использованием погружного центробежного электронасоса

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

происходит трение. Механический КПД лопастных насосов изменяется в пределах = 0,9. ..0,98

- 49 -

Потери мощности на дисковое трение происходят в результате взаимодействия потока жидкости с внешними поверхностями дисков рабочих колес, а также

разгрузочной пяты. Дисковый КПД лопастных насосов изменяется в пределах = 0,85...0,95.

Объемные потери мощности обусловлены утечками через уплотнения рабочего колеса в уплотнениях вала насоса, в разгрузочной пяте и т.д. О величине объемного КПД было сказано выше.

Гидравлические потери мощности происходят в результате преодоления сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе при движении жидкости через насос.

Гидравлический КПД лопастных насосов изменяется в пределах = 0,7...0,95.

КПД лопастных насосов, с учетом рассмотренных выше механического, дискового, объемного и гидравлического КПД изменяется в пределах = 0,45...0,86. Максимальное

значение КПД достигает 0,89 у наиболее мощных нефтяных центробежных магистральных насосов.

В зависимости от изменения величин множителей изменяется и величина общего

Вопрос 2.6. Уравновешивание осевого давления

Давление жидкости, находящейся в каналах рабочего колеса, на его внутренние стороны дисков практически уравновешено и не вызывает возникновения осевого давления. Давление жидкости на наружные стороны дисков рабочего колеса различно (рис. 2.6., а). Вследствие вращения дисков и относительно малого зазора между ними и корпусом насоса давление жидкости на наружные стороны дисков рабочего колеса уменьшается от сечения диаметром D2, к сечению диаметром D1 .При этом в области от D2 до D1 давление на диски рабочего колеса равны.

Следует отметить, что давления в этой области могут различаться при неодинаковых зазорах между дисками рабочего колеса и корпусом насоса. Тогда в результате разности давлений возникает осевое давление. Кроме того в области от D1 до D2, давление жидкости на диск со стороны всасывания (передний диск) меньше давления на задний диск. Разность этих давлений также приводит к возникновению осевого давления, направленного обычно в сторону всасывания.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Необходимо учитывать, что при определенных режимах работы насоса существенной величины достигает давление струи жидкости, входящей в колесо. Тогда осевое давление может быть направлено в сторону нагнетания.

Для устранения или уменьшения осевого давления применяются различные способы. Лопатки 1 (рис. 2.6.,6), расположенные на зад-

- 50 -

Рис. 2.6. Эпюра осевых сил. Схемы уменьшения осевых сил, действующих на вал

нем диске, уменьшают осевое давление, направленное в сторону всасывания. Отверстия в рабочем колесе и уплотнение на нем со стороны нагнетания (рис. 2.6., в) уравнивают давление на поверхностях А. Взаимно противоположное расположение рабочих колес (рис. 2.6., г) и разгрузочная пята 3 (рис. 2.6., д), отжимаемая вправо давлением в камере 1 (камера 2 соединена со всасыванием насоса), уменьшают осевое давление. Для снижения осевого давления применяют также двусторонний подвод жидкости к рабочему колесу, рабочие колеса с дисками различного диаметра (увеличивают диаметр переднего диска или уменьшают диаметр заднего диска).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос 2.7. Явление кавитации и допустимая высота всасывания

Неполадки в центробежных насосах возникают в результате не соблюдения условий входа жидкости в насос.

-51-

Если в отдельных областях насоса давление понизится до давления насыщенных паров, то в этих областях начнется вскипание жидкости с образованием в канале воздушных карманов, нарушающих плавность потока. Эти карманы заполняются парами.

Пузырьки паров увлекаются движущимся потоком и, попадая в сферу более высокого давления, конденсируются. Процесс конденсации происходит очень интенсивно. Частицы жидкости, стремясь заполнить область конденсирующегося пузырька, движутся к его центру с очень большими скоростями. При завершении процесса конденсации частицы жидкости внезапно останавливаются, в результате чего кинетическая энергия этих частиц переходит в энергию давления, причем местное повышение давления достигает значительной величины (десятков мегапаскалей).

Описанный процесс сопровождается местными гидравлическими ударами, повторяющимися десятки тысяч раз в секунду. Это явление называется кавитацией, которая может возникнуть как в стационарной, так и в движущейся части насоса.

Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производительность и КПД насоса.

Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Разрушаются и более стойкие металлы - бронза, нержавеющая сталь. Поэтому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

При эксплуатации центробежных насосов кавитация может возникнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем резервуаре ниже расчетного, повышении температуры перекачиваемой жидкости, неправильной установке и неправильном монтаже насоса.

Высота всасывания определяется расстоянием, отсчитываемым по вертикали от оси колеса насоса до свободного уровня в резервуаре, из которого жидкость откачивается насосом. Если уровень жидкости находится ниже оси насоса, то высота всасывания положительна, а если выше оси насоса (подпор), то отрицательна. Высота всасывания центробежного насоса зависит от ряда факторов: барометрического давления (с уменьшением этого давления всасывающая способность насоса уменьшается); упругости паров перекачиваемой жидкости, зависящей от ее температуры; вязкости перекачиваемой жидкости и сопротивления всасывающего трубопровода; кавитационного запаса, необходимого для нормальной работы насоса.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе уменьшают, по возможности, его длину, делают его более прямым, устанавливают минимальное количество арматуры, избегают воздушных мешков,

-52-

снижают скорость движения жидкости. Для практических целей высоту всасывания центробежного насоса (в м) можно определить с достаточной точностью по опытной формуле, предложенной С.С. Рудневым:

(2.16)

где - допустимая высота всасывания, отнесенная к горизонтальной оси рабочего

колеса в м ст. жидкости; На - давление на свободную поверхность сверх упругости паров в м ст.

жидкости; , п - скорость вращения вала насоса в об/мин;

Q - подача насоса в м3/сек (для насоса с двусторонним входом принимается равной половине подачи);

- кавитационный коэффициент, зависящий от быстроходности насоса п5.

При перекачке нефтепродуктов, обладающих небольшой вязкостью, явление кавитации несколько ослабляется, так как коэффициент теплопередачи нефтепродуктов, меньший, чем у воды, замедляет процесс парообразования, а наличие в составе нефтепродуктов различных фракций углеводородов с различными точками кипения обусловливает более плавное изменение характеристики насоса. При перекачке горячих нефтепродуктов жидкость находится под давлением собственных паров (На = 0). Следовательно,

(2.17)

т. е. для работы насоса необходимо создать подпор.

Вопрос 2.8. Зависимость подачи, напора и мощности от числа оборотов

Зачастую приходится испытывать насос при числе оборотов, отличном от нормального. Поэтому необходимо знать, как изменится подача, напор и мощность при изменении числа оборотов. Из рассмотрения формул (2.10, 2.12 и 2.14) видно, что если

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

изменить число оборотов n вала насоса, которым соответствовали напор , подача Q и

мощность N, то будут получены новые напор Н'Д, подача Q' и мощность N'пропорциональные п1 .

Тогда

(2.18)

-53-

т.е. напор, создаваемый насосом, пропорционален квадрату числа оборотов, =f /(п2);

(2.19)

т.е. подача насоса пропорциональна числу оборотов, Q=f/(п);

(2.20)

т.е. при условии = const,, гидравлическая мощность пропорциональна кубу числа

оборотов, N =f /(п3). Полученные зависимости называют законом пропорциональности или подобия и ими широко пользуются для определения параметров насоса при изменении числа оборотов.

Вопрос 2.9. Коэффициент быстроходности

С целью установления аналогии между рабочими колесами отдельных типов и отнесения их к определенной серии существует понятие коэффициента быстроходности

колес он является основной характеристикой, определяющей тип насоса, и влияет на

выбор числа ступеней центробежного насоса. Коэффициентом быстроходности колеса насоса называется число оборотов такого эталонного колеса, которое геометрически подобно рассматриваемому, имеет одинаковые с ним гидравлический и объемный

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

КПД, но создает напор H = 1м и имеет подачу Q = 0,1м³/сек, т.е. развивает гидравлическую мощность 1кВт.

Коэффициент быстроходности определяют из условий геометрического подобия по следующей формуле:

(2.21)

где n - скорость вращения колеса в об/мин;

Q - подача в м³/сек при максимальном КПД; Н - напор одного рабочего колеса в м вод. ст.

Для насоса с рабочим колесом двойного всасывания для подачи следует принимать .

Коэффициент быстроходности - величина, определяющая для оптимального режима тип подобных насосов независимо от размеров и числа оборотов.

-54-

Рис. 2.7. Классификация рабочих колес в зависимости от быстроходности: а - тихоходное колесо центробежного насоса ( = 50...80 и ≈ 2,5);

б -нормальное колесо центробежного насоса (= 80.. .150 и ≈ 2);

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

в- быстроходное колесо центробежного насоса (= 150...300 и ≈ 1,8...1,4);

г-колесо диагонального насоса ( = 300...600 и ≈ 1,2. ..1,1);

д- колесо пропеллерного насоса ( =600...1200 и ≈ 1,8)

Лопастные насосы в зависима от разделяют на три основные группы: центробежные, диагональные и пропеллерные (осевые). Как следует из рис. 2.7., центробежные насосы при < 50 не применяются, так как КПД таких насосов был бы низким из-за больших потерь на

трение при протекании жидкости в узких каналах рабочего колеса. Это - область применения поршневых насосов, имеющих высокий КПД.

Так как при данных значениях Q и H коэффициент быстроходности пропорционален

числу оборотов насоса , то с увеличением числа оборотов уменьшаются размеры и вес

насоса.

Для получения больших напоров следует увеличивать число оборотов п данного колеса или увеличивать наружный диаметр колеса (Dе - наружный диаметр входного канала колеса).

Величина напора колеса пропорциональна квадрату его диаметра D2 и квадрату окружной скорости на выходе из колеса. Для получения больших напоров насосы выполняют многоступенчатыми или применяют последовательное соединение насосов.

Из рассмотрения формулы (2.21) следует, что при заданном числе оборотов п коэффициент

Следовательно, тихоходные колеса служат для создания больших напоров при малой подаче, а быстроходные колеса (диагональные и пропеллерные) дают большую подачу при небольших напорах. Поэтому тихоходные насосы наиболее часто применяют для водоснабжения и в нефтяной

- 55 - промышленности для подачи нефти из скважин, где требуется создание больших

напоров, а пропеллерные насосы используют в установках, предназначенных для подъема больших масс жидкости на сравнительно небольшую высоту, например для подачи воды в оросительные каналы.

Вопрос 2.10. Рабочая характеристика центробежного насоса

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

характеристику насоса при изменении частоты вращения его вала (рис. 2.10). Если при построении универсальной кривой принимались внутренние КПД насоса, то кривые равных КПД представляют собой параболы. При общем КПД насоса (с учетом механических потерь в сальниках и подшипниках) эти кривые искажаются и не соответствуют форме параболы.

Универсальная характеристика позволяет по одному графику определить параметры насоса при изменении частоты вращения его вала.

Вопрос 2.12. Обточка рабочих колес по диаметру

Как мы видели, подача и напор насоса находятся в определенной зависимости от внешнего диаметра рабочего колеса D2.

Обточка большинства типов колес в небольших пределах (от до ) мало

изменяет выходной угол лопатки и площадь сечения канала между лопатками на выходе.

Рекомендуются следующие предельные величины обточки колеса в зависимости от коэффициента быстроходности :

В этих пределах, используя формулы (2.10) и (2.12), можно принять:

; (2.22)