Лекция 9

9.1 Перемещение жидкостей. Классификация насосов, применяемых в химической технологии

В химической промышленности важное значение имеет транспортирование жидких или газообразных продуктов по трубопроводам как внутри предприятия между отдельными аппаратами и установками, так и вне его.

Движение жидкостей по трубопроводам и через аппараты связано с затратами энергии. В некоторых случаях, например при движении с более высокого уровня на более низкий, жидкость перемещается самотеком, т. е. без затрат внешней энергии, вследствие преобразования части собственной потенциальной энергии в кинетическую. При перемещении жидкости по горизонтальным трубопроводам и с низшего уровня на высший применяют насосы. Кроме того, в промышленности используют устройства для транспортирования жидкостей с помощью сжатого газа (воздуха) – газлифты и монтежю.

Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение.

9.1.1 Классификация насосов

Различают насосы двух основных типов: динамические и объемные.

В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него.

В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который периодически сообщается со входом в насос и выходом из него.

Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, подразделяются на лопастные и насосы трения.

К лопастным относятся динамические насосы, в которых энергия передается жидкости при обтекании лопастей вращающегося рабочего колеса (или нескольких колес) насоса.

Лопастные насосы, в свою очередь, делятся на центробежные и осевые, причем в центробежных насосах жидкость движется через рабочее колесо от его центра к периферии, а в осевых – в направлении оси колеса;

Насосы трения представляют собой динамические насосы, в которых жидкость перемещается преимущественно под воздействием сил трения. К насосам трения относятся, в частности, вихревые и струйные насосы.

Группа объемных насосов включает насосы, в которых жидкость вытесняется из замкнутого пространства телом, движущимся возвратно-поступательно (поршневые, плунжерные, диафрагмовые насосы) или имеющим вращательное движение (шестеренные, пластинчатые, винтовые насосы).

Насосы каждой из указанных выше групп различаются по конструктивным признакам. Основные конструкции насосов, применяемые в химической промышленности, будут рассмотрены ниже.

9.2 Основные параметры насосов

Основными параметрами насоса любого типа являются производительность, напор и мощность.

Производительность, или подача, Q (м³/сек) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор Н (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, насколько возрастает удельная энергия жидкости при прохождении ее через насос, и определяется с помощью уравнения Бернулли. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом. Поэтому напор не зависит от удельного веса (кгс/м³) или плотности (кг/м³) перекачиваемой жидкости.

Полезная мощность N_п затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии, равна произведению удельной энергии Н на весовой расход жидкости:

9-1

Мощность на валу больше полезной мощности в связи с потерями энергии в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного действия (к.п.д.) насоса :

9-2

Коэффициент полезного действия характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса. Величина отражает относительные потери мощности в самом насосе и выражается произведением

9-3

В выражение (9-3) входят следующие величины:

– коэффициент подачи, или объемный к.п.д., представляющий собой отношение действительной производительности насоса Q к теоретической Q_T (учитывает потери производительности при утечках жидкости через зазоры и сальники насоса, а также вследствие неодновременного перекрытия клапанов и выделения воздуха из перекачиваемой жидкости при давлении ниже атмосферного – во время всасывания);

– гидравлический к.п.д. – отношение действительного напора насоса к теоретическому (учитывает потери напора при движении жидкости через насос);

– механический к.п.д., характеризующий потери мощности на механическое трение в насосе (в подшипниках, сальниках и др.).

Значение зависит от конструкции и степени износа насоса и в среднем составляет:

для центробежных насосов 0,6–0,7;

для поршневых насосов 0,8–0,9;

для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности 0,93–0,95.

Мощность, потребляемая двигателем, или номинальная мощность двигателя , больше мощности на валу вследствие механических потерь в передаче от электродвигателя к насосу и в самом электродвигателе. Эти потери учитываются введением в уравнение (9-3) к.п.д. передачи и к.п.д. двигателя :

9-4

Произведение представляет собой полный к.п.д. насосной установки , который определяется как отношение полезной мощности N_n к номинальной мощности двигателя N_дв характеризует полные потери мощности насосной установкой:

9-5

Из уравнений (9-3) и (9-5) следует, что полный к.п.д. насосной установки может быть выражен произведением пяти величин:

9-6

Установочная мощность двигателя рассчитывается по величине с учетом возможных перегрузок в момент пуска насоса, возникающих в связи с необходимостью преодоления инерции покоящейся массы жидкости:

9-7

Здесь – коэффициент запаса мощности, его значения определяют в зависимости от номинальной мощности двигателя :

	Менее 1	1–5	5–50	Более 50
	2-1,5	1,5-1,2	1,2-1,15	1,1