2.2. Расходный (объемный) кпд
В насосе всегда имеют место потери, связанные с утечками жидкости из полости высокого давления за колесом в полости низкого давления через щелевые (рис. 41), плавающие (см. рис. 2) или лабиринтные уплотнения.
Эти потери оцениваются расходным или объемным КПД:
, (2.20)
где
– суммарный расход утечек;
– расчетный расход через насос.
Суммарный расход утечек складывается из утечек через уплотнения проточной части, к которым относят уплотнения по покрывному (переднее) и основному (заднее) дискам рабочего колеса насоса, межступенным и др. уплотнениям. Утечки через переднее и заднее уплотнения рабочего колеса могут быть определены следующим образом:
, (2.21)
где
– коэффициент расхода;
– радиальный зазор;
– диаметр проходного сечения уплотнения;
– гидравлический КПД колеса.
Рис. 41. Схема утечек жидкости в центробежном колесе
Геометрические параметры уплотнений
выбираются из конструктивных соображений.
Для ориентировочных расчетов можно
принять диаметр переднего уплотнения
мм; диаметр заднего уплотнения
,
=0,05...0,2
мм и
=50...
200.
Для щелевых и плавающих уплотнений коэффициент расхода определим по формуле:
, (2.22)
где коэффициент сопротивления
=0,03...0,06.
Обычно
=0,4...0,8.
Более эффективны лабиринтные уплотнения. При одинаковом радиальном зазоре лабиринтные уплотнения уменьшают расход утечек в 1,7...2 раза по сравнению со щелевыми.
Гидравлический КПД колеса есть отношение напора колеса к теоретическому напору насоса :
. (2.23)
2.3.Дисковый кпд
При работе насоса затрачивается мощность на преодоление сил трения основного и покрывного дисков центробежного колеса о жидкость. Мощность дискового трения можно найти по формуле
, (2.24)
где
– коэффициент трения, зависящий от
числа
и подсчитываемый по формулам:
для
,
где – средний осевой зазор между покрывным диском и корпусом насоса);
для
,
для
Дисковый КПД насоса определяется по формуле
. (2.25)
2.4. Внутренний кпд
Внутренний КПД насоса определяется как произведение гидравлического, расходного (объемного) и дискового КПД:
, (2.26)
где
– внутренняя мощность насоса.
2.5. Механический кпд
К механическим потерям
относят потери в подшипниках, контактных
и динамических уплотнениях ротора
насоса. Они зависят от конкретной
конструкции насоса. Значительную часть
механических потерь составляет мощность,
затрачиваемая на привод импеллеров.
Механический КПД насоса определяется выражением
, (2.27)
где
– мощность, потребляемая насосом.
При отсутствии в насосе импеллерных
уплотнений
=0,99...0,995
Насосы с импеллерными уплотнениями
имеют
=0,95...0,97.
2.6. Полный кпд
Полный КПД насоса определяется как произведение внутреннего и механического КПД:
. (2.28)
2.7. Потребная мощность
Мощность, потребляемая насосом, рассчитывается по формуле:
. (2.29)
При известном полном КПД из выражения (2.28) получим
. (2.30)
3. Расчет энергетических характеристик
В процессе эксплуатации в системе питания насос может работать на режимах, отличных от расчетного по расходу, напору, угловой скорости и давлению на входе. Необходимость в определении возможных режимов работы возникает уже при проектировании насоса. Для этого необходимо знать энергетические характеристики насоса, представляющие собой зависимости напора, КПД и мощности от расхода, угловой скорости и давления на входе в насос:
.
Рассмотрим расчет энергетических характеристик при отсутствии кавитации в насосе.