Основные определения, применяющиеся в теории насосов.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, которые относятся к насосам всех типов. Рассмотрим схему работы насоса, включенного в систему, подающую воду из источника водоснабжения в напорный резервуар (Рис.1). При работе насоса во всасывающей камере создается вакуум, который обеспечивает подъем воды через всасывающую трубу из водоприемного колодца в насос. Этот вакуум должен быть достаточным для подъема воды из колодца на высоту h_вс (от уровня воды в колодце до центра насоса), для преодоления потерь энергии во всасывающей линии h_wвс, а также для создания скорости во всасывающей трубе. Вертикальное расстояние от уровня воды в колодце до центра насоса h_вс называется геодезической высотой всасывания; потери энергии во всасывающей линии h_wвс называются потерями при всасывании.

Жидкости, поступившей в насос, сообщается энергия (главным образом в виде энергии давления), которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе, по которому движется жидкость, и на подъем жидкости в резервуар.

Рис. 1

Вертикальное расстояние h_н от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания; потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании h_wн.

Полный напор, который должен создаваться насосом, может быть определен как разность удельных энергий потока жидкости в сечениях, соответствующих началу нагнетательной линии и концу всасывающей трубы. В этих сечениях обычно устанавливаются манометры и вакуумметры. Определим величины удельных энергий потока в сечении I – I, где установлен вакуумметр, и в сечении II – II, где установлен манометр. Предположим сначала, что давления на поверхности уровня воды в колодце и напорном резервуаре одинаковы и равны атмосферному.

Принимая за плоскость сравнения уровень свободной поверхности в водоприемном колодце О-О (рис.1), получим выражение для определения удельных энергий:

,

здесь z_в и z_н - вертикальные расстояния от точек установки

вакуумметра и манометра до оси насоса;

p_{1 и} p₂ - абсолютное давление в местах установки приборов;

v₁ и v₂ - скорости во всасывающей и нагнетательной трубах.

Следовательно, полный напор насоса Н равен

Н = Е_I - Е_II

или

, (369)

где = z_m – z_в

Вакуумметр показывает величину разрежения (вакуума) Н_вак во всасывающей трубе, поэтому его величина

, или ;

Манометр показывает избыточное давление в нагнетательной линии

, или

Подставляя в зависимость (369) эти значения, получим

(370)

Следует заметить, что при расположении манометра ниже вакуумметра величина будет отрицательной. Сумма трех величин

Н_ман+Н_вак+ =Н_М

а именно: показаний манометра и вакуумметра, выраженных в метрах водяного столба, и вертикального расстояния между точками присоединения приборов, называется манометрическим напором насоса.

Полный напор насоса может быть выражен таким равенством:

. (372)

Таким образом, напором насоса называют энергию, сообщаемую насосом каждому килограмму перекачиваемой жидкости. В случае равенства диаметров всасывающей и нагнетательной труб (v₂ и v₁) полный напор насоса равен манометрическому напору.

Если давление на поверхности жидкости в соединяемых резервуарах различно, то насос должен преодолевать разность давлений ,

где р₁ и р₂ - давления на поверхности жидкости в резервуарах 1 и 2. Тогда полный напор, развиваемый насосом, должен быть равен

(373)

Объем жидкости, подаваемый насосом в трубопровод в единицу времени, называется производительностью насоса и обозначается через Q. Размеренность производительности – л/сек или м^з/сек.

Полезная мощность, производимая насосом для подъема и перемещения жидкости при напоре Н, равна

кГм,

а полезная мощность насоса составит величину

(374)

Вследствие наличия потерь в насосе (гидравлических, механических и объемных), которые могут быть оценены полным к.п.д. насоса , мощность двигателя N, потребляемая насосом, будет больше полезной мощности насоса:

(375)

Здесь полный к.п.д. насоса представляет собой произведение трех частных коэффициентов:

,

где - гидравлический к.п.д., учитывающий гидравлические потери энергии, возникающие при движении жидкости через насос (потери на удар при входе и выходе, потери на трение и при вихреобразовании и т.д.);

- механический к.п.д., учитывающий потери, связанные с преодолением механического трения в элементах насоса (трение в подшипниках, в сальниках, трение рабочего колеса о жидкость);

- объемный к.п.д., учитывающий утечки воды через зазоры и уплотнения в обход рабочего колеса.

Величина к.п.д. насоса зависит от многих факторов: от размеров и типов насосов, тщательности изготовления и сборки его отдельных деталей, условий эксплуатации и т.д. Полный к.п.д. лопастных насосов колеблется в пределах 0,70-0,90. При этом наиболее высокие коэффициенты соответствуют машинам больших размеров.