Мощность — работа в единицу времени — применительно к насосам можно определять по нескольким соотношениям в зависимости от принятых единиц измерения подачи, давления или напора. Полезной мощностью называют мощность, сообщаемую насосом подаваемой жидкости. Если подача Q выражена в м 3 /с, а давление насоса — в Па, то полезная мощность Nп, кВт, составит
При массовой подаче Q M выраженной в кг/с,
Если напор насоса выражен в метрах столба перекачиваемой жидкости, то
Для воды при температуре 20 °С и q = 9,81 м/с 2
Если же подача воды выражена в м 3 /ч, а напор — в м вод. ст., то
Если мощность необходимо выразить в л. с, то ее вычисляют по следующей формуле:
Мощность насоса, т. е. мощность, потребляемая насосом,
где η — КПД насоса.
Из формулы (2.46) видно, что КПД насоса представляет собой отношение полезной мощности к мощности насоса
Коэффициент полезного действия насоса учитывает гидравлические, объемные и механические потери, возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости. Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него, т. е. во всасывающем аппарате, рабочем колесе и нагнетательном патрубке. Гидравлические потери оценивают гидравлическим КПД насоса:
где Nn — полезная мощность насоса; Nг — мощность, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе.
Объемные потери возникают вследствие перетекания части жид кости из области высокого давления в область пониженного давления (во всасывающую часть насоса) и вследствие утечек жидкости через сальники. Объемные потери оценивают объемным КПД насоса
где N — мощность, потерянная в результате перетекания жидкости и утечек.
где N м — мощность, затраченная на преодоление механических потерь.
Механические потери слагаются из потерь на трение в подшип-никах, сальниках и разгрузочных дисках рабочего колеса, а также из потерь на трение наружной поверхности рабочего колеса о жидкость. Механические потери оценивают механическим КПД насоса.
Коэффициент полезного действия насоса равен произведению гидравлического, объемного и механического коэффициентов полезного действия
и характеризует совершенство конструкции, а также качество изготовления насоса. КПД крупных насосов доходит до 0,92, а КПД малых насосов — до 0,6 — 0,7 и менее. Мощность двигателя, приводящего в движение насос, всегда больше мощности насоса. Если вал насоса соединен с валом двигателя с помощью муфты, то установочную мощность двигателя определяют по формуле
где k дв — коэффициент запаса мощность двигателя.
В зависимости от мощности двигателя N, кВт, и условий его работы следует принимать приведенные ниже коэффициенты запаса мощности:
| N<2 | 1,5 |
2| 1,5—1,25
|
|
5| 1,25—1,15
|
|
50| 1,15—1,05
|
|
| N>100 | 1,05 |
Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя определяют по выражению
где η дв — КПД привода (или редуктора).
Коэффициент полезного действия насосного агрегата, т. е. насоса, соединенного с двигателем, равен
где N a — мощность насосного агрегата; η дв — КПД двигателя.
Cтраница 1
Производительность центробежного насоса может быть рассчитана по уравнению (1.3) как произведение живого сечения и абсолютной скорости. При этом необходимо помнить, что живое сечение трактуется как проекция сечения на плоскость, нормальную к направлению скорости. Для расчета производительности центробежных насосов такое представление неудобно, поэтому используют тождественное ему произведение сечения потока и проекции скорости на направление, нормальное сечению.
Производительность центробежного насоса 9 по абсолютной величине должна быть около 0 08 FK (где FK - поверхность охлаждения конденсатора), а напор его - около 15 - 20 м вод. ст. Всасывающий патрубок насоса дожен быть соединен с чистым отсеком бака.
Производительность центробежного насоса зависит от относительной скорости протекания жидкости по каналам колеса и ширины колеса.
Производительность центробежных насосов значительно больше, чем производительность насосов других типов.
Производительность центробежных насосов при постоянном числе оборотов регулируют изменением открытия напорной задвижки. Перед пуском насоса закрывают - напорную задвижку, открывают воздушные краники на корпусе насоса и заливают его, открывая задвижку на линии всасывания. После заливки насоса закрывают воздушные краники и включают электродвигатель на 3 мин. Как только число оборотов электродвигателя станет нормальным, а давление по манометру будет соответствовать холостому ходу насоса, постепенно открывают напорную задвижку и доводят его производительность до заданной величины.
Производительность центробежного насоса определяется по характеристике, обычно даваемой заводом-изготовителем.
Производительность центробежного насоса регулируют изменением напора, под которым он работает, путем прикрывания задвижки на нагнетательном трубопроводе. Для остановки насоса закрывают задвижку нагнетательного трубопровода и выключают электродвигатель. Затем слегка подтягивают сальники насоса при наличии некоторой утечки воды или рассола. В зимнее время спускают воду из водяных трубопроводов и водяного насоса, если имеется опасность замерзания воды в них.
Производительность центробежного насоса пропорциональна числу оборотов вала насоса, которое обычно равно 1500 - 3000 в минуту.
| Цистерна с паровой рубашкой. |
Производительность центробежных насосов определяют гидравлическим расчетом исходя из условий совместной работы насоса и трубопроводной системы.
Мощность и КПД
Продолжим рубрику «Общее» и рассмотрим такие понятия как коэффициент полезного действия (КПД) и мощность центробежных насосов. Электрический центробежный насос состоит из привода – и насосной части. Двигатель – это электрическая машина, которая преобразовывает энергию электрического поля в энергию вращения на валу. Мощность, которая подводиться к валу насоса, называется подводимой. Она определяется как произведение крутящего момента на валу насоса к его угловой скорости Центробежный насос это – гидравлическая машина, в которой подводимая вращательная энергия от двигателя преобразуется в энергию потока жидкости. Подбор насосов под конкретные цели и задачи производится по каталогам. В результате выбора учитываются такие показатели как напор и расход, потребляемая мощность и КПД насоса , а также его . Выбранный насос должен работать с высоким КПД, без кавитации в требуемом диапазоне напора и расхода. Из нескольких выбранных вариантов предпочтение отдается тем насосам, которые потребляют меньшую мощность, имеют более высокий КПД, обладают меньшим значением допустимого кавитационного запаса и имеют меньший вес и габаритные размеры.
Мощность
Между мощностью, потребляемой электрическим двигателем от электрической сети, мощностью на валу двигателя и гидравлической мощностью, насоса существует прямая связь. В процессе производства насосов на заводе изготовителе используются следующие обозначения этих видов мощности.
P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов – это мощность, которую электрический двигатель насоса забирает от электрической сети питания.
P2 (кВт) Мощность на валу электрического двигателя – это мощность, которую двигатель передает на вал насоса. Соотношение входная электрическая мощность насоса P1 равна мощности на валу электрического двигателя P2, разделённой на КПД электрического двигателя.
P3 (кВт) Входная мощность насоса равна мощности P2, с условием, что муфта соединяющая вал насоса и вал электрического двигателя не рассеивает энергию.
P4 (кВт) Гидравлическая или полезная мощность насоса. Это та мощность, которая получается в результате работы насоса в виде расхода и напора жидкости.
На (Рис. 1) выше сказанное изображено графически.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия двигателя центробежного насоса представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой. Обозначается он буквой η (эта). Схематически все это изображено на (Рис. 2)
η=(Р2/Р1)*100
КПД двигателя, никогда не будет больше единицы (100%) ни при каких условиях, ибо «вечного двигателя» еще не изобрели, а все существующие приводы имеют потери. Потребляемая мощность P1 двигателя больше на величину возникающих в электрическом двигателе механических и тепловых потерь P vдв. (Рис. 2).
Коэффициентом полезного действия насоса как было сказано выше, называется отношение гидравлической мощности к подводимой мощности на валу насоса, а их разность указывает на потери мощности в насосе.
η=(Р4/Р3)*100
Потери мощности в центробежном насосе также складываются из нескольких составляющих, а именно: гидравлических, механических и объёмных потерь Р vнас. (Рис. 2). Общий КПД насосов представляет собой произведение коэффициентов полезного действия объемного, гидравлического и механического. КПД насоса характеризует степень конструктивного его совершенства, как в механическом, так и гидравлическом отношении.
Потери гидравлической мощности в насосе состоят из потерь на преодоления сопротивлений (трение) в рабочем колесе и корпусе во время движения жидкости от всасывающего патрубка, к напорному патрубку и вихревых потерь. Потери на преодоление сопротивления трения очень сильно зависят от конструктивных особенностей насосов размеров их проточной части, качества обработки (шероховатости) стенок и поверхностей насоса. Данные потери пропорциональны квадрату скорости течения жидкости. Возникающие в насосе вихревые потери зависит от многих факторов. Очень большие вихревые потери появляются при внезапном расширении сечения или резком повороте потока жидкости. Возникают вихревые потери вследствие отрыва потока от поверхности рабочего колеса или при режимах работы насоса вне предела его рабочей характеристики. Гидравлический КПД насосов находится в пределах η г = 0,85…0,96.
η г =H/(H+h)
где:
Н – напор создаваемый насосом;
h – потери напора внутри насоса
Механические потери обусловлены трениями, происходящими в опорах радиальных и осевых подшипников, в механическом торцевом уплотнении, а также потери на трение о рабочую жидкость возникающие при вращении рабочего колеса и вала насоса. Механические потери также очень сильно зависят от конструкции, качества изготовления и типоразмера насоса. Механический KПД насосов находится в пределах η м = 0,95…0,98.
η м =(Р-Р тр)/Р
где:
Р – мощность, на валу насоса;
Р тр – потери мощности на преодоление сопротивления трения.
Объемные потери в основном возникают за счет перетекания жидкости из области с высоким давлением в область низкого давления, через зазоры между рабочим колесом и диффузором или неподвижными деталями корпуса насоса. Например, в центробежном насосе часть жидкости из спирального отвода в обход рабочего колеса перетекает обратно во всасывающий патрубок, при этом она не поступит в напорный патрубок, хотя на нее уже была затрачена энергия. КПД η о у современных центробежных насосов составляет от 0,96 до 0,98.
η о =Q/Q к
где:
Q – подача насоса;
Q к – расход жидкости проходящий через рабочее колесо насоса.
Произведение η г *η м *η о =η и определяет общий КПД насоса. Изменение величины любого из сомножителей приводит к изменению величины и общего КПД насоса. Эта зависимость задается функцией от подачи в характеристике насоса, а на графиках изображается в виде кривой η=f(Q) . Полезную мощность насоса Р (кВт) можно также определяют как произведение весовой подачи (Q ) на напор (H ) по формуле:
P=(pg*Q*H)/1000
где:
pg – удельный вес жидкости (Н/м 3);
Q – объемная подача насоса (м/с);
H – напор насоса в (м).
На (Рис. 3) находятся рабочие характеристики серии насосов, а также зависимость характеристики MPSH и характеристики КПД от расхода.
