методичка по гидравлика № 130

Фактична подача насосу Q завжди менша теоретичної подачі QT , що

пов’язано з певними втратами рідини через нещільність сальників, несвоєчасне закриття клапанів тощо. Тому фактична подача визначається за формулою:

де k – об’ємний коефіцієнт корисної дії насосу; k 0,8 0,9 .

Слід відмітити, що обчислена за формулою (15,4) подача насосу є середньою за n робочих циклів подачею. Однак миттєва подача відрізняється від середнього значення і залежить від положення і швидкості руху поршня, які визначаються кутом повороту вала кривошипа (рисунок 15.2).

Рисунок 15.2

Аби знайти залежність миттєвої подачі Q від кута повороту кривошипадосить визначити миттєву подачу q в межах одного робочого циклу

Оскільки привод поршня здійснюється кривошипно-шатунним механізмом, переміщення х поршня можна визначити в залежності від кута

повороту кривошипа за формулою:

де r0 і l0 – довжини кривошипа і шатуна відповідно.

вважати:

x r0 1 cos .

Знаючи вираз для переміщення поршня х, знаходимо швидкість руху поршня:

де ddt – кутова швидкість обертання кривошипа. Підставивши значення Vn із рівняння (15.7) в (15.5), одержуємо:

101

2.На які типи поділяються насоси за способом передачі рідині механічної енергії?

3.Поршневий насос одинарної дії, його схема і принцип роботи?

4.Що таке об’ємний коефіцієнт корисної дії поршневого насосу?

5.Що називається коефіцієнтом нерівномірності подачі поршневого насосу одинарної дії? Подача якого поршневого насосу є більш рівномірною: одинарної чи подвійної дії?

ЛЕКЦІЯ 16

Відцентрові насоси

16.1 Схема і принцип дії

Відцентровані насоси працюють за принципом зміни кінетичної енергії рідини при обертальному русі робочої частини насоса.

На рисунку 16.1 зображена схема простого одноколісного насосу з горизонтальним валом. Основною і найбільш важливою частиною відцентрованого насосу є робоче колесо з лопатями 1, з’єднане з робочим валом 2. На одному валу з робочим колесом знаходиться електродвигун, який приводять його в рух. В основі роботи відцентрового насосу лежить силова взаємодія лопатей з рідиною, яка заповнює робочу камеру (улітку) насоса 3. При швидкому обертанні робочого колеса в улітці лопаті захоплюють рідину, придають їй відцентровану силу, під дією якої рідина відкидається до стінок улітки у бік спіральної камери 4 і нагнітального патрубка 5. При цьому в усмоктувальному патрубку 6 виникає на вході в робоче колесо насоса вакуум, завдяки якому на зміну виштовхнутої рідини в камеру неперервно надходить нова рідина.

103

Рисунок 16.1

Відцентрові насоси мають наступні переваги над поршневими насосами:

1)подають рідину неперервно;

2)характеризуються високими продуктивністю і напором;

3)прості та надійні в експлуатації;

4)дозволяють регулювати подачу рідини за рахунок зміни обертів робочого колеса або перекриттям засувки.

До недоліків відцентрових насосів відносяться:

1)необхідність заливу насоса рідиною перед запуском, а то насос не стане усмоктувати рідину, так як він не зможе утворити вакуум;

2)менший, ніж в поршневих насосах, коефіцієнт корисної дії;

3)відносно невелика геометрична висота усмоктування.

16.2 Геометрична висота усмоктування

Розглянемо схему роботи насоса при подачі рідини із джерела (колодязя) в резервуар (рисунок 16.2). При цьому будемо вважати, що вісь насосу знаходиться над поверхнею рідини в колодязі, тому при роботі насосу відбувається неперервний процес усмоктування рідини. Висота H0

розташування осі насосу над поверхнею рідини називається геометричною

104

висотою усмоктування. Знайдемо вираз для визначення цієї висоти та установимо гранично допустиме її значення.

Рисунок 16.2

Приймемо за площину порівняння вільну поверхню рідини в колодязі. Намітимо переріз 1-1 на рівні вільної поверхні, і переріз 2-2 усмоктувального трубопроводу перед входом в насос. Рівняння Бернуллі, написане для цих перерізів, має вигляд

де V1 і V – середня швидкість руху рідини в колодязі і усмоктувальному

трубопроводі відповідно; P – абсолютний гідродинамічний тиск в перерізі 2- 2.

Так як усі складові правої частини рівняння (16.2) додатні величини, різниця тисків Pa P 0 , що свідчить про наявність вакууму в перерізі 2-2.

Тому ліва частина цього рівняння виражає вакуумметричну висоту усмоктування Hвак , притаманну даному насосу. Величина Hвак дається

заводом – виготовлювачем у паспорті насосу і відповідає температурі 20оС.

105

Із рівняння (16.2) знаходимо вираз для визначення геометричної висоти усмоктування H0 :

Згідно з (16.3), гранично допустима висота усмоктування повинна бути меншою від Hвак на величину, рівну сумі швидкісного напору і втрат напору

в усмоктувальному трубопроводі.

Визначаючи геометричну висоту усмоктування, треба мати на увазі наступне.

Вакуумметрична висота усмоктування Hвак залежить від температури Т

трубопроводі тиск P Pa , то при певному пониженні тиску P виникає процес

пароутворення рідини при даній температурі. При досить високій температурі рідини геометрична висота усмоктування насосу H0 додатково

зменшується на величину тиску насиченого водяного пара hпар , так що у даному випадку:

Зокрема, при температурі t 60 70o C відцентровий насос практично уже не усмоктує воду. Аби забезпечити роботу насоса на гарячій воді, його треба втановлювати „під заливом”, тобто нижче рівня води в резервуарі, до якого приєднується усмоктувальна труба.

Якщо тиск на вході в робоче колесо насосу виявиться меншим,ніж тиск насиченого пара при даній температурі, то в міжлопатевому просторі виникає кавітація. Явище кавітації полягає у тому, що дрібні бульбашки пари, які захоплюються рідиною і попадають в область підвищеного тиску на виході із робочого колеса, зникають внаслідок миттєвої „конденсації”, що призводить до місцевих гідравлічних ударів і високих тисків, які руйнують лопаті. Адже в насос поступає уже не однорідна суцільна рідина, а двофазове середовище (вода+бульбашки), через що він різко знижує продуктивність і може навіть вийти із ладу.

Кавітація супроводжується характерним шумом, тріском всередині насосу, а інколи й вібрацією насоса.

Отож, аби уникнути вищеописаних негативних явищ при роботі відцентрового насосу, фактична геометрична висота усмоктування не повинна бути більшою ніж допустима.

16.3Потужність на валу. Формули пропорційності. Коефіцієнт швидкохідності

Уся механічна енергія N , яка передається електродвигуном на вал насосу, поділяється на корисно затрачену енергію Nk і енергію, пов’язану з

106

подоланням усіх механічних опорів в насосі (гідравлічного тертя, тертя в підшипниках і сальниках, об’ємних втрат тощо). Відношення корисно затраченої енергії до усієї енергії електродвигуна називається механічним коефіцієнтом корисної діє насосу і позначується KH . Отже,

KH NNk .

звідси

Значення KH для насосів різного типу коливається в межах від 0,3 (для

старих насосів) до 0,8.

Корисно затрачена енергія Nk по суті є корисною потужністю насоса,

яку робоче колесо передає рідині. Ця потужність носить назву „гідравлічної потужності” робочого колеса насосу і виражається так:

Nk PQ Па м3 / с PQ H м/ c PQ Вт,

де P – тиск в нагнітальному патрубку насосу; Q – продуктивність насосу. Якщо врахувати, що P gH , де H – повний напір, який розвивається

насосом, то вираз для Nk набуває вигляду

Тут доречно відмітити, що у побуті ще збереглася одиниця потужності „кінська сила”. Тому попутно нагадаємо, що

1к.с. 0,735кВт

або

1кВт 1,36к.с.

Підставивши значення Nk із (16.5) в (16.4), одержимо вираз для потужності на валу насоса або, інакше, для споживної потужності насоса:

Потужність на валу електродвигуна, необхідна для роботи насоса, залежить не тільки від споживної потужності насосу, а й від того, яким способом з’єднані між собою електродвигун і насос: механічною або гідравлічною муфтою чи ремінною передачею.

107

Для урахування впливу передачі на потужність на валу електродвигуна вводять коефіцієнт корисної дії передачі KП . Тоді потужність на валу

електродвигуна дорівнює:

При роботі насоса і електродвигуна на одному валу із з’єднуючою муфтою величина KП 0,97 , у випадку плоскоремінної передачі KП 0,85 , на

клиноремінній KП 0,95 .

Накінець, для визначення повної або так званої установчої потужності Nуст на валу електродвигуна, у виразі (16.7) потрібно додатково врахувати

коефіцієнт запасу , пов’язаний з можливим перевантаженням електродвигуна підчас його запуску, так що

змінюються продуктивність Q , напір H і споживна потужність насосу N .

Формули, які пов’язують кожну із названих характеристик насосу з числом обертів за хвилину, називається формулами пропорційності. Вони мають вигляд:

1. - продуктивність насосу прямо пропорційна числу обертів:

2. - напір, який розвивається насосом, прямо пропорційний квадрату числа обертів:

Ці формули пропорційності справедливі для порівняно невеликих відхилень (до 20%) числа обертів n2 від початкового числа обертів n1 .

108

Отже, регулюючи число обертів за хвилину n , можемо регулювати, зокрема, подачу насосу Q .

Два різні за величиною робочі колеса відцентрових насосів називаються геометрично подібними, якщо відношення відповідних розмірів цих коліс однакові. Геометрично подібні робочі колеса складають одну серію коліс. Серія характеризується особливим показником, яким є коефіцієнт швидкохідності.

Коефіцієнтом швидкохідності називається число обертів за хвилину nS

такого еталонного насосного колеса, яке, маючи однаковий к.к.д з геометрично подібним йому колесом, при напорі 1м і гідравлічній потужності 0,735 кВт (1 к.с) дає продуктивність Q 75 л/с.

Коефіцієнт швидкохідності лопатевих насосів визначається за

в якій n – число обертів робочого колеса насосу за хвилину; продуктивність Q і напір H виражається в м3/с і м відповідно.

Колеса відцентрових насосів в залежності від їх коефіцієнтів

швидкохідності nS збільшується з ростом продуктивності та із зменшенням

напору. У зв’язку з цим тихохідні колеса служать для створення великих напорів при малій продуктивності, а швидкохідні колеса дають велику продуктивність при порівняно незначних напорах.

Отож, коефіцієнт швидкохідності потрібний для того, аби встановити і вибрати за каталогом тип відцентрового насосу з даним числом обертів за хвилину, необхідний для перекачки рідини з певною витратою при заданому напорі.

Приклад 1. Визначити Nуст електродвигуна за наступних умов:

Q 0,05 м3/с, H 50 м, KH 0,7 , KП 0,9 , 1,15 , 1000 кг/м3.

Розв’язування. Насамперед обчислюємо за формулою (16.7) потужність N на валу електродвигуна:

N 1000 50 0,05 39 кВт. 102 0,7 0,9

Установчу потужність електродвигуна визначаємо за формулою (16.8):

Nуст 1,15 39 45 кВт.

Приклад 2. У скільки разів підвищуються Q, H і N , якщо число

обертів робочого колеса насосу збільшується в 1,2 рази?

Розв’язування. З урахуванням формул (16.10) і (16.11) одержуємо відповідно:

109

Приклад 3. Насос повинен забезпечити витрату не меншу 0,021м3/с при напорі H 45,3 м. Визначити і установити тип насосу.

Розв’язування. Користуючись каталогом, приймаємо число обертів вала електродвигуна – 2900об/хв. За формулою (16.12) обчислюємо коефіцієнт швидкохідності nS :

nS 3,65 29003/ 40,021 157 об/хв. 45,3

Насос відноситься до серії насосів із швидкохідним робочим колесам.

Контрольні питання

1.Що лежить в основі роботи відцентрового насосу?

2.Які переваги та недоліки мають відцентрові насоси порівняно з поршневими насосами?

3.Що таке геометрична висота усмоктування насоса і як визначається її допустиме значення?

4.Явище кавітації? За яких умов воно відбувається?

5.Як визначаються споживна потужність насосу та установча потужність електродвигуна?

6.Що таке формули пропорційності?

7.Коефіцієнт швидкохідності і його практичне значення?

110