Спільна робота насоса та трубопроводу

Насосна установка та її характеристика

На рисунку 1.1 приведена схема насосної установки. До насоса 7, який приводиться в дію від електродвигуна 6, рідина подається з приймального резервуара 1 по підвідному трубопроводу 12. Насос нагнітає рідину в напірний резервуар 2 по напірному трубопроводу 3. На напірному трубопроводі передбачена регулююча засувка 8, за допомогою якої змінюють подачу насоса. Іноді на напірному трубопроводі встановлюють зворотній клапан 10, який автоматично перекриває напірний трубопровід при зупинці насоса і запобігає можливості зворотного потоку рідини з напірного резервуара. Якщо тиск в приймальному резервуарі відрізняється від атмосферного, або насос розташований нище рівня рідини в приймальному резервуарі, то на підвідному трубопроводі встановлюють засувку 11, яку закивають при зупинці або ремонті насоса. На початку підвідного трубопроводу передбачають приймальну сітку 13, яка запобігає попаданню в насос твердих частинок, та спеціальний клапан 14, який дає можливість залити насос та підвідний трубопровід рідиною перед запуском. Роботу насоса контролюють по витратоміру 4, який заміряє подачу насоса, а також по манометру 5 та вакуумметру (або манометру) 9, які дають можливість визначити напір насоса.

Основні технічні показники насосів

Основними характеристиками насосів є: подача, напір, потужність, частота обертання вала, коефіцієнт корисної дії (ККД) та висота всмоктування.

Рисунок 1.1 – Схема насосної установки

Подача насоса

Подача – це кількість рідини, що перекачується машиною за одиницю часу. Розрізняють об’ємну Q та масову M подачі, які зв’язані між собою виразом:

,

(1.1)

де ρ – густина рідини.

При відсутності витоків масова подача однакова для всіх перерізів проточної порожнини машини незалежно від роду транспортованого середовища. Об’ємна подача залежить від густини рідини (в насосах об’ємна подача практично однакова по всій довжині проточної порожнини). Подача насоса залежить від розмірів і швидкості руху його робочих органів та властивостей трубопровідної системи, в яку він включений.

Напір насоса

Напір насоса – це величина, що характеризує приріст механічної енергії, який отримує рідина при проходженні через насос. Напір насоса являє собою різницю напорів при виході з насоса і при вході в нього та виражається в метрах стовпа рідини, що транспортується.

,

(1.2)

де – тиск та швидкість рідини на виході з насоса;

– тиск та швидкість рідини на вході в насос;

– різниця висотних позначок місць вимірювання тиску на виході та вході насоса відповідно (дивись рисунок 1.1).

Зауважимо, що швидкості та реглаентуються правилами експлуатації обладнання.

В залежності від кінематичної в’язкості рідини, яка змінюється від 1 сСт до 438 сСт, рекомендовані швидкості:

- лінія всмоктування ;

- лінія нагнітання .

Більше значення швидкості вибирають при малій кінематичній в’язкості транспортованої рідини.

Для умов запропонованої нижче задачі рекомендується вибрати наступні швидкості:

- лінія всмоктування ;

- лінія нагнітання .

Тоді при заданій подачі насоса Q можна визначити діаметри лінії всмоктування та нагнітання відповідно за формулами:

,	(1.3)
.	(1.4)

За додатками 1,2,3,4 вибирається найближчий зовнішній діаметр та товщина стінки δ трубопроводів.

Уточнені внутрішні діаметри визначаються за формулами:

,	(1.5)
	(1.6)

За уточненими внутрішніми діаметрами знаходять фактичні швидкості руху рідини на лінії нагнітання та всмоктування:

,	(1.7)
.	(1.8)

Потужність насоса

Корисна потужність насоса – це потужність, яку насос передає рідині:

або ,

(1.9)

де – тиск, що створює насос.

Відношення корисної потужності до спожитої N, тобто потужності, що підводиться від двигуна на вал насоса, називається коефіцієнтом корисної дії насоса η:

.

(1.10)

Спільна робота насоса та трубопроводу

Характеристика насоса задається або графічно, або у вигляді таблиці. Для визначення з якими робочими параметрами ( , , ) будуть спільно працювати заданий насос та заданий трубопровід будують характеристику насоса та трубопроводу та знаходять робочу точку. Цей метод називається графоаналітичним (дивись рисунок 1.2).

1 – характеристика насоса; 2 – характеристика трубопроводу; 3 – залежність ; А – робоча точка

Рисунок 1.2 – Суміщена характеристика

трубопроводу та насоса

Характеристика трубопроводу – це залежність необхідного напору від витрати рідини.

,

(1.11)

де – висота всмоктування, м;

– висота нагнітання, м;

, –відповідно, тиск в напірному та приймальному резервуарах, Па;

– сумарні гідравлічні втрати напору у всмоктувальному та напірному трубопроводах, м.

Сума висоти всмоктування та нагнітання називається геометричною висотою підйому рідини:

.

(1.12)

Сумарні гідравлічні втрати напору у всмоктувальному та напірному трубопроводах визначаються за формулою:

.

(1.13)

де , – коефіцієнт гідравлічного опору, відповідно, всмоктувального та напірного трубопроводу;

, – довжина, відповідно, всмоктувального та напірного трубопроводу;

, – сума коефіцієнтів місцевих опорів, відповідно, на всмоктувальному та напірному трубопроводі (вибирається згідно додатків 6,7).

Зауважимо, що:

,

(1.14)

де Re – критерій Рейнольдса;

– еквівалентна абсолютна шорсткість (для безшовних гарячекатаних труб мм);

– діаметр трубопроводу.

Критерій Рейнольдса визначається як:

,

(1.15)

де – кінематична в’язкість рідини (дивись додаток 5).

Коефіцієнт гідравлічного опору залежить від режиму течії рідини, тобто від величини критерію Рейнольдса і визначається у відповідності до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Визначення коефіцієнта гідравлічного опору

(ламінарний режим)	(турбулентний режим)

В таблиці 1.1 і – перехідні числа Рейнольдса і визначаються за формулами:

,	(1.16)
.	(1.17)

Задаючись різними значеннями витрати (в межах зміни витрати насоса), підраховуються гідравлічні втрати для кожного значення витрати та будується графічна залежність . Точка перетину характеристики трубопроводу та характеристики насоса є робочою точкою при роботі заданого насоса на заданий трубопровід.