Глава 4. Насосы

4.1. Определение и классификация насосов

Насосами называются гидравлические машины и аппараты, создающие поток жидкой среды. Насосы создают разность давлений жидкости непосредственно в самих насосах и присоединяемых к ним трубопроводах и таким образом преобразуют энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости. На рис. 4.1 изображена классификация насосов, получивших наиболее широкое распространение в пищевой и смежных с ней отраслях промышленности.

Насосы

По принципу

действия

Динамические

Объемные

По виду силового воздействия

на жидкость

По форме движения

рабочих органов

Лопастные

Трения

Возвратно-поступательное

Роторные

(вращательное)

По виду

рабочих органов

По виду

рабочих органов

Рис. 4.1

Из рис. 4.1 видно, что по принципу действия насосы можно подразделить на динамические и объемные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и с выходом из него. В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который попеременно сообщается со входом в насос и с выходом из него. В лопастных насосах энергия сообщается жидкости при обтекании лопастей рабочего колеса (или нескольких колес) насоса. В насосах трения жидкость перемещается преимущественно под воздействием сил трения. В объемных насосах с возвратно-поступательным движением рабочего органа жидкость получает энергию при возвратно-поступательном движении рабочего органа. В роторных насосах энергия сообщается жидкости при вращательном движении рабочего органа.

Виды насосов по принципу их действия и конструктивному исполнению насчитывают более 130 наименований. В главе 4 рассмотрены конструктивные особенности и работа центробежных, осевых, струйных, поршневых, плунжерных, шиберных, шестеренчатых, винтовых насосов, а также эрлифтов и монтежю.

4.2. Основные параметры работы насосов

Основными параметрами работы насосов любого типа являются производительность, напор и мощность.

Производительность (или подача) Q (м³/с) определяется объемом жидкости, подаваемым насосом в нагнетательный трубопровод за единицу времени.

Напор Н (м) (или давление р, Па) характеризует энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом. Поэтому напор не зависит от плотности перекачиваемой жидкости. Между напором и давлением существует известная из гидростатики зависимость: Н = р/ρg.

Для насосов различают полезную мощность; мощность на валу; мощность, потребляемую двигателем; установленную мощность. Полезная мощность N_п затрачивается на сообщение жидкости энергии и равна произведению объемного расхода жидкости Q на приращение удельной энергии жидкости в насосе p: N_п = Qp = ρgQH. Мощность на валу N_е больше полезной мощности из-за наличия потерь энергии в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного действия (КПД) насоса η_н: N_е = N_п/η_н = ρgQH/η_н. Коэффициент полезного действия η_н характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса и выражается произведением η_н = η_обη_г·η_мех, где η_об = Q/Q_т – объемный КПД, представляющий собой отношение действительной производительности насоса Q к теоретической Q_т (учитывает уменьшение производительности из-за наличия утечек жидкости через зазоры и сальники насоса, а также вследствие неодновременного перекрытия клапанов и выделения воздуха из перекачиваемой жидкости при давлении ниже атмосферного – во время всасывания); η_об = Н/Н_т – гидравлический КПД, равный отношению действительного напора насоса Н к теоретическому Н_т (учитывает потери напора при движении жидкости через насос); η_мех – механический КПД, характеризующий потери мощности на механическое трение в насосе (в подшипниках, сальниках и др.). Значение η_н зависит от конструкции и степени износа насоса и, например, для центробежных насосов составляет в среднем 0,6–0,7, а для поршневых – 0,8–0,9. Мощность, потребляемая двигателем N_дв, больше мощности на валу вследствие механических потерь в передаче от двигателя к насосу и в самом двигателе. Эти потери учитываются величинами КПД передачи η_пер и КПД двигателя η_дв, и тогда величина N_дв равна N_дв = N_е/η_перη_дв = N_п/η_нη_перη_дв. Произведение η = η_нη_перη_дв представляет собой полный КПД насосной установки, который определяется как отношение полезной мощности к мощности, потребляемой двигателем: η_н = N_п/N_дв. Установленная мощность двигателя N_уст рассчитывается по величине N_дв с учетом возможных перегрузок в момент пуска насоса, возникающих в связи с необходимостью преодоления инерции покоящейся массы жидкости: N_уст = βN_дв, где β = 1,1–2,0 – коэффициент запаса мощности, принимаемый в зависимости от мощности двигателя N_дв.