11.2 Характеристика оборудования получения гидравлической энергии и энергии сжатого газа

11.2 Характеристика оборудования получения гидравлической энергии и энергии сжатого газа

Насосы относят к группе энергетических машин, они служат для преобразования механической энергии, получаемой от двигателя, в механическую энергию потока жидкости.

Работа насоса характеризуется тремя параметрами: подачей, напором и мощностью.

Подача насоса представляет собой количество жидкости, подаваемой в единицу времени. В зависимости от назначения и характера насосной установки количество подаваемой жидкости измеряется объемом или весом.

Размерность для объемной подачи

Напором насоса (Н) называют приращение механической энергии, получаемой массой жидкости, протекающей через насос, т.е. напор насоса - разность удельных энергий потока жидкости при выходе из насоса и при входе.

Полную удельную энергию потока жидкости при выходе из насоса определяют по формуле

а полная удельная энергия при входе жидкости в насос

где zвых, Рвых, вых - соответственно отметка расположения выходного патрубка насоса, давление и скорость при выходе жидкости из насоса; zвх, Рвх, ?вх - соответственно отметка расположения входного патрубка насоса, давление и скорость при входе жидкости в насос; ? - удельный вес; g - ускорение силы тяжести.

.

Энергетическая величина напора, отнесенная к единице веса, имеет линейную размерность кГ·м/кГ=м, т.е. напор выражают в метрах столба перекачиваемой жидкости или Н/м2.

Требуемый напор насоса, кН/м2, определяют по формуле

Н=9,8(Нг.в+hп.в+hп.н),

где Нг.в - геометрическая высота подъема воды (разность геодезических отметок уровней воды в источнике и у потребителя, м; hп.н - потери напора в напорном трубопроводе, м; hп.в - потери напора во всасывающем трубопроводе, м.

Полный напор, кН/м2, развиваемый насосом, определяют так:

,

где Н? - показания вакуумметра, метр вод.ст., равное 10Р? (Р? - показание вакуумметра, кг/см2); Нм - показание манометра, метр вод.ст., равное 10Рм (Рм - показание манометра, кг/см2); - скоростной напор, м; z - расстояние по вертикали между местом присоединения манометра и точкой присоединения импульсной трубки вакуумметра к всасывающему трубопроводу, м.

Полезная мощность Nп определяется напором и подачей насоса. Из определения напора следует, что приращение энергии каждого килограмма жидкости, перекачиваемой насосом, равно напору H; количество жидкости, подаваемой насосом в единицу времени, равно весовой подаче G; тогда полное приращение энергии, получаемое всем потоком жидкости в насосе в единицу времени, т.е. полезная мощность насоса (Вт), будет равна

NП = 9,8rQH,

где r - плотность, кг/м3; Q - расход, м3/с; Н - напор, м.

Мощность на валу насоса определяют по формуле

Nн=Nп/hн.

Коэффициент полезного действия насоса выражает степень совершенства конструкции насоса в механическом, гидравлическом и объемном отношении

hн=hмhгh0 .

Современные конструкции насосов имеют коэффициент полезного действия: малые насосы 60-75%, крупные 80-92%.

Коэффициент полезного действия насосной установки (агрегата) равен

hн.у=hнhдвhпр,

где hдв - коэффициент полезного действия двигателя; hпр - коэффициент полезного действия привода, hпр принимают равным единице.

Разнообразие применений насосов значительно выше, чем вентиляторов. Гидравлическая энергия жидкости, создаваемая насосами, применяется практически во всех областях деятельности человека.

Насосы разделяются на лопастные (например, центробежные и осевые), и объемные (например, поршневые). Однако более распространены центробежные насосы.

Основным рабочим элементом центробежного насоса (рис.11.2) является лопастное колесо 1, которое свободно вращается в корпусе 2. При вращении колеса в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны лопасти. Силы давления лопастей на поток создают вращательное движение жидкости, а под действием центробежных сил создается поступательное движение жидкости и увеличиваются ее давление и скорость. Лопастное колесо закреплено на валу 3, который служит проводником механической энергии двигателя. В месте прохода вала через отверстие в корпусе насоса устраивают сальниковое уплотнение 4, предупреждающее вытекание жидкости из корпуса.

Корпус 2 служит для конструктивного объединения всех элементов в насосе, подвода потока жидкости к рабочему колесу по всасывающему патрубку 6, отвода воды по напорному патрубку 5 и для преобразования динамического (скоростного) напора потока, выходящего из колеса, в статический напор (давление).

 

Рисунок 11.2 – Консольный центробежный насос: 1 – лопастное колесо; 2- корпус; 3- вал; 4 – сальниковое уплотнение; 5 – напорный патрубок; 6 – всасывающий патрубок

Компрессоры подобно насосам и вентиляторам выполняют широкий набор функций во многих отраслях промышленности, а также в зданиях. Задача компрессоров состоит в повышении давления газов, чаще всего воздуха и хладагентов. Статистика режимов потребления энергии свидетельствует о больших возможностях для существенной экономии расходов в этой области. По имеющимся оценкам, примерно 10% всей энергии, потребляемой в промышленности, связано с использованием компрессоров.

Вентилятор - устройство, предназначенное для создания высокоскоростного воздушного потока. Энергия такого потока применяется в многочисленных производственных и коммунальных процессах. Примеры вентиляторов, которые работают в течение продолжительных периодов времени при условиях, отличных от номинальных, весьма разнообразны. Вентилятор тягодутьевого устройства котлоагрегата должен справляться с потоками газов, которые изменяются в функции нагрузки котла и, следовательно, скорости сжигания топлива. Другие примеры включают вентиляторы сушильных шкафов, вентиляционные установки в зданиях, включая системы регулирования объема воздуха и градирни, где температура и влажность окружающей среды могут влиять на нагрузку.

Необходимость регулирования расхода возникает часто, и выбранный метод регулирования может оказывать существенное влияние на эксплуатационные расходы вентилятора.

Работа любого типа насоса, компрессора и вентилятора определяется набором правил, которые известны под названием "законы подобия". Эти законы содержат следующие положения:

- подача пропорциональна частоте вращения: ;

- давление или напор изменяется пропорционально квадрату частоты вращения: ;

- мощность изменяется пропорционально кубу частоты вращения: .