6.2. Основные рабочие параметры насосов
Основные рабочие параметры насосов: напор, подача, мощность, КПД и всасывающая способность.
Подача или объемная производительность насоса – объемное количество жидкости, подаваемой насосом в нагнетательную трубу за единицу времени.
Напор насоса Н – это удельная энергия, отнесенная к единице веса, приобретенная жидкостью в результате прохождения через насос.
Полный
напор жидкости на входе обозначим через
,
на выходе –
:
(6.2)
В
этих уравнениях
– скорости на линиях всасывания
и
нагнетания соответственно;
– давление жидкости перед входом
в
насос и после выхода из насоса
соответственно;
– высота всасывания.
Напор
насоса найдем как
.
Тогда из уравнений (6.2) определим напор,
развиваемый насосом:
(6.3)
Величины
и
могут быть определены манометром
и
вакуумметром.
Преобразуем уравнение (6.3), выразив её через параметры насосной установки. Для этого запишем уравнение Бернулли для сечений 0–0 и 1–1, а также 2–2 и н–н (рис. 6.2). Из них найдем , и подставим в уравнение (6.3). В результате получим (скорости изменения положения свободных поверхностей в питательных и напорных баках пренебрежимо малы по сравнению со скоростями движения жидкости в трубопроводах):
(6.4)
Согласно
уравнению (6.4) напор, развиваемый насосом
Н,
расходуется на преодоление противодавления
,
на подъем
жидкости
и на преодоление всех (местных и по
длине) гидравлических сопротивлений
линии всасывания
и нагнетания
.
Рис. 6.2. Схема насосной установки
В случае равенства давлений в питательном и напорном баках уравнение упрощается и принимает вид:
(6.5)
Уравнение
(6.4) для напора насоса записано через
параметры насосной установки. Поскольку
параметры насоса и сети одинаковы
,
уравнение (6.4) может быть принято за
уравнение сети трубопроводов.
Определим мощность и КПД насоса (рис. 6.3).
Весовую подачу насоса можно подразделить по формуле:
(6.6)
Тогда
полезная мощность насоса
будет определена как:
(6.7)
Рис. 6.3. Схема мощностей и КПД насоса
Мощность
на валу насоса
превышает
на величину всех энергетических потерь,
имеющих место в процессе преобразования
энергии внутри насоса. Эти потери обычно
учитываются полным КПД насоса
:
(6.8)
Потери энергии в насосе принято расчленять на три составляющих: гидравлические, объемные и механические:
(6.9)
Гидравлические
потери обусловлены потерей напора при
движении жидкости в самом насосе H
и учитываются с помощью гидравлического
КПД
:
(6.10)
Объемные
потери связаны с потерей энергии вместе
с утекающей жидкостью в количестве
и учитываются с помощью объемного КПД
:
(6.11)
Потери
мощности на механическое трение в
подшипниках, сальниках и др.
учитывается с помощью механического
КПД
:
(6.12)
Величина
представляет собой мощность, затрачиваемую
насосом в рабочей полости насоса, и
называется индикаторной мощностью.
Произведение
представляет собой индикаторный КПД
насоса
:
(6.13)
Мощность, подведенная к редуктору, определяется:
(6.14)
Мощность, подведенная к двигателю, определяется:
(6.15)
Установочная мощность двигателя берется с запасом:
(6.16)
где
– коэффициент запаса мощности. Значение
меняется от 1,1
до 1,4. Большие значения
берутся при малых мощностях.
Определим
КПД насосной установки
:
(6.17)
Тогда установочная мощность двигателя определяется:
(6.18)
Всасывающая способность будет рассмотрена позже для каждого вида насоса в отдельности.