Основные параметры машин, подающих жидкости и газы.

Основными величинами, характеризующими работу машин, являются подача, напор и давление, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, кавитационный запас.

Подачей называется объемное или массовое количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени. Объемная подача обозначается Q (м 3 /с), массовая подача обозначается Q_м (кг/с). Q_м=Q×r,

где r — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3

При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости машины независимо от рода перекачиваемой среды. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах вследствие существенного повышения давления происходит уменьшение удельного объема газа, и объемная подача по длине проточной полости падает.

В расчетах принято принимать подачу компрессоров при условии всасывания или при нормальных условиях, т.е. при параметрах среды

Т – 293 К, Р – 100 кПа, r = 1,2 кг/м 3 .

Давление насоса – это прирост удельной энергии, который насос передает объему жидкости, которую перекачивает, Па.

Р = . (1)

По ГОСТ 17398-72 давление, развиваемое насосом, определяется зависимостью

(2)

где Р_к и Р_н – соответственно давления на входе в насос и на выходе из насоса, Па; — плотность среды, кг/м 3 ; С_н и С_к – средние скорости потока на входе и выходе, м/с; Z_н и Z_к – высоты расположения центров входного и выходного сечений насоса.

Напор (или приращение удельной энергии жидкости). В инженерной практике, связанной с гидромашинами, широкое распространение имеет такое понятие, как напор машины, обозначаемый буквой Н и измеряемый в линейных единицах. Напор можно представить как высоту, на которую способна подняться жидкость за счет полученной в насосе энергии.

Напор Н является удельной энергией, т.е. отношением полной энергии, получаемой жидкостью в насосе, к величине ее силы тяжести.

Государственный стандарт устанавливает понятие напора как величины, связанной с давлением соотношением Н = Р/ g ,м.

Н = (3)

Напор, развиваемый вентиляторами, выражают иногда условно в миллиметрах водяного столба. Напор в 1 мм. вод. ст. эквивалентен давлению 9,81 Па.

Важной величиной, характеризующей насосы и вентиляторы с энергетической стороны, является их полезная удельная работа Э_уд = .

Частота вращения (n). Под частотой вращения понимают число циклов (оборотов) в единицу времени. В качестве единицы времени в системе СИ принята (с — ).

Мощность и К.П.Д. Если через гидромашину в секунду проходит жидкость с массой Q_м, то весь поток получит запас энергии, равный:

N_п = r×g×Q×H = Q Р, Bт, N_{п =} (4)

Величина N_п носит название полезной мощности. Эту мощность большинство авторов называют полезной, а также гидравлической или мощностью в поднятии жидкости.

Отношение полезной мощности к мощности на валу называется КПД насоса и определяется по формуле: % (5)

КПД учитывает гидравлические, объемные и механические потери.

Отношение действительного напора к идеальному оценивают гидравлическим КПД, который выражает эффективность силового взаимодействия потока жидкости с рабочим органом насоса.

. (6)

Значение гидравлического КПД находится в пределах 0,7…0,93.

Объемный КПД насоса – отношение действительной подачи к идеальной. (7)

Он учитывает утечки воды через неплотности сальников и зазоры в насосе. Объемный КПД современных насосов в зависимости от геометрических размеров рабочих органов изменяется в пределах 0,9…0,95.

Механический КПД учитывает потери на трение наружной поверхности колеса о жидкую среду, а также потери на трение в подшипниках и сальниках. (8)

Механический КПД современных насосов лежит в диапазоне 0,9…0,98.

Вводя значения всех КПД, получим (9)

В любой насосной установке мощность в различных ее узлах не одинакова. На рис 3 представлена схема трансформации мощности при работе насоса.

Рис. 3 схема трансформации мощности при работе насоса.

Обычно приводом для насоса является электродвигатель, который потребляет из электросети электрическую мощность N_Э. Эта мощность в электродвигателе преобразуется в механическую мощность на валу N_вал. С учетом потерь мощности в электродвигателе N_вал = N_{Э. э}. Мощность на валу передается потоку жидкости, проходящему через насос N_п.

Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 1760 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Основные параметры машин для перемещения жидкости

Машины для транспортировки жидкостей

В промышленности искусственных кож применяются самые разнообразные жидкости и пасты, что требует применения для их транспортировки насосов различных систем.

Процесс транспортировки по трубопроводной системе с насосом зависит в основном от следующих факторов, которые надо учитывать при выборе насоса:

массы или объема транспортируемой жидкости в единицу времени, т.е. расхода жидкости;

напора, т.е. высоты столба жидкости, образующегося за счет приращения энергии между всасывающим и напорным патрубками. При определении напора следует принимать во внимание подачу из открытого резервуара путем всасывания, подачу из закрытого резервуара (с избыточным давлением) путем всасывания, подачу самотеком из открытого или закрытого резервуара, подачу в открытый или закрытый (с избыточным давлением) резервуар;

склонности жидкости к кавитации, т.е. образованию в жидкости пузырьков пара при пониженном давлении. Чтобы кавитация не происходила, ни в одном месте системы давление не должно при соответствующей температуре быть равным давлению паров жидкости;

избыточного давления над точкой кипения при данной температуре, являющегося мерой всасывающей способности насоса;

производительности и коэффициента полезного действия насоса.

Коэффициент полезного действия насоса включает внутренний коэффициент полезного действия (гидравлический коэффициент полезного действия, потери в зазорах, трение шестерен) и механический коэффициент полезного действия (потери на трение подшипников, сальников).

Таким образом, на потерю напора оказывают влияние коэффициент трения трубопровода (зависит от числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубопровода), плотность жидкости, требуемая скорость течения жидкости, диаметр и длина трубопровода.

Ниже приводится описание важнейших видов насосов и областей их применения, причем объясняются только принципы действия насосов. Электроприводы с редукторами во внимание не принимаются.

Рис. 2.27. Одноступенчатый лопастный (центробежный) насос со спиральной камерой (улиткой)

Лопастный насос (рис. 2.27) наиболее часто применяется для подачи жидкостей. Существуют лопастные насосы

с радиальной, диагональной и аксиальной подачей жидкости, которые именуются соответственно радиальным, диагональным и аксиальным насосами. Радиальный лопастный насос подает жидкость перпендикулярно его валу, диагональный — под углом к валу, а аксиальный — параллельно валу (рис. 2.28).

У лопастных насосов лопасти рабочего колеса сообщают поступающей жидкости кинетическую энергию, которая в направляющем устройстве, например в спиральной камере (улитке) , превращается в основном в энергию давления. При этом подача жидкости осуществляется постоянно (без пульсации). Расход жидкости и напор зависят от частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса. Напор 5в лопастных насосах не зависит от плотности жидкости. На производительность насоса оказывает большое влияние также вязкость жидкости: с увеличением вязкости напор и расход жидкости уменьшаются. Если снабдить насос несколькими расположенными последовательно рабочими колесами, то напор повысится, так как каждое рабочее колесо (ступень) передаст свою энергию перекачиваемой жидкости. Такие насосы называются многоступенчатыми лопастными насосами.

Лопастные насосы в стандартном исполнении сами не всасывают жидкость и при наличии воздуха или пара на рабочем колесе не перекачивают ее. Поэтому перед пуском насоса все трубопроводы должны быть заполнены жидкостью.

Лопастные насосы применяются главным образом в качестве пожарных насосов, питательных насосов котлов и конденсационных насосов, однако они используются также для перекачки сточных, канализационных вод и т.д. В химической промышленности и промышленности искусственных кож кислотный лопастный насос, выполненный из материала, стойкого к воздействию агрессивных сред, применяется для подачи растворителей.

Вихревые насосы (рис. 2.29) представляют собой

лопастные насосы специальной конструкции. Однако принципом действия они существенно отличаются от обычных лопастных насосов. Вихревые насосы являются самовсасывающими.

В корпусе вращается звездообразное рабочее колесо, причем со стороны всасывающего патрубка зазор небольшой, а с противоположной стороны — более широкий (боковой канал). Боковой канал проходит от всасывающего до напорного патрубка. При пуске насоса жидкость отбрасывается в боковой канал и напорный патрубок, а по всасывающему патрубку течет новая жидкость.

Такой насос хотя и требует предварительного заполнения жидкостью только корпуса, трубопроводы не обязательно должны заполняться.

Следует рассмотреть преимущества и недостатки вихревых насосов в сравнении с обычными лопастными насосами.

Преимущества: вихревые насосы сами удаляют воздух из всасывающих трубопроводов и подают жидкости, газы или их смеси непрерывно. В отличие от обычных лопастных насосов они пригодны для подачи малых количеств жидкости.

Недостатки: вихревые насосы подвержены воздействию абразивных компонентов и, таким образом, непригодны для перекачки сточных и канализационных вод. Они не обеспечивают большого расхода жидкости и характеризуются меньшим коэффициентом полезного действия, чем обычные лопастные насосы. Вихревые насосы неприменимы для подачи высоковязких жидкостей.

Шестеренные насосы (рис. 2.30) находят все большее применение в промышленности искусственных кож. В зависимости от конструкции шестеренные насосы могут применяться для подачи как низковязких, так и высоковязких жидкостей. Они работают по следующему принципу: две находящиеся в зацеплении друг с другом шестерни вращаются в корпусе. Зазоры между зубьями шестерен образуют вместе со стенкой корпуса напорные полости. При переходе жидкости от стороны всасывания к стороне нагнетания возникает, кроме того, закрытое пространство, именуемое камерой сжатия. Сжатая в ней жидкость отводится по стоку в камеру нагнетания. Подшипниковые опоры могут находиться как внутри, так и снаружи насосов.

Для субстанций, обладающих смазывающими свойствами, применяются насосы с подшипниками внутри, а для подачи жидкостей, лишенных таких свойств, — насосы с подшипниками снаружи.

При использовании шестеренных насосов для перекачки низковязких жидкостей расстояние между зубьями шестерен в зацеплении должно быть малым; чем больше это расстояние, тем большей вязкости жидкость можно транспортировать.

В промышленности искусственных кож шестеренные насосы применяются для подачи ПВХ-паст и полиуретановых растворов.

шестеренные насосы могут создавать очень высокое

давление и большой напор, поэтому трубопроводные системы необходимо снабжать предохранительными клапанами.

Ротационно — поршневые, или роторно-щелевые, насосы (рис. 2.31) используются для подачи как низковязких, так и высоковязких жидкостей, на которые высокие давления оказывают отрицательное влияние. Эти насосы не повреждают подаваемую жидкость. Два поршня встречно вращаются с одинаковой частотой. Фасонные выемки на поршнях образуют напорные камеры, в которых поступательно перемещается жидкость. Эти напорные камеры имеют относительно большую вместимость, благодаря чему осуществляется щадящая транспортировка жидкости без ее механического повреждения, и насос может работать с малой частотой вращения.

Данные насосы оснащаются, как правило, двигателями с редуктором, которые позволяют менять частоту вращения. Расход жидкости у этих насосов пропорционален частоте вращения. Ротационно-поршневые насосы применяются для подачи легко поддающихся деструкции жидкостей, таких, как латекс, пигментные пасты, эмульсии, дисперсии. Благодаря их способности сильно всасывать жидкости они могут применяться для подачи жидкостей из вакуума.

Описанные выше насосы подают жидкости Непрерывным потоком. Объемные, или поршневые (рис. 2.32), насосы, которые подают жидкость пульсирующим потоком, и являются самыми старыми видами насосов, но все еще занимают важное место в технике. Кроме того, появилась совершенно новая область их применения: дозирование жидкостей.

В поршневых насосах кинетическая энергия жидкости увеличивается совершающим возвратно-поступательное движение поршнем или в особых случаях эластичной мембраной. Поршень осуществляет всасывающий и нагнетающий ходы. Обратное течение жидкости предотвращается клапанами. Поток жидкости пульсирует. Эта пульсация уменьшается уравнительными камерами, всасывающим и нагнетательным воздушными колпаками.

Поршневые насосы — это самовсасывающие насосы, производительность которых практически не зависит от напора и в широком диапазоне не зависит от вязкости транспортируемой среды.

В воздушных колпаках находится воздух, который при каждом ходе сжимается и затем снова расширяется, когда жидкость проходит по трубопроводу. Кроме того, пульсацию потока жидкости можно еще уменьшить подключением одного или нескольких поршней, работающих в противофазе.

В промышленности искусственных кож в настоящее время поршневые насосы, прежде всего дозирующие, приобрели значение. Об этом еще будет идти речь в главе ’’Измере-ние расхода жидкости”.

Здесь следует остановиться на преимуществах и недостатках насосов с пульсирующей подачей жидкости в сравнении с насосами, подающими жидкость непрерывным равномерным потоком.

Преимущества: поршневые насосы являются самовсасывающими. Их производительность не зависит от напора. Эти насосы пригодны для подачи жидкостей под высокими давлениями. Они пригодны для жидкостей с вязкостью до 30 Па • с.

Недостатки: пульсация потока подаваемой жидкости требует дополнительных технических средств. Клапаны и воздушные колпаки усложняют конструкцию насоса. Для предотвращения разрушения, например в случае работы насоса при закрытой заслонке, требуются перепускные клапаны как предохранительные детали конструкции насоса.

Эксцентриковые червячные насосы (рис. 2.33) применяются для подачи экстремально вязких, но еще текучих сред жидкостей. У этих насосов винтообразный ротор вращается в статоре, имеющем форму двухзаходного полого винта. — Ход винтовой линии статора вдвое больше диаметра ротора. При вращении ротора между ним и стенкой статора образуются замкнутые полости, которые движутся поступательно в осевом направлении. Этот процесс можно сравнить с бесконечным ходом поршня. Вследствие этого возникает как эффект всасывания, так и эффект нагнетания. Статор, как правило, эластичен; в зависимости от назначения насоса статор может быть сделан из каучука, неопрена, силоксано-вого каучука, политетрафторэтилена и т.п. Ротор обычно выполнен из хромистой либо хромоникелевой стали.

Рис. 2.33. Эксцентриковый червячный насос (разрез вдоль оси) :
1 — ротор; 2 — статор

2.2. Краткая характеристика основных типов насосов

Эксцентриковые червячные насосы применяются прежде всего для подачи высоковязких жидкостей и паст, а также

суспензий, т.е. жидкостей с содержанием твердых веществ; в особых случаях они могут применяться для подачи порошков (если они обладают смазывающими свойствами). Эти насосы можно использовать для подачи высоковязких жидкостей и паст из бочек, т.е. в качестве бочечных насосов.

В табл. 2.2. приведены области применения различных типов насосов для подачи жидкостей.