Л_8_Центроб_насосы_основные_понятия

1.

«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ПТУ
К.т.н., доцент
=Мирошниченко С.Т.
Лекция № 8
Тема: Насосы АС
План лекции
1. Введение
2. Общие понятия и определения
3. Классификация насосов
4. Центробежные насосы

2.

Литература:
1. Горбачев Ю.Ф. и др. « Насосы» ч.1 стр.3 - 138,
ВМФ.1986.
2. Яценко В.П. и др. «Корабельные
вспомогательные механизмы и системы» ч.1
стр.9 – 144, Ленинград 1981.
3. Марцинковский В.А и др. «Насосы атомных
станций» гл.1,2.
Старший преподаватель
=Пантель В.О.=

3.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НАСОС - это машина, предназначенная для:
1.Перекачки жидкости.
2.Передачи энергии приводного
двигателя потоку жидкости
Назначение насоса – создание потока жидкости.

4.

НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ –
• Приводной двигатель.
• Соединительная муфта.
• Насос.
муфта
насос
Приводной
двигатель
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА - это насосный агрегат
с трубопроводами, арматурой и контрольноизмерительными приборами.

5.

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ
РАБОТУ НАСОСА.
Подача насоса (Q) – это количество
жидкости, перекачиваемое насосом в единицу
времени.
Единицы измерения:
м3/с; м3/ч – объемная подача;
кг/с; т/ч – массовая подача (расход);
Зависимость массовой подачи и объемной:
Qм = ρ·Q
ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3

6.

Напор насоса (H) –это приращение энергии,
получаемое весовой единицей жидкости,
проходящей через насос.
Единицы измерения – метры столба жидкости
(м. ст. ж)
Напор необходим жидкости для преодоления
гидравлических сопротивлений энергетической
системы, состоящих из трения по длине трубопровода и местных сопротивлений (оборудование, арматура, повороты, изменение диаметра и
т.д.).
Основной напор образуется в рабочем колесе и
дополнительный в спиральном корпусе (одноступенчатого насоса) или направляющем аппарате (многоступенчатого насоса).

7.

Давление насоса (Р) – это приращение
энергии, получаемое единицей объема жидкости,
проходящей через насос.
Единицы измерения – Па, КПа, МПа, кгс/см2,
мм.рт.ст., бар.
Давление на входе в насос (Рвх; Рвс) - измеряется
прибором мановакууметр (кгс/см2, мм.рт.ст).
Давление на выходе из насоса (Рвых; Рн)измеряется прибором-манометр (кгс/см2).
Разность давлений выхода и входа называется просто давлением насоса (Р).
Р = Рвых – Рвх.

8.

Из анализа размерности давления
H кг м 1
кг м м
ДЖ
Па = м2 с 2 м2 с 2 м3 М 3
Дж
Дж
Дж кгм м кгм
: 2 м
2
кг м
Н
с
с
3 кг м
м 3 2
м с
с2

9.

МОЩНОСТЬ НАСОСА ·(N):
-мощность – мощность, потребляемая насосом от
электродвигателя
N = Nэд·ηэд кВт
Nэд = I·U·10-3 кВт
-полезная мощность – мощность, сообщаемая
насосом перекачиваемой жидкости
Nп = Q·P·10-3 кВт
К.П.Д. НАСОСА (η) – отношение полезной мощности
к мощности насоса
Nп
N эд

10.

2. Мощность насоса N – это мощность,
потребляемая насосом. Она больше полезной мощности на величину потерь ∆N, которые включают в себя:
- затраты мощности на преодоление гидравлических сопротивлений в самом насосе
и учитываются гидравлическим КПД – ηг;
- затраты мощности на утечку части жидкости из рабочей камеры и учитываются объемным КПД – ηоб;
- затраты мощности на преодоление механического трения в различных элементах насоса и учитывается механическим КПД – ηм.

11.

Коэффициент полезного действия
– это отношение полезной мощности к
мощности насоса, т.е.
Nï
N

12.

Вакуумметрическая высота всасывания – это
разность между атмосферным давлением ра и давлением на входе в насос рв, т.е.
Нв = (ра – рв)/ρg
Высота всасывания ограничивается минимальным
абсолютным давлением рв min , возникающим в
области входа в насос, которое должно быть больше
давления рп насыщенного пара перекачиваемой
жидкости, т.е. рв min >рп. В противном случае жидкость в местах возникновения минимального давления
вскипит, и нормальная работа насоса нарушится.
Она не должна превышать допустимого значения
Нв доп по ТУ.

13.

Частота вращения n. В качестве данного параметра
принимается частота вращения n вала насоса в
минуту (об/мин).

14.

Классификация насосов
насос
плунжерный
возвр-поступательн
поршневой
шестеренный
Роторно-поршнев
струйный
роторный
пластинчатый
эл.магнитный
винтовой
трения
осевой
лопастной
вихревой
объемный
центробежный
динамический

15.

1.ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ-насосы у
которых приращение энергии потока жидкости
происходит за счет силового воздействия
рабочего органа (лопатки, лопасти) в камере
постоянно сообщающейся с входом и выходом
насоса
•Лопастные (центробежные, осевые)
•трения (вихревые, струйные)
•электромагнитные

16.

2.ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ-насосы у которых
приращение энергии потока жидкости происходит за
счет изменения объема камеры периодически
сообщающейся с входом и выходом насоса
•Роторные
•Возвратно-поступательные

17.

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС (ЦН)
Центробежным насосом называется лопастной
насос в котором жидкая среда перемещается через
рабочее колесо от центра к периферии под
действием центробежных сил.
Конструкция:
Основным элементом ЦН является рабочее колесо
(РК) которое непосредственно передает энергию
приводного двигателя перекачиваемой жидкости.
Оно состоит из переднего и заднего дисков между
которыми установлены рабочие лопатки. Задний
диск имеет ступицу с помощью которой рабочее
колесо крепится на валу насоса. Также имеется
входная воронка.

18.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО
НАСОСА.

19.

Конструкция рабочего колеса ЦН:
Рабочие колеса ЦН могут быть открытого типа (с одним диском) и закрытого
(с двумя дисками).
В основном применяются закрытого типа,
состоящие из переднего и заднего дисков,
между которыми расположены рабочие
лопатки. Задний диск имеет ступицу, с
помощью которой рабочее колесо крепится
к валу.

20.

Принцип действия центробежного насоса:
Необходимое условие-перед пуском насоса РК
необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью.
После пуска приводного двигателя будет вращаться вал и закрепленное на нем рабочее колесо с
некоторой угловой скоростью. С такой же скоростью будут вращаться частицы жидкости находящиеся в межлопаточных каналах рабочего колеса.
При этом частицы жидкости будут испытывать действие центробежных сил, которые вызовут перемещение этих частиц в направлении радиуса колеса –
от центра к периферии. На место частиц жидкости,
ушедших из межлопаточных каналов рабочего
колеса, будут поступать новые частицы из
подводящего трубопровода насоса и процесс будет
продолжаться.

21.

На выходе из рабочего колеса скорость жидкости
составляет (30-70 м/с), что значительно
превосходит ту величину, которая допустима при
движении ее в трубопроводе (1,5 – 5,0 м/с).

22.

23.

24.

25.

26.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦН
Задачей теории лопастных насосов является
исследование энергообмена и сил
взаимодействия между рабочим колесом и
потоком жидкости.
Наиболее распространенной до настоящего
времени теорией ЦН является СТРУЙНАЯ
теория, основы которой были
сформулированы в 1752 году знаменитым
математиком и механиком, членом
Петербургской академии наук Леонардом
Эйлером

27.

Струйная теория делает допущения:
Перекачиваемая жидкость идеальная;
Рабочее колесо имеет бесконечно большое
число бесконечно тонких лопаток, т.е. сложное,
несимметричное движение реальной жидкости в
каналах РК заменяется бесконечно большим
числом одинаковых элементарных струек
идеальной жидкости.
Следовательно:
потери энергии при движении жидкости
отсутствуют;
траектория движения частиц жидкости
совпадает с контуром лопаток;
скорости потока в любой точке данного кругового
сечения РК одинаковы.

28.

За время нахождения в каналах РК работающего
насоса частицы жидкости совершают сложное
движение: переносное, относительное и
абсолютное.
Переносное движение жидкости – это вращательное
движение ее вместе с рабочим колесом. Вектор
переносной (окружной) скорости u направлен по
касательной к окружности РК в сторону его
вращения.
Относительное движение – это движение жидкости
вдоль лопатки, т.е. движение, которое можно было
бы наблюдать, участвуя в переносном движении.
Вектор относительной скорости w направлен по
касательной к рабочей лопатке от центра к
периферии.02.10.24 г.

29.

30.

Абсолютное движение жидкости есть сумма первых
двух движений: переносного и относительного. Величина и направление вектора скорости абсолютного движения с будет определяться суммой векторов переносного и относительного движения.
Векторы скоростей, которые относятся к частицам жидкости в момент вступления ее на входные
кромки лопаток РК , принято обозначать индексом 1
(u1,w1,c1), а векторы скоростей, соответствующие
моменту схода частиц жидкости с выходных кромок
лопаток,- индексов 2 (u2,w2,c2).

31.

Угол, образованный вектором абсолютной скорости с
и вектором переносной скорости u, принято
обозначать α (α1, α2) а угол, образованный вектором
относительной скорости и обратным направлением
вектора переносной скорости,- через β (β1, β2).
В теории лопастных насосов используются проекции абсолютной скорости. Проекция вектора
абсолютной скорости С на направление вектора
окружной скорости U, т.е.на касательную к
окружности РК, называется окружной, или
тангенциальной составляющей абсолютной скорости
(с1u,c2u), проекция вектора С на радиус окружности
рабочего колеса называется радиальной, или
меридиональной составляющей абсолютной
скорости (с1m, c2m).

32.

Векторные диаграммы скоростей рассмотренных видов движения жидкости в рабочем
колесе насоса на входе в рабочее колесо с индексом 1 и на выходе из него с индексом 2.
С2
C1
W1
C1m
C1u
W2
C2m
U1
C2u
U2
Угол, образованный вектором абсолютной скорости С и вектором переносной
скорости U, принято обозначать через ( 1, ),2 а угол, образованный вектором
относительной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости, - через
( 1 , 2 ).

33.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦН
Основное уравнение ЦН устанавливает зависимость
между энергией, сообщаемой потоку в РК насоса, и
скоростями потока на выходе и входе в колесо.
U 2 C2u U1 C1u Н м
НТ
.
g
Н
Это уравнение показывает зависимость напора Нт∞
от кинематических характеристик потока в рабочем
колесе насоса.

34.

АНАЛИЗ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Увеличить напор ЦН можно:
•Конструктивные элементы РК целесообразно выбирать из условий получения большего напора. С этой
целью форму профиля входных участков рабочих
лопаток выбирают такой, чтобы на расчетном
режиме работы насоса обеспечивать радиальное
направление скорости С1. В этом случае α1=90º, а
С1u=0 и тогда
2
2U
НТ∞ =
(1)
u c
g
При рассматриваемых условиях будет обеспечиваться
безударный вход жидкости на рабочие лопатки.

35.

Векторный треугольник скоростей на входе в РК для
безударного входа будет выглядеть:
С W1
1
1 90о
Так как U 2
1
R2 n
U1
30
То уравнение (1) можно переписать в виде
H т
30g
R2 n C2u
(2)

36.

Из анализа уравнения (2) следует, что напор Нт∞,
можно увеличить за счет увеличения R2 (D2), n и C2u
Однако:
–увеличение R2 (D2) приведет к увеличению массогабаритных параметров насоса;
-увеличение n может привести к кавитации насоса;
-C 2u это функция абсолютной скорости и увеличение
ее ведет к увеличению гидравлических потерь в
насосе.
Таким образом, каждая из рассматриваемых
величин не может быть выбрана произвольно, и их
выбор должен производиться в соответствии
правилами проектирования насоса.

37.

ВТОРАЯ ФОРМА ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Полученные ранее уравнения ЦН широко используются в теории ЦН. Однако они не дают представления из каких видов энергии состоит напор Нт∞, и
какая количественная связь существует между
ними. Для ответа на этот вопрос используют элементы векторных треугольников скоростей.
Применяя теорему косинусов и первую форму
основного уравнения получаем:
C C U U W W
HТ
2g
2g
2g
2
2
2
1
2
2
2
1
2
1
2
2

38.

Ценность данного уравнения состоит в том, что оно
позволяет установить зависимость между
динамической и статической составляющей напора.
При прохождение жидкости через рабочее колесо
повышается ее кинетическая и потенциальная
энергия.
Приращение кинетической энергии или динамической составляющей напора рабочего колеса определяется выражением
2
2
2
1
Т дин
Н
С С
2g

39.

Приращение потенциальной энергии жидкости
(приращение давления) или статическая составляющая напора рабочего колеса выглядит:
U U W W
Н Т ст
2g
2g
2
2
2
1
2
1
2
2
Здесь первое слагаемое выражает работу центробежных сил, а второе – показывает повышение давления за счет торможения потока в относительном движении.

40.

Для получения оптимальной величины КПД
насоса соотношение между составляющими напора
должно находиться в пределах:
Нт∞ ст= (0,7 – 0,8)Нт∞
Нт∞ дин = (0,2 – 0,3)Нт∞
Для оценки составляющих напора рабочего
колеса используется понятие коэффициента
реактивности ρ который характеризует отношение
статической составляющей напора к полному
напору:
Т СТ
Т
Т дин
Т дин
Т
Т
Т
Н
Н
Н Н
Н
Н
1
Н

41.

В зависимости от численного значения
коэффициента реактивности лопастные насосы
можно разделить на следующие группы:
ρ∞= 1,0 – чисто реактивные;
ρ∞= 1,0 – 0,5 – реактивные;
ρ∞= 0,5 – 0 – активные;
ρ∞= 0 – чисто активные.
Таким образом, если давление на выходе из
рабочего колеса больше, чем при входе в него, то такой насос называется реактивным. Если же в каналах рабочего колеса давление жидкости не увеличивается, то такой насос называется активным.
Все реальные центробежные насосы – реактивные.