книги из ГПНТБ / Семидуберский, М. С. Насосы, компрессоры, вентиляторы учебник

§ 28. М ощность и к. п. д. насоса

Полезная мощность насоса, кВт

где р — давление, Н/м2;

Q — производительность насоса, м3/с.

Действительная мощность, расходуемая для приведения насоса

где г) — полный к. п. д. насоса, принимается по данным завода. Действительная мощность больше полезной по следующим при­ чинам: а) при прохождении через насос жидкость преодолевает гидравлические сопротивления; б) некоторая часть жидкости те­ ряется в насосе, не дойдя до нагнетательной трубы; в) в самом механизме насоса приходится преодолевать сопротивление трения. Отношение полезной, получаемой от насоса, мощности к мощ­ ности на его валу, т. е. к потребляемой насосом мощности пред­

ставляет собой полный к. п. д. насоса

ті = N J N B.

В (40') К — коэффициент запаса мощности, учитывающий не поддающиеся точному расчету перегрузки двигателя; его рекоменду­

В центробежных насосах, как и в поршневых, различаются объемный, гидравлический, механический и полный к. п. д-

Объемный к. п. д. насоса. Ввиду разности давлений на выходе 6 из колеса 7 и на входе 1 в него часть жидкости протекает обратно во всасывающую трубу 2 через зазоры 4 между колесом и направ­ ляющим аппаратом 5 (если он имеется), а также через зазор 3 между колесом и всасывающим патрубком (рис. 56). Поэтому, если в напорную трубу требуется подавать Q жидкости, то насос должен подавать (Q + g), где q — расход, циркулирующий в самом насосе, т. е. утечки через зазоры.

Отношение

называется объемным к. п. д. В современных насосах благодаря усовершенствованным уплотнениям и минимальным зазорам

гіо = 0,90-ьО,98.

70

Гидравлический к. п. д. насоса. В насосе возникают потери дав­ ления на преодоление гидравлических сопротивлений: от поверхно­ стного трения по пути движения жидкости от входа в насос до выхода из него; от изменения направления движения и перехода

и характеризует степень совершенства конструкции насоса. Пол­ ный к. п. д. современных центробежных насосов лежит в пределах

0,75-^0,92.

§ 29. Теоретическая характеристика центробежного насоса

Характеристикой насоса называется графическое изображение зависимости давления, мощности и к. п. д. от производительности при данной частоте вращения рабочего колеса.

Теоретическая характеристика Q—р определяется из уравне­ ния теоретического давления (22).

71

Найдем зависимость теоретического давления от производи­

выходе из рабочего колеса. Тогда из (45) находим

Следовательно,

Q ctg h

с2cos а2 = А

Подставляя полученное значение c2cos а2 в (22), получаем теоретическое давление в зависимости от расхода

остается постоянным при радиальных лопатках (см. рис. 58, б), ctgß2 = 0.

А = РА2

72

и падает при загнутых назад лопатках (см. рис. 58, в), ctgß2> 0 ,

Полученные зависимости показывают, что теоретическое давле­ ние больше у колес с загнутыми вперед лопатками.

Рис. 58. Теоретические и действительные характеристики раз­ личных колес

§ 30. Действительная характеристика центробежного насоса

Изображенные на рис. 58 теоретические характеристики пост­ роены Для насосов, перекачивающих идеальную жидкость, и ко­ лес с бесконечным числом лопаток. Действительная характеристи­ ка отличается от теоретической потерями давления в рабочем коле­ се и корпусе насоса. Как видно из рис. 58, наибольшее снижение давления наблюдается при загнутых вперед лопатках благодаря большим гидравлическим потерям, а наименьшее — при загнутых назад лопатках.

Построить характеристику р—Q насоса путем теоретического расчета довольно трудно, так как существует много факторов, которые не поддаются точному определению. Поэтому на практи­ ке действительную характеристику насоса получают после его испытания непосредственно на заводе-изготовителе и приводят в паспорте насоса в виде кривых зависимости давления (рис. 59, а), мощности (рис. 59, б) и к. п. д. насоса (рис. 59, в) от его произ­ водительности или из таблицы. Оптимальный режим работы насо­ са при расходе Qa и давлении рА соответствует наибольшему зна­ чению к. п. д. (точка А характеристики — рабочая точка).

Кривые действительной характеристики изображаются совме­ стно на полной характеристике насоса (рис. 60). Кроме того, здесь дается кривая изменения допустимой вакуумметрической высоты всасывания в зависимости от производительности насоса.

При закрытой задвижке (рис. 59, Q= 0) p = pmах ; N=£0, ибо при холостой работе насос потребляет^некоторую мощность; к. п. д.

73

§ 31. Зависимость параметров насоса от частоты вращения

Давление, производительность и мощность насоса зависят от частоты вращения рабочего колеса.

Давление, развиваемое насосом, пропорционально квадрату частоты вращения

Производительность насоса пропорциональна частоте вращения

Мощность насоса пропорциональна кубу частоты вращения

74

Этот закон справедлив, если частота вращения меняется не бо­ лее чем на 20%, как для центробежных насосов, так и для венти­ ляторов.

§ 32. Коэффициент быстроходности

По конструкции насосы делятся*на группы. Для характеристи­ ки группы насосов и их подбора введен коэффициент быстроход­

Эта формула показывает, что чем больше Q и п и меньше Я, тем больше н.,.Для определения п3 многоступенчатого насоса сле­ дует в (51) подставить величину напора, приходящегося на одно колесо. Для насосов с двусторонним входом жидкости в колесо в (51) вместо Q подставляют Q/2.

По величине коэффициента быстроходности центробежные на­ сосы классифицируются на тихоходные, нормальные и быстроход­ ные (рис. 62). Большая частота вращения выгодна потому, что она обусловливает малые размеры и вес насоса и приводного дви­ гателя. Следовательно, применять насосы высокой быстроход­ ности («s>150; типы III, IV, V) экономически целесообразно.

75

§ 33. Осевое усилие

Пространство между колесом и корпусом работающего насоса заполнено жидкостью. Давление, развиваемое в этом пространст­

действует давление всасывания р\. Поэтому к колесу слева и спра­ ва приложены разные силы давления жидкости. Как видно из эпюр

ления с обеих сторон колеса различны: справа налево — р2, слева направо — р\. Поэтому осевое усилие и направлено справа налево, т. е. в сторону всасывающего патрубка насоса:

Это усилие называется осевым, так как оно направлено вдоль оси вала и стремится сместить вал вместе с колесом в осевом направ­ лении. По (52) можно подсчитать лишь приближенную величину, осевого давления, так как давление в пространстве ß и С, т. е. между колесом и корпусом, несколько меньше р2. Кроме того, при изменении направления движения воды в колесе (от осевого —• к радиальному) возникает реактивное давление воды на колесо, действующее навстречу осевому.

76

Под действием осевого давления может возникнуть ряд непо­ ладок; в частности, колесо может соприкасаться с неподвижным корпусом насоса и в результате истираться; при этом повышается потребляемая мощность, уменьшается производительность насоса (так как от сдвига колеса его выходные каналы не приходятся против каналов направляющего аппарата), и, наконец, нагрева­ ются подшипники.

Рис. 63. Схема возникновения осевого давления

Осевое давление уравновешивается несколькими способами.

1. В диске близ втулки (рис. 64) делают З-н-4 отверстия 1, через которые проходит некоторое количество жидкости, разгру­ жая этим пространство 2 справа от колеса, где давление стано­ вится близким к давлению всасывания. Однако при этом умень­ шается объемный к. п. д. насоса, так как часть жидкости цирку­ лирует от выхода из колеса к входу. Кроме того, жидкость, выхо­ дящая из пространства 2, движется против течения жидкости, входящей в колесо, что уменьшает к. п. д. насоса. Для уменьшения осевого давления и потерь жидкости задний диск колеса имеет кольцевой выступ 3, входящий с минимальным зазором в уплотни­ тельное кольцо корпуса 4 насоса. Благодаря этому создается боль­ шое гидравлическое сопротивление движению жидкости, направ­

в колесе, применяется особая разгрузочная труба 3, соединяющая пространство, находящееся за колесом около втулки, со всасываю­ щим патрубком 1 насоса (см. рис. 33).

77

3.В насосах с двусторонним всасыванием осевое давление от­ сутствует, так как давление с одной стороны колеса уравновеши­ вает давление с другой стороны колеса.

4.Осевое давление в многоступенчатых насосах, где оно может быть значительным, выравнивается при помощи гидравлической

пяты (рис. 65). На конце вала со стороны всасывания помещен

2

диск 1. К левой стороне этого диска по каналу 2 подведена жид­ кость под давлением р2. Камера 3 через канал 4 сообщается со всасывающей трубой. Диаметр диска подобран так, что избы­ точное давление на диск слева направо уравновешивает осевое давление, направленное справа налево. Если осевое давление уменьшится, диск слегка передвинется вправо, щель 5 увеличит­ ся, и жидкость начнет перетекать из камеры слева от диска в боль­ шем количестве, что приведет к спаду давления слева на диск. Если осевое давление снова увеличится (когда повысится давление жидкости па выходе из насоса), диск начнет перемещаться вле­ во, но и в этом случае подведенная жидкость слева от диска под увеличенным давлением снова будет выравнивать осевое давле­ ние. Таким образом, гидравлическая пята выравнивает осевое давление автоматически.

5. В спиральных многоступенчатых насосах для уравновеши вания осевого давления часть колес располагается всасывающи­ ми сторонами влево, другая часть колес — вправо (см. рис. 41). Общее число колес — четное. Здесь повторяется принцип уравно­ вешивания, имеющий место в насосах с двусторонним всасыва­ нием.

78

РАБОТА НАСОСА В СЕТИ

§ 34. Устройство всасывающих и напорных труб насосов

При монтаже насоса всасывающую и напорную трубы рекомен­ дуется подводить так, чтобы по возможности не было колен, при­ чем вес трубы не должен передаваться на насос, особенно при боковых патрубках, чтобы не получилось перекоса. Для этого на­ порные трубы поддерживаются особыми опорами, кронштейнами и т. п. Исключение составляют трубы с небольшим диаметром. Вес их воспринимает патрубок насоса.

Всасывающий трубопровод является весьма важной частью насосной установки. Места соединения его выполняются очень тща­

ливается диафрагма, которая предотвращает возможность обра­ зования воронок вокруг трубы и попадания в нее воздуха (рис. 66). Для того чтобы отложившийся на дне осадок не засасывался в от­

Всасывающие и напорные трубопроводы собираются из сталь­ ных или чугунных труб. В нашей стране освоено производство стеклопластиковых труб (г. Уфа, завод стекловолокна). Эти тру­ бы в четыре раза легче металлических и прочнее их (выдержи­ вают давление до 200-105 Н/м2) и не подвергаются коррозии. Кроме того, прозрачные трубы весьма удобны во многих техно­ логических процессах производства.

79