15.3. Баланс энергии в лопастном насосе.
На рис. 14.4 изображен баланс энергии в лопастном насосе. К насосу подводится мощностьNд. Часть этой мощности теряется.
Потери мощности в насосе разделяют на потери механические, объемные и гидравлические.
Механическиие потеривключают:
- потери на трение в подшипниках;
- в уплотнениях вала;
- на трение наружной поверхности рабочих колес о жидкость, т.н. "дисковое трение".
Мощность, оставшаяся после вычитания механических потерь называется гидравлической мощностью насоса Nг, где ΔNм- механические потери мощности.
1. Nг = Nд – ΔNм
Теоретический напор равен
больше фактического напора насоса
, поскольку в нем взяты реальные значения
скоростей и давлений на величинугидравлических потерь - hпг
НТ = Н + hпг (15.7)
Через рабочее колесо протекает в секунду жидкость объемом Q, вес, которой равенGж = (Qρ)*g. Следовательно, после вычета механических потерь из мощности двигателя остается мощность, которая называется гидравлическая мощность, т. е. мощность, сообщаемая жидкости в колесе,
Nг = (Qρ)*g Нт(15.8)
Величина механических потерь оценивается механическим КПД, который равен отношению оставшейся за вычетом механических потерь гидравлической мощностиNг к затраченной мощности - мощности на валу насосаNд:
(15.9)
Объемные потери.Жидкость, выходящая из рабочего колеса в количествеQ, поступает в отвод (см. рис. 15.6), в напорный патрубок насоса, и частично возвращается в подвод через зазоры в уплотнении между рабочим колесом и корпусом насоса (утечкаq). Энергия жидкости, возвращающейся в подвод, теряется. Потери подачи насоса через зазоры между колесом, корпусом и в уплотнениях называются объемными.
Утечки обусловлены тем, что давление
на выходе из рабочего колеса больше,
чем в подводе.
Утечки тем значительнее, чем больше зазор между рабочим колесом и корпусом насоса. Чтобы уменьшить утечки, следует уменьшить этот зазор до минимума, допускаемого технологией изготовления и деформацией вала и корпуса насоса при их нагрузке во время работы. Объемная мощность насоса - Nо, равна разнице между гидравлической мощностью и величиной объемных потерь мощности ΔNо
2. Nо =Nг – ΔNо
Каждая единица веса жидкости, протекающей через уплотнение рабочего колеса, уносит энергию НТ. Объемные потери мощности
ΔNо =qут*gНт,
Отсюда Nо =Nг - ΔNо =Q*gНт -qут*gНт = (Q-qут)*gНт,
Фактическая подача насоса равна
Qн = Q - qут (15.10)
Объемный КПД можно выразить в этом случае, как
или (15.11)
ηо=Qн/Q = Qн/(Qн + qут) (15.12)
У многоступенчатых насосов, кроме утечек жидкости через уплотнения рабочих колес, имеются утечки жидкости через зазоры между валом и перегородками — диафрагмами, разделяющими ступени. У многоступенчатых насосов секционного типа имеются также значительные утечки qчерез гидравлическую пяту.
Гидравлические потери.Третьим и последним видом потерь энергии в насосе являются потери давления или напора при прохождении жидкости через местные сопротивления подвода, рабочего колеса и отвода, или гидравлические потери - ΔNг. Отнимая их от объемной мощности получаем полезную мощностьNп.
3. Nно – ΔNг =Nп
Эти потери оцениваются гидравлическим КПД, который равен отношению полезной мощности насоса Nп к объемной мощностиNо. Гидравлический КПД можно записать, как отношение
- полный КПД или
(15.13)
Таким образом, полный КПД насоса равен
