Насос - машина для преобразования механической энергии приводного двигателя в гидравлическую энергию потока жедкости 1 R Гидравлическая сеть Трубопровод с насосной подачей жедкости Насос Приводной двигатель Гидравлическая сеть - система трубопроводов, резервуаров, регулирующих устройств и других элементов, по которым перемещается жедкость Насос – источник энергии Гидравлическая сеть - потребитель энергии

Центробежный насос - схема Для повышения к.п.д. лопатки изогнуты противоположно направлению вращения 1-рабочее колесо; 2-отвод; 3- спиральная камера; 4- криволинейные лопатки; 5- всасывающий трубопровод; 6- резервуар; 7-приёмная коробка

Принцип действия центробежного насоса При вращении рабочего колеса появляется центробежная сила, которая отбрасывает жедкость от центра к периферии, освобождая при этом объём на входе в насос. Увеличение объёма приводит к понижению давления в жедкости (вспомним: давление - напряжение сжатия, сжатие жедкости уменьшается - давление падает). Создается разность давлений между уровнем жедкости в приемном резервуаре и входом в насос и непрерывное движение жедкости. Давление на входе в насос меньше атмосферного

Принцип действия центробежного насоса Механическая энергия, подводимая к валу насоса от приводного двигателя, преодолевает момент реактивных сил со стороны жедкости и приводит колесо во вращение. Лопатки рабочего колеса насоса при своем вращении оказывают силовое воздействие на жедкость, в результате чего растет давление в ней и происходит движение жедкости с расходом Q. Перед пуском центробежный насос необходимо заполнить жедкостью

Подача насоса Q – объемное количество жедкости, за единицу времени проходящее через насос Подача и напор насоса Напор насоса – удельная по весу энергия, которую получает жедкость, проходящая через насос Подача насоса равна расходу жедкости в сети всасывание нагнетание Q Q

Мощность – энергия жедкости, проходящей через сечениие потока в единицу времени Полезная мощность насоса N пол. (полезная) - мощность потока жедкости на выходе из насоса Энергия жедкости весом G

N в – мощность на валу насоса, поступает от приводного двигателя Коэффициент полезного действия насоса К.п.д. – отношение полезной мощности к мощности на валу N пол. (полезная) - мощность потока жедкости на выходе из насоса

Коэффициент полезного действия насоса учитывает трение в подшипниках при вращении вала м – механический к.п.д. м – механический к.п.д. о – объёмный к.п.д. о – объёмный к.п.д. учитывает утечки учитывает потери энергии на трение в межлопаточных каналах г – гидравлический к.п.д. г – гидравлический к.п.д.

Z вс = Z н =0 Напор насоса по показаниям приборов 0 0 рvрv рмрм dвcdвc dнdн Если d вс = d н то вс = н р вс = р ат - р v р н = р ат + р м

Зависимость напора и к.п.д. насоса от подачи при постоянном числе оборотов вала приводного двигателя есть его гидравлическая характеристика Гидравлическая характеристика насоса Q Q всасывание нагнетание Напор К.п.д. Q Гидравлическую характеристику получают опытным путем

Задача: Имеется характеристика насоса при частоте вращения n 1, а двигатель насоса работает при частоте вращения n 2, отличной от n 1 Пересчет характеристики насоса на другие обороты приводного вала n2n2 A 1 (Q 1, H 1 ) A 2 (Q 2, H 2 ) n1n1 Q H

Последовательное соединение: (характеристики насосов одинаковы) Совместная работа насосов 1 Q H 1+2 H2H2 H1H1 Последовательное соединение применяется для увеличения напора насосной установки

Параллельное соединение: (характеристики насосов одинаковы) Совместная работа насосов Параллельное соединение применяется для увеличения расхода жедкости 1 Q H 1+2 Q2Q2 Q1Q1

Поршневой насос – принцип действия рабочий объём теоретическая подача L r D Q L - ход поршня r– радиус кривошипа n –число оборотов вала кривошипа AB

Поршневой насос - особенности Так как жедкость не сжемается, при увеличении давления на выходе из насоса она все равно будет стремиться выйти из рабочей камеры. Теоретически поршневой насос подает в систему постоянный расход, независимо от степени закрытия крана На практике при увеличении давления на выходе растут утечки и перетоки из линии нагнетания в линию всасывания, при этом уменьшается объёмный к.п.д. насоса pмpм L r D AB кран Необходима защита насоса от перегрузок!

Характеристика поршневого насоса Напорная характеристика – зависимость напора (давления на выходе из насоса) от подачи 1 – теоретическая напорная характеристика Q р 2 1 q·nq·n 2 – действительная напорная характеристика pмpм L r D AB кран Рм Рм РvРv

Предохранительный клапан Q Вследствие того, что объёмный насос не "чувствует" высокого давления, может произойти авария (разрыв стенки трубопровода, нарушение герметичности и др). Чтобы избежать аварийных ситуаций, параллельно объемному насосу всегда ставится предохранительный клапан

Характеристика насоса с предохранительным клапаном Объёмные насосы обеспечивают высокое давление и небольшой расход (практически постоянный при любом рабочем давлении Q р Применяются при бурении скважен и в системах объёмного гидропривода Р пр.кл. QтQт

Рекомендации для расчетов - при ламинарном режеме - при турбулентном режеме При проведении расчетов то слагаемое, которое несущественно, дает незначительный вклад в величину коэфффффициента трения

Формула Дарси- Вейсбаха Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режем) Формула Пуазейля h дл Q При ламинарном режеме потери по длине пропорциональны расходу в первой степени

Формула Дарси- Вейсбаха Зависимость потерь по длине от расхода (турбулентный режем) h дл Q При турбулентном режеме потери по длине пропорциональны Q Гидравлически гладкие трубы Абсолютно шороховатые трубы Q0Q0

Виды трубопроводов Трубопроводы Сложные Простые Параллельное соединение x р 2, z 2 р 1, z 1 0 Q Простой трубопровод не имеет ответвлений Q1Q1 Q2Q2 Q ab Последовательное соединение Q= Q 1 =Q 2 ; p a -p c =(p a -p b )+ +(p b -p c ) Q= Q 1 +Q 2 ; (p a -p b ) 1 =(p a -p b ) 2 Q1Q1 Q2Q2 abc

Задачи расчета простого трубопровода Параметры задачи: L, d, D, h 0, р м -пок-ние манометра, R- сила, Q - расход, z кр -коэфффф. сопр.крана, э -шорох. тр-да, плотность, n - кин.коэфффф.вязкости жедкости L, d D R Q рмрм h0h0 Задачи расчета 1. Определить или р м, или R, или h 0 – величину, характеризующую потенциальную энергию жедкости 2. Определить Q- расход жедкости 3. Определить d - диаметр трубопровода

L, d D R Q рмрм h0h0 Расчет простого трубопровода. Методика применения уравнения Бернулли 1. Выбираем два сечениия потока: 1-1 и 2-2, а также горизонтальную плоскость отсчета 0-0 и записываем в общем виде уравнение Бернулли z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1- 2 Выбор сечениий Выбор плоскости сравнения 0

Правила выбора сечениий и плоскости сравнения Сечения выбираются всегда перпендикулярно направлению движения жедкости и должны располагаться на прямолинейных участках потока Одно из расчетных сечениий необходимо брать там, где нужно определить давление р, высоту z или скорость, второе, где величины р, z, и известны Нумеровать расчетные сечениия следует так, чтобы жедкость двигалась от сечениия 1-1 к сечениию 2-2 Плоскость сравнения 0-0 –любая горизонтальная плоскость. Для удобства её проводят через центр тяжести одного из сечениий

Определение слагаемых уравнения Бернулли Z 1 и Z 2 z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1- 2 L, d D R Q рмрм h0h Z–вертикальное расстояние от пл. 0-0 до центра тяжести сечениия Если сечениие расположено выше Z, если ниже Z Z 1 =0 Z 2 =h 0

Определение слагаемых уравнения Бернулли p 1 и p 2 z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1-2 L, d D R Q рмрм h0h p–абсолютное давление в центре тяжести сечениия р 1 = р м + р ат р 2 =р ат +R/s 2 Если известно показание мановакуумметра, то р=р ат + р м или р=р ат - р v Давление р 2 определяется из уравнения равновесия поршня: R+р ат s 2 -p 2 s 2 =0 Поршень равномерно движется вверх R F ат =р ат s 2 F2=р 2s2F2=р 2s2

Определение слагаемых уравнения Бернулли v 1 и v 2 z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1-2 L, d D R Q рмрм h0h v–средняя скорость в сечении потока v 1 =Q/s 1 ; v 2 =Q/s 2 Средняя скорость определяется через расход жедкости Если s 2 >> s 1, то v 2 << v 1 Расход жедкости один и тот же во всех сеченииях потока Q=v.sQ=v.s

Определение слагаемых уравнения Бернулли 1 и a 2 z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1-2 L, d D R Q рмрм h0h a–коэфффффициент Кориолиса, корректив кинетической энергии Если Re 2300, то a =1 Для определения величины a нужно знать режем движения жедкости в сечениии u u ламинарный турбулентный

Определение слагаемых уравнения Бернулли h 1-2 z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1-2 L, d D R Q рмрм h0h h 1-2 –потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений Потери удельной энергии (напора) при движении жедкости от сеч. 1-1 к сеч. 2-2: h 1-2 = h дл + h кр + h пов + h вых местные потери

Закон сохранения энергии для конкретной задачи z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g+ h 1-2 L, d D R Q рмрм h0h Подставляем значения слагаемых в уравнение Бернулли, приводим подобные, упрощаем и получаем закон сохранения энергии для данной задачи

Закон сохранения энергии для конкретной задачи (продолжение) Закон сохранения энергии для нашей задачи Далее это уравнение нужно решить относительно неизвестной величины

Определение давления на выходе из насоса Дано: L, d, D, h 0, R- сила, Q - расход, z кр -коэфффф. сопр. крана, э -шорох. тр-да, плотность, n - кин.коэфффф. вязкости жедкости L, d D R Q рмрм h0h z пов, z вых определяются по справочнику; a и l вычисляются. Остальные величины заданы по условию неизвестная величина

Определение расхода жедкости Дано: L, d, D, h 0, R- сила, р м – показание манометра, z кр - коэфффф. сопр. крана, э - шорох. тр-да, плотность, n - кин.коэфффф. вязкости же L, d D R Q рмрм h0h z пов, z вых определяются по справочнику; a и l ВЫЧИСЛИТЬ НЕЛЬЗЯ, так как не определяется число Re неизвестная величина Что делать?

Графический способ определения Q Трансцендентное уравнение (от лат. transcendo-выхожу за пределы). Это уравнение не решается алгебраическими способами F 1 (Q) F 2 (Q) F(Q) Q F 2 (Q) F 1 (Q) QрQр

Определение диаметра трубопровода Дано: L, D, h 0, R- сила, Q - расход, р м – показание манометра, z кр -коэфффф. сопр. крана, э -шорох. тр-да, плотность, n - кин.коэфффф. вязкости жедкости L, d D R Q рмрм h0h z пов, z вых определяются по справочнику; a и l ВЫЧИСЛИТЬ НЕЛЬЗЯ, так как не определяется число Re неизвестная величина

Графический способ определения d Трансцендентное уравнение относительно диаметра d F 1 (d) F 2 (d) F(d) d F 2 (d) F 1 (d) dрdр

Кавитация Кавитация – явление кипения жедкости при нормальных температурах (10 о, 20 о, 30 о,…), при давлениях меньших атмосферного и равных давлению насыщенного пара р s < p ат t=20 o, p н.п. =2300Па р s p н.п. кавитация В закрытых объёмах кавитация сопровождается схлопыванием пузырьков в областях повышенного давления p н.п. =f(t o ) вода H вс p s

Кавитация (продолжение) Образование пузырька – р=р н.п. Схлопывание пузырька на лопатке насоса Пузырек разрывает межмолекулярные связи и процесс всасывания в насос прекращается Есть связи между молекулами Р > p н.п.

Кавитационный расчет всасывающей линии Применяем уравнение Бернулли для сеч. 1-1 и 2-2 при р 2 = p н.п. р 2 p н.п. условие отсутствия кавитации z 1 + p 1 / g v 1 2 /2g = z 2 + p 2 / g v 2 2 /2g + h 1-2 v 1 =0 (v 1 s 1 = v 2 s 2 =Q=const; т.к. s 1 >>s 2,, то v 1 <<v 2 z 1 =0; p 1 = p ат ; z 2 =H вс ; p 2 = p н.п. ; v 2 = Q/s 2 =4Q/(pd 2 ) h 1-2 =h дл + h м = h дл +h кор +h пов

Кавитационный расчет всасывающей линии Применяем уравнение Бернулли для сеч. 1-1 и 2-2 при р 2 = p н.п Задачи расчета 1. Определение максимальной высоты подъёма (H вс ) max 2. Определение максимального расхода Q max 3. Определение минимального диаметра трубопровода d min

Графический способ определения Q max Трансцендентное уравнение (от лат. transcendo-выхожу за пределы). Это уравнение не решается алгебраическими способами F 1 (Q) F 2 (Q) F(Q) Q F 2 (Q) F 1 (Q) QрQр