Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

Расчет напора насоса

Схема установки включает в себя приемную емкость E1, насос Н, напорную емкость Е2, соединенные трубопроводами, на которых расположены регулирующая арматура и измерительные приборы. Участок трубопровода между исходной емкостью и

насосом называется всасывающим; участок трубопровода между насосом и напорной

емкостью называется нагнетательным трубопроводом.

Рис.7.2. Схема установки для расчета напора насоса.

P1 - давление в исходной емкости, P2 - давление в напорной емкости,

v0 -скорость жидкости в сечении 1-1 емкости 1, совпадающей с уровнем жидкости; Pвс - давление во всасывающем трубопроводе в сечении 1’- 1’,

vвс -скорость жидкости во всасывающем трубопроводе,

Pн - давление в нагнетательном трубопроводе, в сечении 1’- 1’, vн -скорость жидкости в нагнетательном трубопроводе,

v2 -скорость жидкости в сечении 2-2 напорной емкости, Нг - геометрическая высота подъема жидкости,

h - растояние по вертикали между точками установки манометра и вакуумметра, Нвс - высота всасывания, Нн - высота нагнетания.

Скорости измеряются в м/с, высоты в м.

3

Запишем уравнение баланса энергии для сечений 1-1 и 1’-1’.(точка 1’ находится в во всасывающем трубопроводе в месте входа жидкости в насос).

hп.вс - гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода.

Запишем баланс энергии для сечений 1’-1’ (т.2’ находится в нагнетательном трубопроводе в месте выхода жидкости из насоса) и сечений 2-2 (совпадающего с уровнем жидкости в емкости 2):

hп.н - гидравлическое сопротивление в нагнетательном трубопроводе.

н >> 2 , т.к. сечение емкости 2 >> сечения нагнетательного трубопровода.

поэтому можно пренебречь скоростным напором в правой части уравнения.

Hн z2 z2' , тогда уравнение (7.11) принимает вид:

Hн + Hвс = Hг – геометрическая высота подъема жидкости

hп.н +hп.вс = hп - общие потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Тогда уравнение (7.13) имеет вид:

4

Левая часть этого уравнения - удельная энергия, сообщаемая насосом единице веса перекачиваемой жидкости – называется напором насоса

Тогда из уравнения (7.14) можно получить выражение для расчета напора насоса через параметры гидравлической сети

Это основное уравнение для расчета напора насоса.

В случае, если установка снабжена манометром и вакуумметром, установленными,

соответственно, на нагнетательном и всасывающем трубопроводах, можно использовать следующее уравнение для расчета напора насоса, полученное из уравнения (7.15):

Максимальная теоретическая высота определяется величиной P1/ g, т.е. давлением в исходной емкости. Так, для воды, поступающей из открытого водоема при атмосферном давлении 735,6 мм.рт.ст = 1 ат, максимальная теоретическая высота всасывания равна 10

м. Соответственно, чем больше давление над уровнем жидкости в емкости 1, тем выше высота установки насоса.

На практике высота всасывания значительно ниже максимальной теоретической высоты всасывания. Давление во всасывающим трубопроводе не может опуститься ниже

5

давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости при данной температуре Pt .Если давление во всасывающем трубопроводе Pвс достигнет давления насыщенного пара Pt, то жидкость закипит, возникнет процесс интенсивного парообразования, разрыв потока и насос перестанет перекачивать жидкость. С увеличение температуры перекачиваемой

жидкости давление насыщенного пара Pt увеличивается, это приводит к снижению максимальной высоты установки насоса над уровнем жидкости или высоты всасывания.

Поэтому, с учетом вышесказанного, расчетное уравнение для определения высоты

всасывания имеет следующий вид:

где hдоп - запас напора из-за отрыва жидкости от поршня вследствие инерционных сил в поршневых и плунжерных насосах и из-за явления кавитации в центробежных насосах.

где: L - высота столба жидкости во всасывающем трубопроводе (расстояние по вертикали от уровня жидкости до оси насоса),

fпорш - площадь поперечного сечения поршня или плунжера,

fтр - площадь поперечного сечения всасывающего трубопровода, v - окружная скорость вращения кривошипа,

r - радиус кривошипа.

где: V - производительность насоса, м3/с; n - скорость вращения вала насоса, (с-1).

Кавитация

Абсолютное давление на входе в рабочее колесо насоса должно быть больше упругости насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре. Если это условие не соблюдается, начинается парообразование, уменьшается производительность насоса. Пределом является разрыв потока жидкости, после чего насос перестает подавать жидкость.

6

Явления, происходящие в насосе при парообразовании в начальной стадии и вплоть до прекращения работы, носят общее название - кавитация.

При длительной работе насоса в условиях кавитации рабочее колесо и корпус начинают разрушаться.

Кавитация представляет собой сложный комплекс явлений:

1.Выделение пара и растворенных газов из жидкости в тех областях, где давление жидкости равно или меньше давления насыщенных паров.

2.Местное повышение скорости движения жидкости в том месте, где возникло парообразование, и беспорядочное движение жидкости.

3.Конденсация пузырьков пара, увлеченных потоком жидкости в область повышенного давления. Конденсация каждого из пузырьков приводит к резкому уменьшению объема и гидравлическому удару в микроскопических зонах. Многократно повторяющиеся механические воздействия при конденсации пузырьков вызывают процесс разрушения материала колеса и корпуса, что является наиболее опасным следствием кавитации.

4.Химическое разрушение металла в зоне кавитации кислородом воздуха,

выделившегося из жидкости при прохождении ее в зонах пониженного давления. Это процесс коррозии.

Явления кавитации сопровождаются характерным потрескиванием в области всасывания, шумом и вибрацией насоса.

Кавитация уменьшает кпд, напор и производительность насоса. При сильном развитии кавитации насос полностью прекращает работу.

От действия кавитации поверхность деталей становится шероховатой и губчатой,

что способствует быстрому истиранию деталей механическими примесями в жидкости.

Особенно сильно кавитационному разрушению подвержены чугун и углеродистая сталь. Наиболее устойчивы - нержавеющие стали и бронза.

характеристикой насоса. Эти зависимости получают при испытании насосов, регулируя расход с помощью вентиля на нагнетательной линии.

7