3.7. Расходомеры, применяемые в промышленности

Для прямого определения расхода жидкости применяют устройства, называе-

мые расходомерами. Наиболее распространены расходомеры переменного перепада

давления, принцип действия которых основан на зависимости от расхода жидкости,

перепада давления, создаваемого сужающим устройством, помещенным в

трубопроводе. К таким сужающим (дроссельным) устройствам относят диафрагмы и

сопла, а также расходомер (трубу) Вентури.

Пример расходомера постоянного перепада давления ― ротаметр (рис. 3.12).

Рис. 3.12.

Он состоит из конической трубы 1 с помещенным в нем поплавком 2,

воспринимающим гидродинамическое давление обтекающей его жидкости. При

подъеме поплавка скорость жидкости из-за увеличения сечения трубы уменьшается.

При достижении равенства суммы всех действующих на поплавок сил (архимедовой,

сил тяжести и сопротивления обтеканию) он останавливается в положении,

соответствующем данному расходу. Существуют расходомеры и других типов

(индукционные, акустические и др.), однако их применение более ограничено.

Все расходомеры снабжены показывающими приборами, а многие из них и дис-

танционными устройствами для передачи показаний на пульт управления самописца-

ми для фиксирования изменения расхода по времени.

3.8. Центробежный насос

Центробежный насос ― это лопастный насос, в котором жидкая среда

перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

Рис. 3.13. Схема центробежного насоса

Простейший одноступенчатый насос (рис. 3.13) состоит из рабочего ко-

леса 1, помещенного на валу 3 внутри неподвижного корпуса 4 спиральной

формы. Рабочее колесо состоит из двух дисков ― переднего и заднего; между

дисками находятся лопатки 2, изогнутые в сторону, противоположную направлению

вращения колеса. Корпус насоса соединен патрубками с трубопроводами ―

всасывающим 5 и нагнетательным 8. В начале всасывающей трубы устанавли-

ваются сетка 7 и обратный клапан 6.

Перед пуском насоса весь всасывающий трубопровод заливаются жид-

костью; обратный клапан 6 всасывающей трубы при этом закрыт. При быстром

вращении рабочего колеса 1, приводимого в действие двигателем, развивается

центробежная сила, под влиянием которой жидкость между лопатками колеса

перегоняется к его периферии и, выходя из колеса, поступает в спиральную

камеру насоса, а из неё ― в нагнетательный трубопровод. Одновременно в на-

сосе и во всасывающей трубе давление понижается, обратный клапан 6 откры-

вается и жидкость по всасывающей трубе 5 поступает в насос под действием

внешнего давления р_о на свободную поверхность источника. При непрерывном

вращении рабочего колеса образуется непрерывный поток жидкости в насос,

а из него ― к месту подачи.

Конструкции центробежных насосов весьма разнообразны. Имеются

насосы, у которых ось вращения рабочих органов расположена горизонтально.

Такие насосы называются г о р и з о н т а л ь н ы м и. Если же ось вращения

рабочих органов насоса расположена вертикально, то такие насосы называются

в е р т и к а л ь н ы м и.

параметрами центробежных насосов являются объёмная

подача Q, напор Н, мощность Nп, КПД η и частота вращения n рабочего

колеса. Эти параметры взаимосвязаны, и изменение одного из них неизбежно

влечёт к изменению других. Так, например, если при постоянной частоте враще-

ния ротора увеличить подачу насоса, то создаваемый им напор уменьшится.

Чтобы определить параметры насоса в различных условиях его рабо-

ты, при заводских испытаниях строят характеристики насосов, устанавливающие

в графической форме связи между Q и Н; Q и η; Q и N при постоянной часто-

те вращения колеса n = const. По указанным характеристикам можно также уста-

новить высоту всасывания насоса. Использование характеристик насоса облегчает

выбор насоса. Например, для определения подачи, при которой насос создаёт

требуемый напор Н, откладывают на характеристике насоса значение этого на-

пора. Из полученной точки проводят горизонтальную линию до пересечения с

кривой Н (Q) в точке А. Из точки А проводят вертикальную линию до оси

абсцисс и определяют искомую подачу насоса Q. По точкам пересечения штри-

ховой вертикальной линии с кривыми N (Q), η (Q) и Н_вс (Q) определяют соответст-

венную мощность, КПД насоса и допустимую высоту всасывания.

При подборе насоса необходимо учитывать условия его работы с

напорным трубопроводом. Для этого совмещают характеристики трубопровода и

насоса. При таком построении устанавливают рабочий режим насоса и устанав-

ливают его рабочие параметры Q_р, Н_р, N_р, η_р.

Х а р а к т е р и с т и к о й н а с о с а называется графическая зависимость

основных технических показателей от давления (для объемных насосов) и от подачи

(для динамических насосов) при постоянных значениях частоты вращения, вязкости

и плотности жидкой среды на входе в насос.

Характеристик насоса определяется при заводских испытаниях. Результаты

испытаний изображают в виде графиков. У поршневых насосов подача Q не зависит

от напора Н, а у центробежных ― зависит.

Рис. 3.14. Рабочая характеристика центробежного насоса

На рис. 3.14. приведена характеристика одного из центробежных насосов

в виде кривых Н = f₁ (Q); η = f₂ (Q); N = f₃ (Q).

Ц.Н. при больших изменениях подачи незначительно изменяет напор,

тогда кривая Н = f₁ (Q) получится п о л о г о й. Если же при небольших изменениях

подачи происходит значительное изменение напора, то кривая Н = f1 (Q) для таких

насосов получается к р у т о й .

Зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его

эксплуатация, называется р а б о ч е й ч а с т ь ю х а р а к т е р и с т и к и н а с о с а.

Эксплуатацию насоса следует вести в таких режимах, при которых к.п.д. достаточно

высок и составляет 93 – 95% максимального (на рис. 14 кривая η).

Режим работы насоса при наибольшем значении к.п.д. называется

о п т и м а л ь н ы м р е ж и м о м.

Подача, напор и мощность насоса зависят от частоты вращения (числа

оборотов) колеса насоса следующим образом ― так называемый закон пропорцио-

нальности для Ц.Н.:

1) ;

2) ;

3).