Министерство образования и науки Украины
ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Кафедра теплохладотехники
К о н с п е к т л е к ц и й
по курсу
“Гидрогазодинамика”
Часть II. Гидравлические машины, гидро- и пневмопривод
для студентов, обучающихся по учебному плану бакалавров специальности 6.092501, заочной формы обучения
Утверждено
Методсоветом ОНАПТ
протокол № 3 от 25 ноября 2005 года
Одесса ОНАПТ 2005
Конспект лекций по курсу “Гидрогазодинамика” для бакалавров специальности 7.092501 заочной формы обучения. Часть II. Гидравлические машины, гидро- и пневмопривод / Составитель Н.Д. Захаров Одесса: ОНАПТ, 2005. 49 с.
Составитель: Н.Д. Захаров, д-р.техн.наук, профессор
Ответственный за выпуск заведующий кафедрой теплохладотехники
Н.Д. Захаров, д-р техн. наук, профессор
Подписано к печати __________ 200 __ г. Формат 1/16
Объём _______. Зак. № ________. Тираж ________. Экз. _______
ОПК Евротайс, Палубный пер. 9/4, тел. 714-91-70
Введение
Насосы предназначены для перемещения жидкостей под напором. В зависимости от принципа действия они подразделяются на динамические и объемные.
В насосах динамического типа увеличивается скоростной напор жидкости, который в дальнейшем преобразуется в пьезометрический. К этой группе относятся центробежные (одно- и многоступенчатые), осевые, вихревые и струйные насосы.
Объемные насосы действуют по принципу вытеснения жидкости из рабочего пространства. Они подразделяются на поршневые, диафрагменные, пластинчатые, винтовые и шестеренные насосы.
Центробежные насосы
Конструкция одноступенчатого консольного центробежного насоса показана на рис.1. Его основными элементами являются рабочее колесо 1 с лопатками 2, выполненный в виде спиральной камеры корпус 3, всасывающий патрубок 4 с обратным клапаном и нагнетательный патрубок 5. В межлопаточных каналах рабочего колеса за счет действия центробежных сил скорость жидкости увеличивается до 20-25 м/c. В спиральной камере она падает до 1-5 м/c, благодаря чему давление жидкости возрастает до 1 МПа.
Рис. 1
Основными характеристиками центробежных насосов являются подача, напор, полезная мощность и КПД.
Подачей называют объемный расход жидкости через выходной патрубок Q, м³/c. Расход через рабочее колесо превышает подачу на величину утечек.
П
од
напором насоса понимают разность полных
напоров жидкости в вы-ходном и входном
патрубках
Теоретический напор насоса превышает реальный на величину гидрав-лических потерь на входе в рабочее колесо, в проточной части и на выходе.
П
олезную
мощность насоса определяют как
произведение
Потребляемая мощность на валу насоса Nв превышает полезную мощность на величину механических, объемных и гидравлических потерь.
КПД насоса представляет собой отношение
В
зависимости от подачи, напора и конструкции
насоса КПД находится в пределах 65-90 %.
Основы теории центробежных насосов
В основе теории центробежных насосов лежит уравнение Эйлера, полу-ченное в 1755 г при допущении, что число лопаток велико и режим движения жидкости можно считать ламинарным.
Расчетная схема представлена на рис.2.
Рис. 2
На выходной кромке лопаток окружная скорость u2 перпендикулярна радиусу, направление относительной скорости w2 совпадает с касательной к профилю лопатки, а абсолютная скорость с2 определяется по правилу параллелограмма. Пусть объемный расход жидкости через канал составляет q, массовый q, а количество движения qc2. Момент количества движения равен
К
ак
известно, изменение момента количества
движения жидкости равно моменту
приложенных к ней внешних сил, т.е.
крутящему моменту
где индекс “1” относится к входному треугольнику скоростей.
С
уммируя
по всем каналам, получаем
Н
о
мощность, потребляемая рабочим колесом
насоса, равна
Здесь учтено, что произведение угловой скорости на радиус r равно окружной скорости u.
C
другой стороны
О
тсюда
развиваемый колесом теоретический
напор равен
Приведенное уравнение Эйлера позволяет по геометрии, частоте вращения и подаче определить напор или по подаче, напору и частоте вращения подо-брать размеры рабочего колеса.
Главная энергетическая характеристика центробежного насоса
Главной характеристикой называют графические или аналитические зави-симости напора, потребляемой мощности и КПД от подачи при номинальной частоте вращения. Их получают при испытании насосов на специальных стен-дах. Две типичные характеристики представлены на рис.3.
Рис.3. Энергетические характеристики центробежных насосов
На левой характеристике, которую называют стабильной, напор при уве-личении подачи непрерывно уменьшается. Насосы с такой характеристикой устойчиво работают при любых режимах. Правая характеристика отличается наличием максимума напора. В области максимума одному и тому же значению напора отвечают два неустойчивых режима работы насоса с разными подачами. Самопроизвольное изменение подачи сопровождается шумом и гидравлическими ударами. Поэтому следует работать за пределами этой зоны в режимах, близких к оптимальным, которым соответствует максимум КПД.
Пересчет характеристик центробежных насосов на другую частоту вращения
При эксплуатации насосов может возникнуть необходимость в изменении частоты вращения и, следовательно, пересчете характеристик. Для этого испо-льзуют методы теории подобия.
В
подобных режимах работы числа Эйлера
должны быть равны
Н
о
скорость пропорциональна произведению
частоты вращения на определяющий
линейный размер
П
оэтому
П
одача
пропорциональна произведению скорости
на квадрат определяющего размера
П
оэтому
Ч
то
касается полезной мощности, то
И
з
приведенных соотношений следует, что
в подобных режимах работы
т.е. уравнением кривой подобных режимов является парабола, проходящая через начало координат и точку на главной характеристике
С
помощью кривой подобных режимов можно
подобрать частоту вра-щения, обеспечивающую
нужный напор насоса при заданной подаче.
Для этого по требуемым значениям H2
и
Q2
рассчитываем
параметр s
и
находим точку 1,
в которой кривая подобных режимов
пересекается с главной характеристикой
(рис.4).
Р
Q1
Q2
П
о
подаче в этой точке и номинальной частоте
вращения находим требуемую частоту
Следует заметить, что повышение частоты вращения более чем на 15 % должно быть согласовано с заводом-изготовителем насоса.