2.3.2. Параметры насосов

Работа насоса и насосной установки характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются следующие.

Подача насоса. Различают объемную и массовую подачу насоса. Объемная (массовая) подача – объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в напорный патрубок в единицу времени. Объемная и массовая подачи связаны соотношением

,

где  – плотность жидкости.

Напор насоса – представляет собой энергию, сообщаемую насо­сом единице веса перемещаемой жидкости. Напор, в соответствии с уравнением Бернулли, равен разности полных напоров за насосом на линии нагнетания и на линии всасывания:

, ;

,

где p_н и p_вс – абсолютные давления на выходе и входе насоса; w_н и w_вс –скорости жидкости на выходе и входе насоса; z_н и z_вс – высоты точек замера давления, отсчитанные от произвольной горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность – мощность, сообщаемая насосом перемещаемой жидкости:

.

Мощность на валу (эффективная)

.

Коэффициент полезного действия представляет про­изведение трех коэффициентов, характеризующих отдельные виды потерь энергии в насосе:

,

где – гидравлический, объемный и механический КПД насоса соответственно.

Таким образом, потери энергии в насосе подразделяются на гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери энергии связаны с трением жидкости и вихреобразованием в проточной части. Для лопастных насосов это сопротивление подвода, рабочего колеса и отвода.

Теоретический напор H_т, создаваемый насосом, больше напора действительного H на величину гидравлических потерь h_г:

.

Гидравлический КПД представляет собой отношение действительного напора к теоретическому:

.

Объемные потери связаны с перетеканием жидкости через зазоры из области повышенного в область пониженного давления, а также с утечками через уплотнения. Часть теряемой энергии учитывается объемным КПД:

,

где Q_т – теоретическая производительность насоса; Q_ут – перетечки внутри и утечки из насоса.

К механическим потерям относят трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости о нерабочие поверхности рабочих колес (дисковое трение). Величина механических потерь оценивается механическим КПД:

.

Обычно для современных центробежных насосов _г = 0,90–0,96; _об = 0,96–0,98; _мех = 0,80–0,94. Значения КПД насосов, таким образом, находятся в пределах 0,6–0,9.

Для оценки насосного агрегата в целом используется КПД агрегата (насосной установки) – _а, вычисляемый как отношение полезной мощности насоса к мощности агрегата (в случае электрического привода насоса мощность агрегата – электрическая мощность на клеммах двигателя).

Таким образом, мощность насоса при электрическом приводе

.

Мощность приводного двигателя выбирают с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых отклонениях от номинального режима и при пуске, его мощ­ность выбирают с запасом:

,

где коэффициент запаса мощности k = 1,1–1,5 (принимается большим с уменьшением мощности насоса).

2.3.3. Насосная установка

Насосная установка включает в себя насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, системы регулирования, контроля и защиты.

На рис. 2.25 приведена насосная установка на основе лопастной машины. К насосу 1 жидкость поступает из приемной емкости 2 по всасывающему трубопроводу 3. Жидкость насосом нагнетается в напорный резервуар 4 по напорному трубопроводу 5. На нагнетании насоса имеется задвижка 6, при помощи которой можно менять подачу насоса. Иногда на трубопроводе 5 устанавливают обратный клапан 7, перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий обратному току жидкости из напорного резервуара.

Рис. 2.25. Насосная установка

Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на всасывающем трубопроводе устанавливают задвижку 8, которую перекрывают при остановке или ремонте.

В начале всасывающего трубопровода устанавливают фильтровальную сетку 9, предохраняющую насос от попадания в него твердых частиц, и клапан 10, позволяющий залить всасывающий трубопровод и насос перед пуском.

Работа насоса может контролироваться расходомером, измеряющим производительность насоса, манометром 11, установленным на напорном трубопроводе, и вакуумметром 12, установленным на всасывающем трубопроводе, позволяющими определять напор насоса.

Рассмотрим случай, когда жидкость необходимо подавать на высоту h_г из приемной емкости с давлением p₁ в напорную емкость с давлением p₂ . Запишем уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 0-0 (сторона всасывания):

и 0-0 и 2-2 (сторона нагнетания):

.

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений на всасывании и нагнетании

, .

В связи с тем, что приемная и напорная емкости имеют большие объемы и площади резервуаров много больше площади трубопроводов, принимается, что w₁ = w₂ = 0.

Тогда напор насоса

.

Таким образом, напор насоса затрачивается на преодоление разности давлений в напорном и приемном резервуарах, на сообщение кинетической энергии потоку жидкости на выходе из насоса (при равенстве диаметров трубопроводов на всасывании и нагнетании насосов (d_вс=d_н) скорости на всасывании и нагнетании одинаковы (w_вс=w_н), в этом случае второе слагаемое равно нулю), на подъем жидкости на высоту и преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Если давления в емкостях равны и трубопровод горизонтальный, напор, создаваемый насосом, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Напор насоса экспериментально можно определить по показаниям манометра и вакуумметра на выходе и входе насоса:

,

где h – разность в высотах расположения манометра и вакуумметра.

Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является допускаемая вакуумметрическая высота всасы­вания, которая определяется из уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 0-0:

,

где р_п – давление насыщенного пара при температуре перекачиваемой жидкости; p_вс – потери давления во всасывающем трубопроводе.

Величина допускаемой вакуумметрической высоты всасывания связана с геометрической высотой всасывания, которая представляет собой разность высот геометрической оси всасывающего трубопровода насоса и уровня жидкости в приемном резервуаре. Если уровень жидкости в приемном резервуаре расположен выше оси всасывающего трубопровода насоса, то эту величину называют подпором (он представляет собой отрицательную геометрическую высоту всасывания).