Мощность и коэффициент полезного действия насоса. Кпд двигателя насоса


Мощность и коэффициент полезного действия насоса

Мощность — работа в единицу времени — применительно к насосам можно определять по нескольким соотношениям в зависимости от принятых единиц измерения подачи, давления или напора. Полезной мощностью называют мощность, сообщаемую насосом подаваемой жидкости. Если подача Q выражена в м3/с, а давление насоса — в Па, то полезная мощность Nп, кВт, составит

При массовой подаче QM выраженной в кг/с,

 Если напор насоса выражен в метрах столба перекачиваемой жидкости, то

 

 

 Для воды при температуре 20 °С и q = 9,81 м/с2

Если же подача воды выражена в м3/ч, а напор — в м вод. ст., то

Если мощность необходимо выразить в л. с, то ее вычисляют по следующей формуле:

Мощность насоса, т. е. мощность, потребляемая насосом, 

 где η — КПД насоса.Из формулы (2.46) видно, что КПД насоса представляет собой отношение полезной мощности к мощности насоса

Коэффициент полезного действия насоса учитывает гидравлические, объемные и механические потери, возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости. Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него, т. е. во всасывающем аппарате, рабочем колесе и нагнетательном патрубке. Гидравлические потери оценивают гидравлическим КПД насоса: 

 где Nn — полезная мощность насоса; Nг — мощность, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе.

Объемные потери возникают вследствие перетекания части жид кости из области высокого давления в область пониженного давления (во всасывающую часть насоса) и вследствие утечек жидкости через сальники. Объемные потери оценивают объемным КПД насоса

 где N — мощность, потерянная в результате перетекания жидкости и утечек.

 где Nм— мощность, затраченная на преодоление механических потерь.Механические потери слагаются из потерь на трение в подшип-никах, сальниках и разгрузочных дисках рабочего колеса, а также из потерь на трение наружной поверхности рабочего колеса о жидкость. Механические потери оценивают механическим КПД насоса.Коэффициент полезного действия насоса равен произведению гидравлического, объемного и механического коэффициентов полезного действия 

 и характеризует совершенство конструкции, а также качество изготовления насоса. КПД крупных насосов доходит до 0,92, а КПД малых насосов — до 0,6 — 0,7 и менее. Мощность двигателя, приводящего в движение насос, всегда больше мощности насоса. Если вал насоса соединен с валом двигателя с помощью муфты, то установочную мощность двигателя определяют по формуле

 где kдв — коэффициент запаса мощность двигателя.В зависимости от мощности двигателя N, кВт, и условий его работы следует принимать приведенные ниже коэффициенты запаса мощности:  

N<2 1,5
2<N<5 1,5—1,25
5<N<50 1,25—1,15
50<N<100 1,15—1,05
N>100 1,05

 

Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя определяют по выражению

 

где ηдв — КПД привода (или редуктора).Коэффициент полезного действия насосного агрегата, т. е. насоса, соединенного с двигателем, равен

где Na — мощность насосного агрегата; ηдв — КПД двигателя.

www.nasosinfo.ru

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса

Коэффициент полезного действия любого агрегата рассчитывается как отношение полезной производительной мощности к потребленной мощности от привода в процессе эксплуатации. Поскольку еще не изобретен такой привод, благодаря которому передача энергии осуществлялась бы без каких-либо потерь, то, и величина коэффициента полезного действия (КПД), в любом случае, никогда не будет равной 100%.

Нулевое значение КПД можно получить, если агрегат работает, а подача жидкости при нарастающем давлении не происходит из-за закрытого нагнетательного клапана. Либо в случае, когда клапан открыт, жидкость перемещается, а давления в системе нет.

Другими словами, коэффициент полезного действия любого насоса может меняться в зависимости от эксплуатационного режима его функционирования. Значительно отличается КПД насосов, отличающихся размерами и конструкционными особенностями.

Например, значение КПД насоса, оснащенного мокрым ротором от 5 до 50%, с сухим ротором от 30 до 80%. Значение коэффициента полезного действия выпускаемых сегодня крупных насосов при максимальной нагрузке 90-92%, малых насосов 60-75%.

При расчете коэффициента полезного действия насосов необходимо учитывать все потери, которые возникают при передаче энергии привода к перекачиваемой жидкости. Их целесообразно разделять на механические, гидравлические и объемные.

Гидравлические потери складываются из вихревых потерь и потерь при трении жидкости о направляющие ее поверхности. В случае внезапного расширения сечения трубопровода, либо из-за резкого поворота потока, либо при скачкообразном отклонении режима работы насоса от предельно допустимых значений, возникают вихревые потери.

Потери трения пропорциональны квадрату средней скорости течения жидкости и в значительной степени зависят от габаритов и наличия неровностей на стенках проточной системы. К механическим относятся дисковые потери, возникающие при трении вращающихся деталей (рабочих колес и вала) о жидкость и потери от трения в сальниковых подшипниках.

Объемные потери возникают, когда часть жидкости, на перекачивание которой уже была затрачена энергия, из-за зазоров между рабочим колесом и неподвижными деталями корпуса насоса не поступает к выходному клапану, а возвращается во всасывающий трубопровод обратно.

ence-pumps.ru

3.9 Мощность и кпд центробежных насосов

Потребляемая мощность насосной установки расходуется следующим образом:

,

где – полезная мощность, т.е. мощность потока жидкости, выходящего из насоса;

–действительная подача насоса, м/с;

H – действительный напор насоса, м;

–потери мощности на гидравлические сопротивления при движении через проточную часть насоса.

Потери мощности на гидравлические сопротивления оцениваются гидравлическим КПД, определяемый по формуле

или .

где – потери мощности на утечки через контактные и щелевые уплотнения устройства для уравновешивания осевого усилия.

Потери мощности на утечки оцениваются КПД подачи, определяемый по формуле:

,

где – потери мощности на механическое трение в подшипниках, уплотнительных устройствах и дисковые потери, они оцениваются механическим КПД:

.

Полный КПД насоса представляет собой отношение полезной мощности к мощности на валу насоса и учитывает все виды потерь:

.

Полный КПД дает оценку всем потерям мощности. Для современных насосов полный КПД при оптимальном режиме равен 0,7÷0,9. Мощность на валу насоса имеет переменное значение в зависимости от подачи. Поэтому при выборе двигателя необходимо знать условия оптимального режима и возможные отклонения от расчетного. Мощность двигателя равна

, где – КПД двигателя.

Малые значения коэффициента перегрузки выбираются для насосов большой мощности, а большие – для малых насосов.

3.10 Характеристики центробежного насоса

Для рационального подбора центробежных насосов применительно к конкретным условиям необходимо знать зависимость действительного напора, потребляемой мощности и КПД от подачи. Графическое выражение зависимости напора Н, потребляемой мощности N и КПД насоса от подачиQ при постоянной частоте вращения называют комплексной рабочей характеристикой насоса.

Для установления связи насоса с подачейQ сделаем следующие выкладки.

При бесконечном числе лопаток радиальная скорость

,

где - расход при бесконечном числе лопаток;- ширина рабочего колеса на выходе.

Из треугольника скоростей имеем .

Ранее имели .

Полученное выражение представляет собой линейную зависимость оти на графике выражает прямую линию 1 (рисунок 3.17).

Рисунок 3.17

При этом для лопаток, загнутые назад , зависимость теоретического напора приот расхода изображается прямой линией координатах, отсекающей на оси ординат отрезок, а на оси абсцисс отрезок.

При .

При .

При радиальном выходе из колеса напор

.

При второй член в скобках меняет знак на плюс, поэтому в этих случаях прямая восходящая.

Ранее было получено .

Множитель для насоса данной конструкции является постоянной величиной (как следует из формул Проскура и Пфлейдерера), поэтомубудет отличаться отна одну и ту же величину. Поэтому теоретическая характеристикас учетом конечного числа лопаток 2 будет размещаться ниже (параллельно).

При перекачке реальной жидкости, обладающей вязкостью, действительные рабочие характеристики будут отличаться от теоретических на величину потерь напора в колесе насоса. Действительные рабочие характеристики ,, центробежных насосов получают на заводских испытательных стендах при постоянной частоте вращения вала насоса, изменяя подачу насоса путем дросселирования задвижкой напорного патрубка. На рисунке показано, что напорные характеристики у центробежных насосов могут быть двух видов: нисходящие 3, когда максимальной напор соответствует нулевой подаче и с восходящим участком , когда максимальный напор наступает при некоторой отличной от нуля подаче.

Потребляемая мощность насоса возрастает с увеличением подачи от доN, причем угол наклона характеристики 4 зависит от конструкции насоса.

Характеристика 5 с изменением подачи растет от нуля до максимального значения и затем падает до нуля при максимальной подаче.

При работе центробежных насосов действительная характеристика отличается от теоретического на величину потерь напора в каналах колеса.

Комплексная характеристика центробежного насоса позволяет определить оптимальные параметры его работы. Насосы стремятся использовать при таких параметрах, когда имеет свое максимальное значение, напор, мощность, подача при максимальном КПД являются оптимальными.

Для построения характеристики используют характеристикии, по известным значениям Q и Н находят полезную мощность:

.

Отношение в данной точке графика дает значениедля этой точки.

Разность напоров между теоретической и действительной напорными характеристиками невозможно оценить теоретически, т.к. гидродинамические процессы, происходящие в насосе, весьма сложны. Потери напора связаны с большим числом параметров, которые не удается оценить (удар на входе в рабочее колесо, удар на выходе из него, гидравлические потери на стенках проточных каналов, вихреобразование и т.д.).

В целях практической оценки влияния вязкости жидкости на работу лопастных гидромашин можно применить эмпирическую формулу

,

где - коэффициент насоса на вязкость (для центробежных насосов с,, здесь- разность между внешним и внутренним радиусами колеса,- отношение площади поперечного сечения проточной части на выходе из колесак смоченному периметру этой площади).

studfiles.net

5.11 Мощность и кпд поршневого насоса

Мощность, потребляемая насосом NДВ, расходуется на полезную мощность Nn и потери мощности на утечки через неплотности ∆NY, на гидравлические сопротивления в клапанах, каналах насоса и участках трубопроводов до мест установки приборов давления ∆NГ, на механическое трение ∆Nмех уплотнениях, опорах, кривошипно-шатунном механизме, редукторе и др. (см.рисунок 5.25).

Рисунок 5.25

.

Полезная мощность равна

где Q, р, Н - подача, давление, напор, замеряемые соответственно расходомером, манометром М на нагнетании и мановакуумметром МВ на всасывании насоса с учетом их установки, а именно:

,

где р0 - давление окружающей среды;

(zH -zB) – расстояние между центрами тяжести установки приборов давления.

Если воспользоваться индикаторной диаграммой изменения давления в цилиндре, полученной расчетным или опытным путем (рисунок 5.23 или 5.27), то, определив среднее индикаторное давление, можно найти работу, совершаемую поршнем:

.

Тогда индикаторная мощность насоса определится

,

где F,S,n - площадь, длина хода и число двойных ходов поршня в секунду.

Так как идеальная подача однопоршневого насоса одностороннего действия

QТ= FSn, то индикаторная мощность такого насоса составит

.

Для насосов, имеющих много рабочих камер, индикаторная мощность определяется для каждой камеры отдельно и суммируется.

Важным показателем работы насоса является его КПД, который характеризует насос с точки зрения его конструкции, состояния, качества изготовления деталей и условий эксплуатации. Это есть отношение полезной мощности и потребляемой:

Если сравнить мощность полезную с индикаторной, то получим индикаторный КПД, дающий оценку эффективности работы гидравлической части насоса:

Известно, что потери мощности на утечки можно оценить объемным коэффициентом (коэффициентом подачи):

а потери мощности на гидравлические сопротивления - гидравлическим КПД:

поэтому индикаторный КПД равен

Сравнение индикаторной мощности с потребляемом позволяет оценить влияние механических потерь мощности, т.е. определить механический КПД

Таким образом, КПД насоса — это произведение индикаторного КПД на механический:

.

КПД поршневых насосов обычно составляет 0,6-0,85, нижний предел относится к малым насосам, более высокиеКПДимеют насосы больших размеров.

При выборе двигателя для приводных насосов учитываются потери мощности в передаче между двигателем и насосом, в самом двигателе, а также возможные перегрузки при отклонениях режима работы насоса от расчетного (коэффициент запаса выбирается для малых насосов 1.2 ÷1.5, а для больших —1.1 ÷1.5).

.

5.12 Испытание поршневого насоса

Испытание насоса производится с целью определения затрат мощности в отдельных частях насоса.

При испытании снимаются индикаторная диаграмма, показания мановакуумметра на всасывании и манометра на нагнетании, расходомера и по электроприборам фиксируется мощность, потребляемая двигателем.

Наибольший интерес представляет индикаторная диаграмма, по которой можно выявить неисправности, возникающие в гидравлической части насоса.

Для слияния диаграмм можно воспользоваться механическим индикатором давления.

Рисунок 5.26

На рисунке 5.26 представлена принципиальная схема механического индикатора, установленного на цилиндре насоса. Индикатор состоит из барабана 1, на который надевается бумага, и гидроцилиндра 2, присоединяемого к цилиндру насоса 4 через кран 3. При открытии крана давление из полости цилиндра насоса передается в гидроцилиндр индикатора, вызывая перемещение поршня последнего. Поршень индикатора на своем штоке имеет тарированную на определенное давление пружину 5 с рычагом, на конце которой крепится карандаш 6. Барабан тягой 7 соединен с одной из деталей насоса, движущейся возвратно-поступательно (шток 8), что приводит к возвратно-поступательному движению барабана, соответствующему ходу поршня.

На бумаге барабана прочерчиваются линии, равные или пропорциональные длине хода поршня при атмосферном давлении Р0 при открытом ранее З΄ и закрытом кране З и линии давления за два хода поршня РВ и РН при открытом кране З и закрытом кране З΄. Полученная таким путем индикаторная диаграмма имеет вид (рисунок 5.27), где рв, рн, рi - давления всасывания, нагнетания и индикаторное; fD — площадь диаграммы; l— длина диаграммы, равная или пропорциональная длине хода поршня S.

Рисунок 5.27

Чтобы определить среднеиндикаторное давление по диаграмме, надо знать постоянную пружины индикатора - масштаб диаграммы пo высоте т (мм=1кгс/см2).

.

На индикаторной диаграмме, полученной при испытании насоса в начале всасывания и нагнетания, фиксируется и т.п. неоднократные колебания клапанов, что вызывается изменением их гидравлического сопротивления при подъеме с седла и последующим свободным движением; при значительных давлениях линии подъема и падения давления не строго вертикальны из-за сжимаемости жидкости и выделения из нее пузырьков газа.

По виду индикаторной диаграммы можно установить различные неисправности в работе насоса. На рисунке 5.28 показаны диаграммы при работе насоса с различными неисправностями: 1 - насос вместе с жидкостью всасывает воздух, который сжимает по линии “a” в начале процесса нагнетания; 2 - в цилиндре имеется воздушный мешок, который сжимается по линии- “a” в начале процесса нагнетания и расширяется по линии “в” в начале процесса всасывания; 3 – пропускает всасывающий клапан; 4 – пропускает нагнетательный клапан; 5 – недостаточный (отсутствует) объем воздушной подушки пневмокомпенсаторов.

Рисунок 5.28

studfiles.net

Какие виды потерь учитывает КПД насоса? — Мегаобучалка

Работа 7

Какое назначение имеют насосы?

Перекачивание жидкостей, а так же для перемещения и создания напора в потоке жидкости любого вида, а также смеси жидкости с более твердыми веществами или сжиженными газами.

Как классифицируются насосы по принципу действия?

Объемный и динамический принцип действия.

В чем основное различие принципа работы динамических и объемных насосов?

В динамических насосах перекачка жидкости осуществляется за счет сил энергии и трения, а в объемных насосах за счет изменения объема рабочей камеры.

 

Остальные отличия объемных насосов от динамических.

1. Цикличность рабочего процесса. Порционность и пульсация подачи, являются следствиями этой цикличности. Подача объемного насоса осуществляется, а порции, причем каждая порция раавна полезному объему рабочей камеры.

2. Герметичность рабочей камеры насоса, т. е. постоянное отделение линии всасывания и нагнетания. По этой причине в объемных насосах довольно часто использую обратные клапаны, поршневые объемные насосы без таких клапанов работать не смогут.

3. Самовсасывание объемных насосов можно назвать следствием предыдущего свойства. Ввиду постоянного разделении линий всасывания и нагнетания объемные насосы способны создать разряжение во всасывающем трубопроводе, достаточное для подъема жидкости до уровня расположения насоса. Высота всасывания жидкости при этом не может быть больше предельной - определяющая высота которой - давление насыщенных паров.

4. Жесткость характеристик, что означает малую зависимость подачи насоса от развиваемого им давления, некоторое падение характеристики обуславливается лишь перетечками рабочей жидкости внутри рабочей камеры насос. Идеальная подача объемного насоса (в которой не учитываются перетечки - объемный КПД) не зависит от давления.

5. Независимость давления, создаваемого объемным насосом, от скорости движения рабочего органа (например, поршня) и скорости жидкости. Динамические же насосы как правило, могут работать только на высоких скоростях движения рабочих органов.

Как классифицируются объемные насосы?

Объемные насосы

Существует несколько подтипов подобных устройств:- импеллерные насосы, также использующиеся в качестве дозаторов;- пластинчатые, которые обеспечивают довольно равномерное всасывание продукта. Работают подобные насосы за счет изменений в объеме рабочей камеры в результате эксцентриситета ротора и статора;- винтовые;- поршневые, в которых может создаваться довольно высокое давление. Такие насосы не пригодны для работы с абразивными жидкостями;- перистальтические насосы, обладающие свойствами химической инерции и невысоким давлением;- мембранные;- импеллерные или ламельные насосы, чаще всего используемые в пищевой промышленности.

5. По каким признакам классифицируются роторные насосы?

По характеру движения рабочих органов

По направления перемещения жидкости

По виду зацепления

По числу винтов

По виду рабочих органов

По кратности действия

По углу ротора с рабочими органами

6. Дайте определение и аналитическое выражение основных параметров работы насосов: объемной подачи, напора, давления, мощности, полезной мощности, КПД, допустимой вакуумметрической высоты всасывания, кавитационного запаса.

Н а п о р представляет собой разность удельных энергий жидкости в сечениях после и до насоса, выраженную в метрах. Напор, создаваемый насосом, определяет предельную высоту подъема или дальность перекачки жидкости.

П о д а ч а, т. е. объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, измеряется обычно вл/с или м3/ч.

М о щ н о с т ь, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную мощность насосной станции.

Полезная мощность- количество энергии, необходимое для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь.

Давле́ние — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

КПД- учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности)

допустимая Вакуумметрическая высота всасывания, максимальная высота при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных параметров.

Кавитационный запас - это величина, необходимая для того, чтобы сохранять нужный уровень давления в жидкости для избегания возникновения кавитации.

Какой вид энергии преимущественно сообщает жидкости насос?

Механический вид энергии.

Какие виды потерь учитывает КПД насоса?

учитывает все виды потерь(гидравлические, механические, объемные), связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости.

9. Назовите основные режимы работы насоса?

Различают четыре основных режима работы насосных установок :1) неравномерный режим.2) равномерный режим.3) повторно-кратковременный режим.4) переменный режим.

10. Что называется рабочим объемом объемного насоса и чему он равен? Какие объемные насосы называются регулируемыми?

Рабочий объём — объём рабочей жидкости, нагнетаемой объёмным насосом или расходуемой объёмным гидромотором за один цикл работы гидромашины (например, за один оборот вала)

Vo = Vк*i

где Vк - изменение объема одной рабочей камеры; i— количество камер.

Регулируемыми называют насосы, в которых предусмотрена возможность изменения объема рабочей камеры.

megaobuchalka.ru

Способ определения коэффициента полезного действия (кпд) насоса

 

Способ определения КПД насоса относится к гидромашиностроению, авиационно-космической технике и может быть использован для экспериментального определения КПД насосов. Способ заключается в том, что с помощью исследуемого насоса прокачивают фиксированный объем рабочего тела через теплоизолированный замкнутый гидравлический контур с регулируемым дросселем и расширительным бачком. В каждом испытании измеряют перепад давления на насосе и температуру рабочего тела на входе в насос в течение фиксированного промежутка времени. При этом КПД исследуемого насоса вычисляют по расчетной формуле с учетом предварительного определения значений: гидравлического сопротивления замкнутого гидравлического контура, массы рабочего тела в объеме контура, массы материала замкнутого гидравлического контура, также в каждом испытании измеряют частоту вращения вала исследуемого насоса. Изобретение направлено на упрощение системы измерения стендов для испытания насосов, повышение точности определения КПД насосов и обеспечение возможности проведения диагностики насосов различного типа в процессе эксплуатации без демонтажа с объектов. 1 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, авиационно-космической технике и может быть использовано для экспериментального определения КПД насосов.

Известен “Способ диагностики объемных гидромашин” (патент РФ 2027907 от 29.08.91), в котором измеряют перепад давления в линиях высокого и низкого давления гидромашины, измеряют разность температур рабочей жидкости между потоком утечек и потоком в линии низкого давления, определяют величину расхода в одном из потоков, который объединяют с потоком утечек, контролируют температуру рабочей жидкости. Для определения общего и объемного КПД гидромашины определяют величину расхода утечек, вычисляемую из условия теплового баланса потока, поступающего к гидромашине, и потока, поступающего на слив после объединения с потоком утечек.Недостатком данного способа является необходимость применения дополнительного насоса для восполнения расхода рабочей жидкости гидромашины, конструктивная сложность организации отбора расхода утечек рабочей жидкости в условиях эксплуатации гидравлических машин, низкая точность косвенного определения величины расхода избыточного расхода рабочей жидкости дополнительного насоса и величины расхода рабочей жидкости гидромашины на основе использования уравнений теплового баланса смешиваемых потоков рабочей жидкости.Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является “Способ диагностирования технического состояния насоса” (авт. св. СССР 1513196 от 17.10.86), в котором измеряют перепад давлений на насосе, температуру жидкости на входе в насос, производят прокачивание фиксированного объема жидкости через байпасную магистраль с регулируемым дросселем, устанавливают одинаковыми перепад давления и количество циклов прокачивания. В качестве диагностического параметра принимают прирост температуры на входе в насос после заданного числа циклов прокачивания.Основным недостатком данного способа является то, что диагностирование ведется без учета теплоотвода в окружающую среду, что снижает точность диагностирования, при этом параметр диагностирования, прирост температуры не отражают напрямую главную энергетическую предлагаемого технического решения характеристику насоса - его КПД.Задачей изобретения является повышение точности определения КПД насоса с возможностью проведения испытаний непосредственно в процессе его эксплуатации без демонтажа с объекта и упрощение системы измерения испытательных стендов.Для решения данной технической задачи в известном способе определения коэффициента полезного действия (КПД) насоса, заключающемся в том, что по замкнутому гидравлическому контуру с помощью исследуемого насоса прокачивают фиксированное количество рабочего тела, измеряют перепад давления на насосе и температуру рабочего тела на входе в насос в течение фиксированного промежутка времени, новым является то, что замкнутый гидравлический контур теплоизолируют, определяют гидравлическое сопротивление замкнутого гидравлического контура, массу рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура, массу материала замкнутого гидравлического контура, также в процессе испытания измеряют частоту вращения вала насоса, а КПД исследуемого насоса определяют по формуле: где П - техническая характеристика замкнутого гидравлического контура;р - перепад полного давления на насосе, Па;Т - подогрев рабочего тела, град, Т=Ткон-Тнач;t - время проведения испытаний, с, t=tкон-tнач;индексы - "кон" и "нач" - соответствуют измеряемым параметрам в моменты начала и окончания испытания насоса; при этом П определяют по формуле: где F2 - площадь сечения выходного патрубка исследуемого насоса, м2; - коэффициент гидравлического сопротивления замкнутого гидравлического контура;рж - плотность рабочего тела, кг/м3;Мж - масса рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура, кг;Срж – теплоемкость рабочего тела, Дж/кгград;Мтр - масса материала замкнутого гидравлического контура, включая корпус насоса, кг;Сртр – теплоемкость материала, из которого изготовлены элементы замкнутого гидравлического контура, Дж/кгград.На чертеже изображена схема замкнутого гидравлического контура с исследуемым насосом, реализующего предлагаемый способ определения КПД насоса.Замкнутый гидравлический контур 1 содержит исследуемый насос 2, входной патрубок 3, выходной патрубок 4, регулируемый дроссель 5, расширительный бачок 6. На входном патрубке 3 установлен датчик 7 температуры (Т) и штуцер 8 отбора давления рабочего тела со входа в насос 2. На выходном патрубке 4 установлен штуцер 9 для отбора давления рабочего тела с выхода насоса 2. К штуцеру 8 и штуцеру 9 подключен датчик 10 дифференциального давления для измерения перепада полного давления (р) на насосе 2. Замкнутый гидравлический контур 1 имеет краны 11 и 12. Кран 11 служит для заполнения замкнутого гидравлического контура 1 фиксированным объемом рабочего тела, а кран 12 - для слива рабочего тела из замкнутого рабочего контура 1. На валу насоса 2 установлен датчик 13 частоты вращения. Выходные электрические сигналы датчика 7 температуры, датчика 10 дифференциального давления и датчика 13 частоты вращения вала насоса 2 поступают на вычислительное устройство 14, управляемое задатчиком 15 времени. Замкнутый гидравлический контур 1 вместе с корпусом насоса 2, с входным 3 и выходным 4 патрубками, с корпусом регулируемого дросселя 5, с корпусом расширительного бачка 6 покрыты теплоизоляционным материалом 16.Способ определения КПД насоса осуществляется следующим образом.Путем автономной проливки замкнутого гидравлического контура 1 рабочим телом от штуцера 9 отбора давления с выхода из насоса 2 до штуцера 8 отбора давления со входа в насос 2 определяют коэффициент гидравлического сопротивления (*) замкнутого гидравлического контура 1. Замкнутый гидравлический контур 1 подсоединяют к исследуемому насосу 2. Путем взвешивания определяют массу (Мтр) замкнутого гидравлического контура 1, включая массу насоса 2. С помощью кранов 11 и 12 заполняют замкнутый гидравлический контур 1 и исследуемый насос 2 фиксированным объемом рабочего тела. Определяют массу рабочего тела (Мж) в объеме замкнутого гидравлического контура 1. Вычисляют техническую характеристику (П) замкнутого гидравлического контура 1 по формуле: где ж, Срж, Сртр - табличные значения соответственно: плотности и теплоемкости рабочего тела, а также теплоемкости материала, из которого изготовлены элементы замкнутого гидравлического контура; - коэффициент гидравлического сопротивления замкнутого гидравлического контура;F2 - площадь сечения выходного патрубка исследуемого насоса, м2;Мтр - масса замкнутого гидравлического контура, включая массу исследуемого насоса, кг;Мж - масса рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура, кг.Найденные значения , Мж, Мтр и П заносят в “Паспорт” замкнутого гидравлического контура.Определив техническую характеристику (П) замкнутого гидравлического контура, последний теплоизолируют, включая корпус насоса 2, регулируемый дроссель 5 и расширительный бачок 6, теплоизоляционным материалом 16. После проведения указанных операций включают привод исследуемого насоса 2. Момент выхода насоса 2 на стационарный режим работы фиксируется задатчиком 15 времени как начальный момент (tнaч). При этом задатчиком 15 времени подается команда на включение вычислительного устройства 14 в режим непрерывной регистрации выходных сигналов с датчика 7 температуры, датчика 10 дифференциального давления и датчика 13 частоты вращения вала насоса 2. Через заданный промежуток времени t в момент tкон (t=tкон-tнач) по сигналу задатчика 15 времени вычислительное устройство 14 выводит на экран монитора определенное в темпе проведения испытания значение КПД исследуемого насоса 2, вычисляемое по формуле: ,где р - осредненное за время t значение перепада полного давления на исследуемом насосе;Т=Ткон-Тнач - подогрев рабочего тела на входе в насос за время t.Длительность t испытания насоса задается из условия обеспечения надежного измерения подогрева рабочего тела Т и определяется точностью применяемых при исследовании насоса средств измерения.При испытании исследуемого насоса происходит нагрев рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура за счет тепловыделения в каналах насоса и в элементах замкнутого гидравлического контура. Причем темп нарастания T/t оказывается обратно пропорционален КПД насоса, который, в свою очередь, определяется техническим состоянием насоса. Теплоизоляция замкнутого гидравлического контура совместно с корпусом насоса позволяет практически избежать теплоотвода из системы в окружающую среду и тем самым повысить точность определения КПД насоса. Расширительный бачок в системе замкнутого гидравлического контура обеспечивает нормальную работу насоса при испытании и предотвращает увеличение давления в замкнутом гидравлическом контуре за счет термического расширения рабочего тела при подогреве. Если измеренное в данном испытании значение КПД насоса окажется ниже допустимого значения при зафиксированной в ходе испытания частоте вращения вала насоса, то это свидетельствует о необходимости прекращения эксплуатации насоса.Применение предлагаемого способа определения КПД насоса существенно упрощает системы измерения стендов для испытания насосов, повышает точность определения КПД насосов, а также дает возможность проводить диагностику насосов различного типа в процессе эксплуатации без демонтажа с объектов.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента полезного действия (кпд) насоса, заключающийся в том, что по замкнутому гидравлическому контуру с помощью исследуемого насоса прокачивают фиксированное количество рабочего тела, измеряют перепад давления на насосе и температуру рабочего тела на входе в насос в течение фиксированного промежутка времени, отличающийся тем, что замкнутый гидравлический контур теплоизолируют, определяют гидравлическое сопротивление замкнутого гидравлического контура, массу рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура, массу материала замкнутого гидравлического контура, также в процессе испытания измеряют частоту вращения вала насоса, а кпд исследуемого насоса определяют по формуле где П - техническая характеристика замкнутого гидравлического контура;р - перепад полного давления на насосе, Па;Т - подогрев рабочего тела, град, Т=Ткон-Тнач;t - время проведения испытаний, сек, t=tкон-tнач;индексы - "кон" и "нач" - соответствуют измеряемым параметрам в моменты начала и окончания испытания насоса, при этом П определяют по формуле где F2 - площадь сечения выходного патрубка исследуемого насоса, м2; - коэффициент гидравлического сопротивления замкнутого гидравлического контура;ж - плотность рабочего тела, кг/м3;Мж - масса рабочего тела в объеме замкнутого гидравлического контура, кг;Срж – теплоемкость рабочего тела, Дж/кгград;Мтр - масса материала замкнутого гидравлического контура, включая корпус насоса, кг;Сртр – теплоемкость материала, из которого изготовлены элементы замкнутого гидравлического контура, Дж/кгград.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Мощность и коэффициент полезного действия насоса

Полезную, или теоретическую, мощность насоса N (кВт) определяют как произведение весовой подачи на напор:

где pg— удельный вес жидкости, Н/м3; Q— объемная подача насоса, м/с; H— напор, развиваемый насосом, м.

Полезная (или теоретическая) мощность насоса Nп всегда меньше затрачиваемой мощности или мощности, подводимой к валу насоса N, так как в насосе неизбежно возникновение потерь энергии:

Общие потери (гидравлические, объемные и механические), возникающие при передаче энергии перекачиваемой жидкости, учитывает полный коэффициент полезного действия.

Гидравлическими потерями называют потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до … выхода из него. Эти потери энергии учитываются гидравлическим КПД

где ͗ требуемый напор насоса; h— потери напора внутри насоса.

В современных насосах КПД = 0,8…0,95.

Объемными потерями называют потери энергии, возникающие в результате утечки жидкости из нагнетательной части насоса во всасывающую. Например, через рабочее колесо выходит жидкость в количестве Qк, основная часть которой по ступает в напорный патрубок насоса, а другая часть возвращается на всасывание через зазоры в уплотнении между корпусом насоса и колесом. При этом теряется часть энергии. Эти потери оценивают объемным КПД насоса:

где Q — подача насоса; Qк — расход жидкости, проходящей через колесо насоса, в современных насосах 0,9…0,98.

Потери энергии, возникающие вследствие трения в подшипниках, сальниках, а также вследствие трения наружной поверхности рабочего колеса о жидкость, называют механическими потерями. Эти потери учитываются механическим КПД:

где N— мощность, подводимая к валу насоса; Nтр — потери мощности на преодоление сопротивления трения.

Механический КПД может составлять 0,95…0,98. Полный КПД насоса представляет собой произведение всех трех коэффициентов полезного действия:

и характеризует совершенство конструкции насоса и степень его изношенности.

Максимальный КПД крупных современных насосов достигает 0,9 и более, а КПД малых насосов может составлять 0,6…0,7.

На КПД насоса влияет коэффициент быстроходности. Общий характер этого влияния показывают кривые, приведенные на рис. из которых следует, что максимальные КПД соответствуют диапазону ns = 140…220 об/мин, причем существенное влияние оказывает подача Q, т. е. размер насоса. С ростом подачи Q увеличивается и КПД насоса.

Влияние быстроходности на характеристики (а)

При непосредственном соединении вала насоса с валом электродвигателя мощность Nдв (кВт) электродвигателя

где ʗ коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя; при мощности двигателя до 2 кВт рекомендуется принимать коэффициент К равным 1,5; от 2 до 5 кВт— 1,5…1,25; от 5 до 50 кВт- 1,25.. 1,15; от 50 до 100 кВт-1,15…1,05; более 100 кВт- 1,05.

Если вал насоса соединен с валом двигателя редуктором или ременной передачей, то мощность двигателя Nдв = KN/h пр , где h пр— КПД привода или редуктора.

refac.ru