Материал: Проектирование электропривода промышленных механизмов. Фролов Ю.М
определяющие области их возможного применения в сооружениях систем водоснабжения и канализации.
Лопастные насосы. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высокооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его коэффициента полезного действия.
Все эти положительные качества центробежных, диагональных и осевых насосов привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.
К недостаткам центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.
Эти недостатки отсутствуют у вихревых и центробежновихревых насосов. Однако вследствие невысокого КПД они находят применение лишь в небольших автономных системах водоснабжения и, кроме того, используются в качестве вспомогательных на крупных водопроводных и канализационных насосных станциях.
Объемные насосы. Несомненными достоинствами поршневых и плунжерных насосов являются высокий КПД и возможность подачи незначительных объемов жидкости под сколь угодно большим давлением. В то же время неравномерность подачи, сложность соединения с приводным двигателем, наличие легко изнашивающихся клапанов, тихоходность, а следовательно, большие размеры и масса исключают возможность их применения на современных высокопроизводительных насосных станциях систем водоснабжения и канализации. Лишь чрезвычайно редко вертикальные поршневые насосы еще применяются для подъема воды из скважин малого диаметра (до 200 мм). Модифицированные поршневые насосы предназначены для подачи бетона и растворов при производстве строительных работ.
Объемные насосы с вращательным движением рабочего органа конструктивно более просты и обеспечивают плавную подачу перека-
чиваемой жидкости. Очень маленькие подачи шестеренных и винтовых насосов в сочетании с их способностью перекачивать вязкие жидкости определили область их применения в качестве питательных насосов систем гидропривода, автоматики и смазки.
Водоструйные насосы. Достоинствами гидроэлеваторов являются небольшие размеры, простота устройства, способность перекачивать жидкости с большим содержанием взвешенных частиц и высокая надежность работы. Водоструйные насосы находят широкое применение при производстве земляных работ способом гидромеханизации. Их применяют также для откачки воды из глубоких колодцев, артезианских скважин, котлованов, траншей, для понижения уровня подземных вод в иглофильтровых установках. На канализационных очистных сооружениях водоструйные насосы применяют для подъема шлама, осевшего в песколовках. На крупных насосных станциях водоструйные насосы используются в качестве вспомогательных для отсасывания воздуха из корпусов основных насосов перед их запуском и для повышения всасывающей способности центробежных насосов.
К недостаткам водоструйных насосов относятся низкий КПД и необходимость подачи большого объема рабочей воды под давлением, поэтому применение гидроэлеваторов в каждом конкретном случае должно быть обосновано экономическими расчетами.
Воздушные подъемники. Простота устройства, легкий уход и надежность работы эрлифтов позволяют им при определенных условиях успешно конкурировать с центробежными насосами при подъѐме воды из глубоких скважин, подаче химических реагентов и ила на водопроводных и канализационных очистных сооружениях. Однако необходимость большого заглубления форсунки и малый КПД установки заставляют каждый раз обосновывать принимаемое решение технико-экономическим сравнением вариантов с использованием насосов различных типов.
Шнековые насосы. Эти насосы весьма эффективны при перекачивании сточных вод и осадка на небольшую высоту (5-8 м).
4.5. Технические характеристики насосов
Основными техническими характеристиками насосов являются напор, подача, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, частота вращения и высота всасывания насоса (допустимая вакуумметрическая высота всасывания -допустимый кавитационный запас). Для насосов предусмотрены рабочие характеристики.
Напор Н – приращение удельной энергии жидкости, проходящей через насос, то есть разность удельных энергий жидкости между
всасывающим и нагнетательным патрубками насоса, и выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости.
Подача Q насоса – это объем жидкости, подаваемый в единицу времени, выражается в м3/ч, м3/с, л/с. По смыслу подача аналогична понятию расхода, так как расход жидкости, проходящей в трубопроводе, равен подаче насоса, перекачивающего эту жидкость.
Важным параметром, характеризующим работу машин рассматриваемого типа с энергетической стороны, является полезная мощность. Для подачи расхода жидкости Q, м3/c, под напором H, м, требуется мощность Nп, Вт /3/
|
Nп |
Q H , |
|
(4.1) |
||
где |
– плотность жидкости, Н/м3. |
|
||||
|
Эту мощность называют полезной. |
|
||||
|
Отношение полезной мощности к потребляемой мощности |
|||||
представляет собой КПД насоса. |
|
|
||||
|
|
|
NП |
|
, |
(4.2) |
|
|
|
N |
|||
|
|
|
|
|
||
где Nп – полезная мощность;
N – потребляемая мощность.
Потребляемая мощность насоса с учетом потерь энергии в нем определяют по формуле /3/
N |
Q H |
. |
(4.3) |
|
Коэффициент полезного действия насоса η учитывает все потери энергии в насосе – гидравлические ηг, объемные ηоб, и механические ηмех /3/
Г |
об |
мех . |
(4.4) |
Коэффициент полезного действия насосного агрегата ηа,
определяют по формуле
а |
дв пр, |
(4.5) |
где η, ηдв, ηпр – КПД соответственно насоса, двигателя и привода; при жестком соединении вала насоса и ротора двигателя ηпр=1.
Высота всасывания насоса Нв. доп. – предельное значение вакуума на входе в насос, с увеличением которого нарушается сплошность потока жидкости, то есть возникает кавитация. Область бескавитационной работы насоса может быть определена также с
помощью |
допустимого |
кавитационного |
запаса |
h доп , |
представлявшего собой необходимое превышение удельной энергии потока на входе в насос над энергией, соответствующей давлению насыщенного пара перекачиваемой жидкости.
В паспортах и каталогах насосов даются значения Нв. доп., м, или h доп , м, для холодной воды (t ≤ 35 ºС) при расположении насоса на
уровне Балтийского моря. При этом связаны они между собой выражением
h доп 10 Hв.доп. . |
(4.6) |
Высота всасывания – важнейший технический показатель работы насоса, в некоторых случаях являющийся основным критерием возможности использования данного насоса в конкретных условиях эксплуатации.
Характеристиками насоса являются графически выраженные зависимости в координатах Q – H, Q – N, Q – η, Q – h доп соответственно
напора H, мощность N, коэффициента полезного действия η и допустимого кавитационного запаса h доп от подачи Q (рис. 4.2) /28/.
Графические характеристики насоса дают наглядное представление об изменении основных его параметров.
Вид характеристик центробежной машины зависит от коэффициента быстроходности ns, который определяется по номинальным данным машины.
Коэффициентом быстроходности ns называют такую частоту вращения геометрически подобного насоса, которая при напоре Н = 1м, позволяет получать подачу Q = 0,075 м3/с.
Для центробежных насосов коэффициент быстроходности находится по формуле /28/
ns |
3,65 n ном |
Qном |
, |
(4.7) |
|
3 |
|
||
|
|
|
|
Hном4
где Q – подача, м3/с; Н – напор, м; n – частота вращения, об/мин.
Рис. 4.2. Рабочие характеристики центробежных насосов
Входящие в это выражение номинальные величины соответствуют режиму работы насоса с максимальным КПД.
Законы подобия лопастных машин при изменении их угловой скорости ω выражаются следующими соотношениями:
Q1 |
|
1 |
, |
H1 |
|
1 |
2 |
, |
N1 |
|
1 |
3 . |
(4.8) |
|
|
|
|
||||||||||
Q2 |
|
|
H 2 |
|
|
|
|||||||
2 |
|
2 |
|
|
N2 |
2 |
|
|
|||||
Пользуясь законами подобия, можно по известным характеристикам для номинальной скорости построить характеристики для скоростей, отличных от номинальной скорости.
Центробежные насосы
Центробежные насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство