Насосы, компрессоры, холодильные установки

Оптимальный режим работы соответствует максимальному КПД. Наиболее устойчивая работа насоса будет на всех режимах, соответствующих непрерывно снижающейся части характеристики Н–Q.

Для построения характеристики необходимо снять показания приборов для 6–8 режимов. Изменение подачи осуществляется с помощью вентиля на напорном трубопроводе.

Один и тот же насос при неизменной частоте вращения может подавать различное количество жидкости потребителю в зависимости от сопротивления сети.

Сетью называется система трубопроводов и отдельных аппаратов, присоединенных к насосу.

Сопротивление сети Hc (требуемый напор) зависит от ее

геометрических размеров, давлений в резервуарах и расхода жидкости. Условием устойчивой совместной работы насоса и сети является равенство количества жидкости, протекающей через насос и сеть в единицу времени. Это возможно только в том случае, когда напор, создаваемый насосом, в точности соответствует напору, теряемому в сети при данном расходе. Связь между потерями напора и количеством протекающей в сети жидкости определяется уравнением или графиком в ко-

ординатах Нс–Q.

Если напорную характеристику насоса, построенную в координатах H–Q, наложить на построенную в тех же координатах и в том же масштабе характеристику сети (рис. 2), то точка их пересечения однозначно определит напор и подачу насоса при работе в этой сети. Для известных характеристик насоса и сети только одна рабочая точка определяет рабочие параметры насоса. Всякое новое положение рабочей точки может быть получено изменением формы и положения характеристик насоса и сети.

Регулирование подачи может осуществляться воздействием на элементы сети (например, дросселированием) или же на насос – изменением частоты вращения с помощью входного направляющего аппарата, совместной работы нескольких насосов.

12

Напор насоса измеряется с помощью вакуумметра 7 и манометра 8. Подача насоса определяется ротаметром 9.

Измерение потребляемой мощности производится с помощью ваттметра.

Предусмотрено изменение оборотов электродвигателя регулятором напряжения. Величина оборотов измеряется тахометром.

Уровень воды в баке расположен выше оси насоса, поэтому геометрическая высота всасывания – величина отрицательная.

Техника безопасности при работе на установке

Запуск установки в работу разрешается только в присутствии учебного мастера или преподавателя после изучения данных методических указаний, детального ознакомления с установкой и осознания цели работы.

Перед пуском необходимо:

проверить наличие заземления;

убедиться в отсутствии оголенных проводов и посторонних предметов.

Включение установки производится учебным мастером или преподавателем.

При работе насоса проверить, нет ли посторонних шумов. При обнаружении их необходимо остановить насос, установить причины неисправности и устранить их.

На работающей установке запрещается производить какиелибо присоединения и действия, не предусмотренные настоящими методическими указаниями.

При возникновении течи воды и попадании ее на токоведущие части немедленно выключить насос и сообщить об этом преподавателю или учебному мастеру.

Порядок выполнения работы

Перед началом работы выполнить мероприятия, предшествующие пуску установки.

Распределить обязанности между членами бригады и подготовить таблицу для записи опытных данных.

14

Перед включением насоса закрыть вентиль 6 (см. рис. 3). Подключить ваттметр и регулятор напряжения. Постепенно увеличивая рабочее напряжение, запустить на-

сос в работу.

Убедившись в нормальной работе насоса, провести испытания в следующей последовательности:

1.Открывая вентиль 6 (см. рис. 3), установить расход воды, соответствующий 10 делениям ротаметра 9.

2.Снять показания манометра, вакуумметра и ваттметра.

3.Установить больший расход воды и вновь записать показания приборов.

4.Сняв показания приборов для 8–10 значений подач, выключить насос.

5.Экспериментальные данные занести в табл. 1.

Обработка результатов испытаний

1.По тарировочному графику определить подачу насоса Q, л/мин.

2.Рассчитать напор насоса Н, м:

Н Рман Рвак z,

ρg

где ρ – плотность воды, кг/м3.

3. Рассчитать полезную мощность насоса Nпол , Вт:

Nпол ρ g H Q .

1000 60

15

4. Вычислить КПД насоса:

5. Аналогичные расчеты выполнить для всех режимов работы насоса. Расчетные данные занести в табл. 2 и использовать их для построения рабочей характеристики насоса.

Графики выполнить простым карандашом на миллиметровой бумаге или на бумаге в клетку. Шкалы по всем осям равномерные, начиная от нуля.

Таблица 2

Расчетные данные

6. Проанализировать результаты экспериментов и сделать выводы.

16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «ИСПЫТАНИЯ ВОДОКОЛЬЦЕВОГО ВАКУУМ-НАСОСА»

Цели:

–познакомиться на практике с устройством и работой водокольцевого вакуум-насоса;

–определить параметры и построить характеристики ваку- ум-насоса.

Краткие теоретические сведения

Процессы в химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах часто осуществляются не под атмосферным или избыточным давлением, а в разреженной среде (в вакууме). Это диктуется во многих случаях условиями протекания химических реакций, необходимостью понижения температуры кипения жидкостей, возможностью использования дешевых низкотемпературных теплоносителей и т.п.

Для создания вакуума применяются машины, получившие название вакуум-насосов. Эти машины можно рассматривать как компрессоры, всасывающие газы из разреженной среды

исжимающие их до нормального давления или несколько выше.

Вкачестве вакуум-насосов могут быть использованы любые компрессорные машины. В промышленности широко используются компрессоры с жидкостным кольцом (водокольцевые вакуум-насосы).

На рис. 4 изображена схема водокольцевого вакуум-насоса, поясняющая способ его действия.

Вцилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположен ротор 2 в виде крыльчатки с небольшим числом жестко закрепленных в большинстве случаев лопастей 3 одинакового размера. Корпус машины наполняется водой примерно наполовину. При вращении ротора вода отбрасывается лопастями к стенкам корпуса, образуя вращающееся жидкостное кольцо. При этом

17

в центральной части насоса между поверхностью ротора и внутренней поверхностью водяного кольца образуется свободное серповидное пространство, перегораживаемое лопастями на изолированные камеры объемом V, величина которого зависит от положения лопастей.

Рис. 4. Водокольцевой вакуум-насос: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – лопасть ротора; 4 – приемное отверстие; 5 – напорное отверстие;

6 – всасывающий патрубок; 7 – нагнетательный патрубок

Вверху внутренняя поверхность водяного кольца касается ступицы крыльчатки и препятствует перетеканию воздуха с нагнетательной стороны на всасывающую.

На протяжении первого полуоборота ротора внутренняя поверхность водяного кольца постепенно удаляется от ступицы, при этом образуется свободный объем между лопастями крыльчатки, в который засасывается воздух из всасывающего патрубка 6 машины через всасывающее окно 4 в торцовой крышке (лобовине).

18

На протяжении второго полуоборота ротора внутренняя поверхность водяного кольца приближается к ступице, при этом воздух, находящийся между лопастями, сначала сжимается, а затем вытесняется через нагнетательное окно 5 в нагнетательный патрубок 7.

Очевидно, что всасывание и нагнетание газа будут осуществляться только при наличии в корпусе достаточного количества воды. Поскольку при работе вакуум-насоса вода в небольших количествах уносится потоком газа, убыль ее в корпусе должна непрерывно восполняться.

Величина вакуума, развиваемого водокольцевым насосом, практически не превышает 92 %. Это связано с тем, что крыльчатки не могут быть посажены в корпус плотно. Между торцевыми поверхностями корпуса и крыльчатки всегда имеется зазор, поэтому жидкость и газ частично перетекают со стороны нагнетания на сторону всасывания, ухудшая работу насоса.

Создаваемое водокольцевым вакуум-насосом разрежение ограничено также величиной парциального давления пара рабочей жидкости, зависящей от температуры и рода жидкости.

Подача Q (м3/с) водокольцевого вакуум насоса (жидкостнокольцевого компрессора) при условиях всасывания определяется формулой

где D2 и D1 – внешний и внутренний диаметры крыльчатки, м; Z – количество лопастей; l – радиальная длина лопаcти, равная (D2 – D1) / 2, м; S – толщина лопасти, м; b – ширина лопасти (внутренняя ширина корпуса), м; n – частота вращения ротора, об/мин; a – минимальное погружение лопасти в водяное кольцо, м; η0 – объемный КПД, примерно равный 0,96.

Расчет мощности водокольцевого вакуум-насоса производится, как и для любой другой компрессорной машины, по формуле

19

где ρ – плотность газа, поступающего в вакуум-насос, кг/м3; L – удельная энергия процесса сжатия, Дж/кг; ηм – механический КПД, учитывающий расход энергии на преодоление механического трения; ηг – гидравлический КПД, учитывающий потери

энергии в результате гидравлического трения и вихреобразования в проточной части машины.

Произведение η0 · ηм · ηг дает полный КПД вакуум-насоса.

Для водокольцевых насосов современных конструкций полный КПД не превышает 0,50.

В жидкостно-кольцевой компрессорной машине сжатие газа сопровождается его интенсивным охлаждением рабочей жидкостью, поэтому совершенство компрессорного процесса оценивают изотермическим КПД:

ηиз = NNиз ,

где Nиз – изотермическая мощность вакуум-насоса, кВт, определяемая по формуле

Nиз Р1 Q1 2,3 lg Р2 , 1000 Р1

где P1 и P2 – начальное и конечное давление газа, Па; Q1 – по-

дача вакуум-насоса, приведенная к условиям всасывания, м3/с; N – фактическая мощность данного компрессора, кВт.

Ротационные жидкостно-кольцевые компрессорные машины используются в промышленности не только в качестве ваку- ум-насосов, но и как газодувки для перемещения агрессивных, взрывоопасных и влажных газов и паров под давлением до 150–180 кПа. В крупных насосных установках ими широко пользуются для заполнения центробежных и осевых насосов водой перед пуском.

20