Насосы

1.

НАСОСЫ
Насос – это машина, предназначенная для сообщения
жидкости механической энергии.
Основные параметры насосов
Производительность, или подача, – это объемное или
массовое количество жидкости, подаваемой насосом в сеть в
единицу времени. Соответственно различают объемную
производительность Q, м3/с, и массовую производительность
G, кг/с.
Напор—это удельная механическая энергия, сообщаемая
насосом жидкости в единицу времени
N пол N пол
E
Et
H
mg mgt
gG gQ
(1)

2.

Мощность, сообщаемая насосом жидкости Nпол, называется
полезной. При известных Q и H она может быть найдена из
выражения (1)
N пол gQH
Эффективная, или затрачиваемая мощность (Nэф) – это
мощность, потребляемая насосом при перекачивании
жидкости, она может быть измерена на приводном, валу
насоса.
Коэффициент полезного действия
г об мех

3.

где г – гидравлический коэффициент полезного действия,
учитывает гидравлические потери энергии, связанные с
течением жидкости внутри проточной части насоса (в
клапанах поршневых насосов, в межлопаточных каналах
центробежного насоса и т. п.);
об – объемный коэффициент полезного действия, учитывает
потери энергии, вызванные внутренними и внешними
утечками жидкости;
мех – механический коэффициент полезного действия,
учитывает прочие потери энергии в насосе (трение в
уплотнении, трение поршня о поверхность цилиндра в
поршневом насосе, гидравлические потери в жидкости,
находящейся между дисками колеса и корпусом
центробежного насоса и т. п.).

4.

Всасывающая способность характеризуется максимально
допустимой высотой установки насоса над уровнем жидкости
в емкости, из которой она всасывается.
Классификация насосов
По принципу действия насосы делится на две основные
группы:
1. Лопастные насосы, принцип действия которых основан на
создании центробежных полей давлений или других
динамических эффектов (центробежный насос, вихревой
насос, осевой насос и т. п.).
2. Объемные насосы, в основе действия которых лежит
принцип перемещения строго определенных порций жидкости
(поршневой насос, шестеренный насос и др.).
Кроме насосов, относящихся к двум названным основным
группам, в промышленности также находят применение
струйные и газлифтные насосы

5.

6.

Ориентировочная область применения
насосов:
1 – поршневые; 2 – центробежные;
3 – осевые

7.

Насос, включенный в сеть:
1 – сеть; 2 – насос

8.

График совместной работы насоса и сети:
1 – характеристика сети; 2 – характеристика насоса

9.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
При вращательном движении в жидкости возникает
центробежное поле давлений с максимальным давлением на
периферии и минимальным на оси потока.
Если вблизи оси осуществляется подача, а с периферии—
отток жидкости повышенного давления, то реализуется
принцип действия центробежного насоса
Окружная скорость колеса обычно не превышает 80 м/с
(ограничивается условием прочности материала колеса).
При этом скорость выхода жидкости с лопаток колеса
достигает 20 м/с.

10.

Схема центробежного насоса:
1 – всасывающий штуцер; 2 – сальник; 3 – корпус
с каналом; 4 – рабочее колесо; 5 – вал; 6 –лопасти
рабочего колеса; 7 – нагнетательный штуцер

11.

Рабочее колесо центробежного насоса

12.

Типы рабочих колес
а
б
в
Рабочее колесо центробежного насоса:
а -полузакрытого типа; б- закрытого типа;
в -с двухсторонним всасыванием

13.

Схема центробежной машины:
1 – подвод конфузорногo типа; 2 – рабочее колесо;
3 – спиральный отвод; 4 – приводной вал;
А – зона возможной кавитaции

14.

Лопаточный отвод центробежной
машины

15.

Распределение осевых давлений по наружным поверхностям
колеса центробежной машины:
1 – уплотнение колеса; 2, 3 – зазоры

16.

Способы компенсации
осевой силы в
центробежных насосах:
а) колесо с двусторонним входом жидкости;
б) колесо с переточными отверстиями и
ложной ступицей;
в) колесо с импеллером;
г) эпюра давлений для
колеса с импеллером;
1 – уплоrnение колеса;
2 –ложная ступица; 3 –
переточные отверстия;
4 – лопасти импеллера

17.

Классификация центробежных насосов
По числу ступеней различают насосы одноступенчатые и
многоступенчатые, в которых жидкость последовательно
проходит через несколько центробежных колес.

18.

По коэффициенту быстроходности ns
0 ,5
опт
s
0 ,75
опт
насосы различают на:
тихоходные – ns = 40;
нормальные – ns =80 – 150
быстроходные – ns =150 – 300
Q
n 3,65n
H

19.

Коэффициент быстроходности практически
однозначно связан с отношением геометрических
размеров рабочего колеса:

20.

Основное уравнение идеального
центробежного насоса (уравнение Эйлера)
Идеальный насос:
1) перекачиваемая жидкость идеальная (вязкость = 0);
2) толщина лопаток = 0
3) число лопаток z =

21.

Планы скоростей:
а) при входе жидкости в колесо;
б) при выходе жидкости из колеса

22.

dkм
Nт
Mв с
N т gH тQт
dt
dkм d
d
r u dV r u dV
dt
dt V
dt
V
d
V dt r u dV V t r u dV S r u u dS
r
u
dV
0
V t
r
u
u
dS
u
r
cos
u
r
cos
Q
2
2
2
1
1
1
т
S
r1 u1пер ; r2 u2пер

23.

H т 1 g u2u2пер cos 2 u1u1пер cos 1
Поскольку 1 = 90 , то
u1 = u1r
H т 1 / gu2u2перcos 2
Рабочие характеристики идеального
центробежного насоса
Из плана скоростей следует
u2cos 2 u2пер u2 r ctg 2
где u2r – проекция u2 на радиальное направление; u2отн –
скорость жидкости относительно лопаток колеса; 2 – угол
образуемый линией лопатки в месте се пересечения с
внешней окружностью колеса, или угол между u2 и u2пер =
r2 – скорость переносного движения, или окружная скорость
вращения колеса

24.

Qт D2b2u2 r D1b1u1r
1
Qт
Н т u2пер u2
ctg 2
g
D2b2
Qт
N т u2пер u2пер
ctg 2 Qт
D2b2
т = 1

25.

Выбор оптимальных углов 1 и 2
Центробежный насос проектируется для перекачивания
жидкости в количестве Qопт
При известном значении Qопт. угол 1 выбирается так, чтобы
обеспечить условие безударного входа жидкости на лопатки,
т. е. равенство скоростей до и после входа жидкости на
лопасти

26.

Из условия = 90° и
u1=u1r следует
ctg 1опт
u1пер
u1
D1b1
Qопт
Оптимальное значение угла 2 определяется из условия
получения в насосе максимума статической доли напора Нст в
общей величине Нт . Такая формулировка задачи правомерна
только для случая нагнетания реальной жидкости, так как
последующее преобразование динамического напора Ндин в
статический в улитке корпуса насоса или в направляющем
аппарате всегда связано с гидравлическими потерями и
снижением КПД насоса.

27.

Н дин
u u
2g
2
2
2
1
u u u ; u u u
2
при оптимальном угле β1 u1 = 0 и
u1 u
Поскольку
2
2
2
2r
2
2
2
1
2
1r
2
1 , то
2
1r
Профиль межлопаточного канала колеса конструируется
таким образом, чтобы составляющая ur оставалась
постоянной величиной, т. е. u1r= u2r. ( с увеличением D
уменьшается). Тогда
H дин
2
2
u
2g
b

28.

С учетом плана скоростей и соотношения
окончательно получим
H дин
u2 =u2cos 2
1
Qт
u2пер
ctg 2
2g
D2b2
2
1
Qт
Qт
Н ст =
ctgβ2 u2пер
ctgβ2
u2пер
2g
D2b2
D2b2

29.

30.

31.

32.

kц
1
D1
1 2 1
z D2
2
1
Н u2перu2cos 2 г kц
g

33.

Q = ( D2 – zδ2)b2u2rηоб = D2b2u2rk2ηоб
k2=1— zδ2/ D2
Рабочие характеристики центробежного
насоса

34.

При перекачивании вязкой жидкости в проточной части
колеса возникают гидравлические потери по длине hl,
которые примерно пропорциональны Q2
При отсутствии подкрутки жидкости на входе в колесо 1=
90°, и только при строго определенном расходе жидкости
Qопт
для заданной геометрии колеса реализуется строго
радиальный вход жидкости
При Q > Qопт или Q < Qопт при входе в межлопаточный
канал жидкость резко изменяет направление, т. е. при Q ≠
Qопт возникают потери из-за внезапного поворота

35.

hl ~ Q 2
hм ~ (Q – Qопт)2
Q=Qтk2—Qут

36.

Универсальная характеристика центробежного
насоса

37.

Подобие центробежных насосов
1
Q
Н u2пер u2пер
ctg 2 kц г
g
D2b2 k2 об
разделив на (nD2)2 с учетом соотношения
u2пер D2n
2
Q
H
ctg 2 kц г
b2 k2 об
получим
H gH
n D
2
2
2
b2 b2 D2
Q Q nD
3
2

38.

Из условий гидродинамического подобия следует, что рабочие
колеса ряда подобных центробежных насосов должны быть:
1) геометрически подобны, т. е. b2 = const, β2=соnst.,
k2=const;
2) кинематически подобны, т. е. должны быть подобны поля
скоростей и об =соnst, kц=const;
3) динамически подобны, т. е. должны быть одинаковыми
режимы течения жидкости, следовательно, г=соnst.
Q
kн
H
0 ,5
опт
0 ,75
опт
nQ
0 ,5
опт
0 ,75
gH опт
ns ≈ 20kн

39.

Формулы пропорциональности
Эти формулы отражают характер изменения основных
параметров работы насоса (Q, Н, Nэф) при изменении
частоты вращения n при условии сохранения
гидродинамического подобия течения жидкости внутри
рабочего колеса. т. е. при η = const. Это условие
эквивалентно сохранение значения Q и H при изменении
2
3
Q n H n N эф n
;
;
.
Q1 n1 H1 n1 N1эф n1
0,8< n/n1< 1,25
Qx
H x H1
Q1
2
n

40.

Работа насоса на сеть. Способы регулирования
производительности насоса

41.

gQc H c gQн H н H c
Hc
др
н
N эф
N эф
Hн
Hн

42.

gQc H c gQн H н Qc
Qc
б
н
N эф
N эф
Qн
Qн

43.

Если Qс/Qн > Нс/Нн, то выгоднее применять способ
байпассирования
Qc
Hc
Hн Hc Hc
tg tg
Qн Qc H н H c
Qн Qc Qc

44.

45.

dH
dH
dQ dQ
нас
сети

46.

47.

48.

ВИХРЕВОЙ НАСОС

49.

50.

1lB 2lB p1 B p1 B 0
p1 υ
p2 υ
H полн
hw
g 2 g
g 2 g
2
вс
2
нагн

51.

Поскольку
Hполн – hw = Н ; υвс=υнагн и
1 l 1 2
H
g
1
2 2
2
1 u0 υ ; 2 υ
8
8
p1 p2
H
g
Q Bυ
2
2
l
Q
Q
H
1 u0
2
8 g
B
B

52.

М кр 1l p2 p1 BR / мех
Bu0 1
Q
N эф M кр
u0
l gH
мех 8
D
2
gQH
N эф

53.

54.

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ
Qт 2S Sш Ln
dx d
с
L R Lcos Rcos
dt dt

55.

При L/R>5 L – Lcos = 0
с Rsin
qт RSsin SLnsin
q, Q
qmax
Q

56.

q, Q
Q
q, Q
Q
qт max SLn
qт max SLn
k1
k2
Qт
2SLn 2
Qт
SLn
SLn
k3
3SLn 3

57.

58.

рmaxVmin pminVmax
Vmax Vmin
p
Vср
V Vmax Vmin
t2
t / 2 n
2
Vж q Q dt
/ 2
d
Vж SLnsin SLn
SL
1
1
t1
1
sin d

59.

Численное значение угла 1 определяется из
условия Q=q
1 arcsin 1
После интегрирования и вычислений получим ∆Vж=
0,55SL, и объем газа в колпаке
Vср 0,55SL p
Vср 0,215SL р
Vср 0,009SL p

60.

Рабочая характеристика поршневого насоса
Работа насоса объемноrо типа на сеть:
1 – идеальная характеристика насоса; 2 – реальная характеристика
насоса; 3 – исходная характеристика сети; 4 – характеристика сети с
дросселем; 5 – насос; 6 – предохранительный клапан; 7 – байпасная
линия; 8 – байпасный регyлятор расхода; 9 – дроссель

61.

62.

Схема плунжерного
насоса:
1 – плунжер; 2 – сальник
Схема
установки
поршневого насоса
Схема
дифференциального
насоса

63.

1 – цилиндр; 2 – плунжер; 3 –
мембрана;
4
–
всасывающий
клапан; 5 – нагнетательный клапан
Схема мембранного насоса
Схема шестерёнчатого
насоса

64.

Винтовой насос