Действительный напор насоса.

Лекция 7. Потери энергии потока жидкости в лопастном центробежном насосе.

Форма лопастей центробежного насоса существенным образом влияет на вид его напорной теоретической характеристики.

Действительный напор насоса. - student2.ru

Рис.7.1. Формы лопастей центробежного насоса:

а - лопасти, отогнутые назад ( Действительный напор насоса. - student2.ru ); б – лопасти, радиально оканчивающиеся ( Действительный напор насоса. - student2.ru ); в – лопасти, отогнутые вперед ( Действительный напор насоса. - student2.ru ).

В рабочих колесах центробежных насосов, транспортирующих капельные жидкости (вода, бензин), как правило, применяются лопасти, отогнутые назад по направлению вращения ( Действительный напор насоса. - student2.ru ). Угол Действительный напор насоса. - student2.ru находится в пределах Действительный напор насоса. - student2.ru , чаще Действительный напор насоса. - student2.ru .

Действительный напор насоса. - student2.ru

Рис.10. Вид теоретических напорных характеристик центробежного насоса

при различных углах Действительный напор насоса. - student2.ru наклона лопастей на выходе из насоса.

По сравнению с другими лопастями, лопасти, отогнутые назад, дают наименьшие гидравлические потери внутри насоса, а следовательно, и наибольший КПД. Действительно, если сравнить между собой (см. рис. 9) каналы, образованные двумя соседними лопастями, то в первом случае - это длинный канал с небольшим центральным углом диффузорности (расширения), а во втором — короткий канал с большим углом расширения. Из учебного курса гидравлики известно, что при угле расширения потока более 14...15° поток отрывается от стенок канала и возникают дополнительные гидравлические потери напора на вихреобразование.

Вид теоретических напорных характеристик центробежного насоса существенно изменяется в зависимости от угла Действительный напор насоса. - student2.ru наклона лопастей на выходе из насоса (см. рис.10).

Действительный напор насоса.

Определение. Действительным напор Н, создаваемый насосом, есть его реальный напор, который можно определить с помощью манометров или пьезометров, установленных до и после насоса.

Действительный напор Н, создаваемый насосом, всегда меньше теоретического Действительный напор насоса. - student2.ru из– за конечного числа лопастей и гидравлических потерь внутри лопастного колеса насоса. Поэтому для того, чтобы рассчитать действительный, т.е. реальный напор насоса, теоретический напор насоса, соответствующий бесконечному числу лопастей, умножают на дополнительные коэффициенты ( их величины меньше единицы):

–на коэффициент Действительный напор насоса. - student2.ru , учитывающий уменьшение напора из–за конечного число лопастей;

– на коэффициент Действительный напор насоса. - student2.ru , определяющий уменьшение напора из–за гидравлических потерь.

В качестве последнего коэффициента используется гидравлический КПД насоса.

С учётом этих коэффициентов:

Действительный напор насоса. - student2.ru

Действительный напор насоса. - student2.ru , (8)

Действительный напор насоса. - student2.ru

Действительный напор насоса. - student2.ru

На основании ( 5 ) и (8) действительный напор Действительный напор насоса. - student2.ru насоса рассчитывают по формуле:

Действительный напор насоса. - student2.ru . (9)

Так как все виды потерь в насосе зависят от расхода Действительный напор насоса. - student2.ru , то полученное здесь выражение для действительного напора насоса, можно представить в виде равенства:

Действительный напор насоса. - student2.ru (10)

Действительный напор Действительный напор насоса. - student2.ru насоса будет всегда меньше теоретического на величину Действительный напор насоса. - student2.ru различных гидравлических потерь напора согласно равенству:

Действительный напор насоса. - student2.ru .

Определение. Гидравлические потери– это потери напора жидкости на трение внутри жидкости, а также –на трение и удары частиц жидкости о поверхности элементов конструкции насоса.

Величина гидравлических потерь определяется, в основном, двумя факторами: трением внутри жидкости и о стенки канала, а также– ударами частиц потока жидкости о кромки лопастей насоса и ударами частиц об элементы корпуса и колеса при несовпадении направления скорости частиц потока с направлением касательной к поверхностям твёрдых тел элементов конструкции насоса. Ударные явления возникают, в основном, при входе потока на лопасти колеса и при сходе с них (переходе потока в улитку). Трение и удары вызывают вихреобразование и потери механической энергии жидкости на образование вихрей.

Гидравлические потери энергии учитываются гидравлическим КПД Действительный напор насоса. - student2.ru насоса.

С учетом этих потерь действительная зависимость Действительный напор насоса. - student2.ru напора Действительный напор насоса. - student2.ru от расхода Действительный напор насоса. - student2.ru будет иметь вид выпуклой кривой (рис. 11).

Действительный напор насоса. - student2.ru

Рис. 11. Характеристика гидравлических потерь и действительная напорная характеристика центробежного насоса.

Мощность насоса.

Определение. Мощностью N насоса называют мощность, затраченную извне на привод насоса в действие.

Мощность N насоса рассчитывают по формуле:

Действительный напор насоса. - student2.ru (11)

Здесь Действительный напор насоса. - student2.ru – мощность привода, Вт; Действительный напор насоса. - student2.ru – КПД привода.

Мощность Действительный напор насоса. - student2.ru , потребляемую насосом от силового электрического привода, определяют по мощности потребляемой электрической энергии:

Действительный напор насоса. - student2.ru (12)

Здесь Действительный напор насоса. - student2.ru электрическое напряжение в сети питания электродвигателя, В; Действительный напор насоса. - student2.ru сила тока, А; Действительный напор насоса. - student2.ru ;

Действительный напор насоса. - student2.ru КПД электродвигателя ( Действительный напор насоса. - student2.ru ).

Полезная или гидравлическая мощность насоса.

Определение. Мощность Действительный напор насоса. - student2.ru , которую имеет поток жидкости (с расходом Действительный напор насоса. - student2.ru и напором Действительный напор насоса. - student2.ru ) в данном сечении канала, определяется равенством:

Действительный напор насоса. - student2.ru ,

Определение. Полезная или гидравлическая мощность насоса определяется величинами действительного напора Действительный напор насоса. - student2.ru и действительной подачи Q и рассчитывается по формуле:

Действительный напор насоса. - student2.ru , Действительный напор насоса. - student2.ru (13 ).

Физический смысл полезной или гидравлической мощности Действительный напор насоса. - student2.ru насоса состоит в том, что это есть та реальная дополнительная мощность Действительный напор насоса. - student2.ru , которую приобретает поток жидкости, проходя через данный насос.

КПД насоса.

Определение. Отношение величины Действительный напор насоса. - student2.ru полезной (гидравлической) мощности насоса к полной (потребляемой) мощности Действительный напор насоса. - student2.ru , которую получает насос от силового привода, определяет полный КПД Действительный напор насоса. - student2.ru насоса:

Действительный напор насоса. - student2.ru (14)

Если насос приводится в действие от электродвигателя, то общий КПД Действительный напор насоса. - student2.ru насоса можно определить опытным путём по формуле:

Действительный напор насоса. - student2.ru (15)

Здесь Действительный напор насоса. - student2.ru удельный вес жидкости, Действительный напор насоса. - student2.ru .

Величина Действительный напор насоса. - student2.ru полезной (гидравлической) мощности насоса всегда меньше мощности Действительный напор насоса. - student2.ru насоса, которую получает насос от силового привода.

Это обусловлено тем, что в процессе передачи энергии от силового привода к потоку жидкости, часть передаваемой энергии теряется из–за различных потерь массы и энергии жидкости. Это, прежде всего, механические, объёмные и гидравлические потери. Эти потери определяются соответствующими КПД насоса: механическим Действительный напор насоса. - student2.ru , объёмным Действительный напор насоса. - student2.ru и гидравлическим Действительный напор насоса. - student2.ru .

Определение. Механический КПД насоса Действительный напор насоса. - student2.ru определяет потери механической мощности привода насоса из–за трения между подвижными и неподвижными частями насоса ( потери энергии в подшипниках, в уплотнениях, сальниках и т.п.).

Для насоса данной конструкции (с неизменными геометрическими параметрами и постоянными оборотами Действительный напор насоса. - student2.ru вала насоса) величины всех видов потерь массы и энергии, а также и все виды КПД насоса, существенно зависят от расхода жидкости через насос, т.е. от подачи Q насоса. Это хорошо видно на рис. 12.

Действительный напор насоса. - student2.ru

Рис.12. Зависимость всех видов КПД и полного КПД Действительный напор насоса. - student2.ru от подачи Q насоса.

В теории лопастных гидравлических машин показывается, что полный КПД Действительный напор насоса. - student2.ru насоса равен произведению механического, объёмного и гидравлического КПД:

Действительный напор насоса. - student2.ru

На рис. 12 видно, что кривая КПД насоса имеет максимум при каком–то единственном значении Действительный напор насоса. - student2.ru расхода жидкости через насос. При этом значении подачи Действительный напор насоса. - student2.ru насос работает наиболее экономично. Это расчётный режим работы насоса.

Таблица КПД насоса.

КПД Действительный напор насоса. - student2.ru Действительный напор насоса. - student2.ru Действительный напор насоса. - student2.ru Действительный напор насоса. - student2.ru

Малые насосы

( Q до 0,2 Действительный напор насоса. - student2.ru ) 0,45-0,75 0,85-0,95 0,8-0,85 0,7-0,93

Крупные насосы

( Q более 0,2 Действительный напор насоса. - student2.ru ) 0,75-0,90 0,90-0,95 0, 85-0,96 0,92-0,96

Наши рекомендации