Раздел 2 Гидравлические машины

гидравлические машины делятся на два класса: насосы и гидродвигатели.

9. Насосы

Насос – это гидравлическая машина, которая служит для преобразования механической энергии двигателя в энергию перемещаемой жидкости.

насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Их используют для различных целей: подачи воды для водоснабжения и орошения, отвода ее с осушительных систем, для работы гидравлического транспорта и систем теплоснабжения. Это силовая часть гидравлических приводов. Системы смазки и охлаждения двигателей внутреннего сгорания немыслимы без насосов.

Конструктивное разнообразие насосов чрезвычайно велико.

9.1. Классификация насосов

Классификация насосов согласно государственному стандарту дана с точки зрения принципа их действия. При этом прослеживаются и конструктивные признаки (рис. 9.1).

							Насосы
Динамические									Объемные
лопастные			трения						возвратно-поступательные				роторные
центробежные	осевые	диагональные	вихревые	струйные	шнековые	эрлифты		дисковые	поршневые	плунжерные		диафрагменные	шестеренные	шиберные	аксиально-поршневые	радиально-поршневые

Рис. 9.1

9.2. Основные параметры насосов

Основными выходными параметрами насосов, характеризующими их работу как гидравлической машины, являются подача Q, м³/с, л/с, л/мин; напор (давление) Н(р), м в.ст (Па); мощность N, кВт и коэффициент полезного действия η.

Параметр «напор» характерен для насосов динамических, «давление» - для объемных.

9.2.1. Напор, развиваемый насосом

Необходимость в определении напора возникает в двух случаях: при эксплуатации насосной установки; при проектировании насосной установки.

Напор, развиваемый насосом, есть разность удельных энергий на выходе и входе насоса: Н = Е_вых-Е_вх (рис.9.2).

Рис.9.2

Согласно уравнению Бернулли для выходного и входного сечений, где установлены приборы для измерения давлений, относительно плоскости сравнения О-О эти энергии можно определить по выражениям

;

(p_вх>р_ат).

Тогда

. (9.1)

Если р_вх<р_ат, т.е. на входе в насос установлен вакуумметр, то .тогда

. (9.2)

По выражениям (9.1) и (9.2) определяется напор при эксплуатации насосной установки.

При проектировании насосной установки напор насоса определяется из выражения

, (9.3)

где Н_г – геометрическая высота подъема; р₁, р₂ – давление на свободных поверхностях; h_п – гидравлические потери.

9.2.2. Мощность и кпд насоса

Так как насос является преобразователем механической энергии в гидравлическую (рис. 9.3), то такое преобразование всегда связано с потерей энергии. К насосу подводится мощность N, а после насоса отводится полезная N_п в виде гидравлической, т.е. N_п<N (рис. 9.4). Такое неравенство оценивается коэффициентом полезного действия насоса η, т.е. ;

N_п=QH=рQ.

Рис.9.3.

Рис.9.4.

Часть подведенной мощности теряется (превращается в тепло). Потери мощности в насосе делят на механические, объемные и гидравлические.

Механические потери. Механическими потерями являются потери на трение в подшипниках, в уплотнениях вала и на трение элементов насоса о жидкость.

Мощность N_г, остающаяся за вычетом механических потерь, передается рабочими органами насоса жидкости. Ее принято называть гидравлической.

Величина механических потерь оценивается механическим КПД, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности N_г к мощности N, подведенной к насосу:

.

численное значение η_мех = 0,70…0,98.

Объемные потери. Жидкость, выходящая из рабочих элементов насоса, например, из рабочего колеса насоса, в основном поступает в напорный патрубок насоса, но частично возвращается снова на вход насоса через зазоры. Энергия этой возвращающейся жидкости теряется. Эти потери называются объемными. Утечки обусловлены тем, что давление на выходе больше, чем на входе. Кроме того имеются утечки через уплотнение вала. Они обычно малы, и ими можно пренебречь.

Объемные потери оценивают объемным КПД, равным отношению мощности , оставшейся за вычетом мощности, затрачиваемой на объемные потери, к гидравлической мощностиN_г:

,

где N_о – мощность, затрачиваемая на объемные потери.

Так как каждая единица веса жидкости, протекающей через зазоры и уплотнения, уносит Н_т энергии, то объемный к.п.д. можно выразить как ,

где Q_Т – теоретическая подача; ΔQ – утечки.

численное значение = 0,90…0,98.

Меньшее значение к.п.д. характерно для динамических насосов, большее – для объемных.

Гидравлические потери. Третьим видом потерь энергии в насосе являются потери на преодоление гидравлического сопротивления подвода, рабочих элементов насоса, например, рабочего колеса лопастных насосов и отвода, или гидравлические потери. Они оцениваются гидравлическим к.п.д. η_г, который равен отношению полезной мощности насоса N_п к мощности N`:

или ,

где h_п – гидравлические потери; численное значение

Тогда полный к.п.д. насоса ; η = 0,35…0,96.меньшее значение характерно для насосов трения, большее – для крупных насосов.

Мощность насоса, т.е. мощность, которую необходимо подвести к насосу, определяют из выражения

или

размерность величин: ρ, кг/м³; g, м/с²; Q, м³/с; Н, м.

Двигатель к насосу должен быть выбран с некоторым запасом мощности К:

N_дв = К N.

Численное значение коэффициента запаса мощности от мощности насоса N:

N, кВт	<1	1-2	2-5	5-50	>50
К	2	1,5	1,2	1,15	1,1