Двигатель напора


Зависимость подачи, напора и мощности от числа оборотов насоса -

Одним из приемов расширения области применения центробежных насосов является изменение их числа оборотов.

Скорость вращения ротора центробежного насоса существенно влияет на его основные показатели: подачу Q, напор Н и мощность на валу насоса N.

При изменении скорости вращения ротора центробежного насоса с n1 до n2 оборотов в минуту подача, напор и мощность на валу изменяются в соответствии с уравнениями:

Эти соотношения называются законом пропорциональности.

Из приведенных уравнений закона пропорциональности следует:

По этим формулам производится пересчет характеристик насоса на новое число оборотов.

Для построения новой характеристики насоса при частоте вращения n2 следует на заданной характеристике насоса Н=f (Q) при частоте вращения n1 взять несколько произвольных точек при различных подачах Q и соответствующих им значений Н. Далее, используя законы пропорциональности, следует вычислить значения расхода Q2 и напора Н2. По новым значениям Q2 и Н2 построить новые точки и через них провести новую характеристику насоса Н=f (Q) при новом числе оборотов n2.

При построении кривой кпд (η-Q) пользуются тем, что кпд насоса при изменении числа оборотов в довольно широких пределах остается практически постоянным. Уменьшение числа оборотов до 50% практически не вызывает изменений кпд насоса.

Определение частоты вращения вала насоса, обеспечивающей подачу заранее обусловленного расхода воды.

Частоту вращения n2, соответствующую нужному расходу Q2 следует находить, используя законы пропорциональности, приведенные выше.

При этом следует знать, что если взять на заданной характеристике насоса Н при частоте вращения n1, то она будет характеризоваться определенными значениями расхода Q1 и напора Н1. Далее, при уменьшении частоты вращения до n2, используя законы пропорциональности, можно получить новые значения координат этой точки. Ее положение будет характеризоваться значениями Q2 и Н2. Если еще уменьшить частоту вращения до n3, то после перерасчета получим новые значения Q3 и Н3, характеризующие точку и т.д.

Если соединить все точки плавной кривой, то получим параболу, выходящую из начала координат. Следовательно, при изменении частоты вращения вала насоса значение напора и подачи насоса будут характеризоваться положением точек, лежащих на параболе, выходящей из начала координат и называемой параболой подобных режимов.

Для определения Q1 и Н1, входящих в соотношения

и , необходимо построить параболу подобных режимов по уравнению:

Так как парабола должна пройти через точку с координатами Q2 и Н2, постоянный коэффициент параболы k может быть найден по формуле:

Н2 берется с характеристики трубопровода при заданном расходе Q2 или вычисляется по формуле:

где Нг – геометрическая высота подъема; S – коэффициент сопротивления трубопровода.

Для построения параболы нужно задаться несколькими произвольными значениями Q. Точка пересечения параболы с характеристикой насоса Н при числе оборотов n1 определяет значения Q1 и h2, и частота вращения определяется, как

или

Потребная скорость вращения ротора насоса может быть определена аналитически:

для водопроводных центробежных насосов по формуле:

где n1 и nпотр – соответственно нормальное и потребное число оборотов в минуту;

Нг – геометрическая высота подъема;

Q потр – потребная подача;

n и m — соответственно число ниток водовода и число насосов;

а и b – параметры насоса;

S – сопротивление одной нитки водовода;

для фекальных центробежных насосов по формуле:

einsteins.ru

Основные принципы подбора насосов. Расчет насосов

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в Турции и Республике Корея, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию различное насосное оборудование и трубопроводную арматуру.

Основные принципы подбора насосов

Выбор насосного оборудования – ответственный этап, от которого будут зависеть как технологические параметры, так и эксплуатационные качества проектируемой установки. При выборе типа насоса можно выделить три группы критериев:

1) Технологические и конструктивные требования

2) Характер перекачиваемой среды

3) Основные расчетные параметры

Технологические и конструктивные требования:

В некоторых случаях выбор насоса может диктоваться какими-либо строгими требованиями по ряду конструктивных или технологических параметров. Центробежные насосы, в отличие от поршневых, могут обеспечивать равномерную подачу перекачиваемой среды, в то время как для выполнения условий равномерности на поршневом насосе приходится значительно усложнять его конструкцию, располагая на коленчатом вале несколько поршней, совершающих возвратно-поступательные движения с определенным отставанием друг от друга. В то же время подача перекачиваемой среды дискретными порциями заданного объема также может являться технологическим требованием. Примером определяющих конструктивных требований может служить использование погружных насосов в тех случаях, когда необходимо или единственно возможно расположить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости.

Технологические и конструктивные требования к насосу редко являются определяющими, а диапазоны подходящих типов насосов для различных специфических случаев применения известны исходя из накопленного человечеством опыта, поэтому в доскональном их перечислении нет необходимости.

Характер перекачиваемой среды:

Характеристики перекачиваемой среды часто становятся определяющим фактором в выборе насосного оборудования. Различные типы насосов подходят для перекачки самых разнообразных сред, отличающихся по вязкости, токсичности, абразивности и множеству других параметров. Так винтовые насосы способны перекачивать вязкие среды с различными включениями, не повреждая структуру среды, и могут с успехом применяться в пищевой промышленности для перекачивания джемов и паст с различными наполнителями. Коррозионные свойства перекачиваемой среды определяют материальное исполнение выбираемого насоса, а токсичность – уровень его герметизации.

Основные расчетные параметры:

Требованиям по эксплуатации, предъявляемы различными отраслями, могут удовлетворять несколько типов насосов. В такой ситуации предпочтение отдается тому типу насосов, который наиболее применим при конкретных значениях основных расчетных параметров (производительность, напор и потребляемая мощность). Ниже приведены таблицы, в общих чертах отражающие границы применения наиболее распространенных типов насосов.

Области применения (подбора) насосов по создаваемому напору

До 10 м От 10 до 100 м От 100 до 1 000 м От 1 000 до 10 000 От 10 000 м и более
Одноступенчатые центробежные      
    Многоступенчатые центробежные    
Осевые (напор до 20-30 м)      
  Поршневые    
  Винтовые    
      Плунжерные
Вихревые      

Области применения (подбора) насосов по производительности

До 10 м3/ч От 10 до 100 м3/ч От 100 до 1 000 м3/ч От 1 000 до 10 000 м3/ч От 10 000 м3/ч  и более
Одноступенчатые центробежные    
    Многоступенчатые центробежные  
  Осевые
Поршневые    
Винтовые    
Плунжерные        
  Вихревые      

Только соответствующий всем трем группам критериев насос может гарантировать длительную и надежную эксплуатацию.

Основные расчетные параметры насосов

Несмотря на многообразие машин для перекачки жидкостей и газов, можно выделить ряд основных параметров, характеризующих их работу: производительность, потребляемая мощность и напор.

Производительность (подача, расход) – объем среды, перекачиваемый насосом в единицу времени. Обозначается буквой Q и имеет размерность м3/час, л/сек, и т.д. В величину расхода входит только фактический объем перемещаемой жидкости без учета обратных утечек. Отношение теоретического и фактического расходов выражается величиной объемного коэффициента полезного действия:

Однако в современных насосах, благодаря надежной герметизации трубопроводов и соединений, фактическая производительность совпадает с теоретической. В большинстве случаев подбор насоса идет под конкретную систему трубопроводов, и величина расхода задается заранее.

Напор – энергия, сообщаемая насосом перекачиваемой среде, отнесенная к единице массы перекачиваемой среды. Обозначается буквой H и имеет размерность метры. Стоит уточнить, что напор не является геометрической характеристикой и не является высотой, на которую насос может поднять перекачиваемую среду.

Потребляемая мощность (мощность на валу) – мощность, потребляемая насосом при работе. Потребляемая мощность отличается от полезной мощности насоса, которая затрачивается непосредственно на сообщение энергии перекачиваемой среде. Часть потребляемой мощности может теряться из-за протечек, трения в подшипниках и т.д. Коэффициент полезного действия определяет соотношение между этими величинами.

Для различных типов насосов расчет этих характеристик может отличаться, что связано с различиями в их конструкции и принципах действия.

Расчет производительности для различных насосов

Все многообразие типов насосов можно разделить на две основные группы, расчет производительности которых имеет принципиальные отличия. По принципу действия насосы подразделяют на динамические и объемные. В первом случае перекачка среды происходит за счет воздействия на нее динамических сил, а во втором случае – за счет изменения объема рабочей камеры насоса.

К динамическим насосам относятся:

1) Насосы трения (вихревые, шнековые, дисковые, струйные и т.д.) 2) Лопастные (осевые, центробежные) 3) Электромагнитные

К объемным насосам относятся: 1) Возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные, диафрагменные) 2) Роторные 3) Крыльчатые

Ниже будут приведены формулы расчета производительности для наиболее часто встречающихся типов.

Поршневые насосы (объемные насосы)

Основным рабочим элементом поршневого насоса является цилиндр, в котором двигается поршень. Поршень совершает возвратно-поступательные движения за счет кривошипно-шатунного механизма, чем обеспечивается последовательное изменение объема рабочей камеры. За один полный оборот кривошипа из крайнего положения поршень совершает полный ход вперед (нагнетание) и назад (всасывание). При нагнетании в цилиндре поршнем создается избыточное давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и перекачиваемая жидкость подается в нагнетательный трубопровод. При всасывании происходит обратный процесс, при котором в цилиндре создается разряжение за счет движения поршня назад, нагнетательный клапан закрывается, предотвращая обратный ток перекачиваемой среды, а всасывающий клапан открывается и через него происходит заполнение цилиндра. Реальная производительность поршневых насосов несколько отличается от теоретической, что связано с рядом факторов, таких как утечки жидкости, дегазация растворенных в перекачиваемой жидкости газов, запаздывание открытия и закрытия клапанов и т.д.

Для поршневого насоса простого действия формула расхода будет выглядеть следующим образом:

Q = F·S·n·ηV

Q – расход (м3/с) F – площадь поперечного сечения поршня, м2 S – длина хода поршня, м n – частота вращения вала, сек-1 ηV – объемный коэффициент полезного действия

Для поршневого насоса двойного действия формула расчета производительности будет несколько отличаться, что связано наличием штока поршня, уменьшающего объем одной из рабочих камер цилиндра.

Q = F·S·n + (F-f)·S·n = (2F-f)·S·n

Q – расход, м3/с F – площадь поперечного сечения поршня, м2 f – площадь поперечного сечения штока, м2 S – длина хода поршня, м n – частота вращения вала, сек-1 ηV – объемный коэффициент полезного действия

Если пренебречь объемом штока, то общая формула производительности поршневого насоса будет выглядеть следующим образом:

Q = N·F·S·n·ηV

Где N – число действий, совершаемых насосом за один оборот вала.

Шестеренчатые насосы (объемные насосы)

В случае шестеренчатых насосов роль рабочей камеры выполняет пространство, ограничиваемое двумя соседними зубьями шестерней. Две шестерни с внешним или внутренним зацеплением размещаются в корпусе. Всасывание перекачиваемой среды в насос происходит за счет разряжения, создаваемого между зубьями шестерен, выходящими из зацепления. Жидкость переносится зубьями в корпусе насоса, и затем выдавливается в нагнетательный патрубок в момент, когда зубья вновь входят в зацепление. Для протока перекачиваемой среды в шестеренных насосах предусмотрены торцевые и радиальные зазоры между корпусом и шестернями.

Производительность шестеренного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 2·f·z·n·b·ηV

Q – производительность шестеренчатого насоса, м3/с f – площадь поперечного сечения пространства между соседними зубьями шестерни, м2 z – число зубьев шестерни b – длинна зуба шестерни, м n – частота вращения зубьев, сек-1 ηV – объемный коэффициент полезного действия

Существует также альтернативная формула расчета производительности шестеренного насоса:

Q = 2·π·DН·m·b·n·ηV

Q – производительность шестеренчатого насоса, м3/с DН – начальный диаметр шестерни, м m – модуль шестерни, м b – ширина шестерни, м n – частота вращения шестерни, сек-1 ηV – объемный коэффициент полезного действия

Винтовые насосы (объемные насосы)

В насосах данного типа перекачивание среды обеспечивается за счет работы винта (одновинтовой насос) или нескольких винтов, находящихся в зацеплении, если речь идет о многовинтовых насосах. Профиль винтов подбирается таким образом, чтобы область нагнетания насоса была изолирована от области всасывания. Винты располагаются в корпусе таким образом, чтобы при их работе образовывались заполненные перекачиваемой средой области замкнутого пространства, ограниченные профилем винтов и корпусом и движущиеся по направлению в области нагнетания.

Производительность одновинтового насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 4·e·D·T·n·ηV

Q – производительность винтового насоса, м3/с e – эксцентриситет, м D – диаметр винта ротора, м Т – шаг винтовой поверхности статора, м n – частота вращения ротора, сек-1 ηV – объемный коэффициент полезного действия

Центробежные насосы

Центробежные насосы являются одним из наиболее многочисленных представителей динамических насосов и широко распространены. Рабочим органом в центробежных насосах является насаженное на вал колесо, имеющее лопасти, заключенные между дисками, и расположенное внутри спиралевидного корпуса.

За счет вращения колеса создается центробежная сила, воздействующая на массу перекачиваемой среды, находящейся внутри колеса, и передает ей часть кинетической энергии, которая затем переходит в потенциальную энергию напора. Создаваемое при этом в колесе разрежение обеспечивает непрерывную подачу перекачиваемой среды их всасывающего патрубка. Важно отметить, что перед началом эксплуатации центробежный насос должен быть предварительно заполнен перекачиваемой средой, так как в противном случае всасывающей силы будет недостаточно для нормальной работы насоса.

Центробежный насос может иметь не один рабочий орган, а несколько. В таком случае насос называется многоступенчатым. Конструктивно он отличается тем, что на его валу расположено сразу несколько рабочих колес, и жидкость последовательно проходит через каждое из них. Многоступенчатый насос при той же производительности будет создавать больший напор в сравнении с аналогичным ему одноступенчатым насосом.

Производительность центробежного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = b1·(π·D1-δ·Z)·c1 = b2·(π·D2-δ·Z)·c2

Q – производительность центробежного насоса, м3/с b1,2 – ширины прохода колеса на диаметрах D1 и D2, ­м D1,2 – внешний диаметр входного отверстия (1) и внешний диаметр колеса (2), м δ – толщина лопаток, м Z – число лопаток C1,2 – радиальные составляющие абсолютных скоростей на входе в колесо (1) и выходе из него (2), м/с

Расчет напора

Как было отмечено выше, напор не является геометрической характеристикой и не может отождествляться с высотой, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Необходимое значение напора складывается из нескольких слагаемых, каждое из которых имеет свой физический смысл.

Общая формула расчета напора (диаметры всасывающего и нагнетающего патрубком приняты одинаковыми):

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп

H – напор, м p1 – давление в заборной емкости, Па p2 – давление в приемной емкости, Па ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м3 g – ускорение свободного падения, м/с2 Hг – геометрическая высота подъема перекачиваемой среды, м hп – суммарные потери напора, м

Первое из слагаемых формулы расчета напора представляет собой перепад давлений, который должен быть преодолен в процессе перекачивания жидкости. Возможны случаи, когда давления p1 и p2 совпадают, при этом создаваемый насосом напор будет уходить на поднятие жидкости на определенную высоту и преодоление сопротивления.

Второе слагаемое отражает геометрическую высоту, на которую необходимо поднять перекачиваемую жидкость. Важно отметить, что при определении этой величины не учитывается геометрия напорного трубопровода, который может иметь несколько подъемов и спусков.

Третье слагаемое характеризует снижение создаваемого напора, зависящее от характеристик трубопровода, по которому перекачивается среда. Реальные трубопроводы неизбежно будут оказывать сопротивление току жидкости, на преодоление которого необходимо иметь запас величины напора. Общее сопротивление складывается из потерь на трение в трубопроводе и потерь в местных сопротивлениях, таких как повороты и отводы трубы, вентили, расширения и сужения прохода и т.д. Суммарные потери напора в трубопроводе рассчитываются по формуле:

Hоб – суммарные потери напора, складывающиеся из потерь на трение в трубах Hт и потерь в местных сопротивлениях Нмс

Hоб = HТ + HМС = (λ·l)/dэ·[w2/(2·g)] + ∑ζМС·[w2/(2·g)] = ((λ·l)/dэ + ∑ζМС)·[w2/(2·g)]

λ – коэффициент трения l – длинна трубопровода, м dЭ – эквивалентный диаметр трубопровода, м w – скорость потока, м/с g – ускорение свободного падения, м/с2 w2/(2·g) – скоростной напор, м ∑ζМС – сумма всех коэффициентов местных сопротивлений

Расчет потребляемой мощности насоса

Выделяют несколько мощностей в зависимости от потерь при ее передаче, которые учитываются различными коэффициентами полезного действия. Мощность, идущая непосредственно на передачу энергии перекачиваемой жидкости, рассчитывается по формуле:

NП = ρ·g·Q·H

NП – полезная мощность, Вт ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м3 g – ускорение свободного падения, м/с2 Q – расход, м3/с H – общий напор, м

Мощность, развиваемая на валу насоса, больше полезной, и ее избыток идет на компенсацию потерь мощности в насосе. Взаимосвязь между полезной мощностью и мощностью на валу устанавливается коэффициентом полезного действия насоса. КПД насоса учитывает утечки через уплотнения и зазоры (объемный КПД), потери напора при движении перекачиваемой среды внутри насоса (гидравлический КПД) и потери на трение между подвижными частями насоса, такими как подшипники и сальники (механический КПД).

NВ = NП/ηН

NВ – мощность на валу насоса, Вт NП – полезная мощность, Вт ηН – коэффициент полезного действия насоса

В свою очередь мощность, развиваемая двигателем, превышает мощность на валу, что необходимо для компенсации потерь энергии при ее передаче от двигателя к насосу. Мощность электродвигателя и мощность на валу связаны коэффициентами полезного действия передачи и двигателя.

NД = NВ/(ηП·ηД)

NД – потребляемая мощность двигателя, Вт NВ – мощность на валу, Вт ηП – коэффициент полезного действия передачи ηН – коэффициент полезного действия двигателя

Окончательная установочная мощность двигателя высчитывается из мощности двигателя с учетом возможной перегрузки в момент запуска.

NУ = β·NД

NУ – установочная мощность двигателя, Вт NД – потребляемая мощность двигателя, Втβ – коэффициент запаса мощности

Коэффициент запаса мощности может быть приближенно выбран из таблицы:

N, кВт Менее 1 От 1до 5 От 5 до 50 Более 50
β 2 – 1,5 1,5 – 1,2 1,2 – 1,15 1,1

Предельная высота всасывания (для центробежного насоса)

Всасывание в центробежном наосе происходит за счет разности давлений в сосуде, откуда происходит забор перекачиваемой среды, и на лопатках рабочего колеса. Чрезмерное увеличение разности давлений может привести к появлению кавитации – процессу, при котором происходит понижение давления до значения, при котором температура кипения жидкости опускается ниже температуры перекачиваемой среды и начинается ее испарение в пространстве потока с образованием множества пузырьков. Пузырьки уносятся потоком дальше по ходу течения, где под действием возрастающего давления они конденсируются, и происходит их “схлопывание”, сопровождаемое многочисленными гидравлическими ударами, негативно сказывающимися на сроке службы насоса. В целях избегания негативного воздействия кавитации необходимо ограничивать высоту всасывания центробежного насоса.

Геометрическая высота всасывания может быть определена по формуле:

hг = (P0-P1)/(ρ·g) - hсв - w²/(2·g) - σ·H

hГ – геометрическая высота всасывания, м P0 – давление в заборной емкости, Па P1 – давление на лопатках рабочего колеса, Па ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м3 g – ускорение свободного падения, м/с2 hсв – потери на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопроводе, м w²/(2·g) – скоростной напор во всасывающем трубопроводе, м σ·H – потери на добавочное сопротивление, пропорциональное напору, м где σ – коэффициент кавитации, H – создаваемый насосом напор

Коэффициент кавитации может быть рассчитан по эмпирической формуле:

σ = [(n·√Q) / (126h5/3)]4/3

σ – коэффициент кавитации n – частота вращения рабочего колеса, сек-1 Q – производительность насоса, м3/с Н – создаваемый напор, м

Также существует формула для центробежных насосов для расчета запаса напора, обеспечивающего отсутствие кавитации:

Hкв = 0,3·(Q·n²)2/3

Hкв – запас напора, м Q – производительность центробежного насоса, м3/с n – частота вращения рабочего колеса, с-1

Примеры задач по расчету и подбору насосов с решениями

Пример №1

Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.

Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Площадь поперечного сечения плунжера :

F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2

Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:

ηV = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88

Пример №2

Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м3. Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока – 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).

Решение:

Площади попреречного сечения поршня и штока:

F = (3,14·0,08²)/4 = 0,005024 м²

F = (3,14·0,01²)/4 = 0,0000785 м²

Производительность насоса находится по формуле:

Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/час

Далее находим полезную мощность насоса:

NП = 920·9,81·0,0045195·160 = 6526,3 Вт

С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:

NУСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт

Пример №3

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Решение:

Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:

H = NП/(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м

Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:

hп = H - (p2-p1)/(ρ·g) - Hг = 617,8 - ((1,6-1)·105)/(1080·9,81) - 3,2 = 69,6 м

Пример №4

Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м3/час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет – 2 см; диаметр ротора – 7 см; шаг винтовой поверхности ротора – 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.

Решение:

Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:

ηV = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85

Пример №5

Необходимо рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м3 из резервуара с избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода (суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров (принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров составляет 8 метров.

Решение:

Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:

Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с

Скоростной напор в трубе:

w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м

При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:

HТ = (λ·l)/dэ · [w²/(2g)] = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м

Общий напор составит:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((2,5-1,2)·105)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м

Остается определить полезную мощность:

NП = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт

Пример №6

Целесообразна ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м3/час по трубопроводу 150х4,5 мм?

Решение:

Рассчитаем скорость потока воды в трубопроводе:

Q = (π·d²)/4·w

w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с

Для воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 – 3 м/с. Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса нецелесообразно.

Пример №7

Определить коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса: площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм2; число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280 об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.

Решение:

Теоретическая производительность насоса:

Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·106) = 0,0004256 м³/час

Коэффициент подачи соответственно равен:

ηV = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85

Пример №8

Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м3 с расходом 132 м3/час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.

Решение:

Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:

NП = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт

Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:

NД = NП/(ηН·ηД) = 6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт

Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:

β = NУ/NД = 9500/8599 = 1,105

Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.

Пример №9

Центробежный насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м3 из открытого резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м3/час. Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет 32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.

Решение:

Рассчитаем напор, создаваемый насосом в трубопроводе:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1,5-1)·105)/(1130·9,81) - 12 + 32,6 = 25,11 м

Полезная мощность насоса может быть найдена по формуле:

NП = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт

Пример №10

Определить предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять равной 1000 кг/м3) из открытого резервуара в другой открытый резервуар с расходом 24 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83. Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет 9,7 м.

Решение:

Определим максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько промежуточных параметров.

Рассчитаем напор, необходимый для перекачивания воды:

H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1-1)·105)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м

Полезная мощность, развиваемая насосом:

NП = Nобщ/ηН = 1000/0,83 = 1205 Вт

Значение максимального расхода найдем из формулы:

NП = ρ·g·Q·H

Найдем искомую величину:

Qмакс = NП/(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с

Расход воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований эксплуатации насоса.

Qмакс/Q = 0,00836/24·3600 = 1,254

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемому насосному оборудованию и трубопроводной арматуре.

Ваши запросы на насосы просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86.

Центральный сайт компании ENCE GmbHНаша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:РоссииКазахстанеУкраинеТуркменистанеУзбекистанеЛатвииЛитве

www.ence-pumps.ru

Неисправности центробежных насосов и способы их устранения-Сантехмонтаж в Днепропетровске

Перед началом работы насоса его необходимо полностью заполнить водой и спустить воздух через воздухоспускное устройство. Если в корпусе останется воздух, то может полностью отсутствовать напор на подающем трубопроводе, или же будет слабый напор сопровождающийся шумами при работе.

Уменьшение номинального напора насоса может быть вызвана засорением всасывающего трубопровода, сетчатого фильтра или лопастей рабочего колеса. Что бы предотвратить засорение лопастей, на всасывающем трубопроводе необходимо устанавливать фильтры грубой очистки.

Напор насоса (м) - это энергия, которую получает жидкость весом 1 Ньютон при прохождении через насос. Обычно напор рассматривают с геометрической точки зрения, как высоту на которую можно поднять жидкость за счет энергии вырабатываемой насосом.

Правильно заполненный насос может не достигать номинальной подачи если общая высота напора не совпадает с параметрами насоса. Для проверки напора устанавливаются манометры на всасывающем и напорном трубопроводах. Если напора недостаточно для преодоления необходимой высоты, нужно увеличить либо частоту вращения вала, либо установить большее рабочее колесо. Если же наоборот подача больше высоты напора, то на валу насоса увеличивается мощность, что приводит к перегрузке двигателя. Что бы этого избежать, необходимо отрегулировать режим работы задвижкой на напорном трубопроводе.

Подача (м3/с) - это производительность насоса, т.е. объем жидкости перекачиваемой за единицу времени

Направление движения вала насоса должно соответствовать заданному. В противном случае насос может выйти из строя в результате заклинивания вала рабочего колеса, что в свою очередь приведет к повреждению корпуса. Для предотвращения раскручивания вала в обратную сторону на напорном трубопроводе устанавливается обратный клапан.

Увеличение максимально допустимой высоты всасывания является распространенной причиной поломки насосов. Это приводит к вероятности разрыва потока, вызывает явление кавитации, а так же существенно уменьшает мощность. Максимальная высота всасывания зависит от температуры температуры жидкости, ее скорости во всасывающем трубопроводе а так же от сопротивления на отводах и потерь на трение. При увеличении температуры перекачиваемой жидкости максимальная высота всасывания уменьшается, так как возрастает давление парообразования. Потери на трение можно сократить сделав всасывающий трубопровод как можно большим диаметром и небольшой длины с минимально необходимым количеством запорной арматуры. Так же необходимо регулярно чистить сетку фильтра, так как скопившаяся в нем грязь значительно увеличивает потери мощности.

Допустимая высота всасывания (м) - это максимальное расстояние по вертикали от уровня жидкости в расходном резервуаре до всасывающего патрубка насоса, при котором не возникает кавитации.

Установка насоса с завышенным напором приводит к его не надежной работе, так как допустимая высота всасывания будет сильно превышена из-за большой подачи.

При возникновении высокого давления парообразования на всасывающем трубопроводе, следует обеспечить подпор, который так же будет перекрывать потери на трение. Минимальная высота подпора обычно определяется изготовителем и указывается в технических характеристиках насоса. Что бы обеспечить бесперебойную работу насоса, необходимо выдерживать требуемую высоту подпора, которая зависит от температуры перекачиваемой жидкости и подачи насоса. Если жидкость перекачивается из закрытого резервуара, то высоту подпора можно обеспечить путем повышения давления в нем.

При большой длине всасывающего трубопровода, его необходимо прокладывать с уклоном в сторону насоса, что бы предотвратить попадание в него воздуха. При заборе жидкости из резервуара, всасывающий патрубок должен быть погружен в нее не менее чем на 0,8 м.

После насоса на напорном трубопроводе обязательно ставится запирающая задвижка, так как включение и выключение циркуляционного насоса производится при закрытом напорном трубопроводе. Если напор превышает 10 - 15м, то между задвижкой и насосом устанавливается обратный клапан. Он предотвращает обратное движение жидкости через насос во время аварийной остановки (например, отключение электроэнергии). Так же отсутствие обратного клапана может привести к обратному вращению вала насоса при кратковременном перебое электроэнергии.

Несвоевременное обслуживание сальников может послужить причиной поломки центробежного насоса. Причинами повреждения сальниковой набивки являются неравномерность вращения  и биение рабочего вала. Подтягивать буксу сальника выполняют с таким усилием, что бы из под нее немного прокапывала вода. Таким образом сухое трение сальниковой набивки, и обеспечивается ее охлаждение. Сильная затяжка сальника приводит к возникновению сухого трения, вследствие чего уменьшается долговечность втулки, а так же при возникновении сильного местного нагрева она может разрушиться.

При замене сальниковой набивки необходимо менять все уплотнительные кольца, так как в процессе эксплуатации сальниковая набивка становится сухой и твердой и перестает выполнять свои функции. Нельзя забивать набивку молотком, так как она теряет свою работоспособность из-за потери упругости.

Работоспособность и долговечность торцевых уплотнений во многом зависит от спокойной работы вала. При биениях или неравномерной работе уплотнительные поверхности интенсивно изнашиваются и преждевременно теряют свои свойства.

Долговечность сальников и подшипников сильно зависит от правильной центровки вала приводного двигателя и насоса. Упругие муфты, которые применяются для соединения двигателя с насосом передают только крутящий момент и не компенсируют погрешности монтажа, поэтому соосность валов двигателя и насоса должны быть безупречны.

Трубопроводы присоединяемые к насосу не должны создавать чрезмерные напряжения на корпус насоса, иначе это может привести к повреждению корпуса, создавать вибрацию вала, задевание рабочих колес за уплотнения, разрушение муфтового соединения.

 

Неисправность Причина Способ устранения Насос не подает жидкость после пуска Не достигается требуемая подача насоса Потребляемая мощность завышена Давление на выходе насоса завышено Насос прекращает подачу Неплотности в соединениях корпуса насоса Неплотности в сальнике Сильно греются подшипники Повышенный шум при работе насоса
Неправильная заливка насоса Повторно залить насос, при этом удалить воздух
Недостаточная частота вращения рабочего колеса Увеличить частоту вращения двигателя
Открыт воздухосбросник на корпусе насоса Закрыть воздухосбросник
Неплотности или засоры в приемном клапане Очистить и проверить работу клапана
Ослаблен сальник Подтянуть сальник или заменить набивку
Недостаточная частота вращения рабочего колеса Увеличить частоту вращения двигателя
Рабочее колесо вращается в обратную сторону Проверить направление вращения, при необходимости поменять полярность электропривода
Слишком высокое сопротивление системы Повысить частоту вращения если при электроприводе это невозможно, необходимо ус­тановить колесо большего размера или добавить сту­пень в насосе
Засор всасывающего трубопровода Проверить и очистить всасывающий трубопровод и приемный клапан; при необ­ходимости разобрать насос и прочистить рабочее колесо
Недостаточная заливка или завоздушивание насоса или трубопровода Повторно залить насос и тщательно удалить воздух
Недостаточный подпор Проверить уровень в приемном резервуаре, при необхо­димости повысить в нем давление
Завышена высота всасывания Проверить уровень жидкости в приемном резервуаре, а так же открытие приемного клапана, почистить сетку фильтра и всасывающий трубопровод
Подсос воздуха через сальник Произвести подтяжку сальников или заменить их новыми, увеличить давление запирающейся жидкости
Изношена проточная часть Заменить изношенные детали
Сопротивление  системы меньше чем предусмотренов технических условиях на изготовление На напорном трубопроводе прикрыть задвижки до достижения давления предусмотренного ТУ
Плотность перекачиваемой жидкости выше оговоренной в ТУ Установить более мощный двигатель
Завышена частота вращения Уменьшить частоту вращения, если это не возможно то произвести подрезку и смещение рабочего колеса
Подпор на входе больше требуемого Проверить и восстановить необходимый подпор, если это невозможно подрезать рабочее колесо или уменьшить число ступеней
Всасывающий трубопровод или сальник имеет неплотности, из-за чего в насос подпадает воздух, приводящий к разрыву сплошности потока Проверить целостность трубопровода, подтянуть или заменить сальники, проверить давление и подвод запирающей жидкости
В приемном резервуаре низкий уровень воды Остановить насос и восстаносить уровень воды
Засор всасывающего трубопровода и приемного клапана Разобрать и очистить клапан и всасывающий трубопровод
Неправильная затяжка стяжных шпилек Остановить насос, дождаться его полного остывания и перезатянуть шпильки
Повреждения уплотнений Если затяжка не помогает, установить новые уплотне­ния, сменить набивку сальника,учитывая требования чертежа; в торцовых уплотнениях проверить уплотняющие по­верхности, при необходимо­сти заменить
Неправильна произведена набивка сальника или же он износился
Защитная втулка имеет риски из-за сильной затяжки сальника или естественного износа Заменить или прошлифовать втулку, сменить набивку сальника
Биение вала под сальником Проверить и при необходимости заменить подшипники, проверить биение вала при зажатых рабочких колесах
Плохое центирование вала рабочего колеса с насосом Произвести центровку
Напряжеия в трубопроводе передаются на насос Изменить крепление трубопроводов, что бы при креплении их к насосу не создавалось излишних напряжений, произвести центровку насоса
Плохое крепление к фундаменту Проверить затяжку болтов крепления
Недостаточная смазка Проверить качество масла, при необходимости долить или заменить его
Недостаточно консистентной смазки Добавить смазку, при необходимости заменить ее
Наличие воздуха в насосе Остановить насос и повторно произвести его заливку
Слишком велика подача или очень мал напор Задвижкой отрегулировать работу насоса до исчезновения шума

 

santechnik.org.ua

Расчёт основных элементов объёмного гидропривода дорожных машин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра Автомобили и технологические машины

Выполнил: студент группы А-11-2

Густокашин С.М.

Проверил: преподаватель

Пугин К.Г.

Пермь 2013

Вариант

7777777

Скорость движения поршня гидроцилиндра мм/с

50

Усилие на штоке гидроцилиндра, кН

300

Режим работы

т

Температура окруж.

среды t C

20

50

Частота вращения вала г\мотора, об\мин

120

Момент на валу г/мотора, Нм

1000

1. Введение

Целью работы является расчет основных параметров гидропривода и на основании этого выбор комплектующего оборудования из числа серийно выпускаемых промышленностью.

Исходными данными для расчета гидропривода являются заданные величины нагрузок (крутящий момент и скорость вращения вала гидромотора, усилие и скорость перемещения для гидроцилиндра и др.), режим работы и условия эксплуатации.

Расчет рекомендуется вести в следующей последовательности:

1. Выбор давления в гидросистеме.

2. Определение основных параметров и мощности гидродвигателей и

насосов.

3. Разработка гидросистемы.

4. Подбор гидроаппаратов.

5. Выбор рабочей жидкости.

6. Расчет трубопроводов.

7. Выбор фильтра.

8. Расчет общего КПД г/системы.

9. Определение объема масляного бака.

2. Методика расчета

2.1 Выбор давления.

Выбор давления проводят в соответствии с ГОСТ 12445-80.При выборе давления необходимо руководствоваться техническими характеристиками серийно выпускаемых г/машин, которые предполагается использовать в проектируемом г/приводе. Для г/привода мощных машин и механизмов рекомендуются значения давления 20; 25 и 32 МПа, для г/приводов вспомогательного оборудования 6,3 и 10 МПа. При увеличении давления при одной и той же мощности уменьшаются размеры гидролинии и устройств управления. Гидропривод делается более компактным. В тоже время увеличение рабочего давления в системе требует высокой герметичности соединения.

2.2 Определение основных параметров и мощности

гидродвигателей и насосов.

Выбор нормализованных гидравлических цилиндров осуществляется по двум параметрам: величины хода штока и внутреннему диаметру. Ход штока выбирают в соответствии с кинематической схемой машины.

Если рабочий ход осуществляется при подаче жидкости в поршневую полость, то внутренний диаметр гидроцилиндра определяется из выражения

=, м

где , F - усилие на штоке, Н

Р - давление в системе, Па

г - гидравлический КПД (  1)

м - механический КПД ( 0,85 - 0,95), меньшее значение рекомендуется выбирать для давлений рабочей жидкости до 10 МПа.

По ГОСТ 12447-80 выбираем стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра Dп=160 мм.

1

Уточняем необходимое давление в цилиндре.

, Па

Определяем расход гидроцилиндра QЦ.

, м3/с

где 0 - объемный КПД (0,98-0,99)

п - скорость движения поршня, м/с.

Dп – стандартный диаметр гидроцилиндра. м

Мощность г/цилиндра

, кВт

где, F - усилие на штоке, КН

п - скорость движения поршня, м/с

Определяем диаметр штока dш=0,7×0,14=0,098 м в зависимости от усилия на штоке по таблице № 1

таблица №1

F, кН

<1

1-30

30-60

60-100

100<

(0,2-0,3)DП

(0,3-0,4)DП

0,5DП

0,6DП

0,7DП

studfiles.net

Напор насоса: как определить производительность?

Выбор насоса любого назначения требует расчета его производительности. Удобно, когда напор воды в кране регулируется таким образом, что при наибольшем его значении в стороны не разлетаются брызги, и в то же время не приходится долго ждать наполнения большой емкости. О том, как определить производительность насоса, мы и поговорим далее в статье.

Параметры выбора насоса

Получить оптимальный напор насоса можно двумя способами: искусственным дросселированием или точным подбором параметров устройства. Если выбирать его по принципу «лучше тот, который у соседа», то велика вероятность слабого напора струи при одновременном включении нескольких точек расхода. Либо придется сдерживать поток воды частичным перекрытием крана, что снижает КПД устройства, а следовательно, увеличивает затраты средств при его эксплуатации.

Профессиональный подход к вопросу водоснабжения требует учета многих моментов:

  • мощности насоса;
  • толщины подающей трубы;
  • длины магистрали;
  • количества и формы фитингов;
  • числа кранов.

Естественно, все предусмотреть очень непросто, поэтому при сложной системе сантехнических коммуникаций для большей эффективности применяют несколько насосов. Каждый выполняет свою функцию: один наполняет водозаборную емкость из скважины, другой обеспечивает водой дом, третий поливает огород.

Характеристики насоса, напор

Насосы обладают множеством характеристик. Для того чтобы потребитель мог определиться, какой тип устройства ему нужен, есть несколько основных показателей:

  1. Объем подачи жидкости, или производительность насоса. Он показывает, какое количество воды за определенный промежуток времени может перекачать агрегат. Имеется ввиду, что жидкость вытекает непосредственно на выходе устройства. Чтобы определить объем на конце магистрали, необходимо вычесть потери давления в последней.
  2. Величина напора, или давление. Показывает, на какую высоту способен насос поднять воду. Здесь не учитывается высота от устройства до уровня водяной глади.
  3. Высота до забора воды, или подпор. Расстояние от зеркала воды до выхода всасывающего патрубка строго определено - превышение ведет к появлению в рабочем пространстве агрегата явления кавитации. Это может изменить важные характеристики насоса или же попросту не позволит ему качать воду. Подпор можно увеличить, установив перед основным насосом вспомогательный, прямо в точке всасывания. Точно такой же эффект получится при создании искусственного давления воздуха внутри резервуара с жидкостью.
  4. Мощность потребляемой энергии.

Краткий обзор насосов

Насосы можно классифицировать по принципу действия, конструктивным особенностям и назначению. Также бывают погружные и поверхностные агрегаты. Все они предназначены для перекачки жидкости, но большинство предусматривает не только ее, но и подъем воды с разной глубины:

  • Насосы для скважин. В основном являются погружными моделями. Характеризуются тем, что могут поднимать воду с больших глубин (не имеют ограничений) в зависимости от мощности силового агрегата. Создают мощный напор в трубопроводе.
  • Дренажники. Обладают более высокой производительностью, но не предназначены создавать высокое давление, высокий напор не дают. Удобны тем, что могут перекачивать грязную воду с мелкими физическими частицами.
  • Центробежные. Универсальные насосы. Могут применяться как в скважинах, так и для перекачки жидкости из резервуаров. В воду не опускаются и имеют ограничение по расстоянию от поверхности водной глади до входа всасывающего патрубка. Напор насоса зависит от количества крыльчаток и мощности двигателя, но все же они не могут поднимать столб воды выше чем на 120 метров.
  • Вихревые. Похожи на центробежные, но здесь по-другому организована крыльчатка. При меньшей мощности двигателя они обеспечивают высокий напор и производительность. Поднимают столб воды свыше 160 м. Недостатком является требовательность к ее чистоте.
  • Циркуляционные. Не поднимают воду с глубин, но также создают определенное давление и работают при повышенных температурах.

Насосы: подача, напор

Может быть, не всем известно, но насосы работают в паре с давлением атмосферы. Они просто создают область разряжения и нагнетания. Поэтому, какие бы усилия мы ни прилагали сверху, применяя самые мощные агрегаты, поднять воду с большой глубины не получится. Как только сила давления воздуха уравновесится силой тяжести, вода в трубе остановится. Для поднятия с глубин применяют мощные погружные аппараты, создающие давление.

Основными характеристиками описываемых агрегатов являются напор насоса, производительность. Они имеют между собой определенную зависимость. Так, под напором понимают способность подавать воду на определенную высоту либо перемещать в горизонтальном направлении на заданную длину. Понятно, что один и тот же насос будет выдавать различное давление на высоте 20 и 120 м.

Напор необходимо знать, подбирая тип насоса. Каждая модель может создавать сильное или слабое давление, что обусловлено конструкцией рабочего механизма. Когда жидкость вступает в контакт с лопастью колеса либо мембраной или поршнем, она получает определенный заряд кинетической энергии, которая и поднимает ее вверх.

Наиболее эффективны центробежные системы с несколькими последовательными рабочими колесами. Они – насосы увеличения напора и имеют очень высокий КПД.

Как регулировать напор

В любой сложной водопроводной системе приходится регулировать давление, создаваемое насосом. Для воздействия на напор существует четыре способа:

  1. Дросселирование. Суть метода заключается в том, что на выходе устройства или на всасывающем патрубке устанавливают специальный дроссель. В его роли может выступать обычный кран. В месте установки, в зависимости от диаметра дроссельного отверстия, гасится часть напора. При положении ограничителя водяного потока на выходе насоса происходит снижение КПД устройства, так как при ослаблении напора в системе электроэнергии насос потребляет столько же.
  2. Электрическое регулирование скорости вращения рабочего колеса. Это наиболее эффективный метод без потери КПД насоса. Подача воды уменьшается с пропорциональным снижением потребляемой мощности.
  3. Механическое снижение оборотов. В этом случае применяют понижающий редуктор. Способ экономически невыгодный - ведь двигатель потребляет ту же мощность и нужен дополнительный механизм – редуктор.
  4. Байпасирование. Между выходом и всасывающей трубой насоса ставят перемычку. Получается, что часть жидкости просто циркулирует по кругу, не совершая полезной работы. В итоге в трубах давление падает, а КПД понижается.

Каким будет давление у насоса, качающего воду сверху

Когда водозаборная емкость расположена выше места установки перекачивающей системы, то практически не тратится энергия на всасывание. Тогда, чтобы рассчитать напор насоса, пользуются следующей формулой:

Нтр = Нгео + Нпотерь + Нсвоб – Нвысота бака.

Нтр здесь – необходимое значение напора, обусловленное затратами потребителя.

Нгео – разность уровней между платформой установки насоса и наивысшей точкой потребления воды.

Нпотерь – потери преодоления силы трения в подающей магистрали за исключением участка вертикальной трубы от подающего бака к насосу.

Нсвоб – напор из точек потребления при полном их открытии.

Нвысота бака – значение высоты между баком и насосом.

Закачка воды с глубины

Как определить напор насоса при закачке воды из колодца, водонакопительной ямы или скважины? Формула расчета приобретает следующий вид:

Нтр = Нгео + Нпотерь + Нсвоб + Нуровень источника.

В ней все слагаемые те же, кроме последнего - Нуровень источника, - который является перепадом между точкой всасывания жидкости и перекачивающим устройством.

Что такое насосная станция

Насосная станция представляет систему из насоса и гидробака, работающих в паре. Плюс к ним идет специальное реле контроля давления. Аккумулятор гидравлический тут служит как сглаживающий напор насоса элемент, предотвращая частое включение электрического двигателя и нивелируя возможные гидроудары в сантехнических коммуникациях.

Станции могут быть основаны на любых типах насосов, с применением любых объемов аккумулятора. Чем гидробак больше, тем сильнее дополнительная подъемная сила, создаваемая им.

Заключение

Когда напор воды в насосе недостаточен, можно выйти из положения, устанавливая два и более агрегатов последовательно. Такая схема часто применяется для глубоких скважин, где внизу устанавливают погружной агрегат, подающий воду на всасывающий патрубок центробежного.

fb.ru

Гидростатические приводы

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1] 14401 0

Гидростатическая передача в легковых автомобилях до настоящего времени не применяется, поскольку она дорога и ее КПД относительно низок. Наиболее часто она используется в специальных машинах и транспортных средствах. В то же время гидростатический привод имеет много возможностей для применения; он особенно пригоден для трансмиссии с электронным управлением.

Принцип гидростатической передачи состоит в том, что источник механической энергии, например двигатель внутреннего сгорания, приводит гидронасос, подающий масло в тяговый гидравлический двигатель. Обе эти группы соединены между собой трубопроводом высокого давления, в частности, гибким. Это упрощает конструкцию машины, отпадает необходимость применения многих зубчатых колес, шарниров, осей, поскольку обе группы агрегатов могут быть расположены независимо друг от друга. Мощность привода определяется объемами гидронасоса и гидродвигателя. Изменение передаточного отношения в гидростатическом приводе бесступенчатое, его реверсирование и гидравлическая блокировка весьма просты.

В отличие от гидромеханической передачи, где соединение тяговой группы с преобразователем крутящего момента жесткое, в гидростатическом приводе передача усилий производится только через жидкость.

В качестве примера работы обеих трансмиссий рассмотрим переезд автомобиля с ними через складку местности (дамбу). При въезде на дамбу у автомобиля с гидромеханической трансмиссией возникает буксование гидротрансформатора, в результате чего при постоянной частоте вращения скорость автомобиля снижается. При спуске с вершины дамбы двигатель начинает действовать как тормоз, однако направление буксования гидротрансформатора меняется и поскольку гидротрансформатор имеет низкие тормозные свойства при таком направлении буксования, автомобиль разгоняется.

У гидростатической передачи при спуске с вершины дамбы гидродвигатель выполняет функцию насоса и масло остается в трубопроводе, соединяющем гидродвигатель с насосом. Соединение обеих групп привода происходит через находящуюся под давлением жидкость, которая обладает той же степенью жесткости, что и упругость валов, сцеплений и зубчатых колес в обычной механической трансмиссии. Разгона автомобиля поэтому при спуске с дамбы не произойдет. Гидростатическая передача особенно пригодна для автомобилей повышенной проходимости.

Принцип гидростатического привода показан на рис. 1. Привод гидронасоса 3 от двигателя внутреннего сгорания производится через вал 1 и наклонную шайбу, а регулятором 2 управляют углом наклона этой шайбы, что изменяет подачу жидкости гидронасосом. В случае, изображенном на рис. 1, шайба установлена жестко и перпендикулярно оси вала 1 и вместо нее наклоняется корпус насоса 3 в кожухе 4. Масло подается из гидронасоса по трубопроводу 6 в гидродвигатель 5, имеющий постоянный объем, а из него — вновь возвращается по трубопроводу 7 в насос.

Рис. 1. Схема гидростатического привода:
1 — вал приводного двигателя; 2 — регулятор привода; 3 — регулируемый гидронасос; 4 — кожух насоса; 5 — тяговый гидродвигатель; 6 и 7 — трубопроводы.

Если гидронасос 3 расположен соосно валу 1, то подача масла им равна нулю и гидродвигатель в этом случае блокирован. Если насос наклонен вниз, то он подает масло в трубопроводе 7 и оно возвращается в насос по трубопроводу 6. При постоянной частоте вращения вала 1, обеспечиваемой, например, регулятором дизеля, управление скоростью и направлением движения автомобиля производится всего лишь одной рукояткой регулятора.

В гидростатическом приводе можно использовать несколько схем регулирования:

  • насос и двигатель имеют нерегулируемые объемы. В этом случае речь идет о «гидравлическом вале», передаточное отношение является постоянным и зависит от отношения объемов насоса и двигателя. Такая трансмиссия для применения в автомобиле неприемлема;
  • насос имеет регулируемый, а двигатель — нерегулируемый объем. Этот способ наиболее часто применяется в транспортных средствах, так как предоставляет большой диапазон регулирования при относительно простой конструкции;
  • насос имеет нерегулируемый, а двигатель — регулируемый объем. Эта схема неприемлема для привода автомобиля, поскольку с ее помощью нельзя обеспечить торможение автомобиля через трансмиссию;
  • насос и двигатель имеют регулируемые объемы. Такая схема предоставляет наилучшие возможности регулирования, но весьма сложна.

Применение гидростатической передачи позволяет отрегулировать выходную мощность вплоть до остановки выходного вала. При этом даже на крутом спуске можно остановить автомобиль перемещением рукоятки регулятора в нулевое положение. В этом случае трансмиссия гидравлически заблокирована и необходимость в применении тормозов отпадает. Для движения автомобиля достаточно передвинуть рукоятку вперед или назад. Если в трансмиссии используется несколько гидродвигателей, то соответствующим их регулированием можно достичь реализации работы дифференциала или его блокировки.

В гидростатической трансмиссии отсутствует целый ряд агрегатов, например, коробка передач, сцепление, карданные валы с шарнирами, главная передача и др. Это выгодно с позиции снижения массы и стоимости автомобиля и компенсирует достаточно высокую стоимость гидравлического оборудования. Все сказанное, в первую очередь, относится к специальным транспортным и технологическим средствам. В то же время, с точки зрения экономии энергии, гидростатическая трансмиссия имеет большие преимущества, например, для применения в автобусах.

Выше уже упоминалось о целесообразности аккумулирования энергии и получаемом энергетическом выигрыше, когда двигатель работает с постоянной частотой вращения в оптимальной зоне своей характеристики и его частота вращения не изменяется при переключении передач или изменении скорости автомобиля. Отмечалось также и то, что вращающиеся массы, соединенные с ведущими колесами, должны быть как можно меньше. Говорилось, кроме того, о преимуществах гибридного привода, когда при разгоне используются наибольшая мощность двигателя, а также мощность, накопленная в аккумуляторе. Все эти преимущества удается легко реализовать в гидростатическом приводе, если в его системе разместить гидроаккумулятор высокого давления.

Схема такой системы представлена на рис. 2. Приводимый двигателем 1 насос 2 с постоянным объемом подает масло в аккумулятор 3. Если аккумулятор заполнен, регулятор давления 4 подает импульс электронному регулятору 5 об остановке двигателя. Из аккумулятора масло под давлением подается через центральное управляющее устройство 6 к гидродвигателю 7 и из него сбрасывается в масляный бак 8, из которого вновь забирается насосом. У аккумулятора имеется ответвление 9, предназначенное для питания дополнительного оборудования автомобиля.

Рис. 2. Схема гидростатического привода с аккумулятором давления:
1 — приводной двигатель; 2 — гидронасос; 3 — гидроаккумулятор; 4 — датчик давления; 5 — электронный регулятор; 6 — центральное управляющее устройство; 7 — гидродвигатель; 8 — масляный бак; 9 — привод дополнительного гидрооборудования; 10 — редукционный клапан.

В гидростатическом приводе обратное направление движения жидкости можно использовать для торможения автомобиля. В этом случае гидродвигатель забирает масло из бака и подает его под давлением в аккумулятор. Таким способом можно аккумулировать энергию торможения для дальнейшего ее использования. Недостаток всех аккумуляторов состоит в том, что любой из них (жидкостный, инерционный или электрический) имеет ограниченную емкость, и если аккумулятор заряжен, он больше не может накапливать энергию, и ее избыток должен быть сброшен (например, преобразован в теплоту) так же, как и в автомобиле без аккумулирования энергии. В случае гидростатического привода эта проблема решается применением редукционного клапана 10, который при наполненном аккумуляторе перепускает масло в бак.

У городских маршрутных автобусов благодаря аккумулированию энергии торможения и возможности зарядки жидкостного аккумулятора во время остановок двигатель можно было бы отрегулировать на меньшую мощность и при этом обеспечить соблюдение необходимых ускорений при разгоне автобуса. Такая схема привода позволяет экономично реализовать движение в городском цикле, ранее описанное и изображенное на рис. 6 в статье «Аккумулирование энергии при торможении и гибридные приводы».

Гидростатический привод можно удобно скомбинировать с обычной зубчатой передачей. В качестве примера приведем комбинированную трансмиссию автомобиля. На рис. 3 дана схема такой трансмиссии от маховика двигателя 1 к редуктору 2 главной передачи. Крутящий момент через цилиндрическую зубчатую передачу 3 и 4 подводится к поршневому насосу 6 с постоянным объемом. Передаточное отношение цилиндрической передачи соответствует IV—V передачам обычной механической коробки передач. При вращении насос начинает подавать масло в тяговый гидродвигатель 9 с регулируемым объемом. Наклонная регулирующая шайба 7 гидродвигателя соединена с крышкой 8 корпуса трансмиссии, а корпус гидродвигателя 9 соединен с ведущим валом 5 главной передачи 2.

Рис. 3. Комбинированная гидростатическая передача автомобиля:
1 — маховик; 2 — редуктор главной передачи; 3 и 4 — шестерни цилиндрической зубчатой передачи; 5 — вал-шестерня главной передачи; 6 — гидронасос постоянного объема; 7 — регулирующая шайба тягового гидродвигателя; 8 — крышка корпуса трансмиссии; 9 — тяговый гидродвигатель с регулируемым объемом.

При разгоне автомобиля шайба гидродвигателя имеет наибольший угол наклона и масло, нагнетаемое насосом, создает большой момент на валу. Помимо этого на вал действует и реактивный момент насоса. По мере разгона автомобиля наклон шайбы уменьшается, следовательно, уменьшается и крутящий момент от корпуса гидродвигателя на валу, однако давление масла, подаваемого насосом, увеличивается и, следовательно, возрастет и реактивный момент этого насоса.

При уменьшении угла наклона шайбы до 0° насос гидравлически блокирован и передача крутящего момента от маховика к главной передаче будет осуществляться только парой шестерен; гидростатический привод будет выключен. Это улучшает КПД всей трансмиссии, так как гидродвигатель и насос отключены и вращаются в заблокированном положении вместе с валом, с КПД, равным единице. Кроме того, исчезают износ и шум гидроагрегатов. Этот пример — один из многих, показывающих возможности применения гидростатического привода. Масса и размеры гидростатической передачи определяются величиной максимального давления жидкости, которое в настоящее время достигло 50 МПа.

Опубликовано 21.02.2014

Читайте также

  • Плазменное зажигание

    Плазменное зажигание может обеспечить гарантированное зажигание бедных топливовоздушных смесей, использование которых в двигателе позволяет экономить топливо.

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 22 - 23 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru

Комментарии

icarbio.ru

Гидростатический двигатель | Банк патентов

Полезная модель относится к двигателям, предназначенным для образования энергии гидравлического давления воды в механическую.

Известные гидравлические турбины и роторные двигатели (Гидротехника под ред. В.И.Обрезкова для студ.ВУЗов. Москва. Энергоатомиздат, 1988. 2-е изд-е, стр.94) предназначены для преобразования энергии потока воды под значительным напором.

С увеличением напора возникает явление кавитации: в зоне высоких скоростей воды в проточной части гидротурбины с последующим их заклиниванием и сопутствующим этому разрушением металла гидротурбины. Поэтому с ростом напора оптимальный коэффициент быстроходности уменьшается, что является ограничениями к применению гидротурбины.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гидравлический двигатель (патент РФ, 2176767, F 03 В 17/02, 2001), который содержит питательную емкость, коленчатый вал с маховиком и опорами коренных подшипников, шатуны, гильзы цилиндров, расположенные ниже коленчатого вала, подводящие и отводящие трубы, впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с впускными и выпускными кулачками, имеющим кинематическую связь с коленчатым валом, направляющие стержни, установленные по оси гильз, поршни с кронштейнами и направляющими втулками, имеющие зазор между гильзой и поршнем без уплотнения. Так же двигатель оснащен дополнительными питательными трубами, соединенными с питательной емкостью и цилиндром по его высоте и периметру имеющими впускные клапаны с приводом от распределительного вала.

Для получения необходимой мощности в известном двигателе используется достаточно сложная система создания подъемной силы и скорости движения поршня: требуется увеличение высоты гильзы, установка дополнительных питательных труб с клапанами и кулачками распределительного вала. Кроме того, для наполнения водой гильзы до уровня верхней образующей поршня требуется определенное время, наблюдается неравномерность давления. А именно: во взятом для сравнения гидравлическом двигателе сила давления воды действующая на поршень уменьшается по мере подъема поршня, так как на поршень действует выталкивающая сила сообщающихся сосудов. По мере подъема поршня, разница уровней воды в сообщающихся сосудах уменьшается и соответственно по правилу сообщающихся сосудов сила давления воды на поршень уменьшается.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения КПД двигателя, увеличение его мощности за счет использования всей потенциальной энергии давления воды. Для достижения этого технического результата гидростатический двигатель содержит накопительную емкость, подводящие клапаны, поршни, шатуны, цилиндры, силовой вал, маховик.

Отличительными признаками предлагаемого гидростатического двигателя от указанного выше является выполнение цилиндров с отверстиями по периметру для слива воды. Роль выпускного клапана выполняет сливное кольцо с отверстиями по периметру, составляющие вторую стенку цилиндра. Поршни соединены между собой тягами от направляющих шатунов с распределительным коромыслом. За счет применения коромысла в распределительной системе, силы, затрачиваемые на стопорение и расстопорение, то есть открытие и закрытие перепускных клапанов на противоположных цилиндрах тяготеют к уравновешиванию, а значит, сводятся к минимуму силы, затрачиваемые на распределительную систему. Далее в предлагаемом двигателе по мере движения поршня вниз давление воды на поршень относительно увеличивается, так как высота столба воды увеличивается. Распределительные шестерни регулируют работу клапанов. Для увеличения динамики вращения маховика предусмотрена обгонная муфта.

Такая конструкция гидростатического двигателя позволяет использовать всю потенциальную энергию давления воды и увеличивать ее, используя эффект гидростатического парадокса, когда сила давления воды на поршень равна: - площадь поверхности поршня умноженная на высоту подводящего канала. Причем сила давления на поршень не зависит от диаметра подводящего канала.

Поршни принимают давление воды через подводящие каналы из накопительной емкости и предают его на силовой вал, например, коленчатый. По такому принципу можно создать систему гидростатических поршневых пар, передающих усилие на единый силовой вал, например, коленчатый. При этом необходимо предусмотреть нечетное количество поршневых пар, находящихся в разных угловых моментах их одновременного положения. В этом случае исключается одновременное совпадение верхних мертвых точек (ВМТ) и нижних мертвых точек (НМТ) на поршневых парах.

Гидростатический двигатель может использовать всю потенциальную энергию давления спада воды как большой реки, так и малых рек, ручьев и увеличить эту энергию, используя эффект гидростатического парадокса. Для заявляемого гидростатического двигателя достаточно даже подъема воды на несколько метров, всего лишь улучшив судоходность реки. Для эффективной работы достаточно поднятия воды на два-три метра на ручьях и родниках, при этом плотины не обязательны. Можно использовать желоб, наполняющий водой накопительную емкость.

Предлагаемый гидростатический двигатель иллюстрируется чертежами:

на фиг.1, 2 схематично показано устройство и принцип действия гидростатического двигателя при разных положениях поршня. Фиг.3 р-р А-А фиг.1. Фиг.4 р-р Б-Б фиг.1.

Гидростатический двигатель содержит накопительную емкость 1, подводящие каналы 2, перепускной клапан 3, перепускной клапан 4, поршни 5, шатун 6, цилиндры 7, силовой вал (коленчатый вал) 8, маховик 9, обгонную муфту 10, отверстия для слива воды 11 цилиндра 7, сливное

кольцо 12 с отверстиями 13 по периметру сливного кольца 12, тяги 14 для перепускного клапана 3 и сливного кольца 12, распределительное коромысло 15, люфтовая распределительная шестерня 16, распределительная шестерня 17, тяга 18 для открытия перепускного клапана 4, Распределительная шестерня 19, тяга 20 открытия сливного кольца 12, распределительная тяга 21.

Гидростатический двигатель работает следующим образом. Вода из накопительной емкости 1 по подводящему клапану 2 через перепускной канал 3 поступает в цилиндр 7 и давит на поршень 5. Шатун 6 передает усилия силовому валу 8 на котором установлен маховик 9. К шатуну 6 прикреплена распределительная тяга 21, которая дает движение распределительному коромыслу 15. Увеличивает динамику вращения маховика обгонная муфта 10.

При движении поршня 5 вниз перепускной клапан 3 открыт. По достижении НМТ перепускной клапан 3 закрывается, сливное кольцо 12 открывается посредством тяги 14 и люфтовой распределительной шестерни 16, распределительной шестерни 17, тяги 18 перепускного клапана 4 и тяги 14 открытие сливного кольца 12.

В противоположном цилиндре по достижении НМТ перепускной клапан 3 открывается, сливное кольцо 12 открывается. Таким образом, когда в одном цилиндре происходит цикл рабочего хода, в другом цилиндре происходит слив воды. Чередуя подачу воды в цилиндры, посредством всей распределительной системы усилив давления воды, непрерывно передается силовому валу.

bankpatentov.ru


Смотрите также