1) Насосом называют машину, предназначенную для преобразования механической энергии двигателя в энергию потока жидкости. Насос, оборудованный приводом, образует насосный агрегат.Насосы классифицируют:по назначению (санитарные, конденсатные, зачистные...);

·       по роду перекачиваемой жидкости (водяные, масляные, топливные...);

·       по типу привода (с ручным приводом, с электрическим приводом, с турбинным приводом...);

·       по принципу действия, т.е. способу передачи энергии потоку жидкости рабочими органами насоса, (объемные машины или машины вытеснения, лопастные машины).

Принцип действия объемных машин, к которым относят поршневые, шестеренные, пластинчатые, винтовые насосы, основан на непосредственном вытеснении жидкости рабочим органом. Объемные машины создают напор только в статической форме. Скорость движения рабочего органа насоса, а следовательно и скорость перемещения жидкости в нем, не оказывает влияния на напор. Размеры машины также не влияют на величину создаваемого конечного давления. Напор, создаваемый машиной объемного действия, зависит от сопротивления системы, на которую она работает, и ограничивается мощностью привода и прочностью элементов машины. От геометрических размеров и скорости движения рабочих органов зависит подача объемных насосов.

Принцип действия лопастных машин (центробежных, осевых, вихревых...) основан на сложном силовом взаимодействии вращающихся лопастей с потоком перемещаемой жидкости. Скорость вращения рабочих колес, а следовательно и скорость течения жидкости, размеры рабочих колес, форма лопастей оказывают влияние на величину создаваемого напора. Напор у этого типа машин создается как в статической, так и в динамической формах, т.е. жидкость на выходе из насоса имеет и большее давление и большую скорость, чем на входе. Напор и подача у лопастных насосов взаимосвязаны.

К основным параметрам насосов относят: подачу, напор, мощность, потребляемую насосом, коэффициент полезного действия (КПД) и допустимый вакуум (вакууметрическую высоту всасывания).Подачей называют количество жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени. Различают объемную подачу, равную объему перекачиваемой жидкости в единицу времени Q, м³/с и массовую подачу, которая равна массе жидкости, перекачиваемой в единицу времени G, кг/с ( ).Напором называют энергию, сообщаемую единице веса жидкости, проходящей через насос. Напор H принято измерять в метрах столба перекачиваемой жидкости.

где Е - удельная энергия потока; p - давление; V - скорость потока; z - геометрическая высота точки; r - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения. Индексы "_вых" и "_вх" соответствуют выходному и входному сечениям насоса.

Мощностью насоса называют энергию, подводимую к нему от двигателя за единицу времени. Поскольку каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве равном напору (см. определение напора), а за единицу времени через насос протекает жидкость весом  , следовательно полезная мощность насоса определится выражением

Мощность, потребляемая насосом N, больше полезной мощности N_п на величину потерь в насосе. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия насоса h. Коэффициент полезного действияравен отношению полезной мощности насоса к потребляемой.

 По мощности, потребляемой насосом, подбирают двигатель Потери в насосе разделяют на три вида: гидравлические, объемные и механические.

2) Основными параметрами насоса любого типа являются производительность, напор и мощность.

Производительность (подача) Q (м³/сек) определяется объёмом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор Н (м) - высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счёт энергии, сообщаемой ей насосом. Н = h + pн – р_вс/ρg.

Полезная мощность N_п, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии, равна произведению удельной энергии Н на весовой расход жидкости γQ: Nп = γQН = ρgQНгдеρ (кг/ м³) – плотность перекачиваемой жидкости,γ (кгс/ м³) – удельный вес перекачиваемой жидкости.

Мощность на валу:N_e=Nп/η_н = ρgQН/η_нгде η_н – к.п.д. насоса.

Для центробежных насосов η_н – 0,6-0,7, для поршневых насосов – 0,8-0,9, для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности - 0,93 – 0,95.

Номинальная мощность двигателяN_дв = N_e / η_пер η_дв = N_п / η_н η_пер η_дв,где

η_пер - к.п.д. передачи, η_дв - к.п.д. двигателя.η_н η_пер η_дв - полный к.п.д. насосной установки η, т.е.

Напор насоса.

Н – напор насоса,р_н - давление в напорном патрубке насоса,р_вс - давление во всасывающем патрубке насоса,

h -высота подъёма жидкости в насосе.Таким образом, напор насоса равен сумме высоты подъёма жидкости в насосе и разности пьезометрических напоров в нагнетательном и всасывающем патрубках насоса.

Высота всасывания

Высота всасывания насоса увеличивается с возрастанием давления р₀ в приёмной ёмкости и уменьшается с увеличением давления р_вс, скорости жидкости  вс и потерь напора hп..вс во всасывающем трубопроводе.Если жидкость перекачивается из открытой ёмкости, то давление р₀ равно атмосферному р_а. Давление на входе в насос р_вс должно быть больше давления рtнасыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания (р_{вc >} рt), т.к. в противном случае жидкость в насосе начнёт кипеть. Следовательно,

т.е. высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, её температуры (и соответственно – давления её паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. При перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приёмной ёмкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасывания, или создают избыточное давление в приёмной ёмкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости.

3)Вычисление полной потери напора

Полная потеря напора выражается суммой потерь напора по длине и на местные сопротивления: (2-38)

где -сумма местных

потерь напора, со­четание которых в трубопроводе может быть различным в

зависимости от назначения последнего.Подставляя в уравнение (2-38) значение

из фор­мулы (2-27), получаем удобную для практических рас­четов формулу полной потери напора:

(2-39) 1сопротивления по длине , пропорци­ональные длине потока;2 местные сопротивления

, возникнове­ние которых связано с изменением направления или ве­личины

скорости в том или ином сечении потока.К местным сопротивлениям относят внезапное расши­рение потока, внезапноесужение потока, вентиль,кран, диффузор и т. д.При движении жидкости в прямой трубе потери энер­гии определяются формулой Дарси — Вейсбаха (2-27)

4)Анализ уравнения Эйлера позволяет сделать следующие выводы:

·       максимальный теоретический напор создается насосом при равенстве нулю окружной составляющей абсолютной скорости на входе v_1u=0, т.е. при подводе жидкости в рабочее колесо в радиальном направлении (a₁=90^o). При этом

·       в выражение теоретического напора не входит вес жидкости. Следовательно, развиваемый насосом напор не зависит от рода перекачиваемой жидкости;

·       при скорости движения газа значительно меньшей скорости распространения звука в нем, газ ведет себя как капельная жидкость. В связи с этим полученное уравнение справедливо и для газов;

·       на величину напора, а, следовательно, и на работу центробежного насоса значительное влияние оказывает форма лопастей рабочего колеса, особенно угол наклона их на выходе b₂. Высокие значения КПД можно получить лишь при оптимальном значении этого угла.

На рис. 2.3 представлены схемы рабочих колес с различно изогнутыми лопастями: с лопастями, загнутыми назад b₂<90^o; с радиальными лопастями b₂=90^o; с лопастями, загнутыми вперед b₂>90^o.В высоко экономичных насосах применяют рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад, причем b₂=(15¸30) ^о. У них динамическая часть напора минимальна, следовательно, минимальны гидравлические потери.

Уравнение (2.3) показывает, что в случае равенства нулю окружной составляющей абсолютной скорости на выходе из колеса  , напор также равен нулю. Из треугольника скоростей (рис. 2.1) видно, что это имеет место при некотором угле  , при котором  . Из соотношения приравняв напор к нулю, найдем Для лопастей, у которых b₂=90 ^о,  ,  следовательно

Полагая, что поток поступает на колесо без закрутки ( ), т.е.  , и принимая равными меридианные составляющие абсолютных скоростей во входном и выходном сечениях  , получим

что динамический напор равен половине полного для колеса с радиальными лопатками.

Для лопаток, загнутых вперед с увеличением b₂ растет абсолютная скорость на выходе из колеса, что должно приводить к росту напора. Однако, при очень больших абсолютных скоростях  режим работы насоса становится неустойчивым и КПД насоса уменьшается вследствие возрастания гидравлических сопротивлений. Однако, колеса с большими углами b₂ имеют меньшие радиальные размеры или числа оборотов при том же напоре.

Зависимость теоретических напоров от угла b₂ представлена на рис.2.4.

Величина входного угла определяется из условия безударного входа жидкости на лопасть колеса. Так как жидкость при входе в межлопаточное пространство движется в радиальном направлении, то угол  . В этом случае В используемых на практике рабочих колесах с загнутыми назад лопатками с углом b₂=(20¸30) ^о угол наклона на входе принимается b₁=(14¸25) ^о.Число лопаток должно быть таким, чтобы каждая последующая лопатка своим выходным концом перекрывала входной конец предыдущей. Число лопаток можно определить по следующей формуле:

5)Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает) Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом h – превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров

где р,  – абсолютное давление и скорость на входе в насос; р_нп – давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры. Для воды и бензина р_нп в кПа.Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом h_кр – кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характе-ристике (Н= f (Н)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.Величину критического кавитационного запаса h_кр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике или по формуле С. С. Руднева: где n – частота вращения, об/мин; Q – подача насоса, м³ /с; С – кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600–800 – для тихоходных насосов; 800–1000 – для нормальных, насосов; 1000–1200 – для быстроходных насосов.Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом h_доп, вычисляемым по формуле: где А – коэффициент кавитационного запаса A = f (h_кр) (А = 1,05–1,3).