- •2. Лопаточные насосы
- •2.3. Вывод уравнения Эйлера для лопаточного насоса.
- •2.4. Анализ основного уравнения лопаточного насоса.
- •2.5. Понятие о статической и динамической составляющих напора.
- •2.6. Учет влияния конечного числа лопаток на напор насоса
- •2.7. Влияние конечной толщины лопаток на напор насоса.
- •2.8. Угол β2 и его влияние на напор насоса.
- •2.9. Основная теоретическая характеристика насоса.
- •2.10. Потери энергии в лопастных насосах
- •2.11. Основная характеристика насоса с учетом потерь.
- •2.12. Действительная характеристика насоса
- •По результатам испытаний строят зависимости напора (Нi), к.П.Д. (ηi) и мощности (Ni) от подачи (Qi) при постоянной частоте вращения вала насоса.
- •2.13. Радиальное и осевое усилия, действующие на рабочее колесо. Механизм их образования и способы уравновешивания.
- •2.14. Основы теории подобия лопаточных насосов.
- •2.15. Изменение характеристики насоса посредством обточки колес.
- •2.16. Коэффициент быстроходности.
- •2.17. Совместная работа насосов.
- •2.18. Корректировка характеристики насоса по вязкости жидкости
2.10. Потери энергии в лопастных насосах
Потери энергии в лопастных насосах, в зависимости от природы их происхождения, можно объединить в три группы: гидравлические, объемные и механические. Поскольку перечисленные потери не всегда представляется возможным описать с достаточной степенью точности теоретически, то мы ограничимся их описанием с качественной стороны.
Гидравлические потери. Этот вид потерь обусловлен трением жидкости о поверхность проточных каналов, изменением направления и скорости движения жидкости в проточной части насоса (в конфузоре, в межлопаточных каналах, в спиралеобразном отводе и диффузоре), преобразованием динамического напора в статический. Гидравлические потери значительны и, как правило, они больше других потерь.
Количественно эти потери оценивают гидравлическим к.п.д. ηг:
ηг=
,
(30)
где
-потери напора на
преодоление гидравлических сопротивлений.
Величина гидравлического к.п.д. у современных конструкций лопаточных насосов изменяется от 0,7 до 0,9.
Потери напора
на преодоление
гидравлических сопротивлений в общем
виде можно представить следующим
образом:
=
,(31)
где
-коэффициент
местных сопротивлений проточной части
насоса приведенный к
входному
сечению площадью
Ωвх.;
а
– коэффициент, объединяющий постоянные
величины, а=
.
Из выражения (31) следует, что потери напора на преодоление в гидравлических сопротивлений проточной части насоса изменяются по параболической зависимости в функции расхода жидкости.
Объемные потери. К объёмным потерям относят утечки части объёма перекачиваемой насосом жидкости между полостями с различной величиной давления. Эти потери можно условно разделить на внутренние и внешние. Внутренние потери связаны с перетеканием жидкости из выхода насосного колеса к входу (см. рис. 2, 4) через зазор между рабочим колесом и корпусом насоса. Эти потери не сказываются на подаче насоса, однако они приводят к потерям энергии, подводимой к валу насоса.
К внешним потерям относят утечки части объёма жидкости через сальниковые или торцовые уплотнения вала насоса. У технически исправных насосов эти утечки весьма малы и в инженерных расчетах ими можно пренебречь.
Величину внутренних
объёмных потерь
в общем случае можно определить по
формуле:
,
(32)
где
-площадь сечения
зазора в суженой части сечения;
-
коэффициент расхода, приведенный к
суженой части сечения;
- разность напора, создающего утечки
жидкости между полостями.
Если не принимать
во внимание потери напора в конфузоре,
спиралеобразном отводе и диффузоре
одноступенчатого насоса, то разность
напора
практически равна величине теоретического
напора
,
создаваемого одной ступенью насоса.
Как
следует из выражения (32) для снижения
утечек необходимо уменьшать площадь
сечения зазора между корпусом и колесом
и придавать зазору форму, дающую
минимальную величину коэффициента
расхода. Вид и форма зазоров между
рабочим колесом и корпусом насоса,
отвечающих указанным требованиям,
приведены на рис. 19.
Рис. 21. Разновидности уплотнений рабочих колес в корпусе насоса.
Из приведенного рисунка видно, что наилучшим уплотнением является тип д) и е), т. к. коэффициент расхода такого уплотнения будет минимальным.
Объемный к.п.д. ηо насоса вычисляют по формуле:
ηо=
,
(33)
где (
)
– мощность, теряемая на циркуляцию
жидкости
вследствие наличия
объемных потерь.
Величина объёмного к.п.д. у новых и технически исправных насосов достигает 0,97. По мере эксплуатации утечки возрастают и к.п.д. падает.
Механические потери. К механическим потерям относят потери мощности на трение в уплотнениях вала, потери в подшипниках и потери на трение наружных поверхностей дисков рабочих колес о жидкость. Основная доля потерь приходится на дисковое трение. Величина этих потерь может быть вычислена по следующей формуле:
, кВт, (34)
где ν – кинематическая вязкость жидкости; ρ – плотность жидкости; r2 – внешний радиус колеса; ω – угловая частота вращения колеса.
Потери в подшипниках зависят от их типа. Минимальными потерями характеризуются подшипники качения.
Величина всех механических потерь оценивается механическим к.п.д.:
ηм=
,
(35)
где Nв
–мощность, подведенная к валу насоса;
- потери мощности
на механическое трение.
Величина механического к.п.д. ηм находится в пределах 0,90 – 0,95.
Коэффициент полезного действия насоса ηн равен произведению частных к.п.д.: ηн= ηг ηо ηм. У современных насосов ηн=0,60 – 0,87.
Баланс энергии в насосе может быть представлен в виде диаграммы, изображенной на рис. 22.

