• Основные принципы подбора насосов
  • Технологические и конструктивные требования
  • Характер перекачиваемой среды
  • Основные расчетные параметры
  • Области применения (подбора) насосов по создаваемому напору
  • Области применения (подбора) насосов по производительности
• Основные расчетные параметры насосов (производительность, напор, мощность)
• Расчет производительности для различных насосов. Формулы
  • Поршневые насосы
  • Шестеренчатые насосы
  • Винтовые насосы

Расчет напора насоса

Расчет потребляемой мощности насоса

Предельная высота всасывания (для центробежного насоса)

Примеры задач по расчету и подбору насосов с решениями

• расчет объемного коэффициента полезного действия плунжерного насоса
• расчет необходимой мощности электродвигателя двухпоршневого насоса
• расчет величины потери напора трехпоршневого насоса
• расчет объемного коэффициента полезного действия винтового насоса
• расчет напора, расхода и полезной мощности центробежного насоса
• расчет целесообразности перекачки воды центробежным насосом
• расчет коэффициента подачи шестеренчатого (шестеренного) насоса
• определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту
• расчет полезной мощности центробежного насоса
• расчет предельного повышения расхода насоса

Основные принципы подбора насосов

Выбор насосного оборудования – ответственный этап, от которого будут зависеть как технологические параметры, так и эксплуатационные качества проектируемой установки. При выборе типа насоса можно выделить три группы критериев:

1) Технологические и конструктивные требования

2) Характер перекачиваемой среды

3) Основные расчетные параметры

Технологические и конструктивные требования:

В некоторых случаях выбор насоса может диктоваться какими-либо строгими требованиями по ряду конструктивных или технологических параметров. Центробежные насосы, в отличие от поршневых, могут обеспечивать равномерную подачу перекачиваемой среды, в то время как для выполнения условий равномерности на поршневом насосе приходится значительно усложнять его конструкцию, располагая на коленчатом вале несколько поршней, совершающих возвратно-поступательные движения с определенным отставанием друг от друга. В то же время подача перекачиваемой среды дискретными порциями заданного объема также может являться технологическим требованием. Примером определяющих конструктивных требований может служить использование погружных насосов в тех случаях, когда необходимо или единственно возможно расположить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости.

Технологические и конструктивные требования к насосу редко являются определяющими, а диапазоны подходящих типов насосов для различных специфических случаев применения известны исходя из накопленного человечеством опыта, поэтому в доскональном их перечислении нет необходимости.

Характер перекачиваемой среды:

Характеристики перекачиваемой среды часто становятся определяющим фактором в выборе насосного оборудования. Различные типы насосов подходят для перекачки самых разнообразных сред, отличающихся по вязкости, токсичности, абразивности и множеству других параметров. Так винтовые насосы способны перекачивать вязкие среды с различными включениями, не повреждая структуру среды, и могут с успехом применяться в пищевой промышленности для перекачивания джемов и паст с различными наполнителями. Коррозионные свойства перекачиваемой среды определяют материальное исполнение выбираемого насоса, а токсичность – уровень его герметизации.

Основные расчетные параметры:

Требованиям по эксплуатации, предъявляемы различными отраслями, могут удовлетворять несколько типов насосов. В такой ситуации предпочтение отдается тому типу насосов, который наиболее применим при конкретных значениях основных расчетных параметров (производительность, напор и потребляемая мощность). Ниже приведены таблицы, в общих чертах отражающие границы применения наиболее распространенных типов насосов.

Области применения (подбора) насосов по создаваемому напору

До 10 м	От 10	От 100	От 1 000	От 10 000 м
Одноступенчатые центробежные
		Многоступенчатые центробежные
Осевые (напор до 20-30 м)
	Поршневые
	Винтовые
			Плунжерные
Вихревые

Области применения (подбора) насосов по производительности

До 10 м3/ч	От 10	От 100 до 1 000 м3/ч	От 1 000 до 10 000 м3/ч	От 10 000 м 3 /ч
Одноступенчатые центробежные
		Многоступенчатые центробежные
		Осевые
Поршневые
Винтовые
Плунжерные
	Вихревые

Только соответствующий всем трем группам критериев насос может гарантировать длительную и надежную эксплуатацию.

Основные расчетные параметры насосов

Несмотря на многообразие машин для перекачки жидкостей и газов, можно выделить ряд основных параметров, характеризующих их работу: производительность, потребляемая мощность и напор.

Производительность (подача, расход) – объем среды, перекачиваемый насосом в единицу времени. Обозначается буквой Q и имеет размерность м 3 /час, л/сек, и т.д. В величину расхода входит только фактический объем перемещаемой жидкости без учета обратных утечек. Отношение теоретического и фактического расходов выражается величиной объемного коэффициента полезного действия:

Однако в современных насосах, благодаря надежной герметизации трубопроводов и соединений, фактическая производительность совпадает с теоретической. В большинстве случаев подбор насоса идет под конкретную систему трубопроводов, и величина расхода задается заранее.

Напор – энергия, сообщаемая насосом перекачиваемой среде, отнесенная к единице массы перекачиваемой среды. Обозначается буквой H и имеет размерность метры. Стоит уточнить, что напор не является геометрической характеристикой и не является высотой, на которую насос может поднять перекачиваемую среду.

Потребляемая мощность (мощность на валу) – мощность, потребляемая насосом при работе. Потребляемая мощность отличается от полезной мощности насоса, которая затрачивается непосредственно на сообщение энергии перекачиваемой среде. Часть потребляемой мощности может теряться из-за протечек, трения в подшипниках и т.д. Коэффициент полезного действия определяет соотношение между этими величинами.

Для различных типов насосов расчет этих характеристик может отличаться, что связано с различиями в их конструкции и принципах действия.

Расчет производительности для различных насосов

Все многообразие типов насосов можно разделить на две основные группы, расчет производительности которых имеет принципиальные отличия. По принципу действия насосы подразделяют на динамические и объемные. В первом случае перекачка среды происходит за счет воздействия на нее динамических сил, а во втором случае – за счет изменения объема рабочей камеры насоса.

К динамическим насосам относятся:

1) Насосы трения (вихревые, шнековые, дисковые, струйные и т.д.)
2) Лопастные (осевые, центробежные)
3) Электромагнитные

К объемным насосам относятся:
1) Возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные, диафрагменные)
2) Роторные
3) Крыльчатые

Ниже будут приведены формулы расчета производительности для наиболее часто встречающихся типов.

Основным рабочим элементом поршневого насоса является цилиндр, в котором двигается поршень. Поршень совершает возвратно-поступательные движения за счет кривошипно-шатунного механизма, чем обеспечивается последовательное изменение объема рабочей камеры. За один полный оборот кривошипа из крайнего положения поршень совершает полный ход вперед (нагнетание) и назад (всасывание). При нагнетании в цилиндре поршнем создается избыточное давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и перекачиваемая жидкость подается в нагнетательный трубопровод. При всасывании происходит обратный процесс, при котором в цилиндре создается разряжение за счет движения поршня назад, нагнетательный клапан закрывается, предотвращая обратный ток перекачиваемой среды, а всасывающий клапан открывается и через него происходит заполнение цилиндра. Реальная производительность поршневых насосов несколько отличается от теоретической, что связано с рядом факторов, таких как утечки жидкости, дегазация растворенных в перекачиваемой жидкости газов, запаздывание открытия и закрытия клапанов и т.д.

Для поршневого насоса простого действия формула расхода будет выглядеть следующим образом:

Q = F·S·n·η V

Q – расход (м 3 /с)
S – длина хода поршня, м

Для поршневого насоса двойного действия формула расчета производительности будет несколько отличаться, что связано наличием штока поршня, уменьшающего объем одной из рабочих камер цилиндра.

Q = F·S·n + (F-f)·S·n = (2F-f)·S·n

Q – расход, м 3 /с
F – площадь поперечного сечения поршня, м 2
f – площадь поперечного сечения штока, м 2
S – длина хода поршня, м
n – частота вращения вала, сек -1
η V – объемный коэффициент полезного действия

Если пренебречь объемом штока, то общая формула производительности поршневого насоса будет выглядеть следующим образом:

Q = N·F·S·n·η V

Где N – число действий, совершаемых насосом за один оборот вала.

В случае шестеренчатых насосов роль рабочей камеры выполняет пространство, ограничиваемое двумя соседними зубьями шестерней. Две шестерни с внешним или внутренним зацеплением размещаются в корпусе. Всасывание перекачиваемой среды в насос происходит за счет разряжения, создаваемого между зубьями шестерен, выходящими из зацепления. Жидкость переносится зубьями в корпусе насоса, и затем выдавливается в нагнетательный патрубок в момент, когда зубья вновь входят в зацепление. Для протока перекачиваемой среды в шестеренных насосах предусмотрены торцевые и радиальные зазоры между корпусом и шестернями.

Производительность шестеренного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 2·f·z·n·b·η V

f – площадь поперечного сечения пространства между соседними зубьями шестерни, м 2
z – число зубьев шестерни
b – длинна зуба шестерни, м
n – частота вращения зубьев, сек -1
η V – объемный коэффициент полезного действия

Существует также альтернативная формула расчета производительности шестеренного насоса:

Q = 2·π·D Н ·m·b·n·η V

Q – производительность шестеренчатого насоса, м 3 /с
D Н – начальный диаметр шестерни, м
m – модуль шестерни, м
b – ширина шестерни, м
n – частота вращения шестерни, сек -1
η V – объемный коэффициент полезного действия

В насосах данного типа перекачивание среды обеспечивается за счет работы винта (одновинтовой насос) или нескольких винтов, находящихся в зацеплении, если речь идет о многовинтовых насосах. Профиль винтов подбирается таким образом, чтобы область нагнетания насоса была изолирована от области всасывания. Винты располагаются в корпусе таким образом, чтобы при их работе образовывались заполненные перекачиваемой средой области замкнутого пространства, ограниченные профилем винтов и корпусом и движущиеся по направлению в области нагнетания.

Производительность одновинтового насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 4·e·D·T·n·η V

Q – производительность винтового насоса, м 3 /с
e – эксцентриситет, м
D – диаметр винта ротора, м
Т – шаг винтовой поверхности статора, м
n – частота вращения ротора, сек -1
η V – объемный коэффициент полезного действия

Центробежные насосы являются одним из наиболее многочисленных представителей динамических насосов и широко распространены. Рабочим органом в центробежных насосах является насаженное на вал колесо, имеющее лопасти, заключенные между дисками, и расположенное внутри спиралевидного корпуса.

За счет вращения колеса создается центробежная сила, воздействующая на массу перекачиваемой среды, находящейся внутри колеса, и передает ей часть кинетической энергии, которая затем переходит в потенциальную энергию напора. Создаваемое при этом в колесе разрежение обеспечивает непрерывную подачу перекачиваемой среды их всасывающего патрубка. Важно отметить, что перед началом эксплуатации центробежный насос должен быть предварительно заполнен перекачиваемой средой, так как в противном случае всасывающей силы будет недостаточно для нормальной работы насоса.

Центробежный насос может иметь не один рабочий орган, а несколько. В таком случае насос называется многоступенчатым. Конструктивно он отличается тем, что на его валу расположено сразу несколько рабочих колес, и жидкость последовательно проходит через каждое из них. Многоступенчатый насос при той же производительности будет создавать больший напор в сравнении с аналогичным ему одноступенчатым насосом.

Производительность центробежного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = b 1 ·(π·D 1 -δ·Z)·c 1 = b 2 ·(π·D 2 -δ·Z)·c 2

Q – производительность центробежного насоса, м 3 /с
b 1,2 – ширины прохода колеса на диаметрах D 1 и D 2 , ­м
D 1,2 – внешний диаметр входного отверстия (1) и внешний диаметр колеса (2), м
δ – толщина лопаток, м
Z – число лопаток
C 1,2 – радиальные составляющие абсолютных скоростей на входе в колесо (1) и выходе из него (2), м/с

Расчет напора

Как было отмечено выше, напор не является геометрической характеристикой и не может отождествляться с высотой, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Необходимое значение напора складывается из нескольких слагаемых, каждое из которых имеет свой физический смысл.

Общая формула расчета напора (диаметры всасывающего и нагнетающего патрубком приняты одинаковыми):

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п

H – напор, м
p 1 – давление в заборной емкости, Па
p 2 – давление в приемной емкости, Па

H г – геометрическая высота подъема перекачиваемой среды, м
h п – суммарные потери напора, м

Первое из слагаемых формулы расчета напора представляет собой перепад давлений, который должен быть преодолен в процессе перекачивания жидкости. Возможны случаи, когда давления p 1 и p 2 совпадают, при этом создаваемый насосом напор будет уходить на поднятие жидкости на определенную высоту и преодоление сопротивления.

Второе слагаемое отражает геометрическую высоту, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Важно отметить, что при определении этой величины не учитывается геометрия напорного трубопровода, который может иметь несколько подъемов и спусков.

Третье слагаемое характеризует снижение создаваемого напора, зависящее от характеристик трубопровода, по которому перекачивается среда. Реальные трубопроводы неизбежно будут оказывать сопротивление току жидкости, на преодоление которого необходимо иметь запас величины напора. Общее сопротивление складывается из потерь на трение в трубопроводе и потерь в местных сопротивлениях, таких как повороты и отводы трубы, вентили, расширения и сужения прохода и т.д. Суммарные потери напора в трубопроводе рассчитываются по формуле:

H об – суммарные потери напора, складывающиеся из потерь на трение в трубах H т и потерь в местных сопротивлениях Н мс

H об = H Т + H МС = (λ·l)/d э · + ∑ζ МС · = ((λ·l)/d э + ∑ζ МС)·

λ – коэффициент трения
l – длинна трубопровода, м
d Э – эквивалентный диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
g – ускорение свободного падения, м/с 2
w 2 /(2·g) – скоростной напор, м
∑ζ МС – сумма всех коэффициентов местных сопротивлений

Расчет потребляемой мощности насоса

Выделяют несколько мощностей в зависимости от потерь при ее передаче, которые учитываются различными коэффициентами полезного действия. Мощность, идущая непосредственно на передачу энергии перекачиваемой жидкости, рассчитывается по формуле:

N П = ρ·g·Q·H

N П – полезная мощность, Вт
ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м 3
g – ускорение свободного падения, м/с 2
Q – расход, м 3 /с
H – общий напор, м

Мощность, развиваемая на валу насоса, больше полезной, и ее избыток идет на компенсацию потерь мощности в насосе. Взаимосвязь между полезной мощностью и мощностью на валу устанавливается коэффициентом полезного действия насоса. КПД насоса учитывает утечки через уплотнения и зазоры (объемный КПД), потери напора при движении перекачиваемой среды внутри насоса (гидравлический КПД) и потери на трение между подвижными частями насоса, такими как подшипники и сальники (механический КПД).

N В = N П /η Н

N В – мощность на валу насоса, Вт
N П – полезная мощность, Вт
η Н – коэффициент полезного действия насоса

В свою очередь мощность, развиваемая двигателем, превышает мощность на валу, что необходимо для компенсации потерь энергии при ее передаче от двигателя к насосу. Мощность электродвигателя и мощность на валу связаны коэффициентами полезного действия передачи и двигателя.

N Д = N В /(η П ·η Д)

N Д – потребляемая мощность двигателя, Вт
N В – мощность на валу, Вт
η П – коэффициент полезного действия передачи
η Н – коэффициент полезного действия двигателя

Окончательная установочная мощность двигателя высчитывается из мощности двигателя с учетом возможной перегрузки в момент запуска.

N У – установочная мощность двигателя, Вт
N Д – потребляемая мощность двигателя, Вт
β – коэффициент запаса мощности

Коэффициент запаса мощности может быть приближенно выбран из таблицы:

Предельная высота всасывания
(для центробежного насоса)

Всасывание в центробежном наосе происходит за счет разности давлений в сосуде, откуда происходит забор перекачиваемой среды, и на лопатках рабочего колеса. Чрезмерное увеличение разности давлений может привести к появлению кавитации – процессу, при котором происходит понижение давления до значения, при котором температура кипения жидкости опускается ниже температуры перекачиваемой среды и начинается ее испарение в пространстве потока с образованием множества пузырьков. Пузырьки уносятся потоком дальше по ходу течения, где под действием возрастающего давления они конденсируются, и происходит их “схлопывание”, сопровождаемое многочисленными гидравлическими ударами, негативно сказывающимися на сроке службы насоса. В целях избегания негативного воздействия кавитации необходимо ограничивать высоту всасывания центробежного насоса.

Геометрическая высота всасывания может быть определена по формуле:

h г = (P 0 -P 1)/(ρ·g) – h св – w²/(2·g) – σ·H

h Г – геометрическая высота всасывания, м
P 0 – давление в заборной емкости, Па
P 1 – давление на лопатках рабочего колеса, Па
ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м 3
g – ускорение свободного падения, м/с 2
h св – потери на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопроводе, м
w²/(2·g) – скоростной напор во всасывающем трубопроводе, м
σ·H – потери на добавочное сопротивление, пропорциональное напору, м
где σ – коэффициент кавитации, H – создаваемый насосом напор

Коэффициент кавитации может быть рассчитан по эмпирической формуле:

σ = [(n·√Q) / (126H 4/3)] 4/3

σ – коэффициент кавитации
n – частота вращения рабочего колеса, сек -1
Q – производительность насоса, м 3 /с
Н – создаваемый напор, м

Также существует формула для центробежных насосов для расчета запаса напора, обеспечивающего отсутствие кавитации:

H кв = 0,3·(Q·n²) 2/3

H кв – запас напора, м
Q – производительность центробежного насоса, м 3 /с
n – частота вращения рабочего колеса, с -1

Примеры задач по расчету и подбору насосов с решениями

Пример №1

Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м 3 /ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.

Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Площадь поперечного сечения плунжера:

F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2

Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:

η V = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88

Пример №2

Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м 3 . Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока – 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).

Площади попреречного сечения поршня и штока:

F = (3,14·0,08²)/4 = 0,005024 м²

F = (3,14·0,01²)/4 = 0,0000785 м²

Производительность насоса находится по формуле:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/час

N П = 920·9,81·0,0045195·160 = 6526,3 Вт

С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:

N УСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт

Пример №3

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м 3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м 3 /час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:

H = N П /(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м

Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:

h п = H – (p 2 -p 1)/(ρ·g) – H г = 617,8 – ((1,6-1)·10 5)/(1080·9,81) – 3,2 = 69,6 м

Пример №4

Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м 3 /час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет – 2 см; диаметр ротора – 7 см; шаг винтовой поверхности ротора – 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.

Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:

η V = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85

Пример №5

Необходимо рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м 3 из резервуара с избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода (суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров (принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров составляет 8 метров.

Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:

Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с

Скоростной напор в трубе:

w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м

При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:

H Т = (λ·l)/d э · = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м

Общий напор составит:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((2,5-1,2)·10 5)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Остается определить полезную мощность:

N П = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт

Пример №6

Целесообразна ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м 3 /час по трубопроводу 150х4,5 мм?

Рассчитаем скорость потока воды в трубопроводе:

Q = (π·d²)/4·w

w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с

Для воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 – 3 м/с. Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса нецелесообразно.

Пример №7

Определить коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса: площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм 2 ; число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280 об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.

Теоретическая производительность насоса:

Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·10 6) = 0,0004256 м³/час

Коэффициент подачи соответственно равен:

η V = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85

Пример №8

Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м 3 с расходом 132 м 3 /час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.

Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:

N П = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт

Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:

N Д = N П /(η Н ·η Д) = 6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт

Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:

β = N У /N Д = 9500/8599 = 1,105

Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.

Пример №9

Центробежный насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м 3 из открытого резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м 3 /час. Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет 32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.

Рассчитаем напор, создаваемый насосом в трубопроводе:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1,5-1)·10 5)/(1130·9,81) – 12 + 32,6 = 25,11 м

Полезная мощность насоса может быть найдена по формуле:

N П = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт

Пример №10

Определить предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять равной 1000 кг/м 3) из открытого резервуара в другой открытый резервуар с расходом 24 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83. Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет 9,7 м.

Определим максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько промежуточных параметров.

Рассчитаем напор, необходимый для перекачивания воды:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1-1)·10 5)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м

Полезная мощность, развиваемая насосом:

N П = N общ /η Н = 1000/0,83 = 1205 Вт

Значение максимального расхода найдем из формулы:

N П = ρ·g·Q·H

Найдем искомую величину:

Q макс = N П /(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с

Расход воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований эксплуатации насоса.

Q макс /Q = 0,00836/24·3600 = 1,254

После построения суммарной напорно-расходной характеристики системы - Н сист, рис. 1.3, на оси абцисс откладывается заданное значение подачи - Q зад. Точка А на графике напорно-расходной характеристики системы - Н сист (рис. 1.3) соответствует оптимальному напору насоса для данной системы при заданной подаче - Q зад.

На оси ординат снимается значение напора, соответствующее точке А на графике напорно-расходной характеристики системы.

Рис. 1.3. Определение параметров насоса

Построение напорно-расходной характеристики системы

Для построения характеристики необходимо:

Произвести расчет статической составляющей напора Н ст в соответствии с уравнением 1.6 и данными из условия задания; полученное значение отметить на ординате - Н. Данная точка является исходной для построения динамической составляющей напора.

Для построения динамической составляющей необходимо значение подачи разбить на пять-шесть частей (0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25) и подставить в уравнение (1.7); для удобства построения графика значения свести в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

	м. ст.перек. жид.

3. Для сложного трубопровода динамическая составляющая рассчитывается отдельно для каждого из последовательных и параллельных участков (l 2 , l 3 и l 4 , l i , рис. 1.1) по уравнению: Н дин = k i Q i (в целом динамическая составляющая может быть рассчитана по уравнению: Н дин = k 2 Q зад + (k 3 Q 3 + + k 4 Q 4 ), где Q 3 и Q 4 для параллельных участков рассчитывается от заданного или рассчитанного значения диаметра трубопровода (d 3 и d 4 ) ) .

Построение графиков производится в соответствии с п. 2 для каждого участка, графически суммируются и строится общая характеристика (см. рис. 1.2).

Часть 2. Гидравлический расчет рабочего колеса центробежного насоса

Исходные данные:

Назначение, тип насоса: по прототипу, в соответствии со схемой задания.

Подача насоса: [м 3 /ч], по заданию.

Напор насоса: Н [м], определяется в первой части РГР.

Давление во всасывающем патрубке: р вс [кПа], по заданию.

Температура воды: t (°C), по заданию.

Значения данных приведены в .

2.1. Выбор принципиальной схемы насоса

Выбор принципиальной схемы насоса производится по его коэффициенту быстроходности n s с учетом назначения насоса:

n s =
(2.1)

где Q - задается по условию задания, м 3 /с;

Н - определяются в первой части расчета, м вод. ст.;

n - принимается по прототипному насосу или задается по условию, об/мин.

Центробежные насосы существуют при n s = 40...350, однако приближаться к крайним значениям не рекомендуется.

При n s < 50 следует разрабатывать схему многоступенчатого насоса. Форму каждого колеса будет определять его коэффициент быстроходности.

Коэффициент быстроходности рабочего колеса

n s к =
(2.2)

где H i = H/i - напор, создаваемый одним рабочим колесом (i - количество рабочих колес).

Высоконапорные центробежные насосы, как правило, имеют два и более последовательно работающих колеса (насосы типа ПТА 3750 - 75, ПЭА 150 - 85, КсВА 1000 - 190, ЦН 60 - 180 и др.). В этом случае напор ступени определяется из выражения Н i = Н/2, где i - количество ступеней. Многоступенчатые насосы АЭС имеют равномерное распределение напора по ступеням, т.е. H і = H/i .

В случае n s > 300 может быть разработан двухпоточный насос по схеме работы насоса ПТА 3800 - 20 и ему подобных. Коэффициент быстроходности рабочего колеса в этом случае

n sк =
(2.3)

где Q i - подача одного колеса, Q i = Q/2 .

Вместе с тем, в расчете при выборе конструктивной схемы рассчитываемого насоса, количества ступеней и их компоновки (последовательная или параллельная сборка), следует ориентироваться на предложенный прототипный насос энергетической установки АЭС.

Во всех случаях дальнейшему учебному расчету подвергается только одно напорное колесо, форма которого определяется найденным значением n sк, поэтому во всех расчетах, кроме определения мощности насоса, следует брать подачу и напор только рассчитываемого колеса (Q и Н i или Q i и Н).

Выбор значения n (об/мин) производится в основном по прототипным данным насосов аналогичного назначения с проверкой на отсутствие кавитации.

Значения частоты вращения (n) насосов АЭС указаны в табл. I.

Проверка на кавитацию производится расчетом предельного значения частоты вращения n кав, при достижении которого возможно возникновение кавитации в насосе. Расчет ведется по формуле профессора С.С. Руднева:

n кав ≥
об/мин, (2.4)

где С - кавитационный коэффициент быстроходности, выбор которого определяется и обосновывается конструктивными элементами рабочего колеса первой ступени и подвода жидкости (см. табл. I);

Р нп - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости, кПа (табл. 3 и 4);

γ - удельный вес перекачиваемой жидкости, кН/м 3 (см. табл. 3 и 4);

с вс - скорость жидкости во всасывающем патрубке, м/c (см. табл. 1);

Q - подача рабочего колеса, м 3 /c.

В наиболее тяжелых условиях работают конденсатные насосы, для обеспечения их бескавитационной работы дав­ление во всасывающем патрубке увеличивают до Рза счет создания подпора, для чего насос опускают на h [м] ниже конденсатора:

= P вс + ρgh, (2.5)

Если в расчете получено n кав < n, то величину подпора определяют из следующего выражения, задавшись n кав = 1,1n, решив его относительно нового значения

h кав =
. (2.6)

В зависимости от выбранной принципиальной схемы и с учетом выбранной позже схемы разгрузки от осевых сил разрабатывается и вычерчивается эскиз ротора насоса.

Введение

1. Центробежные насосы и принцип их работы

2. Расчёт основных параметров и рабочего колеса центробежного насоса

3. Выбор прототипа проектируемого центробежного насоса

4. Подбор электродвигателя центробежного насоса

5. Особенности эксплуатации центробежного насоса

6. Техника безопасности и охрана труда

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Насос (разг. водяная помпа, колонка) - гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение.

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый поршневой насос для тушения пожара, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий, упоминается ещё в I веке н.э. В Средние века насосы использовались в различных гидравлических машинах. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д. Папеном. До XVIII века насосы использовались гораздо реже, чем водоподъёмные машины (устройства для безнапорного перемещения жидкости), но с появлением паровых машин насосы начали вытеснять водоподъёмные машины. В XIX веке с развитием тепловых и электрических двигателей насосы получили широкое распространение. В 1838 году русский инженер А.А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил центробежный насос и работал над применением его при создании судового двигателя.

По характеру сил, преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

По характеру соединения рабочей камеры с входом и выходом из насоса: периодическое соединение (объёмные насосы) и постоянное соединение входа и выхода (динамические насосы).

центробежный насос двигатель параметр

Объёмные насосы используются для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии - энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная). Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в объёмных насосах неуравновешен (высокая вибрация), поэтому необходимо создавать для них массивные фундаменты. Также для этих насосов характерна неравномерность подачи. Большим плюсом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

Для динамических насосов характерно двойное преобразование энергии (1 этап: механическая => кинетическая + потенциальная; 2 этап: кинетическая => потенциальная). В динамических насосах можно перекачивать загрязнённые жидкости, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объёмных насосов, они не способны к самовсасыванию.

1. Центробежные насосы и принцип их работы

Схематически центробежный насос (рис. 1.1) состоит из рабочего колеса, снабженного лопастями и установленного на валу в спиральном корпусе. Жидкость в рабочее колесо поступает в осевом направлении. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, жидкость прижимается к стенке корпуса и выталкивается в нагнетательное отверстие по касательной к рабочему колесу. При этом на входе в насос давление падает, и в рабочее колесо устремляется жидкость, находящаяся под более высоким давлением, например, под атмосферным давлением при выкачивании жидкости из открытого резервуара. Центробежные насосы широко распространены благодаря ряду преимуществ, которыми они обладают по сравнению с другими типами насосов. Их основными достоинствами являются непрерывность подачи жидкости, простота устройства и, следовательно, относительно низкая стоимость и высокая надежность, достаточно высокий КПД (порядка 0,6-0,8), большая высота всасывания. Они легко поддаются автоматизации управления.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести то, что их подача изменяется в широких пределах в зависимости от сопротивления сети, на которую они работают. Неудобство доставляет также то, что при пуске центробежного насоса в обычном исполнении его необходимо заливать водой, если уровень перекачиваемой жидкости находится, ниже входного патрубка.

Центробежные насосы классифицируют по:

Числу колес (одноступенчатые (одноколесные), многоступенчатые (многоколесные); кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала - консольные;

Напору (низкого напора до 2 кгс/см 2 (0,2 МН/м 2), среднего напора от 2 до 6 кгс/см 2 (от 0,2 до 0,6 МН/м 2), высокого напора больше 6 кгс/см 2 (0,6 МН/м 2);

Схема центробежной насосной установки.

Способу подвода воды к рабочему колесу (с односторонним входом воды на рабочее колесо, с двусторонним входом воды (двойного всасывания);

Расположению вала (горизонтальные центробежные насосы, вертикальные центробежные насосы);

Способу разъема корпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса);

Способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральные и турбинные центробежные насосы). В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство - направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками);

Степени быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные центробежные насосы);

Роду перекачиваемой жидкости (водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и др. центробежные насосы);

Способу соединения с двигателем (приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт). Насосы со шкивным приводом встречаются в настоящее время редко.

Центробежные насосы должны быть оборудованы следующей арматурой и приборами:

Приемным обратным клапаном с сеткой, предназначенным для удержания в корпусе и всасывающем патрубке насоса воды при его заливе перед пуском; сетка служит для задержания крупных взвесей, плавающих в воде;

Задвижкой;

Вакуумметром для измерения разрежения на всасывающей стороне. Вакуумметр устанавливается на трубопроводе между задвижкой и корпусом насоса; краном для выпуска воздуха при заливе (устанавливается в верхней части корпуса); обратным клапаном на напорном трубопроводе, предотвращающем движение воды через центробежный насос в обратном направлении при параллельной работе другого насоса;

Задвижкой на напорном трубопроводе, предназначенной для пуска в работу, остановки и регулирования производительности и напора центробежного насоса;

Манометром на напорном патрубке для измерения напора, развиваемого центробежным насосом;

Предохранительным клапаном на напорном патрубке за задвижкой для защиты центробежного насоса, напорного патрубка и трубопровода от гидравлических ударов; устройством для залива насоса.

В связи с тем, что центробежные насосы часто включаются в основной комплекс оборудования для регулирования режимов работы различного назначения, они могут быть оборудованы разнообразными приборами автоматики.

Консольные насосы (насосы типа К) для воды - самые многочисленные из промышленных насосов.

Рабочим органом консольного насоса является центробежное колесо, поэтому их еще называют - насос центробежный консольный (насосы К).

Насос К (рис. 1.2) - горизонтальный одноступенчатый консольный насос, с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Насосы типа к предназначены для перекачивания в стационарных условиях чистой воды (кроме морской), с рН = 7, температурой от 0 до 85°С, содержащей твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1 %, а также других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности.

Номинальная подача насосов составляет от 6,7 до 290 м 3 /ч, при напорах от 12 до 85 м.

Привод насосов типа К (консольных насосов) осуществляется от асинхронного электродвигателя через соединительную муфту.

Существуют два основных вида уплотнений вала: сальниковое и торцовое уплотнения.

Сальниковое уплотнения обозначаются буквой "С" к основной марке, если его нет, то она подразумевается. Утечка через сальниковое уплотнение не более 2 л/ч. для смазывания и охлаждения мягкой набивки.

Одинарное торцовое уплотнение - в марке индекс "5". Внешняя утечка через торцового уплотнения всего не более 0,03 л/ч. Насосы с торцовыми уплотнениями могут перекачивать жидкости с температурой от 0 до 115°С.

Рис.1.2 Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К.

1 - крышка корпуса; 2 - корпус; 3 - уплотняющие кольца; 4 - рабочее колесо; 5 - гайка; 6 - набивка сальника; 7 - защитная втулка; 8 - крышка сальника; 9 - вал насоса; 10 - опорный кронштейн; 11 - шарикоподшипник.

2. Расчёт основных параметров и рабочего колеса центробежного насоса

Исходными данными являются:

подача Q = 20 м 3 /час;

напор H = 25 м;

число оборотов n = 2900 об/мин;

жидкость - вода 20ºС.

Для определения типа конструкции насоса рассчитываем коэффициент быстроходности n s :

где коэффициент а зависит от соотношения между диаметрами входа и выхода и составляет a = 0,68

Затем вычисляем приведённый диаметр D 1п

Гидравлический КПД η г вычисляем по формуле

Механический КПД η мех принимаем за η мех = 0,93

Находим полный КПД η по формуле

Определяем мощность насоса N по формуле

Момент M вычисляем по формуле

Диаметр вала d в определяем по формуле

где [ τ ] допустимое напряжение материала вала при кручении

Принимаем d в = 25 мм.

Вычисляем диаметр ступицы d ст по формуле

Принимаем d ст = 40 мм.

Диаметр входа в колесо D 1 вычисляем по формуле (Рис.2.1)

, ; (2.10)

Длину ступицы l ст вычисляем по формуле

Рис.2.1. Схема рабочего колеса центробежного насоса.

Рис.2.2. Схема параллелограмных скоростей.

Окружную скорость на входе в рабочее колесо u 1 определяем по формуле (Рис.2.2)

Скорость входа в рабочее колесо с 1 вычисляем по формуле (Рис.2.2)

Из входного параллелограмма находим β 1 по формуле (Рис.2.2)

; (2.14),

При коэффициенте стеснения входного сечения межлопастных каналов μ 1 =0,9 определяем ширину лопасти b 1 на входе по формуле (Рис.2.1)

Принимаем β 2 =36º и определяем окружную скорость u 2 на выходе из колеса

Определяем диаметр D 2 на выходе из колеса по формуле (Рис. 2.1)

; (2.17)

Ширину лопасти b 2 на выходе определяем по формуле (Рис. 2.1)

; (2.18)

Число лопастей Z определяем по формуле

; (2.19)

3. Выбор прототипа проектируемого центробежного насоса

Для выбора прототипа для заданного насоса необходимо использовать поле характеристик выпускаемых промышленностью насосов К. Из этого рисунка находим, что при Q = 20 м 3 /с и H = 25 м, прототипом является насос марки 2К-6а. Габаритный рисунок насосного агрегата приведён на рис. 3.3 для которого основные размеры следующие.

Размеры L = 831 мм, L 1 = 561 мм, L 3 = 193 мм, B = 331 мм, B 2 = 270 мм, B 4 = 174 мм, С =98 мм, C 2 = 346 мм, С 4 = 290 мм, H = 375 мм, H 1 =339 мм, n =225 мм, масса агрегата 99 кг.

Размеры всасывающего патрубка: D = 50 мм, D 1 =90 мм, D 2 = 110 мм, D 3 = 140 мм.

Размеры нагнетательного патрубка: D 4 = 40 мм, D 5 =80 мм, D 6 = 100 мм, D 7 = 130 мм.

Технические данные насоса: диаметр рабочего колеса 148 мм, подача Q = 20 м3/ч, 5,5 л/с; полный напор H = 25,2 м. ст. жидк; допустимая вакуумметрическая высота всасывания Н доп = 6 м. вод. ст; допустимый подпор 2 кгс/см2; КПД насоса 65,6 %; мощность на валу насоса 2,1 кВт; частота вращения 2900 об/мин; масса ЛО 2-31-2 - 31 кг; ЛОЛ 2-31-2 - 26 кг, тип электродвигателя 4А90LA; мощность N =3 кВт; частота вращения 2840 об/мин; масса 28,7 кг.

Тип электродвигателя у этого насоса АОЛ 2-31-2.

Рис.3.1 Сводный график полей H-Q для консольных насосов.

Рис.3.2 Центробежный насос 2К-6а.

Рис. 3.3. Характеристика центробежного насоса типа К.,

Рис 3.4. Габаритные размеры центробежного насоса типа К.

4. Подбор электродвигателя центробежного насоса

От правильного выбора электродвигателя зависят надежность его работы в электроприводе и энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижаются.

Электродвигатель подбирается по частоте вращения, по рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения.

При выборе типа электродвигателя основных насосов придерживаются примерно следующего принципа. До мощности 250 кВт устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если мощности превышают 250 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения.

Мощность необходимая для привода насоса, определяется по формуле

(4.1)

где κ - коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации. Так как мощность, данного нам электродвигателя, меньше 20 кВт, то κ принимаем за κ =1,25.

ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ; g - ускорение силы тяжести, м/с 2 ; Q м - подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции; Н м - напор, соответствующий максимально возможной подаче Q м ; η п - КПД передачи.

Для P = 2,3 кВт принимаем трёхфазный электродвигатель АО 2-31 со следующими параметрами: переменный ток, число оборотов - n = 2880 об/мин; ; ; масса - G = 35 кг. [Приводы машин - Муха Т. И]

5. Особенности эксплуатации центробежного насоса

Согласно указаниям инструкции завода-изготовителя по обслуживанию и уходу за насосами и в соответствии с местными условиями эксплуатации должны быть разработаны собственные инструкции и указания по техническому обслуживанию и уходу. В них устанавливают сроки проведения регулярных проверок и ревизий, а также работ по техническому обслуживанию и ремонту. Для каждого насоса заводят эксплуатационный журнал или книгу, по которым можно было бы определить состояние насоса, установить необходимость проведения ревизии и соответствующего вида ремонта. Следует также регулярно проверять эксплуатационную готовность резервных насосов, чтобы IB любое время гарантировать ввод их в эксплуатацию.

При установке агрегатов на открытой площадке следует обратить внимание на необходимость постоянного прогрева при низких температурах (мороз), во время стоянки, а также на своевременное опорожнение от жидкости насосов и трубопроводов. Пуск насоса в холодном состоянии при перекачивании жидкости с различной вязкостью недопустим, так как это может привести к повреждению насоса. Кроме того, необходимо дать указания для проведения работ по техническому обслуживанию агрегатов.

Первую смену масла и чистку масляных полостей в подшипниках с жидкой смазкой проводят после 200 ч эксплуатации, следующую смену масла - после 1500-2000 ч, но не реже одного раза в год. При использовании высококачественных сортов масла (турбинное) допускают большую продолжительность работы.

При использовании муфт с масляной смазкой через 500-600 ч эксплуатации проверяют масло на шлакообразование, а при необходимости его доливают. Масло меняют по истечении 3000 ч эксплуатации.

В практике наибольшее распространение получил метод регулирования работы центробежных насосов с помощью обточки рабочего колеса. Как известно напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса и, поэтому уменьшая диаметр колеса с помощью обточки можно существенно менять и характеристики насоса.

Для получения расчётной величины нужного напора центробежного насоса при обточке колеса, необходимо номинальную величину напора умножить на квадрат отношения диаметра обточенного колеса к номинальному диаметру.

Регулировать работу центробежного насоса можно и с помощью изменения сопротивления в потребительской сети.

Изменение условий работы насоса на сеть позволяет регулировать работу насоса в широком диапазоне.

Из графической напорной характеристики центробежных насосов, представляющей собой пологую кривую, видно, что с увеличением подачи уменьшается напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется зона оптимальной работы, представляющая собой энергетическую характеристику, определяющая крутизну и максимальную величину КПД.

Рабочая точка на кривой характеристики соответствует максимальному значению КПД насоса.

Местоположение рабочей точки на характеристике определяется "сопротивлением сети". Если менять сопротивление сети, например, закрывая задвижку на напорной линии, то рабочая точка будет смещаться по кривой влево в пределах рабочей зоны, т.е. центробежный насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как "вынужден" работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки.

Другим способом изменения условий работы насоса на сеть является байпасирование, представляющее собой установку регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание.

В потребительской сети байпасирование приводит к снижению подачи. В результате в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс).

Снижение напора с помощью перепуска жидкости с напорной линии во всасывающую обеспечивает снижение напора на 10…30 % в зависимости от крутизны напорной характеристики насоса.

6. Техника безопасности и охрана труда

В соответствии с действующими инструкциями к эксплуатации в ремонте насосного оборудования должны допускаться квалифицированные механики и слесари, знающие конструкции центробежных и приводных плунжерных насосов и обладающие определенным опытом обслуживанию, ревизии (сборка, разборка), ремонту, а при необходимости и проверки или испытанию этих насосов. Кроме того, рабочие ремонтирующие насосы, должны быть инструктированы в соответствии с правилами по технике безопасности, действующими на данной перекаченной станции магистрального продуктопровода или нефтепровода.

Вращающиеся или движущиеся механизмы или отдельные детали насосов, двигателей трансмиссий должны иметь надежные ограждения, исключающие опасность для персонала, обслуживающего насосные агрегаты.

Рабочие помещения насосной перекачечной станции должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией, обеспечивающей взрывобезопасность условий ее эксплуатации. Исправление или ремонт вращающихся или движущихся частей или деталей во время работы насоса деталей не допускается.

Останавливать насос на ремонт с его разборкой можно только по разрешению начальника перекачечной станции. Насос, подвергаемый ревизии, должен быть остановлен и отключен от трубопроводов, а оставшаяся в нем жидкость должна быть сдренирована.

При ремонте насоса в помещении насосной (если, кроме ремонтируемого, здесь работают и другие насосы, перекачивающие нефть или нефтепродукты) необходимо принимать меры, предотвращающие появление искр. Например, инструмент, которым здесь разрешается пользоваться, должен быть обязательно покрыт медью (омеднен). Персоналу, занятому ремонтом (равно как и обслуживающему действующие насосные агрегаты), категорически запрещается вести какие-либо огневые работы, зажигать огонь, курить и т.п. Во избежание несчастных случаев из-за прорыва прокладок горизонтальных фланцевых разъемов корпусов центробежных насосов, последние должны иметь ограждения в виде козырьков из железа толщиной 1,5-2 мм.

При ремонте центробежного или приводного плунжерного насоса с приводом от электродвигателя последний обесточивают, а на его пусковом устройстве вывешивают плакат "Не включать ”.

Обслуживающий персонал станции и ремонтные рабочие должны спецодежду, рукавицы, а в отдельных случаях предохранительные очки.

Набивку сальников, а также торцовые уплотнения вала разрешается заменять только при остановленном насосе.

во время разборки насоса нефть или нефтепродукты следует немедленно убрать.

Выявление и устранение неисправностей.

Насос работает нормально, но процесс дозирования прерван:

а) закупоривание клапана - прочистите клапаны или замените их, если невозможно устранить засор;

б) чрезмерная высота всасывания - расположите насос или резервуар таким образом, чтобы снизить высоту всасывания (насос под водоприёмником);

в) чрезмерно вязкая жидкость - уменьшите высоту всасывания или используйте насос с большей пропускной способностью.

Недостаточная пропускная способность насоса:

а) утечка клапана - убедитесь, что кольцевые гайки затянуты правильно;

б) чрезмерно вязкая жидкость - используйте насос с большей пропускной способностью или уменьшите высоту всасывания (насос под водоприёмником);

в) частичное закупоривание клапана - прочистите клапаны или замените их, если невозможно устранить засор.

Чрезмерная или нерегулярная пропускная способность насоса:

а) сифонный эффект при нагнетании - проверьте монтаж инжекционного клапана. Установите клапан обратного давления, если этого недостаточно;

б) прозрачная полихлорвиниловая трубка при нагнетании - используйте непрозрачную полиэтиленовую трубку при нагнетании;

в) насос откалиброван неверно - проверьте пропускную способность насоса, связанную с давлением системы.

Нарушена диафрагма:

а) чрезмерное обратное давление - проверьте давление системы. Проверьте не заблокирован ли инжекционный клапан. Проверьте, присутствует ли засорение между нагнетательными клапанами и точкой нагнетания;

б) работа при отсутствии жидкости - проверьте наличие фильтра (клапана) основания. Используйте датчик уровня, который, останавливает насос, когда химический продукт в резервуаре израсходован;

в) мембрана эксплуатировалась неправильно - если была произведена замена мембраны, убедитесь, что она натянута правильно.

Насос не запускается:

а) недостаточное электропитание - убедитесь, что данные заводской таблички насоса соответствуют параметрам электрической сети.

Заключение

В данном курсовом проекте приведено описание и принцип работы центробежного насоса типа К, произведён расчет основных гидравлических параметров и рабочего колеса, по исходным данным подобран прототип насоса. Это насос 2К-6а. приведены рисунки рабочего колеса, насосной установки, схема параллелограмных скоростей. Определена мощность электродвигателя для обеспечения работы насоса. В разделе эксплуатации разработаны инструкции и указания по техническому обслуживанию и уходу за насосом. В разделе техника безопасности описаны правила работы с насосом, рассмотрены меры защиты обслуживающего персонала. Приведён список используемой литературы. В приложении представлена спецификация насоса.

Литература

1. Есьман И.Г. Насосы, М. Гостоптехиздат, 1954, 286 с.

Караев М.А., Меликов М.А., Мустафаева Г.А. О коэффициенте быстроходности центробежных насосов и пересчете их характеристики с воды на более вязкую жидкость. // Известие высших технических учебных заведений Азербайджана, №6, 2003, с.24-27.

Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М. Машгиз, 1960.

Башта Т.М. и др.

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М. Машгиз, 1970, 246 с.

Насосы общего назначения типа К. Каталог, М., 1977, 30 с.

Http://www.fokino.ru/ns. htm

Http://document.org.ua/techno/pump/

Http://www.ges.ru/book/book_pumps/

Www.irimex.ru/services/catalog/nasos/

Http://www.chemicalpumps.ru/

11.

.

.

.

Http://www.allpumps.ru/

.

Www.multipumps.ru/

Www.rusnasos.ru/

Www.pumps.net.ru/

Приложение

Обозначение

Наименование

Приме- чание

Крышка корпуса

Уплотняющие кольца

Рабочее колесо

Набивка сальника

Защитная втулка

Крышка сальника

Вал насоса

Опорный кронштейн

Шарикоподшипник

№ документа

Разработал

Рзаева Р.

Общий вид центробежного насоса типа К

Проверил

Азизов А.

Гиримов Г.

АГНА гр.422.9

Зав. кафедра

Гейдаров Х.

Пример №1

Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м 3 /ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода - 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.

Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Площадь поперечного сечения плунжера:

F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2

Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:

η V = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88

Пример №2

Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м 3 . Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока - 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).

Площади попреречного сечения поршня и штока:

F = (3,14·0,08²)/4 = 0,005024 м²

F = (3,14·0,01²)/4 = 0,0000785 м²

Производительность насоса находится по формуле:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/час

N П = 920·9,81·0,0045195·160 = 6526,3 Вт

С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:

N УСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт

Пример №3

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м 3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м 3 /час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:

H = N П /(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м

Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:

h п = H - (p 2 -p 1)/(ρ·g) - H г = 617,8 - ((1,6-1)·10 5)/(1080·9,81) - 3,2 = 69,6 м

Пример №4

Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м 3 /час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет - 2 см; диаметр ротора - 7 см; шаг винтовой поверхности ротора - 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.

Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:

η V = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85

Пример №5

Необходимо рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м 3 из резервуара с избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода (суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров (принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров составляет 8 метров.

Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:

Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с

Скоростной напор в трубе:

w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м

При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:

H Т = (λ·l)/d э · = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м

Общий напор составит:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((2,5-1,2)·10 5)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Остается определить полезную мощность:

N П = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт

Пример №6

Целесообразна ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м 3 /час по трубопроводу 150х4,5 мм?

Рассчитаем скорость потока воды в трубопроводе:

Q = (π·d²)/4·w

w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с

Для воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 - 3 м/с. Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса нецелесообразно.

Пример №7

Определить коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса: площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм 2 ; число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280 об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.

Теоретическая производительность насоса:

Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·10 6) = 0,0004256 м³/час

Коэффициент подачи соответственно равен:

η V = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85

Пример №8

Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м 3 с расходом 132 м 3 /час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.

Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:

N П = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт

Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:

N Д = N П /(η Н ·η Д) = 6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт

Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:

β = N У /N Д = 9500/8599 = 1,105

Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.

Пример №9

Центробежный насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м 3 из открытого резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м 3 /час. Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет 32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.

Рассчитаем напор, создаваемый насосом в трубопроводе:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1,5-1)·10 5)/(1130·9,81) - 12 + 32,6 = 25,11 м

Полезная мощность насоса может быть найдена по формуле:

N П = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт

Пример №10

Определить предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять равной 1000 кг/м 3) из открытого резервуара в другой открытый резервуар с расходом 24 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83. Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет 9,7 м.

Определим максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько промежуточных параметров.

Рассчитаем напор, необходимый для перекачивания воды:

H = (p 2 -p 1)/(ρ·g) + H г + h п = ((1-1)·10 5)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м

Полезная мощность, развиваемая насосом:

N П = N общ /η Н = 1000/0,83 = 1205 Вт

Значение максимального расхода найдем из формулы:

N П = ρ·g·Q·H

Найдем искомую величину:

Q макс = N П /(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с

Расход воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований эксплуатации насоса.

Q макс /Q = 0,00836/24·3600 = 1,254

В боковой и периферийной стенке корпуса имеется канал (6), начинающийся у всасывающего патрубка (2) и заканчивающийся у напорного (5); перемычка (4)служит уплотнением между напорной и всасывающей полостями.

Принцип действия. При вращении рабочего колеса в его ячейках возникает поток, обладающий радиальной и окружной составляющими скорости. Под действием центробежной силы поток выходит из ячеек и поступает в канал, сообщая импульс силы в направлении вращения колеса находящейся в канале жидкости. Одновременно с выходом потока из ячеек в них поступает новое количество жидкости у корневой части лопаток.

При движении жидкости в ячейке ее энергия повышается и жидкость вновь выбрасывается в канал. В результате многократного обмена энергия жидкости в канале повышается по мере удаления ее от всасывающего патрубка. В связи с тем, что частицы движутся в канале с разными скоростями, наблюдается интенсивное вихреобразование и значительные потери энергии.

КПД насосов меньше 45%, напор в 3 - 7 раз больше центробежного при тех же размерах и частоте вращения. Большинство этих насосов обладает свойствами самовсасывания и могут работать на смеси жидкости и газов.

У этих насосов напор и мощность снижаются с увеличением подачи, а к.п.д. изменяется как у центробежных насосов, поэтому пуск производят при открытой задвижке на напорной магистрали, а затем регулируют подачу. Вихревые насосы на пригодны для работы на вязких жидкостях, т.к. с увеличением вязкости их напор и к.п.д. резко падают. Они не пригодны также для работы на жидкостях, содержащих твёрдые частицы, т.к. при этом быстро увеличиваются торцевые и радиальные зазоры на перемычке, что приводит к снижению подачи и КПД Их изготавливают на небольшие подачи (до 0,01 м 3 /с) и большие напоры (до 250м).

На судах вихревые насосы применяют в санитарных, питательных системах, в холодильных установках. Вихревые насосы используют так же в качестве одной из ступеней центробежного насоса, обеспечивающей самовсасывание. Такие насосы называются центробежно-вихревыми.

Характеристики центробежно-вихревых насосов имеют такой же вид, как и вихревых. Однако центробежно-вихревые насосы имеют относительно меньшую мощность при нулевой подаче, а вакуумметрическая высота всасывания достигает 6 метров.

3.4. Расчет мощности и выбор эд для нагнетателей динамической системы.

Для насоса напор представляет собой энергию, сообщаемую единице веса жидкости, а произведение подачи на плотность γ есть количество жидкости, проходящей через выходной патрубок насоса в единицу времени. Тогда полезная мощность насоса определится выражением:

Потребляемая насосом мощность N больше полезной, т.к. часть потреблённой энергии расходуется в насосах на преодоление гидравлических сопротивлений, механического трения, протечки жидкости в зазорах. С учётом КПД потребляемая мощность (мощность на валу насоса) определяется формулой:

При длительном режиме работы номинальная (каталожная) мощность электродвигателя насосов и вентиляторов динамических систем, работающих с неизменной угловой скоростью, определяется из условия:

Для судовых нагнетателей динамических систем при выборе электродвигателя следует рекомендовать несколько увеличить расчётную мощность для гарантии нормального теплового режима двигателя при работе его в условиях вынужденных отклонений от расчётных. Например: длительной работе при повышенных частоте и напряжении сети, сильной затяжке сальников после ремонта, при увеличении (с жёсткой характеристикой) или уменьшении подачи меньше расчётной у нагнетателей с круто падающей характеристикой: для вихревых насосов рекомендуется Р ном >1,25N .

У нагнетателей динамических систем подача пропорциональна угловой скорости:

Напор пропорционален квадрату угловой скорости:

Следовательно, мощность, потребляемая нагнетателем, пропорциональна кубу угловой скорости:

Момент на валу – квадрату угловой скорости:

Практически степень угловой скорости меняется в широких пределах, которая зависит в основном от наличия статического напора и конструкции нагнетателя.

В любом случае эти приводы характеризуются лёгкими условиями пуска, поэтому в них используются электродвигатели параллельного возбуждения в сетях постоянного тока и обычные асинхронные двигатели при переменном токе.