1.2 Основные параметры гидравлических машин для подачи жидкостей и газов

Основными параметрами гидравлических машин для подачи жидкостей и газов (нагнетателей) являются подача, напор (или развиваемое давление), потребляемая мощность и КПД.

Подача (производительность) — количество (объем или масса) жидкости (газа), подаваемое машиной в сеть в единицу времени. Соответственно различают производительность объемную , м³/с, и массовую G, кг/с.

В расчетах принято приводить объемную подачу компрессоров к условиям всасывания (для вакуум-насосов — к условиям на линии нагнетания) или к нормальным условиям, т. е. к давлению 100 кПа и температуре 293 К.

Напор насоса (м) — это удельная механическая энергия, сообщаемая насосом жидкости в единицу времени:

Н = = , (1.1)

где Е — полная механическая энергия, сообщаемая жидкости за время t, Дж; m — масса жидкости, протекающей через насос за время t, кг; g — ускорение свободного падения, м/с².

Согласно ГОСТ 17398–72, давление, развиваемое насосом (Па), определено зависимостью

p = p_н – р_в +g(z_н – z_в) +  , (1.2)

где р_в, р_н — соответственно давления на входе в насос (во всасывающем патрубке) и на выходе из него (в нагнетательном патрубке), Па;  — плотность жидкости, кг/м³; z_в, z_н — высоты расположения центров входного и выходного сечений насоса, м; _в, _н — средние скорости потока на входе и выходе, м/с.

Связь между давлением, развиваемым насосом, и напором, представляется соотношением:

H = , (1.3)

откуда следует выражение для напора, развиваемого насосом:

H = (p_н – р_в)/(g) + (z_н – z_в) +( – )/(2g). (1.4)

Выражение (1.4) имеет четкий энергетический смысл: первое слагаемое характеризует приращение удельной потенциальной энергии давления, приобретаемой жидкостью в насосе, второе — приращение удельной потенциальной энергии положения, третье — приращение ее удельной кинетической энергии. Сумма первых двух слагаемых характеризует развиваемое насосом увеличение статического напора, третье слагаемое — увеличение скоростного напора.

Из выражения (1.4) вытекает, что напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости. Не следует воспринимать напор насоса как геометрическую высоту столба жидкости, на которую насос может поднять жидкость. Соотношение (1.4), помимо изменения потенциальной энергии, обусловленной подъемом жидкости на высоту (z_н — z_в), содержит еще и приращение потенциальной энергии давления (p_н – р_в)/(g), а также приращение кинетической энергии .

Полезная мощность (мощность, сообщаемая насосом жидкости либо вентилятором газу) при известных производительности и напоре определяется из выражения

N_п =  g H (1.5)

и может интерпретироваться как работа, затраченная на подъем на высоту Н жидкости весом g dt, отнесенная к промежутку времени dt.

Эффективная (затрачиваемая) мощность N_эф — это мощность, потребляемая насосом (вентилятором) при перекачивании жидкости (газа) от механического привода, т. е. она может быть измерена на приводном валу насоса. Схема преобразования мощности N_эл, потребляемой электроприводом, сначала в эффективную мощность N_эф, а затем в полезную N_п представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Схема трансформации мощности при работе нагнетателя от электропривода

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса (вентилятора)

 = N_п/N_эф (1.6)

может быть представлен в виде

 =  _г ×   _об ×   _мех, (1.7)

где _г — гидравлический КПД, учитывает потери энергии, обусловленные гидравлическими сопротивлениями внутри насоса (в клапанах и патрубках поршневых насосов, в проточных каналах лопастных насосов и т. п.), т. е. связан со снижением H; _об — объемный КПД, учитывает потери энергии, вызванные внутренними и внешними утечками жидкости (между всасывающим и нагнетательным патрубками, через уплотнения вала), т. е. обусловлен снижением ; _мех — механический КПД, учитывает прочие потери энергии в насосе (на трение в подшипниках, уплотнениях, трение поршня о цилиндр в поршневом насосе, диссипацию энергии в жидкости между диском колеса центробежного насоса и его корпусом и т. п.).

Всасывающая способность обусловлена явлением кавитации и характеризуется максимально допустимой высотой установки насоса над уровнем жидкости в емкости, из которой она всасывается (при данном давлении в емкости и температуре жидкости).