Слайд 1ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НАСОС - это машина, предназначенная для
перекачки жидкости. Назначение насоса – создание потока жидкости в системе
энергетической установки. В насосе происходит передача энергии от приводного двигателя потоку перекачиваемой жидкости.
Система энергетической установки – это совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами и арматурой предназначенная для выполнения определенной функции.
Слайд 2НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ –
Приводной двигатель.
Соединительная муфта.
Насос.
НАСОСНАЯ УСТАНОВКА - это насосный
агрегат с трубопроводами, арматурой и контрольно-измерительными приборами.
Слайд 3ПОДАЧА НАСОСА (Q) – количество жидкости перекачиваемой насосом в единицу
времени
(м3/час; м3/с) –это объемная подача.
Массовая подача – Qм = ρ·Q
НАПОР
НАСОСА (H) - это приращение механической энергии, получаемое весовой единицей жидкости, проходящей через насос.
Н= м.вод.ст
ДАВЛЕНИЕ НАСОСА (P) – это приращение механической энергии, получаемое единицей объема жидкости, проходящей через насос.
Р = Рк – Рн Па
Слайд 4Связь напора и давления:
Р=ρgH
Слайд 5Из анализа размерности давления
Па =
Слайд 6МОЩНОСТЬ НАСОСА ·(N):
мощность – мощность, потребляемая насосом от электродвигателя
N =
Nэд·ηэд кВт
Nэд = I·U·10-3 кВт
полезная мощность – мощность, сообщаемая
насосом перекачиваемой жидкости
Nп = Q·P·10-3 кВт
К.П.Д. НАСОСА (η) – отношение полезной мощности к мощности насоса
Слайд 7Вакуумметрическая высота всасывания – это разность между атмосферным давлением ра
и дав-лением на входе в насос рв, т.е.
Нв = (ра
– рв)/ρg
Высота всасывания ограничивается минимальным абсолютным давлением рв min , возникающим в области входа в насос, которое должно быть больше давления рп насыщенного пара перекачиваемой жидкости, т.е. рв min >рп. В противном случае жидко-сть в местах возникновения минимального давления вскипит, и нормальная работа насоса нарушится. В процессе эксплуатации вакуумметрическая высота всасывания может изменяться, однако она не долж-на превышать допустимого значения Нв доп по ТУ.
Слайд 8Частота вращения. В качестве данного параметра принимается частота вращения n
вала насоса в минуту (об/мин).
Слайд 9КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ:
1.ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ-насосы у которых приращение
энергии потока жидкости происходит за счет силового воздействия рабочего органа
(лопатки, лопасти) в камере постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса
Лопастные (центробежные, осевые)
трения (вихревые, струйные)
электромагнитные
Слайд 102.ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ-насосы у которых приращение энергии потока жидкости происходит за
счет изменения объема камеры периодически сообщающейся с входом и выходом
насоса
Роторные
Возвратно-поступательные
Слайд 11ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС (ЦН)
Центробежным насосом называется лопастной насос в котором
жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.
Конструкция:
Основным
элементом ЦН является рабочее колесо (РК) которое непосредственно передает энергию приводного двигателя перекачиваемой жидкости. Оно состоит из переднего и заднего дисков между которыми установлены рабочие лопатки. Задний диск имеет ступицу с помощью которой рабочее колесо крепится на валу насоса. Также имеется входная воронка.
Слайд 12Принцип действия:
Необходимое условие-перед пуском насоса РК необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью.
После пуска приводного двигателя будет вращать-ся вал и закрепленное на
нем рабочее колесо с некоторой угловой скоростью. С такой же скоро-стью будут вращаться частицы жидкости находя-щиеся в межлопаточных каналах рабочего колеса. При этом частицы жидкости будут испытывать дей-ствие центробежных сил, которые вызовут переме-щение этих частиц в направлении радиуса колеса – от центра к периферии. На место частиц жидкости, ушедших из межлопаточных каналов рабочего колеса, будут поступать новые частицы из подводящего трубопровода насоса и процесс будет продолжаться.
Слайд 13На выходе из рабочего колеса скорость жидкости составляет (30-70 м/с),
что значительно превосходит ту величину, которая допустима при движении ее
в трубопроводе (1,5 – 5,0 м/с).
Слайд 14ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦН
Задачей теории лопастных насосов является
исследование энергообмена и сил взаимодействия между рабочим колесом и потоком
жидкости.
Наиболее распространенной до настоящего времени теорией ЦН является СТРУЙНАЯ теория, основы которой были сформулированы 1752 году знаменитым математиком и механиком, члена Петербургской академии наук Леонардом Эйлером
Слайд 15Струйная теория делает допущения:
Перекачиваемая жидкость идеальная;
Рабочее колесо имеет бесконечно большое
число бесконечно тонких лопаток, т.е. сложное, несимметричное движение реальной жидкости
в каналах РК заменяется бесконечно большим числом одинаковых элементарных струек идеальной жидкости.
Следовательно:
потери энергии при движении жидкости отсутствуют;
траектория движения частиц жидкости совпадает с контуром лопаток;
скорости потока в любой точке данного кругового сечения РК одинаковы.
Слайд 16 За время нахождения в каналах РК работающего насоса
частицы жидкости совершают сложное движение: переносное, относительное и абсолютное.
Переносное движение
жидкости – это вращательное движение ее вместе с рабочим колесом. Вектор переносной (окружной) скорости u направлен по касательной к окружности РК в сторону его вращения.
Относительное движение – это движение жидкости вдоль лопатки, т.е. движение, которое можно было бы наблюдать, участвуя в переносном движении. Вектор относительной скорости w направлен по касательной к рабочей лопатке от центра к периферии.
Слайд 17Абсолютное движение жидкости есть сумма первых двух движений: переносного и
относительного. Ве-личина и направление вектора скорости абсолютно-го движения с будет
определяться суммой векто-ров переносного и относительного движения.
Векторы скоростей, которые относятся к части-цам жидкости в момент вступления ее на входные кромки лопаток РК , принято обозначать индексом 1 (u1,w1,c1), а векторы скоростей, соответствующие моменту схода частиц жидкости с выходных кромок лопаток,- индексов 2 (u2,w2,c2).
Слайд 18Угол, образованный вектором абсолютной скорости с и вектором переносной скорости
u, принято обозначать α (α1, α2) а угол, образованный вектором
относительной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости,- через β (β1, β2).
В теории лопастных насосов используются проек-ции абсолютной скорости. Проекция вектора абсолютной скорости С на направление вектора окружной скорости U, т.е.на касательную к окружности РК, называется окружной, или тангенциальной составляющей абсолютной скорости (с1u,c2u), проекция вектора С на радиус окружности рабочего колеса называется радиальной, или меридиональной составляющей абсолютной скорости (с1m, c2m).
Слайд 19 В процессе изучения теории лопастных насосов и их проектирования
удобно пользоваться элементами векторных треугольников скоростей на входе в рабочее
колесо -∆А1, В1, С1 и на выходе - ∆А2, В2, С2.
Слайд 20Переносное движение жидкости – это вращательное движение ее вместе с
рабочим
колесом. Вектор переносной ( окружной ) скорости U направлен по
касательной к
окружности рабочего колеса в сторону его вращения.
Относительное движение – это движение жидкости вдоль лопатки, т.е. движение, которое можно было бы наблюдать,участвуя в переносном движении. Вектор относительной скорости W направлен по касательной к рабочей лопатке от центра к периферии
Абсолютное движение есть сумма первых двух движений: переносного и относительного.
Величина и направление вектора скорости абсолютного движения С будет определяться
суммой векторов переносного и относительного движения.
Слайд 21Векторные диаграммы скоростей рассмотренных видов движения жидкости в рабочем
колесе
насоса на входе в рабочее колесо с индексом 1 и
на выходе из него с ин-
дексом 2.
Угол, образованный вектором абсолютной скорости С и вектором переносной скорости U, принято обозначать через ( , ), а угол, образованный вектором относительной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости, - через
( , ).
Слайд 22ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦН
Основное уравнение ЦН устанавливает зависимость между энергией, сообщаемой
потоку в РК насоса, и скоростями потока на выходе и
входе в колесо.
Это уравнение показывает зависимость напора Нт∞ от кинематических характеристик потока в рабочем колесе насоса.
Слайд 24АНАЛИЗ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Увеличить напор ЦН можно:
Конструктивные элементы РК целесообразно
выби-рать из условий получения большего напора. С этой целью форму
профиля входных участков рабочих лопаток выбирают такой, чтобы на расчетном режиме работы насоса обеспечивать радиальное направление скорости С1. В этом случае α1=90º, а С1u=0 и тогда
НТ∞ =
При рассматриваемых условиях будет обеспечивать-ся безударный вход жидкости на рабочие лопатки.
(1)
Слайд 25Векторный треугольник скоростей на входе в РК для безударного входа
будет выглядеть:
С1
W 1
U 1
Так как
То уравнение (1) можно переписать
в виде
(2)
Слайд 26Из анализа уравнения (2) следует, что напор Нт∞, можно увеличить
за счет увеличения R2 (D2), n и C2u
Однако:
–увеличение R2
(D2) приведет к увеличению массо-габаритных параметров насоса;
увеличение n может привести к кавитации насоса;
C 2u это функция абсолютной скорости и увеличение ее ведет к увеличению гидравлических потерь в насосе.
Таким образом, каждая из рассматриваемых величин не может быть выбрана произвольно, и их выбор должен производиться в соответствии правилами проектирования насоса.
Слайд 27ВТОРАЯ ФОРМА ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Полученные ранее уравнения ЦН
широко исполь-зуются в теории ЦН. Однако они не дают представ-ления
из каких видов энергии состоит напор Нт∞, и какая количественная связь существует между ними. Для ответа на этот вопрос используют элеме-нты векторных треугольников скоростей.
Применяя теорему косинусов и первую форму основного уравнения получаем:
Слайд 28 Ценность данного уравнения состоит в том, что оно позволяет
установить зависимость между динамической и статической составляющей напора.
При прохождение жидкости через рабочее колесо повышается ее кинетическая и потенциальная энергия.
Приращение кинетической энергии или динамиче-ской составляющей напора рабочего колеса опреде-ляется выражением
Слайд 29 Приращение потенциальной энергии жидкости (приращение давления) или статическая
составляю-щая напора рабочего колеса выглядит:
Здесь первое слагаемое выражает работу центробе-жных
сил, а второе – показывает повышение давле-ния за счет торможения потока в относительном дви-жении.
Слайд 30 Для получения оптимальной величины КПД насоса соотношение между
составляющими напора должно находиться в пределах:
Нт∞ ст= (0,7 – 0,8)Нт∞
Нт∞
дин = (0,2 – 0,3)Нт∞
Для оценки составляющих напора рабочего колеса используется понятие коэффициента реактивности ρ который характеризует отношение статической сос-тавляющей напора к полному напору:
Слайд 31 В зависимости от численного значения коэффицие-нта реактивности лопастные
насосы можно разде-лить на следующие группы:
ρ∞= 1,0 – чисто реактивные;
ρ∞=
1,0 – 0,5 – реактивные;
ρ∞= 0,5 – 0 – активные;
ρ∞= 0 – чисто активные.
Таким образом, если давление на выходе из рабочего колеса больше, чем при входе в него, то та-кой насос называется реактивным. Если же в кана-лах рабочего колеса давление жидкости не увеличи-вается, то такой насос называется активным.
Все реальные центробежные насосы – реактивные.
Слайд 32Типы лопаток рабочих колес
Лопатки рабочих колес ЦН по
форме их поверхно-сти делятся на цилиндрические и лопатки двоякой кривизны.
Цилиндрические лопатки имеют кривизну только в плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса. Образующая поверхность цилиндрической лопатки по всей ее длине – прямая линия, параллельная оси РК. У лопатки двоякой кривизны это условие не соб-людается. Лопатки двоякой кривизны искривлены в радиальном и осевом направлении (Гребной винт, вентилятор). Применяются они в центробежных на-сосах большой подачи с малыми напорами там, где требуется обеспечить надежное всасывание (ГЦН-195 М).
Слайд 33Влияние угла β2 на напор Нт∞
В зависимости от
величины выходного угла лопатки β2 теоретически возможны следующие типы рабочих
колес:
w2 c2 w2 c2 w2 c2
а)β2<90о б)β2=90о в)β2>90о
β2
β2
β2
u2
u2
u2
c2m
c2m
c2m
c2u
α2
В действительности изменение угла β2 имеет опре-деленные пределы: βmin и β2max , выход за которые приводит к тому, что ЦН прекращает перекачивать жидкость.
Слайд 34 В центробежных насосах применяют рабочие коле-са с лопатками, загнутыми
назад и β2 = 17 – 30о ρ=
0,65 – 0,75.
Колеса с лопатками, загнутыми вперед, применяю-тся в центробежных вентиляторах.
Слайд 35Действительный напор ЦН
Основное уравнение ЦН не учитывает влияния
конечного числа рабочих лопаток и их конечной тол-щины, а также
не учитывает влияния сил вязкости перекачиваемой жидкости.
Влияние конечного числа лопаток на напор насоса
Влияние конечного числа лопаток на напор насоса учитывается коэффициентом циркуляции (к), величи-на которого лежит в пределах К ≈ 0,6 – 0,8.
Влияние конечной толщины лопаток на напор насоса
Лопатки рабочих колес, имеют толщину δ=3 – 6 мм и существенно влияют на характер течения жидкости в проточных каналах РК.
Слайд 36 При входе жидкости в межлопаточные каналы из-за стеснения
входного сечения лопатками происхо-дит сжатие потока, искривление линий тока, увеличи-вается
скорость жидкости и возможен отрыв потока от поверхности лопаток.
Чем больше толщина лопаток, тем большее сжатие будет испытывать поток, тем большей будет неравномерность распределения скоростей на входе в колесо.
При выходе жидкости из колеса будут иметь место явления обратного порядка, т.е. расширение потока и связанное с этим уменьшение скорости жидкости.
Чем больше неравномерность распределения скоростей на входе и выходе рабочего колеса, тем
Слайд 37больше будут потери энергии и тем меньше будет гидравлический КПД
(ηг).
Для уменьшения потерь энергии толщину лопаток выбирают
минимально возможной, сообразуясь при этом необходимостью обеспечить достаточную механическую прочность их. С этой же целью выход-ные кромки лопаток заостряют, а входные утоняют и закругляют.Для учета влияния конечной толщины лопаток на поток жидкости применятся коэффициент стеснения
Коэффициент стеснения на входе в РК 1=1,05-1,25
Коэффициент стеснения на выходе РК 2=1,05-1,1.
Слайд 38Влияние реальных свойств жидкости на напор насоса
До сих
пор мы полагали, что перекачиваемая жидкость идеальная, т.е. считали, что
потери энергии при движении жидкости в проточных каналах насоса отсутствуют. В действительности же на всем пути движения реальной (вязкой) жидкости в преде-лах насоса возникают гидравлические потери, кото-рые складываются из потерь энергии на преодоле-ние сил трения и вихревых потерь, связанных с от-рывом потока при обтекании элементов проточной части насоса.
Слайд 39 Влияние гидравлических потерь, обусловленных вязкостью жидкости учитываются
гидравлическим КПД
Слайд 40Силы, действующие на ротор центробежного насоса.
Радиальные силы.
Радиальные силы
возникают в ЦН со спиральными отводами (одноступенчатых) при работе на
нерас-четном режиме, т.е. когда QQн.
При проектировании насоса размеры спирального отвода выбирают таким образом, чтобы обеспечить постоянство скоростей Сср перекачиваемой жидко-сти в любом сечении канала и, следовательно, обе-спечить постоянство давлений в нем при работе на-соса на расчетном режиме (Q=Qн). В этом случае ре-зультирующая радиальная сила будет равна нулю (Р2 = 0).
Слайд 42
ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЛОПАСТНОГО НАСОСА
1.Корпус насоса (статор) – совокупность сборочных единиц
и деталей насоса, образующих емкость ограниченную патрубками и концевыми уплотнениями.
2.Ротор
– все вращаемые узлы и детали.
3.проточная часть – предназначена для преобразования механической энергии в энергию перекачиваемой жидкости с обеспечением минимальных гидравлических потерь, радиальных и осевых усилий, пульсаций давления.
4.Концевые уплотнения – предназначены для уменьшения протечек жидкости по валу из корпуса насоса.
Слайд 435.Опоры вала – предназначены для восприятия радиальных и осевых сил
ротора и ограничения его перемещения.
6.Устройство для разгрузки от осевых сил
– предназначено для компенсации вредного воздействия осевых сил, действующих на детали насоса.
7.Устройство для разгрузки от радиальных сил – предназначено для компенсации вредного воздействия радиальных сил, действующих на детали насоса.
Слайд 44Схема ответа по конструкции ЦН:
Марка насоса
Расшифровка аббревиатуры
Назначение насоса
Основные параметры насоса
(Q, H, n)
Краткая техническая характеристика насоса
Изложить конструкцию насоса в соответствии
с общей конструкцией
Противокавитационные меры
Слайд 45Краткая техническая характеристика:
1. Насос центробежный (осевой, поршневой…)
2. Расположение вала в
пространстве (вертикальный, горизонтальный)
3. Количество ступеней (колес)
4. Подвод жидкости на РК
(односторонний, двухсторонний)
5. Количество корпусов (1 или 2)
6. Консольный или нет
7. Дополнительные устройства (шнек, …)
Слайд 46КОНСТРУКЦИЯ НАСОСОВ АС
КЭН-1
КЭН-2
ПТА
БН
ГПН
ПЭА
ГЦН
ОН
