Напор насоса. Высота всасывания

Н – напор насоса,

р_н - давление в напорном патрубке насоса,

р_вс - давление во всасывающем патрубке насоса,

h -высота подъёма жидкости в насосе.

Такимобразом, напор насоса равен сумме высоты подъёма жидкости в насосе и разности пьезометрических напоров в нагнетательном и всасывающем патрубках насоса.

Для определения напора действующего насоса пользуются показаниями установленных на нём манометра (р_м)и вакуумметра (р_в).

р_{н =} р_{м +} р_а

р_{вс =} р_{а -} р_в

р_а – атмосферное давление.

Следовательно,

Напор действующего насоса может быть определён, как сумма показаний манометра и вакуумметра (выраженных в м столба перекачиваемой жидкости) и расстояния по вертикали между точками расположения этих приборов.

В насосной установке напор насоса затрачивается на перемещение жидкости на геометрическую высоту её подъёма (Н_г), преодоление разности давлений в напорной (р₂) и приёмной (р₀) емкостях, т.е.и суммарного гидравлического сопротивления (h_п) во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Н = Н_г + + h_п

где

h_п= h_п.н+ h_п.вс. – суммарное гидравлическое сопротивление всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

Если давления в приёмной и напорной емкостях одинаковы (р₂= р₀), то уравнение напора примет вид

Н = Н_г + h_п

При перекачивании жидкости по горизонтальному трубопроводу (Н_г = 0):

Н = + h_п

В случае равенства давлений в приёмной и напорной емкостях для горизонтального трубопровода (р₂= р₀ и Н_г = 0) напор насоса

Н = h_п

Высота всасывания насоса увеличивается с возрастанием давления р₀ в приёмной ёмкости и уменьшается с увеличением давления р_вс, скорости жидкости _вс и потерь напора h_п..вс во всасывающем трубопроводе.

Если жидкость перекачивается из открытой ёмкости, то давление р₀ равно атмосферному р_а. Давление на входе в насос р_вс должно быть больше давления р_t насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания (р_{вc >} р_t), т.к. в противном случае жидкость в насосе начнёт кипеть. Следовательно, т.е. высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, её температуры (и соответственно – давления её паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. При перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приёмной ёмкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасывания, или создают избыточное давление в приёмной ёмкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости.

Кавитациявозникает при высоких скоростях вращения рабочих колёс центробежных насосов и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счёт гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Практически высота всасывания насосов при перекачивании воды не превышает следующих значений:

Таблица 1

Температура, ºС
Высота всасывания, м

Целью расчета гидролиний является определение внутреннего диаметра трубопроводов, потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений и толщины стенок труб.

Внутренний диаметр (условный проход) трубопровода d определяют по формуле

или

где Q - расход жидкости, м3/с для (2.1) и л/мин для (2.2);

υ- скорость движения жидкости, м/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м для (2.1) и мм для (2.2).

Скорость течения жидкости в трубопроводах зависит в основном от давления в гидросистеме (табл.2).

Таблица 2.

Рекомендуемые значения скорости рабочей жидкости

Потеря давления на преодоление гидравлических сопротивлений по длине каждого участка трубопровода определяется по формуле

где ρ- плотность рабочей жидкости, кг/м3;

λ- коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубопровода, м.

Если на пути движения рабочей жидкости встречаются местные сопротивления, то потеря давления в местных сопротивлениях определяется по формуле Вейсбаха

где ζ- коэффициент местных сопротивлений.

Значения коэффициентов ζ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений принимают следующими: для штуцеров и переходников для труб ζ = 0,1…0,15; для угольников с поворотом под углом 90° ζ = 1,5…2,0; для прямоугольных тройников для разделения и объединения потоков ζ = 0,9…2,5; для плавных изгибов труб на угол 90° с радиусом изгиба, равным (3÷5)d ζ = 0,12…0,15; для входа в трубу ζ = 0,5; для выхода из трубы в бак или в цилиндр ζ = 1.

При ламинарном режиме Т.М. Башта [3, с.29] для определения коэффициента гидравлического трения λ рекомендует при Re<2300 применять формулу

а при турбулентном режиме течения жидкости в диапазоне Re = 2 300…100 000 коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

Если

где Δ_Э - эквивалентная шероховатость труб (для новых бесшовных стальных труб Δ_Э = 0,05 мм, для латунных - Δ_Э = 0,02 мм, для медных - 0,01, для труб из сплавов из алюминия - 0,06, для резиновых шлангов - 0,03), то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле А.Д. Альтшуля

Потери давления в гидроаппаратуре Δ P_га принимают по ее технической характеристике после выбора гидроаппаратуры. После этого суммируют потери давления

Δ P =Δ P_дл +Δ P_м +Δ P _га

При выполнении гидравлического расчета производят проверку бескавитационной работы насоса. Вакуум у входа в насос определяют по формуле

где h_s - расстояние от оси насоса до уровня рабочей жидкости в баке; h_тр - потери напора на преодоление всех гидравлических сопротивлений во всасывающей гидролинии; υ - скорость движения жидкости во всасывающей гидролинии; α - коэффициент Кориолиса.

Рекомендуемый (с запасом на бескавитационную работу насоса) вакуум P_в у входа в насос должен быть не более 0,04 МПа. Если P_в > 0,04 МПа, то нужно увеличить диаметр всасывающего трубопровода или расположить бак выше оси насоса. При этом считается, что рабочая жидкость находится в баке с атмосферным давлением P_атм = 0,1 МПа. Таким образом, разность давлений в баке P_б (с атмосферным или избыточным давлением) и на входе в насос P_в не должна быть меньше 0,06 МПа.

Определение толщины стенок является проверочным расчетом на прочность жестких труб, подобранных по ГОСТу. Толщину стенки трубы определяют по формуле

где P - максимальное статическое давление;

σ _в - допускаемое напряжение на разрыв материала труб, принимаемое равным 30…35% от временного сопротивления;

n - коэффициент запаса, n = 3…6, для гнутых труб принимается равным на 25 % ниже.

С учетом возможных механических повреждений толщина стенок стальных труб должна быть не менее 0,5 мм, а для медных - не менее 0,8…1,0 мм.