6.3. Мощность и кпд нагнетателей. Совместная работа насоса и сети

Рабочие органы машины — лопасти, поршни — работают в потоке и увеличивают его энергию. Для проведения этой работы к валу насоса должна непрерывно подводиться энергия от двигателя.

Аналогично понятию удельной полезной работы в гид­ромашиностроении введены понятия полезной мощности насоса и мощности насоса.

Полезная мощность машины (насоса, вентилятора) — работа, сообщаемая машиной в секунду подаваемой среде, определяется соотношением:

. (6.3.1)

Из формулы следует из представления о работе как о произведении силы на длину пути. При этом машина совершает в секунду полезную работу, сообщаемую подаваемой среде. Делением на 1000 выражают полезную мощность в кило­ваттах.

. (6.3.2)

В системе МКГСС полезная мощность определяется формулой:

. (6.3.3)

Мощность , подводимую от двигателя на вал насоса (вентилятора), называют мощностью насоса (вентилятора).

Потери энергии, неизбежные в любом рабочем процессе, приводят к неравенству N_п<N. Процесс работы машины тем совершеннее, чем меньше N_a отличается от N.

Эффективность использования насосом энергии, к нему подводимой, оценивают КПД насоса — отношением полезной мощности к мощности насоса,

. (6.3.4)

В рабочих условиях КПД зависит от многих факторов: типа, размера и конструкции машины, рода перемещаемой среды, режима работы машины, характеристики сети, на которую машина работает.

Для оценки энергетической эффективности установки в целом, состоящей из машины и двигателя к ней, пользуются КПД установки :

(6.3.5)

где — электрическая мощность, подводимая к двигателю.

Для оценки эффективности компрессоров служат отно­сительные термодинамические КПД.

Совместная работа насоса и трубопроводной системны

Работа насоса, присоединенного к системе водопроводов, находится в зависимости от гидравлических свойств этой системы, называемой сетью. Рассмотрим условия работы машины на примере насосной установки, полагая систему устойчивой.

Первое условие связи насоса с трубопроводной системой следует из уравнения неразрывности и заключается в равенстве массовых подач, проходящих через насос и присоединенные к нему всасывающий и напорный трубопроводы:

(6.3.6)

Для несжимаемой жидкости и поэтому имеет место равенство объемных подач:

. (6.3.7)

Уравнение сохранения энергии с учетом полезной работы, передаваемой потоку насосом,

, (6.3.8)

где —потери напора в трубах

В области развитой турбулентности потери напора подчинены квадратичному закону и поэтому:

. (6.3.9)

Сумма коэффициентов, содержащихся в скобках, с учетом поправки на разницу в подачах и может быть принята постоянной и равной . Тогда

Задавая произвольные значения Q, вычисляем соответствующие значения и наносим на график ряд точек, соединяя которые плавной кривой получа­ем характеристику сети .

Раздел 7. Двигатели внутреннего сгорания.

7.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания

Для двигателей внутреннего сгорания характерно большое разнообразие типов. По принципу действия двигатели внутреннего сгорания можно разделить на две основные группы: поршневые и лопаточные или ротативные.

Поршневые двигатели состоят в основном из цилиндра, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение, из кривошипно-шатунного механизма, преобразующего поступательное движение во вращательное, органов газораспределения и вспомогательных механизмов. Преобразование тепловой энергии в механическую работу у поршневых двигателей происходит не непрерывно, а последовательными циклами.

Лопаточные газотурбинные двигатели состоят в основном из неподвижного статора, в котором вращается ротор, представляющий собой вал с насаженными на него дисками. На дисках имеются лопатки, которые расположены или по окружности, или, на торцовых поверхностях дисков. В отличие от поршневых двигателей у газотурбинных преобразование тепловой энергии в механическую происходит не циклически, а непрерывно. Ниже будут рассматриваться преимущественно поршневые двигатели внутреннего сгорания и главным образом дизели.

Классификация и области применения двигателей внутреннего сгорания.

1. По роду применяемого топлива: двигатели внутреннего сгорания работающие на жидком, газовом, газожидкостном топливе.

В качестве газообразного топлива может применяться генераторный газ, вырабатываемый в газогенераторах из дров, торфа и угля, а также природный газ и другие газы, как, например, коксовый и пр. В качестве жидкого топлива используются главным образом нефтяные топлива, т. е. продукты переработки нефти — бензин, керосин, соляровое масло, моторное топливо, мазуты, а также продукты перегонки угля. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразных и жидких топлив. При этом основным топливом является газообразное, а жидкое расходуется в небольших количествах для зажигания газообразного топлива.

2. По способу осуществления цикла: - 4-х тактные

- 2-х тактные

У четы­рехтактных двигателей рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня, а у двухтактных — за один оборот коленчатого вала, т. е. за два хода поршня. Каждое

Рис. 7.1.1. Конструктивные схемы двигателей внутреннего сгорания:

1 – однорядный двигатель с вертикальным расположением цилиндров; 2 – дви­гатель с V–образным расположением цилиндров; 3 – двигатель с W–образным расположением цилиндров; 4 – двигатель с горизонтальным оппозитным рас­положением цилиндров; 5 – двигатель с Н-образным горизонтальным располо­жением цилиндров; 6 – однорядный звездообразный двигатель; 7 – двухряд­ный звездообразный двигатель

3. По числу и расположению осей цилиндров: - одноцилиндровые и многоцилиндровые - вертикальные и горизонтальные - V – образные и др.

4. По быстроходности:

5. - тихоходные (средняя скорость поршня < 6,5 м/с)

6. - быстроходные (средняя скорость поршня > 6,5 м/с)

7. В зависимости от назначения двигатели внутреннего сгорания делятся на стационарные, судовые, авиационные, автомобильные, тракторные, тепловозные и другие. От назначения двигателя в большой мере зависят его технико-экономические показатели: масса, габариты, мощность.

8. .

9. По способу воспламенения топлива: - двигатели с принудительным зажиганием (от электрической искры)(карбюраторные двигатели).

- двигатели с самовоспламенением (от сжатия дизеля).

10. По степени сжатия: - двигатели низкого сжатия (двигатели с принудительным зажиганием) - двигатели высокого сжатия (двигатели с самовоспламенением)

11. По действию газа на поршень:

- двигатели простого действия - двигатели двойного действия.

Достоинства: высокий КПД, меньшие габариты и масса (по сравнению с паротурбинными установками); малая потребность в воде; постоянная готовность к пуску.

Недостатки: ограниченные единичные мощности, т.к. при больших мощностях требуется большее число оборотов, что приводит к увеличению габаритов и массы и снижению надежности; невозможность использования местных и низкосортных твердых топлив; трудность использования отработавшей энергии д.в.с.

Области применения

- транспортные и передвижные установки

- стационарные установки малой и средней мощности (получение электричества)

- специальные установки (в качестве резервных агрегатов) где не допустим перегрев в электропитании. Помимо двух основных групп двигателей внутреннего сгорания существуют комбинированные двигатели, состоящие из поршне­вого двигателя и газовой турбины, в которой используется энергия отработавших газов поршневой машины.