Основными параметрами характеризующими работу нагнетательных машин являются

Основные рабочие характеристики нагнетательных машин

Основными параметрами (величинами), характеризующими работу нагнетательных машин, являются подача (расход), напор и давление, ими развиваемые. Энергия, сообщаемая потоку жидкости или газа нагнетательной машиной, вполне определяется этими величинами и плотностью подаваемой среды. Гидродинамическое и механическое совершенство машины характеризуется ее полным КПД.

Подача (расход) — количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени.

Количество газа, подаваемого вентилятором и компрессором, принято называть производительностью.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объемной и обозначают Q. Системой СИ введена массовая подача М, кг/с — масса жидкости (газа), подаваемая машиной в единицу времени. Очевидно, что

где р — плотность среды, кг/м 3 ; Q — объемная подача, м 3 /с.

В компрессорах из-за значительного повышения давления плотность газа по длине проточной полости возрастает, а объемная производительность уменьшается, поэтому принято объемную производительность компрессоров исчислять по физическим условиям входа в компрессор: Т_вх = 293 К; р_вх =0,102 МПа.

Напором насоса Я называется приращение энергии, получаемой каждым килограммом жидкости, проходящей через насос, т.е. разность удельных энергий жидкости между нагнетательным и всасывающим патрубками насоса; выражаемая в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Если удельная энергия на нагнетании насоса а удельная энергия на всасывании

где р_н, z_B и v_h — давление, отметка и скорость жидкости на нагнетании (рис. 10.6); р_в, Zb и v_b — то же на всасывании; р — плотность жидкости; g — ускорение силы тяжести,

то напор насоса

Рис. 10.б. Напор, развиваемый нагнетателем (насосом)

Можно также отметить, что напор

где р — полное давление нагнетателя (Н/м 2 ).

Напор представляет собой высоту Я столба жидкости или газа, уравновешивающего давление р.

В нагнетателях, подающих жидкости, влияние второго и третьего членов уравнения (10.4) незначительно, и можно пользоваться в этих случаях формулой Я а (р_н — p_B)/pg-

Напор вентиляторов принято выражать условно в миллиметрах водяного столба (мм вод.ст.).

Давление, развиваемое вентиляторами, измеряется в паскалях (Па). Следует иметь в виду, что напор в 1 мм вод.ст. эквивалентен давлению 9,81 Па.

Энергетическое совершенство нагнетателей характеризуется и удельной полезной работой Ь_П, Дж/кг, т.е. расходом энергии на 1 кг массы подаваемой жидкости (газа)

Работа, подводимая на вал нагнетателя, L, Дж/кг, называется удельной работой. Из-за потерь энергии в нагнетателе L > Ь_п.

Удельная работа компрессоров вычисляется в зависимости от вида термодинамического процесса, свойственного данному типу компрессора.

На вал работающего нагнетателя непрерывно подводится мощность от приводного двигателя.

Введем понятие полезной мощности нагнетателя.

Полезная мощность нагнетателя N„ — энергия, сообщаемая нагнетателем рабочему телу в 1 с, кВт.

Руководствуясь соображениями размерности и формулой (10.6), можно записать в системе СИ, кВт:

В системе МКГСС, кВт

Для компрессоров, кВт

Мощность, подводимую на вал нагнетателя от приводного двигателя, называют мощностью нагнетателя и обозначают N, кВт.

Мощность насосного агрегата N_a — мощность, потребляемая насосным агрегатом (в случае электрического привода насоса N_a — электрическая мощность на зажимах электродвигателя).

Мощность насосного агрегата больше мощности насоса на величину потерь мощности в двигателе и передаче.

Коэффициент полезного действия насоса выражают как произведение трех коэффициентов, характеризующих отдельные виды потерь энергии в насосе:

где г)_г — гидравлический КПД насоса, т.е. отношение полезной мощности к сумме мощностей — полезной и затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе (обычно г|_г = 0,90—0,96); г|_об — объемный КПД насоса — отношение полезной мощности к сумме мощностей — полезной и теряемой вследствие внутренних протечек через зазоры и концевые уплотнения насоса (в обычных конструкциях центробежных насосов = 0,96—0,98); Пмсх — механический КПД, характеризующий потери энергии от механического трения в подшипниках и уплотнениях насоса и потери энергии при трении нерабочих поверхностей колес о жидкость (в зависимости от конструкции насоса г|_мсх = 0,80—0,94).

Значения КПД современных динамических насосов лежат в пределах 0,6—0,9.

Для оценки насосного агрегата в целом служит КПД агрегата (насосной установки) г)_а, вычисляемый как отношение полезной мощности насоса к мощности агрегата (в случае электрического привода насоса мощность агрегата — электрическая мощность на клеммах двигателя).

Тогда согласно уравнениям подобия можно получить

Основными техническими параметрами, характеризующими работу насоса, как отмечалось выше, являются: напор, подача, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, число оборотов и высота всасывания насоса. Из указанных параметров насоса подача и число оборотов являются независимыми переменными, остальные параметры находятся в функциональной зависимости от подачи и числа оборотов насоса.

Взаимосвязь параметров в различных режимах работы насоса изображается графически в виде характеристик, которые обычно представляются в виде функциональных зависимостей напора, мощности, высоты всасывания и КПД от подачи насоса при одном или нескольких числах оборотов. Характеристика, представленная кривыми H=fi (0, N=f₂ (0; ЯГ =/₃(0, п =/₄ (0 при определенном и постоянном числе оборотов (и = const), называется нормальной характеристикой насоса (рис. 10.7, а). Характеристика, представленная аналогичными кривыми Я, р = 7*5(0 для различных чисел оборотов, называется универсальной характеристикой насоса (рис. 10.7, б).

Для объемных нагнетателей (насосов) характеристикой называют зависимости основных параметров от давления (рис. 10.7, в).

Для получения характеристик насоса необходимо проведение испытаний машины в различных условиях всасывания, при различных напорах, подачах и мощностях, изменяющихся от минимальных значений до максимальных. В результате этих испытаний и составленных по данным опытов характеристик машины может быть получено представление о ее работе и энергетических показателях.

Опытная характеристика является необходимым материалом для оценки качества машины, для выбора режима ее работы и для осуществления правильной эксплуатации.

При изменении числа оборотов центробежного насоса (нагнетателя) основные параметры в соответствии с теорией подобия определяются по следующим формулам:

Пользуясь этими уравнениями, можно пересчитать подачу Q, напор Я и внутреннюю мощность N_BH с частотой вращения п на новые значения 0, Н, N_lBH с п и построить новые характеристики H—Q, Н_т—0„н для «1. Внутренняя мощность N_BH равна потребляемой мощ-

Рис. 10.7. Рабочие характеристики нагнетателей: а — центробежного насоса; б — центробежного насоса при изменении числа оборотов; в — поршневого насоса

ности N за вычетом механических потерь на трение в сальниках и подшипниках. Эти потери составляют обычно незначительный процент от потребляемой мощности, и ими можно пренебречь.

Форма напорных характеристик центробежных насосов зависит от быстроходности. По своему внешнему виду напорные характеристики бывают пологие и крутые, непрерывно снижающиеся и с максимумом.

Крутизна напорной характеристики определяется отношением

где #_м — максимальный напор по напорной характеристике насоса; Н_р — напор в рабочей точке характеристики насоса.

Пологая характеристика обычно имеет крутизну 8—12%, крутопадающая — 25—30%.

Источник

Рабочие параметры нагнетательных машин.

Основные параметры. Основными параметрами (величинами), характеризующими работу нагнетательных машин, являются по­дача (расход), давление и напор. Энергия, сообщаемая потоку жидкости или газа нагнетательной машиной, определяет­ся указанными величинами и плотностью подаваемой среды. Гид­родинамическое и механическое совершенство машины характе­ризуется ее полным КПД.

Подача (расход) — количество жидкости (газа), перемеща­емое машиной в единицу времени. Количество газа, подаваемого вентилятором и компрессором, принято называть производительностью.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объем­ной и обозначают Q. Системой СИ введена массовая подача М (кг/с) — масса жидкости (газа), подаваемая машиной в едини­цу времени. Очевидно, что M=ρQ, где ρ — плотность среды, кг/м 3 ; Q — объемная подача, м 3 /с.

В компрессорах из-за значительного повышения давления плот­ность газа по длине проточной полости возрастает, а объемная производительность уменьшается, поэтому принято объемную про­изводительность компрессоров исчислять по физическим услови­ям входа в компрессор; Т_вх = 293 К ; Р_вх= 0.102 МПа; ρ_в = 1,2 кг/м 3 (Для воздуха).

Давление, развиваемое насосом, определяется уравнением со­хранения энергии (уравнением Бернулли)

Формула (8.1) может быть использована и для вентилятора, в этом случае последним членом из-за его малости можно пренебречь. Напор, развиваемый нагнетателем, определяется форму­лой

где Р — давление нагнетателя.

Напор представляет собой высоту Н столба жидкости или уравновешивающего давление р.

Разделим все члены уравнения (8.1) на ρg.

где Н— полный напор, развиваемый нагнетателей и исчисляемый обычно в метрах.

Рис.10. Схема определения напора, развиваемого нагнетателем.

Уравнение (8.2) поясняет рис.10.

Для нагнетателей, подающих жидкости, влияние второго и третьего членов уравнения незначительно, поэтому можно пользоваться в этих случаях формулой

Напор вентиляторов принято выражать условно в миллиметрах водяного столба. Давление, развиваемое вентиля ми, измеряется в паскалях. Следует иметь в виду, что напор в 1 мм вод. ст. эквивалентен давлению 9,81 Па.

Энергетическое совершенство нагнетателей характеризуется их удельной полезной работой расходом анергии на 1 кг массы подаваемой жидкости.

Работа L (Дж/кг), подводимая на вал нагнетателя, называется удельной работой. Из-за потерь энергии в нагнетателе L> L_П.

Удельная работа компрессоров вычисляется в зависимости от вида термодинамического процесса, свойственного данному типу компрессора.

На вал работающего нагнетателя непрерывно подводится мощность от приводного двигателя. Введем понятия полезной мощности и мощности нагнетателя.

Полезная мощность нагнетателя N_n — это работа, сооб­щаемая нагнетателем рабочему телу в 1 с.

Руководствуясь формулой (8.3), с учетом размерности для на­сосов и вентиляторов можно записать

Мощность, подводимую на вал нагнетателя от приводного дви­гателя, называют мощностью нагнетателя и обозначают бук­вой N (кВт).

Предположим, что система находится в стационарном режиме, т.е. работа неизмен­на по времени. Основное условие стацио­нарности — энергия, сообщаемая нагне­тателем потоку рабочей среды, равна энер­гии, затрачиваемой потоком на преодоле­ние статического давления и сопротивле­ния системы.

При отсутствии утечек (абсолютно плот­ная система) массовая подача нагнетателя Мн (кг/с) равна массовому расходу через трубопроводную систему MТР (кг/с):

где Q_н и Qтр— объемные производитель­ности (подачи) нагнетателя и сети.

Рис.11. Гидросистема «нагнетатель—насос»:

1 — нагнетатель; 2 — тру­бопроводная сеть; 3 — ем­кость; 4 — задвижка

При равенстве выходного сечения на­гнетателя и входного сечения трубопрово­да для несжимаемых сред

По значению величины Qтр определя­ется значение средней скорости с в выход­ном сечении нагнетателя, которое необ­ходимо для расчета сопротивления системы.

Запишем условие стационарности режима в форме уравнения сохранения удельной энергии потока (см. рис. 11):

где h_тр — потери энергии в системе трубопроводов на 1 кг массы потока на трение.

Из этого условия при С_н = С_тр и ρ_н = ρ_тр = ρ найдем Р_н = Р_ст + ρ gН_тр, где Pст = Р ′ ст + ρgHг.

Имея в виду, что Р = gH, можно записать:

Н = Нст + hтр, где Нст — статический напор.

Течение рабочего тела в проточной полости нагнетателя и трубопроводах сети обычно турбулентно и

Следовательно, H = H_ст + аQ 2 ( 8.6)

где а — коэффициент пропорциональности, оценивающий пневмо- или гидромеханические качества системы.

Левая часть этого уравнения зависит от величины подачи нагнетателя и выражает величину напора, который развивает на­гнетатель. Правая часть выражает величину напора, необходимого в системе для под­держания статического давления и компен­сации потерь напора в ней.

Изобразим правую часть уравнения (8.6) графически в системе координат Q,H (рис. 12). Полученную квадратичную параболу называют характеристикой тру­бопроводной системы (кривая а).

Рис. 12. Характеристи­ка совместной работы нагнетателя и трубо­проводной системы

Нагнетатель любого данного типоразме­ра обладает определенной формой напорной характеристики H=f(Q). Построив такую характеристику А, полу­чим точку α пересечения характеристик, называемую рабочей точкой системы. Точка α определяет режим работы системы и, следовательно, рабочие параметры Q и H.

Положение точки а в системе с данным типоразмером нагнета­теля может изменяться в зависимости от формы и положения ха­рактеристики системы. Например, если вводить в систему допол­нительное сопротивление и повышать статическое давление в ем­кости 3 (см. рис.11), уменьшая пропуск рабочей среды через запорное устройство 4, то характеристика сети расположится выше и будет более крутой (штриховая кривая), рабочая точка займет новое положение а’, подача нагнетателя уменьшится, а напор воз­растет.

Изложенный графический метод удобен и широко использует­ся в практике проектирования для выбора нагнетателя и анализа работы системы с нагнетателями.

Источник

Основные параметры работы нагнетателей

Работа нагнетателей характеризуется рядом параметров, из которых основными являются: подача (производительность), напор H, давление P, потребляемая мощность N, коэффициент полезного действия (КПД) η

Подача (производительность). В практике применяются понятия: объемная L и массовая G подача. Объем жидкости, подаваемой нагнетателем в единицу времени (м 3 /ч, л/с), называется объемной подачей.

Напор.Работу, совершаемую рабочим органом насоса, принято относить к весу жидкости, проходящей через насос. Эта величина называется напором H и измеряется в метрах водяного столба (м вод.ст.). Иными словами, напор –это энергия, сообщенная единице веса жидкости, прошедшей через насос:

, (1.1)

g – ускорение силы тяжести, м 2 /с;

Pст₂ – статическое давление на выходе из насоса, Па;

Pст₁ – статическое давление на входе в насос, Па;

γ – удельный вес, Н/м 3

Давление. Работу, совершаемую рабочим органом газодувной машины (вентиляторы, компрессоры) принято относить к объему газа, прошедшего через машину. В этом случае уравнение (1.1) принимает следующий вид:

(1.2)

Произведение gH называется давлением и представляет собой энергию, сообщенную единице объема газа, прошедшего через нагнетатель. Так как gZ значительно меньше остальных слагаемых в выражении (1.2), то можно получить следующую формулу для давления:

. (1.3)

Мощность. Мощностью называется энергия, сообщаемая или затрачиваемая в единицу времени. Работа, сообщаемая нагнетателем в секунду подаваемой среде, называется полезной мощностью. Для насоса

. (1.4)

Для воздуходувной машины

. (1.5)

Вследствие потерь энергии в приводе и системе передачи электродвигателя, мощность на валу нагнетателя

, (1.6)

где N_э – мощность электродвигателя, кВт;

В свою очередь, вследствие потерь энергии в нагнетателе, полезная мощность нагнетателя будет меньше мощности на валу:

, (1.7)

где h_н – КПД нагнетателя.

КПД нагнетателя. Потери энергии в нагнетателях подразделяются на гидравлические, объемные и механические.

Механическими потерями называются потери мощности на трение в рабочем органе нагнетателя DN. Механический КПД

. (1.8)

Объемные потери DL возникают вследствие утечек жидкости через уплотнения в нагнетателе и перетоков из областей высокого давления в области низких давлений. Объемный КПД:

. (1.9)

Гидравлический КПД учитывает гидравлические потери энергии DP_г внутри нагнетателя:

(1.10)

КПД нагнетателя равен произведению этих трех КПД:

. (1.11)

Для оценки энергетической эффективности системы элетродвигатель-нагнетатель применяется КПД установки:

. (1.12)

Энергетическая эффективность применения нагнетателей в инженерных системах зависит от степени рациональности этих систем, методов регулирования подачи перемещаемой среды, качества монтажа и эксплуатации.

Источник

Рабочие параметры нагнетательных машин

Основные параметры. Основными параметрами (величинами), характеризующими работу нагнетательных машин, являются п о- дача (расход), давление и напор. Энергия, сообщаемая потоку жидкости или газа нагнетательной машиной, определяется указанными величинами и плотностью подаваемой среды. Гидродинамическое и механическое совершенство машины характеризуется ее полным КПД.

Подача (расход) — количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени. Количество газа, подаваемого вентилятором и компрессором, принято называть производительностью.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее называют объемной и обозначают Q. Системой СИ введена массовая подача М (кг/с) — масса жидкости (газа), подаваемая машиной в единицу времени. Очевидно, что

где р — плотность среды, кг/м 3 ; Q — объемная подача, м 3 /с.

В компрессорах из-за значительного повышения давления плотность газа по длине проточной полости возрастает, а объемная производительность уменьшается, поэтому принято объемную производительность компрессоров исчислять по физическим условиям входа в компрессор: Т_м = 293 К; р_вк = 0,102 МПа; р_в = 1,2 кг/м 3 (для воздуха).

Давление, развиваемое насосом, определяется уравнением сохранения энергии (уравнением Бернулли)

где р„, р_к — соответственно давление жидкости на входе (начальное) и выходе из насоса (конечное), Па; р — плотность жидкости, подаваемой насосом, кг/м 3 ; с„, с_к — средние скорости потока на входе и выходе, м/с; г_н, z_K — высоты расположения центров входного и выходного сечений насоса, м.

Формула (7.1) может быть использована и для вентиляторов, в этом случае последним членом из-за его малости можно пренебречь. Напор, развиваемый нагнетателем, определяется формулой

где р — давление нагнетателя.

Напор представляет собой высоту Я столба жидкости или газа, уравновешивающего давление р.

Разделим все члены уравнения (7.1) на pg:

где Н— полный напор, развиваемый нагнетателем и исчисляемый обычно в метрах.

Уравнение (7.2) поясняет рис. 7.10.

Для нагнетателей, подающих жидкости, влияние второго и третьего членов уравнения незначительно, поэтому можно пользоваться в этих случаях формулой

Рис. 7.10. Схема определения напора, развиваемого нагнетателем

Напор вентиляторов принято выражать условно в миллиметрах водяного столба. Давление, развиваемое вентиляторами, измеряется в паскалях (Па). Следует иметь в виду, что напор в 1 мм вод. ст. эквивалентен давлению 9,81 Па.

Энергетическое совершенство нагнетателей характеризуется их удельной полезной работой Ln(Дж/кг),т.е. расходом энергии на 1 кг массы подаваемой жидкости (газа):

Работа L (Дж/кг), подводимая на вал нагнетателя, называется удельной работой. Из-за потерь энергии в нагнетателе L> L_n.

Удельная работа компрессоров вычисляется в зависимости от вида термодинамического процесса, свойственного данному типу компрессора.

На вал работающего нагнетателя непрерывно подводится мощность от приводного двигателя. Введем понятия полезной мощности и мощности нагнетателя.

Полезная мощность нагнетателя N„ — это работа, сообщаемая нагнетателем рабочему телу в 1 с.

Руководствуясь формулой (7.3), с учетом размерности для насосов и вентиляторов можно записать

Мощность, подводимую на вал нагнетателя от приводного двигателя, называют мощностью нагнетателя и обозначают буквой Л^(кВт).

Потери энергии в рабочем процессе нагнетателя определяются неравенством N„ и 0т_Р — объемные производительности (подачи) нагнетателя и сети.

При равенстве выходного сечения нагнетателя и входного сечения трубопровода для несжимаемых сред р_н = ртр и, следовательно, 0„ = Отр.

По значению величины 0т_Р определяется значение средней скорости с в выходном сечении нагнетателя, которое необходимо для расчета сопротивления системы.

Запишем условие стационарности режима в форме уравнения сохранения удельной энергии потока (см. рис. 7.11):

где gh_w — потери энергии в системе трубопроводов на 1 кг массы потока на трение.

где Яст — статический напор.

где а — коэффициент пропорциональности, оценивающий пневмо- или гидромеханические качества системы.

Левая часть этого уравнения зависит от величины подачи нагнетателя и выражает величину напора, который развивает нагнетатель. Правая часть выражает величину напора, необходимого в системе для поддержания статического давления и компенсации потерь напора в ней.

Рис. 7.12. Характеристика совместной работы нагнетателя и трубопроводной системы

Изобразим правую часть уравнения (7.6) графически в системе координат Q,H (рис. 7.12). Полученную квадратичную пара- болуназывают характеристикой трубопроводной системы (кривая а).

Нагнетатель любого данного типоразмера обладает определенной формой напорной характеристики # = /((?). Построив такую характеристику А, получим точку а пересечения характеристик, называемую рабочей точкой системы. Точка а определяет режим работы системы и, следовательно, рабочие параметры Q и Н.

Положение точки а в системе с данным типоразмером нагнетателя может изменяться в зависимости от формы и положения характеристики системы. Например, если вводить в систему дополнительное сопротивление и повышать статическое давление в емкости 3 (см. рис. 7.11), уменьшая пропуск рабочей среды через запорное устройство 4, то характеристика сети расположится выше и будет более крутой (штриховая кривая), рабочая точка займет новое положение а’, подача нагнетателя уменьшится, а напор возрастет.

Изложенный графический метод удобен и широко используется в практике проектирования для выбора нагнетателя и анализа работы системы с нагнетателями.

Источник