Классификация насосов

Насосы – это машины, служащие для сообщения напора и перемещения капельных (несжимаемых) жидкостей. По принципу действия наиболее часто встречающиеся в промышленности насосы можно разделить на четыре группы:

1. Лопастные насосы (центробежные, вихревые, осевые);

2. Насосы объемного типа (вытеснения) – поршневые и роторные;

3. Струйные насосы;

4. Пневматические насосы.

Лопастные насосы имеют рабочее колесо с лопатками. Энергия к жидкости передается при ее взаимодействии с лопатками вращающегося рабочего колеса под действием центробежных сил. Объем жидкости, проходящей через насос, непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него, поэтому насосы этой группы являются преимущественно низконапорными.

В объемных насосах жидкость вытесняется при периодическом изменении замкнутого объема в камере, заполненной этой жидкостью и сообщающейся со входом и выходом из насоса. Жидкость вытесняется из замкнутого объема телом, движущимся возвратно-поступательно (поршнем) или вращательно (зубом шестеренки). Насосы этой группы являются преимущественно высоконапорными.

Струйные насосы наиболее просты по конструкции (не имеют движущихся деталей), используют энергию вспомогательной (рабочей) жидкости и обладают низким КПД.

Пневматические насосы (эрлифт и монтежю) транспортируют жидкости, используя энергию сжатого газа. КПД их также невысок.

Элементы насосной установки

Принципиальная схема насосной установки может быть представлена следующим образом:

2. 1. Насос

4. 2. Всасывающая линия

6. 3. Вакуумметр

8. 4. Питательный бак

10. 5. Нагнетательная линия

12. 6. Манометр

7. Напорный бак

Линия - трубопровод с установленной на нем арматурой (вентили, клапаны и т.д.) Манометр служит для измерения избыточного давления в нагнетательной линии насоса, вакуумметр - для измерения разряжения во всасывающей линии насоса.

Z_M – высота точки присоединения манометра относительно оси насоса; Z_B – расстояние от оси насоса до точки присоединения вакуумметра; h_вс – высота всасывания; h_н – высота нагнетания. На конце всасывающей линии устанавливается приемный клапан (комбинация обратного клапана с фильтром). Обратный клапан необходим, если насос не обладает свойством самовсасываемости (т.е не запирает всасывающую линию при ее заполнении перекачиваемой жидкостью перед пуском насоса).

Основные параметры насосов

1. Производительность насоса (подача) – количество жидкости, перемещаемое насосом в единицу времени:

Q = υ / t - объемная производительность;

M = ρ·Q - массовая производительность;

G = γ·Q - весовая производительность (γ = ρ·g)

2. Напор насоса (Н) - превращение полной удельной энергии, полученное жидкостью в насосе (разность полных напоров на нагнетательном и всасывающем патрубках насоса):

H = h_H – h_BC = h₂ - h₁=

[(h_BC + Z_M) + (p_M + p_AT)/ ρg + v₂²/2g] –

– [(h_BC - Z_B) + (p_AT - p_B )/ ρg + v₁²/2g],

где p_AT - атмосферное давление,

p_M - манометрическое давление

p_B - вакуумметрическое давление (недостаток давления до атмосферного).

При d₁ = d₂ и, следовательно, v₁ = v₂, получаем:

H = (p_M + p_B)/ρg + Z_M + Z_B

3. Мощность насоса (N)

Различают полезную мощность N_П (мощность, которую получил поток жидкости, пройдя через насос) и затраченную мощность N_В (мощность на валу насоса).

Поскольку напор – удельная (на единицу веса) энергия потока, то

N_П = G · H = γ · Q · H = ρg · Q · H

Мощность на валу насоса всегда больше N_П, поскольку, как и в любой машине, в насосе имеются потери энергии.

4. КПД насоса (η). Из определения коэффициента полезного действия (КПД) как отношения полезной работы (энергии) ко всей затраченной следует, что для насоса, работающего в стационарном режиме (при постоянной мощности)

η = N_П / N_В – полный КПД насоса

Обычно разделяют виды потерь энергии в насосе на три составляющие, в результате чего полный КПД может быть представлен как произведение трех сомножителей:

η = η_о · η_г · η_м,

где η_о = Q_д / Q_т – объемный КПД (учитывает потери энергии из-за утечек жидкости в клапанах, уплотнениях и т.д.), при этом

Q_д – действительная производительность насоса,

Q_т - теоретическая производительность насоса;

η_г = H_д / H_т - гидравлический КПД (учитывает потери напора внутри насоса), причем

H_д – действительный напор, H_т – теоретический напор;

η_м – механический КПД (учитывает потери энергии от трения в узлах насоса – подшипниках, уплотнениях и т.д.).

Максимальное значение η достигает 90% (для новых насосов), но в процессе эксплуатации экономичность работы уменьшается.