Изменение давления 9 - 39
9.3 Операция Насос
Операция Насос используется для повышения давления в потоке жидкости. В зависимости от заданной информации операция рассчитывает неизвестное давление, температуру или КПД.
Дополнительно в динамическом режиме операция Насос позволяет:
•Моделировать потери на трения и инерционные свойства системы.
•Моделировать процессы разгона и останова.
•Использовать несколько характеристик (кривых напора и КПД).
•Моделировать возникновение кавитации в случае, если высота всаса оказывается меньше соответствующих ограничений.
•Объединять операцию Насос с другими ротационными машинами, вращающимися на том же валу.
9.3.1Теория
Расчеты проводятся на основе стандартного уравнения насоса, которое вычисляет мощность при заданных напоре, расходе и плотности жидкости:
|
Мощностьидеальная = |
( Рвыход − Рвход) × Расход |
(9.30) |
|
Плотность жидкости |
||
|
|
|
|
где: |
Рвыход - выходное давление |
|
|
|
Рвход - входное давление |
|
|
Приведенное выше уравнение вычисляет идеальную мощность насоса. Действительная мощность определяется через КПД:
КПД(%) = |
Мощностьидеальная |
×100% |
(9.31) |
|
Мощность |
||||
|
|
|
||
|
действит. |
|
|
Когда КПД меньше 100%, потери энергии идут на нагрев выходного потока.
Объединив предыдущие уравнения, получим выражение для вычисления действительной мощности насоса:
Мощностьдействит. = |
( Рвыход − Рвход) × Расход×100% |
(9.32) |
|
Плотность жидкости× КПД(%) |
|||
|
|
Наконец, действительная мощность равна разности теплосодержания входного и выходного потоков:
Мощностьдействит. = (Энтальпиявыход − Энтальпиявход) |
(9.33) |
Если питание полностью определено, нужно задать две из следующих трех переменных, чтобы операция Насос была рассчитана:
•Выходное давление или перепад давления
•КПД
•Нагрузка
ХАЙСИС может рассчитать давление во входном потоке обратным расчетом.
Обратите внимание, что даже при КПД 100% процесс сжатия с помощью операции Насос не является истинным изоэнтропическим сжатием жидкости. Операция Насос программы ХАЙСИС рассчитывается в
9 - 40 Изменение давления
предположении, что жидкость является несжимаемой, ее плотность постоянна, а удельный объем не зависит от давления. Для жидкостей, находящихся далеко от критической точки, это предположение вполне оправдано, и приведенное выше уравнение пригодно для расчета мощности, затрачиваемой на перекачку. Если же требуется более точный расчет, учитывающий сжимаемость перекачиваемой жидкости (например, когда эта жидкость находится вблизи критической точки), для расчета вместо операции Насос следует использовать операцию Компрессор.
Если для моделирования насоса используется операция Компрессор, требуемая мощность и повышение температуры будут всегда больше, чем соответствующие величины для насоса, поскольку компрессор рассматривает жидкость как сжимаемую среду. Это связано с тем, что при повышении давления температура сжимаемой жидкости также растет, а удельный объем падает. Для перекачивания сжимаемой жидкости требуется дополнительная работа, что можно увидеть при установке операции Насос.
Идеальная мощность, требуемая для увеличения давления несжимаемой жидкости:
|
|
W = |
(P2 − P1 )F(MW ) |
|
(9.34) |
|
|
ρ |
|||
|
|
|
|
||
где |
Р1 |
– давление потока на входе |
|
||
|
Р2 |
– давление потока на выходе |
|
||
ρ – плотность потока на входе F – мольный расход потока MW – молекулярный вес потока
9.3.2 Специализированное окно операции Насос
Добавить операцию в расчет можно следующим образом:
1В меню Схема выполните команду Добавить операцию (F12). Откроется окно выбора операции.
2Среди Групп операций выберите Центробежные машины.
3Из списка имеющихся операций выберите Pump (Насос).
4Нажмите кнопку Добавить. Откроется специализированное окно операции.
ИЛИ
1В меню Схема выполните команду Касса объектов (F4).
2Дважды щелкните по иконке Насос.
Откроется специализированное окно операции
Значок Насос
Изменение давления 9 - 41
Для того, чтобы не рассчитывать Смеситель во время вычислений, поставьте флажок в поле Отключить. ХАЙСИС не будет рассчитывать операцию до тех пор, пока вы не уберете флажок.
Операция Насос имеет переключатель включен/выключен. Если в поле Вкл. стоит флажок, насос включен. Если в поле Вкл. флажка нет, насос выключен и поток проходит через него без изменений, т.е. выходной поток имеет те же параметры, что и входной. Если Вы собираетесь использовать этот переключатель, задавайте напор, а не давление в выходном потоке. Таким образом Вы избежите ошибки несоответствия, когда отключите насос. При этом заданный перепад давления не вызовет ошибки.
Если задать напор насоса и убрать флажок в поле Вкл, значение напора не будет учитываться. Если же задать давления потоков на входе и выходе и отключить насос, то возникнет ошибка несоответствия.
Встационарном режиме флажок Вкл. доступен всегда.
Вдинамическом режиме флажок Вкл. Доступен в следующих ситуациях:
•В качестве динамической спецификации задается скорость насоса.
Для этого варианта необходимо задание кривых характеристик насоса.
•В качестве динамической спецификации задается мощность насоса.
•В качестве динамической спецификации используется характеристика электрического двигателя.
Для того, чтобы не рассчитывать Насос во время вычислений, поставьте флажок в поле Отключить. ХАЙСИС не будет рассчитывать операцию до тех пор, пока вы не уберете флажок.
9.3.3Закладка Данные
На закладке расположены шесть страниц:
•Соединения
•Параметры
•Кривые
•На одном валу
•Переменные пользователя
•Примечания
Изменение давления 9 - 43
Страница Кривые
Здесь можно описать характеристическую кривую насоса с помощью коэффициентов уравнения.
Для этого:
1На странице Кривые закладки Данные выберите все необходимые единицы.
2Задайте коэффициенты уравнения.
3Установите флажок в поле Кривая активна?
Флажок в поле Кривая активна? Можно установить лишь в том случае,
если на странице Кривые закладки Расчет в поле Использовать кривые
флажок отсутствует.
На основе полученной кривой ХАЙСИС определяет прирост давления в насосе для заданного расхода.
Во избежание ошибки несоответствия, убедитесь, что увеличение давления на насосе не задано (не задан напор и не задано давление в связанных потоках).
Два способа расчета
В настоящее время ХАЙСИС поддерживает два варианта описания кривых в стационарном режиме: с помощью уравнения и путем задания характеристики.
Если в предыдущей версии была рассчитана задача, в которой имеется насос и кривая, описанная уравнением, то при загрузке этой задачи в настоящую версию программа автоматически загрузит набор данных и создаст новую кривую, аналогичную старой на основе заданного уравнения.
ХАЙСИС не заменит автоматически старую кривую новой.
На экране появится предупреждающее сообщение о создании новой кривой и будет предложено переключиться на другой вариант – задание характеристик.
ХАЙСИС сейчас поддерживает два метода расчета, однако, вариант задания параметров уравнения будет в последующих постепенно свернут.
Чтобы переключиться на вариант кривых-характеристик:
1Откройте специализированное окно операции Насос.
2Перейдите на закладку Данные, страницу Кривые.
9 - 44 Изменение давления
3Уберите флажок Кривая активна?
4Перейдите на страницу Кривые закладки Расчет.
5Установите флажок Использовать кривые.
6Перейдите на страницу Параметры закладки Данные.
7Удалите заданные значения в полях Адиабатический КПД или
Мощность.
Страница На одном валу
В ХАСИС насосы могут иметь валы, физически связанные друг с другом. Связывание центробежных машин возможно и в стационарном, и в динамическом режимах.
В следующей таблице приведены объекты данной страницы:
|
Объект |
|
Описание |
|
Поле Выше |
|
Выводится имя оборудования, расположенного с одной стороны |
|
|
аппарата. |
|
|
|
|
|
|
Падающий |
|
Позволяет выбрать оборудование, расположенное с другой |
|
|
стороны аппарата. |
|
|
список Ниже |
|
|
|
|
|
|
|
Передаточное |
|
Выводит отношение скорости нижестоящего оборудования к |
|
|
скорости данного аппарата. |
|
|
отношение |
|
|
|
|
|
|
|
Поле Потери |
|
В зависимости от конфигурации насоса и заданной информации |
|
|
можно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
• Увидеть общие потери связанных аппаратов. |
|
|
|
• Задать общие потери связанных аппаратов. |
|
Поле |
|
Позволяет задать общие потери связанных аппаратов. |
|
Динамические |
|
В стационарном режиме флажок не используется. |
|
спецификации |
|
|
Список имеющихся насосов и компрессоров можно вывести, открыв падающий список в поле Ниже. В большинстве случаев для однозначного решения задачи требуется одна дополнительная спецификация для каждого аппарата.
Расчет связанных насосов требует задания кривых – характеристик. Чтобы полностью определить агрегат, состоящий из нескольких связанных насосов, для каждого насоса поставьте флажок в поле Использовать кривые – характеристики (страница Спецификации закладки Динамика). Для такого агрегата в динамике требуется задание дополнительной