Действительный напор насоса.

Лекция 7. Потери энергии потока жидкости в лопастном центробежном насосе.

Форма лопастей центробежного насоса существенным образом влияет на вид его напорной теоретической характеристики.

Рис.7.1. Формы лопастей центробежного насоса:

а - лопасти, отогнутые назад ( ); б – лопасти, радиально оканчивающиеся ( ); в – лопасти, отогнутые вперед ( ).

В рабочих колесах центробежных насосов, транспортирующих капельные жидкости (вода, бензин), как правило, применяются лопасти, отогнутые назад по направлению вращения ( ). Угол находится в пределах , чаще .

Рис.10. Вид теоретических напорных характеристик центробежного насоса

при различных углах наклона лопастей на выходе из насоса.

По сравнению с другими лопастями, лопасти, отогнутые назад, дают наименьшие гидравлические потери внутри насоса, а следовательно, и наибольший КПД. Действительно, если сравнить между собой (см. рис. 9) каналы, образованные двумя соседними лопастями, то в первом случае - это длинный канал с небольшим центральным углом диффузорности (расширения), а во втором — короткий канал с большим углом расширения. Из учебного курса гидравлики известно, что при угле расширения потока более 14...15° поток отрывается от стенок канала и возникают дополнительные гидравлические потери напора на вихреобразование.

Вид теоретических напорных характеристик центробежного насоса существенно изменяется в зависимости от угла наклона лопастей на выходе из насоса (см. рис.10).

Действительный напор насоса.

Определение. Действительным напор Н, создаваемый насосом, есть его реальный напор, который можно определить с помощью манометров или пьезометров, установленных до и после насоса.

Действительный напор Н, создаваемый насосом, всегда меньше теоретического из– за конечного числа лопастей и гидравлических потерь внутри лопастного колеса насоса. Поэтому для того, чтобы рассчитать действительный, т.е. реальный напор насоса, теоретический напор насоса, соответствующий бесконечному числу лопастей, умножают на дополнительные коэффициенты ( их величины меньше единицы):

–на коэффициент , учитывающий уменьшение напора из–за конечного число лопастей;

– на коэффициент , определяющий уменьшение напора из–за гидравлических потерь.

В качестве последнего коэффициента используется гидравлический КПД насоса.

С учётом этих коэффициентов:

, (8)

На основании ( 5 ) и (8) действительный напор насоса рассчитывают по формуле:

. (9)

Так как все виды потерь в насосе зависят от расхода , то полученное здесь выражение для действительного напора насоса, можно представить в виде равенства:

(10)

Действительный напор насоса будет всегда меньше теоретического на величину различных гидравлических потерь напора согласно равенству:

Определение. Гидравлические потери– это потери напора жидкости на трение внутри жидкости, а также –на трение и удары частиц жидкости о поверхности элементов конструкции насоса.

Величина гидравлических потерь определяется, в основном, двумя факторами: трением внутри жидкости и о стенки канала, а также– ударами частиц потока жидкости о кромки лопастей насоса и ударами частиц об элементы корпуса и колеса при несовпадении направления скорости частиц потока с направлением касательной к поверхностям твёрдых тел элементов конструкции насоса. Ударные явления возникают, в основном, при входе потока на лопасти колеса и при сходе с них (переходе потока в улитку). Трение и удары вызывают вихреобразование и потери механической энергии жидкости на образование вихрей.

Гидравлические потери энергии учитываются гидравлическим КПД насоса.

С учетом этих потерь действительная зависимость напора от расхода будет иметь вид выпуклой кривой (рис. 11).

Рис. 11. Характеристика гидравлических потерь и действительная напорная характеристика центробежного насоса.

Мощность насоса.

Определение. Мощностью N насоса называют мощность, затраченную извне на привод насоса в действие.

Мощность N насоса рассчитывают по формуле:

(11)

Здесь – мощность привода, Вт; – КПД привода.

Мощность , потребляемую насосом от силового электрического привода, определяют по мощности потребляемой электрической энергии:

(12)

Здесь электрическое напряжение в сети питания электродвигателя, В; сила тока, А; ;

КПД электродвигателя ( ).

Полезная или гидравлическая мощность насоса.

Определение. Мощность , которую имеет поток жидкости (с расходом и напором ) в данном сечении канала, определяется равенством:

Определение. Полезная или гидравлическая мощность насоса определяется величинами действительного напора и действительной подачи Q и рассчитывается по формуле:

, (13 ).

Физический смысл полезной или гидравлической мощности насоса состоит в том, что это есть та реальная дополнительная мощность , которую приобретает поток жидкости, проходя через данный насос.

КПД насоса.

Определение. Отношение величины полезной (гидравлической) мощности насоса к полной (потребляемой) мощности , которую получает насос от силового привода, определяет полный КПД насоса:

(14)

Если насос приводится в действие от электродвигателя, то общий КПД насоса можно определить опытным путём по формуле:

(15)

Здесь удельный вес жидкости, .

Величина полезной (гидравлической) мощности насоса всегда меньше мощности насоса, которую получает насос от силового привода.

Это обусловлено тем, что в процессе передачи энергии от силового привода к потоку жидкости, часть передаваемой энергии теряется из–за различных потерь массы и энергии жидкости. Это, прежде всего, механические, объёмные и гидравлические потери. Эти потери определяются соответствующими КПД насоса: механическим , объёмным и гидравлическим .

Определение. Механический КПД насоса определяет потери механической мощности привода насоса из–за трения между подвижными и неподвижными частями насоса ( потери энергии в подшипниках, в уплотнениях, сальниках и т.п.).

Для насоса данной конструкции (с неизменными геометрическими параметрами и постоянными оборотами вала насоса) величины всех видов потерь массы и энергии, а также и все виды КПД насоса, существенно зависят от расхода жидкости через насос, т.е. от подачи Q насоса. Это хорошо видно на рис. 12.

Рис.12. Зависимость всех видов КПД и полного КПД от подачи Q насоса.

В теории лопастных гидравлических машин показывается, что полный КПД насоса равен произведению механического, объёмного и гидравлического КПД:

На рис. 12 видно, что кривая КПД насоса имеет максимум при каком–то единственном значении расхода жидкости через насос. При этом значении подачи насос работает наиболее экономично. Это расчётный режим работы насоса.

Таблица КПД насоса.

КПД

Малые насосы

( Q до 0,2 ) 0,45-0,75 0,85-0,95 0,8-0,85 0,7-0,93

Крупные насосы

( Q более 0,2 ) 0,75-0,90 0,90-0,95 0, 85-0,96 0,92-0,96