости. Так, на допустимую высоту всасывания насоса влияют плотность жидкости и ее температура, а также давление насыщенных паров жидкости.

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры показана на рис. 4 в м вод. ст. при соответствующей температуре.

Плотность жидкости не влияет на Q и Н. Характеристика Н – Q насоса, в которой Н выражено в м ст. жидкости, a Q в м³/с, действительна для любой жидкости. Мощность на валу насоса прямо пропорциональна плотности жидкости.

Вязкость жидкости и содержание в ней абразивных примесей влияют на развиваемый насосом напор, подачу, к. п. д. и высоту всасывания. Поэтому применение указанных в приложениях К и Л насосов для подачи жидкостей вязких и содержащих абразивные примеси возможно лишь по согласованию с заводом-изготовителем.

Поле Q — Н перекрываемое одним насосом. (см. приложения К и Л) Расширение области применения насоса при постоянном числе оборотов достигается:

1. для центробежных насосов всех типов – смещением рабочего режима по кривой Н — Q и обточкой рабочего колеса по выходному диаметру и дополнительно для секционных центробежных насосов – изменением числа ступеней и формы каналов лопаточного отвода (направляющего аппарата);

2. для осевых (пропеллерных) насосов – смещением рабочего режима по кривой Н — Q и изменением угла установки лопастей рабочего колеса.

Границы области применения, то есть поля Н — Q насоса, устанавливает завод-изготовитель.

На рабочих характеристиках границы рекомендуемой (по подаче и напору) области применения насосов отмечены волнистыми линиями. Сплошные кривые Н — Q относятся к рабочему колесу с нормальным выходным диаметром, пунктирные — к колесу, обточенному по выходному диаметру. Диаметры тех и других колес указаны на характеристике.

Величины высот всасывания, указанные на характеристиках насосов и в таблицах технических данных, действительны при подаче насосами воды с температурой до 20 °С и при нормальном атмосферном давлении — 10 м вод. ст. (735, 5 мм рт. ст.). При подаче насосом воды или иной жидкости с более высокой температурой и при ином атмосферном давлении высоту всасывания или величину подпора следует определять, руководствуясь формулами и.

Принимая во внимание возможные при работе колебания подачи насоса, рекомендуется уменьшать указанные в соответствующих таблицах и на характеристиках значения высот всасывания на 0, 5—1, 5 м.

В случае работы насоса при переменном геометрическом напоре Н_г, когда подача насоса может уменьшаться и увеличиваться, насос необходимо устанавливать так, чтобы или высота всасывания была не больше или подпор не меньше их величин, соответствующих наибольшей подаче насоса, возможной в данной установке.