Насосна установка і її характеристика

Міністерство аграрної політики України

Державний агроекологічний університет

 

Кафедра загальнотехнічних дисциплін

Методичні вказівки і завдання для виконання
розрахунково-графічної

Роботи

„Розрахунок насосної установки”

з курсу „Гідравліка і сільськогосподарське водопостачання”

 

Житомир – 2005
Відцентрові насоси і насосна установка

Насосом називають гідромашину, яка перетворює механічну енергію приводного двигуна в кінетичну і потенціальну енергію потоку робочої рідини.

Робота насоса характеризується його подачею, напором, споживаною потужністю і частотою обертання робочого колеса.

Подачею насоса називається витрата рідини через напірний (вихідний) патрубок. Так само як і витрата, подача може бути об’ємною (, м³/с) і масовою (, кг/с).

Напір насоса – різниця питомих енергій потоку при виході з насоса і на вході до нього, виражена в метрах стовпа рідини, яку подає насос:

Потужністю насоса (потужність, що споживає насос) називається енергія, яка підводиться до нього від приводного двигуна за одиницю часу:

де – крутний момент на валу насоса;

– кутова швидкість обертання вала насоса.

Корисна потужність насоса – це енергія, яку надає насос рідині, що проходить через нього, за одиницю часу:

.

Відношення корисної потужності насоса до потужності, яку він споживає, називають к.к.д насоса:

.

Кавітаційний запас

Відцентрові насоси забезпечують широку область подач і тисків (напорів), але за умовами роботи на стороні всмоктування для них існують обмеження, причиною яких є можливість виникнення в певних зонах всмоктуючого тракту насоса особливо явища – кавітації. Суть кавітації полягає в утворенні розривів суцільності потоку (каверн) в тих місцях, де тиск знижується до величини тиску насиченої пари () при даній температурі рідини. Таке зниження тиску призводить до миттєвого скипання рідини і утворення великої кількості бульбочок, заповнених парою, та розчиненими в рідині газами. Ці бульбочки переносяться потоком рідини до зон підвищеного тиску, де також майже миттєво руйнуються внаслідок конденсації пари і розчинення газів. Останнє супроводжується мікроскопічними гідроударами великої потужності, які поступово руйнують робоче колесо насоса. Для порівняння кавітаційних якостей насосів користуються так званим кавітаційним запасом, тобто перевищенням повної питомої енергії потоку рідини на вході в насос над енергією, що відповідає тиску насиченої пари рідини:

,

де – абсолютний тиск рідини на вході в насос;

– швидкість потоку рідини на вході в насос;

– тиск насиченої пари.

Кавітаційний запас, при якому починається кавітація, називається критичним. Стосовно до лопатевих насосів критичний кавітаційний запас підраховують за формулою С.С. Руднєва:

,

в якій – частота обертання робочого колеса, об/хв.;

– подача насоса, м³/с;

– кавітаційний коефіцієнт швидкохідності, який залежить від конструктивних особливостей насоса (для поширених конструкцій відцентрових насосів ).

Допустимий кавітаційний запас – це кавітаційний запас, який гарантує роботу насоса без змін основних технічних показників, що зв’язані з виникненням в насосі кавітації:

.

Відцентрові лопатеві насоси мають обмеження стосовно висоти їх установлення (розташування) над рівнем вільної поверхні рідини у витратному (приймальному) резервуарі, з якого насос всмоктує рідину. Ці обмеження обумовлені тиском на поверхні рідини в приймальному резервуарі, швидкістю потоку і величиною втрат енергії у всмоктуючому трубопроводі, температурою і фізичними властивостями рідини, тобто факторами, від яких залежить виникнення кавітації на вході в насос.

Допустиму висоту всмоктування, при якій забезпечується робота насоса без зміни основних технічних показників, зв’язаних з виникненням явища кавітації, визначають за формулою:

,

де – абсолютний тиск на поверхні витратного резервуара;

– велична тиску насиченої пари рідини;

– сумарні втрати напору у всмоктуючому трубопроводі.

Характеристиками відцентрового насоса називають графічно зображені залежності напору, потужності, коефіцієнта корисної дії, а інколи і допустимої висоти всмоктування, від подачі насоса при сталій частоті обертання робочого колеса (рис. 1).

Рис. 1

 

Насосна установка і її характеристика

Насос (група насосів) з трубопроводами і відповідним комплектуючим обладнанням називається насосною установкою.

На рис. 2 зображена напівконструктивна схема насосної установки. До насоса 7, який приводиться в дію електродвигуном 6, рідина надходить з приймального резервуара 1 по всмоктуючому трубопроводу 12. Насос нагнітає рідину в напірний резервуар 2 по напірному трубопроводу 3. На напірному трубопроводі є регулююча засувка 8, за допомогою якої можна змінювати подачу насоса. Інколи на напірній магістралі встановлюють зворотний клапан 10, який автоматично перекриває напірну магістраль при зупинці насоса. Якщо тиск в приймальному резервуарі відрізняється від атмосферного, або насос розташований нижче рівня рідини в приймальному резервуарі, то на всмоктуючому трубопроводі встановлюють монтажну засувку 11, яку перекривають при зупинці чи ремонті насоса. На вході у всмоктуючу магістраль передбачають запобіжну приймальну сітку 13 для запобігання засмічування насоса і зворотний клапан 14, що дає змогу залити насос і всмоктуючий трубопровід перед пуском. Робота насоса контролюється витратоміром 4, манометром 5 і мановакуметром 9.

Рис. 2

1. Приймальний резервуар. 2. Напірний резервуар. 3. Напірний трубопровід. 4. Витратомір. 5. Манометр. 6. Електродвигун. 7. Насос. 8. Регулююча засувка. 9. Мановакуметр. 10. Зворотний клапан. 11. Монтажна засувка. 12. Всмоктуючий трубопровід. 13. Запобіжна приймальна сітка. 14. Зворотний клапан.

 

Різницю висот рівней вільних поверхонь рідини в приймальному і напірному резервуарах називають геометричним напором насосної установки.

Для того, щоб подати рідину по трубопроводах установки з приймального (витратного) резервуара до напірного, необхідно витратити енергію на підйом рідини на геометричну висоту , на подолання різниці тисків в резервуарах і на подолання сумарних гідравлічних втрат всмоктуючого і напірного трубопроводів. Таким чином потрібний напір установки

,

де – статистичний напір установки.

Характеристикою насосної установки називають графічну залежність потрібного напору від витрати рідни в трубопроводі з насосною подачею.

Статичний напір не залежить від витрати рідини в трубопроводі, а втрати в загальному випадку виражають формулою . Тому криву потрібного напору (характеристику насосної установки) будують за рівнянням

.

При турбулентному режимі течії гідравлічні втрати пропорційні квадрату витрати і

.

 

Робота насоса на мережу

Розрахунок трубопроводів (мережі) з насосною подачею виконують на основі такого найважливішого правила:

при усталеному русі рідини в трубопроводах напір , що створює насос, завжди дорівнює потрібному напору, тобто

.

Графоаналітичний метод розрахунку трубопроводів полягає в побудові на одному графіку в однакових масштабах кривих потрібного напору і характеристика насоса і визначенні точки їх перетину.

Точку перетину кривої потрібного напору і характеристики насоса (точка А на рис. 3) називають робочою точкою, так як вона визначає єдиний можливий режим роботи насоса на дану мережу (трубопровід) – його напір ; подачу , потужність і к.к.д. насоса на цьому режимі.

Рис.3