2. Основные понятия и определения.
Главными рабочими параметрами насосов являются:
1 – подача - количество жидкости, перемещаемое машиной в единицу времени - Q м3/с,
2 - давление, развиваемое насосом в соответствии с соотношением:
Р= Р2 – Р1 + (С22 - С21) ρ/2 + ρg(z2 - z1), Па, (2.1)
где Р2, Р1 -давление в центре сечений напорного и всасывающего патрубков (фланцев) насоса, Па,
С2 , С1 – средние скорости потока в напорном и всасывающем патрубке, м/сек,
z1, z2 –геодезические высоты расположения центров входного и выходного сечений насоса, м,
ρg – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3 и ускорение свободного падения, м/с2.
Более распространенным и удобным в теории и практике насосостроения является понятие напора, создаваемого насосом:
Н= Р/ ρg = (Р2 – Р1)/ ρg + (С22 - С21)/2g + (z2 - z1), м. (2.2)
Схема на рис. 2.1 иллюстрирует физический смысл напора насоса как энергетического понятия на примере работы насосной установки, снабженной трубками полного напора, размещенными в сечениях входного и выходного фланцев насоса. Такая схема соответствует условиям эксплуатации питательного насоса в составе ПТУ.
При работе насосной установки происходит подъем жидкости с плотностью ρ из приемного резервуара - 1 в напорный бак - 2 при заданной разности уровней в них Нст. Интенсивность процесса циркуляции, т.е. объемный расход жидкости Q при известных площадях проходного сечения патрубков насоса определяет значения скоростей течения С1 и С2, а также величины гидравлических потерь в подводящем и напорном трубопроводах. Величина напора насоса Н при этом представляется разностью уровней в трубках полного напора. Превышение ее над величиной разности уровней жидкости в баках - Нст обусловлено потерями напора на всасывающем - Δhвс и нагнетательном -Δhнаг участках трассы циркуляции. При остановленном насосе уровни в трубках полного напора будут равны уровню в расходном баке.
Δhнаг
Трубки полного
напора
22
g
Q
Нст
0,00
z2
z1
1
Δhвс
Н
С1
С2
ρ
Рис. 2.1.
Обычно реальные конструкции насосов обладают примерно равными площадями проходного сечения входного и напорного патрубков и примерно равными аппликатами их центров. Поэтому формулы 1 и 2 записываются в более простом виде:
Р= Р2 – Р1,
Н= Р/ ρg = (Р2 – Р1)/ ρg.
Полезную отдачу функционирования системы рис. 2.1 за единицу времени можно количественно определить как мощность, соответствующую подъему в поле тяготения на высоту Нст жидкости плотностью ρ с объемным расходом Q:
Nзад= ρ Q g Нст, Вт.
Полезная мощность насосной установки - Nпол, обеспечивающей дополнительно к подъему жидкости на высоту Нст и преодоление потерь напора во всасывающем и нагнетательных трубопроводах - Δhвс + Δhнаг , запишется в виде:
Nпол= ρ Q g(Нст + Δhвс + Δhнап) = ρ Q g Н, Вт. (2.3)
Напор насоса Н , как показано на рис. 2.1, должен быть больше, чем Нст:
Н = Нст + Δhвс + Δhнап ,
При работе насосной установки на замкнутый контур циркуляции величина Нзад = 0 и Nпол = ρ Q g Δhкц, , где Δhкц суммарные гидравлические потери контура циркуляции. В таком режиме работает ГЦНПК в двухконтурной ЯЭУ. Полезная мощность насоса при этом рассеивается в виде тепла гидравлических потерь по объему контура циркуляции первичного теплоносителя .
ГОСТ 17398-72 определяет также понятие удельной работы насоса L Дж/кг как величины отношения давления насоса Р Па к плотности перекачиваемой жидкости ρ кг/м3:
L = Р/ρ = Нg (2.4)
Вышеизложенное справедливо для насосных установок , оснащенных машинами различных принципов действия, с приводом от электродвигателей, ДВС, паровых двигателей и т.д. Физический механизм и величина потерь при трансформации энергии внешнего источника в полезную энергию циркуляции жидкости (газа) однозначно определяется типом насоса и его конструктивными характеристиками.
На рис. 2.2 представлены диапазоны достигаемых величин Н и Q в насосах различных типов, наиболее распространенных в народном хозяйстве.
103
102
101
100
Н,м
Поршневые
10-3 10-2 10-1 100
101 Q м3/с
Центробежные
Осевые
Рис. 2.2.
В широкой номенклатуре циркуляторов преобладают насосы центробежного типа в силу присущих им достоинств:
-большой диапазон напоров и подач,
-возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей,
-высокий КПД (до 0,85),
-равномерность подачи,
-простота регулирования величины подачи,
-относительная дешевизна производства.
Примеры создания циркуляторов древними цивилизациями для нужд орошения и водоснабжения уходят вглубь тысячелетий, однако началом насосостроения следует считать середину 19-го века, когда в ходе промышленной революции были созданы достаточно совершенные тепловые двигатели (первые из которых предназначались, кстати, для привода шахтных и иных насосов). Тогда были созданы работоспособные конструкции поршневых насосов с прямым приводом от паровой машины и насосов центробежного типа (Вортингтон, Андревс).