Основные параметры работы насосов

Насосная установка (рис. 19) состоит из собственно насоса 3; резервуара 5, из которого насос всасывает жидкость при помощи всасывающего трубопровода 4; напорного резервуара 2, в кото­рый подается жидкость с по­мощью нагнетательного трубо­провода 1.

Чтобы судить о работе насос­ной установки, ее техническом совершенствовании, степени эко­номичности и рациональных ме­тодах эксплуатации, необходимо рассмотреть основные параметры работы насоса: его подачу или расход Q,манометрический на­пор , расход мощности N и ко­эффициент полезного действия насоса .

Расходом или подачей насоса Qназывают объ­емное количество жидкости, подаваемое насосом в единицу вре­мени в нагнетательный трубопровод. Следовательно, под рас­ходом понимают то количество жидкости, которое получает потребитель. В действительности, через рабочие органы насоса, его проточную часть проходит большее количество жидкости , которое учитывает объемные потери жидкости, например, через сальниковое или другое уплотнения.

Манометрическим называют напор, создаваемый на­сосом для преодоления геометрической высоты всасывания и высоты нагнетания , для преодоления разности давлений на концах трубопровода ,т. е. разности между внешним дав­лением над поверхностью жидкости в нагнетательном резервуаре и внешним давлением на поверхности жидкости во всасываю­щем резервуаре . Кроме того, манометрический напор затра­чивается на преодоление гидравлических сопротивлений трубо­проводов насосной установки на всасывающей линии и нагнетательной линии . Поэтому манометрический напор, со­здаваемый насосом, можно выразить так

Одним из основных параметров работы насоса является рас­ход мощности N, т. е. количество затрачиваемой насосом энергии для подъема, перемещения и нагнетания жидкости в единицу времени.

Различают теоретическую мощность , т. е. такую, которую необходимо было бы затратить для подачи жидкости, преодоле­вая необходимый манометрический напор при полном отсутствии потерь энергии в самом насосе.

Очевидно, теоретическая мощность (кВт) определяется ве­личиной

В действительности, полная мощность, затрачиваемая двига­телем, т. е. мощность на валу насоса или эффективная мощность N больше теоретической ,вычисленной по формуле. Поэтому отношение всегда меньше единицы. Это отноше­ние показывает, какая часть из всей использованной насосом энергии затрачивается полезно. Вследствие этого указанное отношение принято называть общим коэффициентом полезного действия насоса и обозначать

откуда следует, что

Общий коэффициент полезного действия насоса можно рас­сматривать также как отношение полезной (теоретической) ра­боты Е, выполняемой насосом, к полной (эффективной) работе насоса Е_е , которая включает все потери энергии внутри насоса вне зависимости от природы и источников этих потерь:

Эффективная мощность, N потребляемая насосом, больше теоретической мощности вследствие затрат некоторого коли­чества энергии на преодоление гидравлических сопротивлений в самом насосе. Кроме того, некоторая дополнительная мощ­ность затрачивается насосом на перемещение части жидкости, проходящей через проточную часть насоса, но не попадающей в нагнетательный трубопровод. Иными словами, через рабочие органы насоса проходит количество жидкости большее, чем действительная подача насоса Q, вследствие различных уте­чек .

Наконец, работа насоса связана с затратой энергии на внеш­нее механическое трение рабочих органов насоса о перекачивае­мую жидкость и трение в подшипниках и других механизмах насоса.

Однако, как видно из формул общий коэффициент по­лезного действия дает представление лишь о суммарном влия­нии всех указанных причин на увеличение расхода мощности насосом. Он показывает общую степень совершенства конструк­ции насоса, но не дает возможности разобраться в причинах недостатков, если они имеются, и принять меры к их устранению. Поэтому для характеристики потерь, обусловленных различны­ми процессами, происходящими в насосах, в теории гидравличе­ских машин принято различать: гидравлический, объемный, индикаторный и механический коэффициенты полезного дей­ствия.

Известно, что потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса будут зависеть от таких фак­торов: длины пути, которую проходит жидкость в проточной части насоса, плавности траектории движения, шероховатости омываемых стенок, различных местных сопротивлений, создавае­мых элементами конструкции, а также от вязкости и скорости движения жидкости. В связи с гидравлическими потерями увели­чивается работа, которую выполняет насос за счет энергии дви­гателя.

Поэтому напор, потерянный на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса ,добавляется к манометрическо­му напору и расход мощности на насос соответственно уве­личивается в отношение . Величина, обратная это­му отношению:

называется гидравлическим КПД, так как показывает степень гидравлического совершенства конструкции.

Гидравлический КПД представляет собой отношение полез­ной работы, выполняемой насосом , к работе насоса с учетом гидравлических потерь в нем ,т. е. равен величине:

Следует отметить, что в соответствии с перечисленными при­чинами возникновения гидравлических потерь внутри насоса, гидравлический КПД определяется, главным образом, совер­шенством конструкции и качеством изготовления насоса заво­дом. Для конструктивно совершенных и хорошо изготовленных насосов при перекачке воды может достигать значений, рав­ных 0,8—0,96.

Было указано, что подача насоса Q, т. е. объемное количе­ство жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопро­вод, меньше количества жидкости , которое проходит через проточную часть насоса, т. е. того количества жидкости, которое подвергается действию рабочих органов насоса и на которое за­трачивается работа.

Чтобы оценить часть непроизводительно затрачиваемой по этой причине работы, определяют отношение и называют его объемным коэффициентом полезного дей­ствия насоса:

Объемный КПД изменяется в широких пределах в за­висимости от величины зазоров между деталями, отделяющими область нагнетания насоса от области всасывания, а также от различных неплотностей, через которые жидкость протекает, не достигнув нагнетательного трубопровода (например, утечки че­рез сальники насоса и другие уплотнительные приспособления).

Объемный КПД в значительной степени зависит от свойств перекачиваемой жидкости: вязкости, загрязненности и др. В нор­мальных условиях объемный КПД достигает значений, равных 0,85—0,98.

Рассматривая всю затрату энергии на работу внутри насоса следует, очевидно, учитывать полное количество жидкости , проходящее через рабочие органы насоса и напор насоса с уче­том гидравлических потерь в нем. В таком случае внутренняя или индикаторная работа насоса определится так:

Индикаторная работа, конечно, больше теоретической . Отношение

называют индикаторным коэффициентом полезного действия насоса.

Выразим его в таком виде:

Отсюда видно, что индикаторный КПД равен произведению объемного и гидравлического КПД:

Если сравнить работу, выполняемую внутри насоса, т. е. ин­дикаторную работу , с полной или эффективной работой , то последняя больше индикаторной на величину, равную меха­ническим потерям. В эти потери входят затраты энергии на прео­доление трения в подшипниках, поверхностях уплотнений, а так­же на внешнее трение дисков рабочих колес о жидкость в центробежных насосах.

Отношение индикаторной работы к полной работе на валу насоса, которое характеризует собой влияние механических потерь, называют механическим коэффициентом полезного дей­ствия насоса:

Механический КПД хорошо сконструированных насосов при тщательном их обслуживании бывает довольно высоким (0,85— 0,98).

Как видно из формулы эффективная работа

Подставив это значение в формулу , получим:

Учитывая, что ,получим выражение . По­этому с учетом формулы можно определить общий КПД насосов как произведение объемного, гидравлического и механи­ческого коэффициентов полезного действия:

В заключение отметим, что каждый из приведенных коэф­фициентов имеет соответствующее применение в практике. Так, например, общий КПД применяется при определении расхода мощности на насос по его подаче и напору. При расчете подачи насосов применяют объемный КПД:

При расчете напора, создаваемого насосом, применяют гид­равлический КПД. Так, зная теоретический напор, создаваемый насосом, можно определить действительный напор

Механический КПД применяется при определении расхода мощности на насос по индикаторным диаграммам.