Коэффициент быстроходности в цнс

Сравнительной характеристикой лопастных насосов считают коэффициент быстроходности. Он характеризует конструктивные особенности серии подобных насосов и делает возможным подбор насосов в заданных условиях.

При заданной частоте вращения коэффициент быстроходности увеличивается с ростом производительности Q и уменьшением напора H.

Коэффициент быстроходности – важный показатель, характеризующий тип насоса, который одновременно учитывает три основных показателя насоса: подача, напор, частота вращения.

Для насосов с двусторонним входом жидкости в рабочее колесо принимается 0.5Q.

По коэффициенту быстроходности лопастные насосы классифицируются:

1. Тихоходные (ns = 50 – 100 об/мин);

2. Нормальные (ns = 100 – 200 об/сек);

3. Быстроходные (ns = 200 – 350 об/сек);

4. Диагональные (ns = 350 – 500 об/сек);

5. Пропеллерные (ns = 500 – 1200 об/сек).

Кавитация

Кавитация – процесс нарушения сплошности потока жидкости (холодное кипение жидкости), происходящей там, где местное давление понижается и достигает определенного критического значения. При этом наблюдается образование большого количества мельчайших пузырьков, наполненных паром, газом или смесями, выделившимися из жидкости.

Возникшие в результате понижения давления пузырьки увеличиваются в размере и уносятся потоком. При этом наблюдается местное повышение скорости движения жидкости вследствие стеснения поперечного потока жидкости выделившимися пузырьками газа или пара. Попадая в область более высокого давления, пузырьки разрушаются, при этом их разрушение происходит с большой скоростью, и поэтому сопровождаются местным гидравлическим ударом в данной микроскопической зоне. Появление кавитации при работе насоса можно обнаружить по характерному потрескиванию в области всасывания, шуму и вибрациям. Сопровождается как механическим, так и химическим разрушением (коррозия) под действием кислорода и других газов выделившихся из жидкости в области пониженного давления. Приводит к разбалансировке насоса, уменьшению ресурса работы.

Кавитационному разрушению наиболее подвержены: чугун и углеродистая сталь. Устойчивы: нержавеющая сталь и бронза.

При кавитации снижается КПД, напор, мощность.

Для безкавитационной работы насоса необходимо обеспечить следующие условия:

1. Что бы в пределах проточного тракта абсолютное давления было выше ДНП (давление насыщенных паров);

2. Для создания нормальных условий все центробежные насосы работают с необходимым кавитационным запасом, то есть на входе насоса создается дополнительное давление (подпор) сверх давления ДНП. Это достигается путем: заглубления насосов (геометрический подпор), подпорных насосов, слабоизогнутые лопатки рабочего колеса.

Способы устранения кавитации:

1. Создание подпора на входе в насосный агрегат;

2. Понизить обороты электродвигателя (при использовании ЧРП);

3. Регулирование давления на выходе насосных агрегатов (прикрыть выходную задвижку).

Коэффициент запаса в зависимости от конструкции, типа и назначения насоса принимают в пределах 1.1 – 1.6 кгс/см 2 .

Для увеличения давления на входе в рабочее колесо используют специальные устройства (предвключенное колесо винтового типа), лопатки проектируют в виде слабоизогнутых профилей со скругленными входными и выходными кромками, проходные сечения расширяющиеся, что снижает скорость потока и повышает давление в проточной части.

Осевая нагрузка на рабочее колесо ЦН и способы

Ее уравновешивания

Осевые нагрузки возникают только в центробежных насосах.

При работе насоса пространство между рабочим колесом и корпусом заполнено жидкостью под давлением, близким к давлению на выходе из рабочего колеса. На входе в рабочее колесо действует давление всасывания, поскольку эти давления различны силы давления жидкости на колесо справа и слева не одинаковы. Осевое давление даже для одноступенчатого насоса представляет (___), в результате которой в насосе может возникнуть ряд неполадок. Рабочее колесо может соприкасаться с корпусом и будет усиленно изнашиваться. При трении колеса о корпус повысится потребляемая мощность, снизится подача, начнут греться подшипники, которые воспринимают осевое давление.

Способы, применяемые для уравновешивания осевого давления:

1. Применение рабочего колеса с двусторонним симметричным подводом жидкости, в котором давление с одной стороны колеса уравновешивает давление с другой стороны колеса. Остаточные неуравновешенные силы воспринимают радиально-упорные подшипники насоса;

2. Просверливание разгрузочных отверстий в ступице рабочего колеса, в результате чего давление, действующее с обеих сторон в пространстве между уплотнением и валом, выравнивается;

3. В многоступенчатых насосах секционного типа уравновешивание производится с помощью гидропяты или диска. В многоступенчатых насосах спирального типа уравновешивают гидравлически – симметричное попарное расположение РК с подводом жидкости к ним с противоположных сторон.

где n — частота вращения, об/мин; Q — подача, м 3 /с; H— напор, м.

В этой формуле под напором Н для многоступенчатых насо­сов понимают напор, развиваемый одним колесом (ступенью). Если насос имеет рабочее колесо с двухсторонним входом, подставляют значение Q, равное половинной их подаче. Коэффициент быстроходности представляет собой наиболее полную гидравлическую характеристику центробежных насосов, позволяет классифицировать насосы не по одному какому-нибудь отдельному параметру (подаче, напору или частоте вращения), а по их совокупности и дает основание для сравнения различных типов насосов и выбора насоса, наиболее пригодного для работы в заданных условиях. Для лопастных насосов различных типов значения ns об/мин приведены ниже:

Центробежные бывают тихоходные 50…80, нормальные 80…150, быстроходные 350….500. У диагональных насосов коэф. быстроходности находится в пределах 350…500, а у осевых 500…1500.

Коэффициент быстроходности ns определяет и форму рабоче­го колеса насоса. В качестве примера рассмотрим колеса насосов различной быстроходности. Тихоходное колесо характеризуется тем, что выходной диаметр намного больше входного и колесо имеет относительно малую ширину. С увеличением быстроходности эта разница сокращается, ширина растет и далее коллесо переходит в диагональное и осевое.

Классификация насосов по конструкции и назначению.

При классификации лопастных насосов по конструкции учитывают следующие признаки: расположение оси вращения (вертикальное, горизонтальное), расположение и выполнение опор (консольное, с выносными или внутренними опорами и т. п.), количество колес (одно-, двух- и многоступенчатые), выполнение подвода и отвода (с полуспиральным или камерным подводом, с лопаточ­ным отводом и т. п.), наличие регулирования, конструкцию кор­пуса (с продольным разъемом, секционный и т. п.), погружен­ность под уровень, вид уплотнения (с мягким сальником, с торце­вым уплотнением и т. п.), конструкцию рабочего колеса (с открытым или закрытым рабочим колесом, поворотно-лопастная, с двухсторонним входом и т. п.), способность к самовсасыванию, герметичность, наличие конструктивного объединения с двигате­лем, систем обогрева или охлаждения, предвключенного шнека, назначение (для установки в скважине, капсуле и т. д.).

При классификации по назначению различают насосы: обще­го назначения (табл. ) для перекачки чистой воды с неболь­шим содержанием взвешенных частиц; для перекачки пульпы или грунта — землесосы, грунтовые и грязевые; для подачи воды из скважин — электропогружные с двигателем, находящимся под уровнем воды, и глубинные, у которых двигатель установлен над скважиной, а насос располагается в скважине под водой (от насоса к двигателю идет секционный вал, удерживаемый в на­правляющих подшипниках, установленных в крестовинах между секциями водоподъемных труб); для перекачки бензина, керосина или масел, химических веществ и др.

Насосы типа К и KM— это консольные насосы одноступенча­того типа с входом жидкости в рабочее колесо с одной стороны. Они имеют следующие характеристики: напор 8,8. 9,8 м, высоту всасывания до 8 м и подачу 4,5. 360 м /ч.

В зависимости от размера каждый насос имеет свою марку, в которой указаны диаметр входного патрубка, коэффициент быстроходности и тип насоса. Так, цифра 8 у консольного насоса марки 8К-18 означает диаметр входного патрубка (мм), уменьшенный в 25 раз, кон­сольный тип насоса обозначен буквой К, а число 18 — умень­шенный в 10 раз коэффициент быстроходности насоса.

Насосы типа НД— это одноколесные горизонтальные насосы с двухсторонним подводом жидкости в рабочее колесо. Существует три разновидности таких насосов: НДн (низкого напора), НДс (среднего напора) и НДв (высокого напора). Каждая из трех разновидностей имеет несколько размеров. Диаметр напорного патрубка (мм), уменьшенный (округленно) в 25 раз, указывается цифрой перед буквами в марке насоса. Высота всасывания у таких насосов не бывает выше 7 м.

Насосы типа НДн имеют подачу 1350. 5000 м3 /ч и напор от 10 до 32 м;

насосы типа НДс — подачу 216. 6500 м3 /ч и напор 18. 90 м,

насосы типа НДв подачу от 90 до 720 м3 /ч и напор 22. 104 м.

Насосы типа НМК, ЦНС, ЦННМ, ЦК— это многоступенчатые горизонтальные насосы, где подвод жидкости происходит с двух сторон в первое рабочее колесо. Эти насосы имеют несколько разновидностей с числом колес от 2 до 11. Напор у них до 2000 м и подача 3600 м3/ч.

К группе горизонтальных центробежных насосов относятся одноколесные насосы типа Д с подачей 380. 12 500 м3 /ч и напо­ром 12. 137 м, четырехступенчатые насосы типа М с подачей 700. 1200 м3 /ч и напором 240. 350 м трех- и пятиступенчатые насосы типа МД с подачей 90. 320 м /ч и напором 138. 725 м четырех- и шестиступенчатые секционные насосы типа НГМ с подачей 54. 90 м /ч и напором 102. 210 м.

Рассмотрим вертикальные центробежные и осевые насосы для перекачивания воды и чистых жидкостей.

Насосы типа НДсВ — их выпускают в двух типоразмерах 207 ДВ и 24 НДв. Это одноступенчатые вертикальные насосы сред­него напора с двухсторонним входом жидкости в рабочее колесо. Подача составляет 2700. 6500 м3 /ч, напор — 40. 79 м.

Насосы типа В — это самые крупные насосы, одноступенча­тые вертикальные с односторонним входом жидкости в рабочее колесо. Их выпускают с подачей от 3000 до 6500 м3 /ч, напором 18. 72 м нескольких типоразмеров.

Осевые насосы. Лопастные насосы, в которых жидкость дви­жется через рабочее колесо параллельно его оси, называют осе­выми.

Такие насосы предназначены для подачи больших коли­честв жидкости при относительно малых напорах. У осевых на­сосов поток жидкости, выходящей из каналов рабочего колеса, имеет вихревую, с закруткой структуру, и, попадая в неподвижные каналы выправляющего аппарата, он раскручивается, посте­пенно переходя в осевое направление.

Преимущества осевых насосов: простота и компактность кон­струкции. Компактность конструкции имеет решающее значение при больших подачах, а следовательно, и при больших диаметрах трубопроводов. Осевые насосы могут быть установлены на вертикальной, горизонтальной или наклонной трубе.

В осевых насосах жидкость, двигаясь поступательно, одновре­менно получает вращательное движение, создаваемое рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит направляющий аппарат, через который жидкость проте­кает перед выходом в напорный трубопровод.

Диагональные насосы. По конструкции диагональные насосы сходны с осевыми, основное отличие их состоит в форме рабо­чего колеса. Жидкая среда движется в рабочем колесе под углом к оси насоса (по диагонали), что и определяет название этих насосов.

Диагональный насос поворотно-лопастного типа с рабочим колесом диаметром 2 м (рис. ) рассчитан на напор 30 м. Лопасти рабочих колес могут иметь жесткое крепление и могут быть поворотными, т. е. их установка регулируется.

При проектировании насосов и компрессоров широко используют опытные данные, полученные при исследовании машин, аналогичных проектируемой (модели). При этом необходимо соблюдать законы подобия.

Важной величиной, определяющей подобие течения жидкости в насосе является коэффициент быстроходности nS.

Коэффициентом быстроходности называется число оборотов колеса насоса, подобного данному, который создаёт напор в 1 м при полезной мощности в 1 л.с. в режиме максимального КПД.

Нетрудно показать, что коэффициент быстроходности насоса с параметрами Q, H, n равен

Конструкция колеса в значительной степени зависит от коэффициента быстроходности.

В зависимости от величины nS рабочие колёса насосов условно разделяют на 5 типов:

1. Тихоходное колесо nS = 40-80 2,5

2. Нормальное колесо nS = 80-150 2

3. Быстроходное колесо nS = 150-300 1,5

4. Диагональное колесо nS = 300-600 1,2

5. Осевое или пропеллер-

ное колесо nS = 600-1200


При увеличении коэффициента быстроходности наблюдается возрастание относительной ширины лопасти рабочего колеса на выходе и уменьшение относительного наружного его, т.е. рабочее колесо преобразуется последовательно из радиального в осевое.

Анализируя формулу коэффициента быстроходности

можно видеть, что центробежный насос, предназначенный для работы с заданными Q и H, обладает тем большей быстроходностью, чем большее число оборотов сообщается его валу. Большие числа оборотов выгодны потому, что они обуславливают малые размеры и вес насоса и приводного двигателя. Следовательно, применение насосов высокой быстроходности экономически целесообразно.

При заданном числе оборотов коэффициент быстроходности тем выше, чем больше производительность и меньше напор. Поэтому насосы с высоким коэффициентом быстроходности являются низконапорными и высокопроизводительными.

Условия работы центробежного насоса на напорной стороне не ограничены (не регламентированы). Однако, по условиям работы на стороне всасывания могут быть установлены определённые ограничения, которые обусловлены возможностью возникновения во всасывающем тракте явления кавитации. Сущность кавитации заключается в образовании разрывов сплошности (каверн) в тех местах, где давление снижается до величины, соответствующей давлению насыщенного пара pн.п при данной температуре. В таких местах происходит быстрое вскипание жидкости, образование пузырьков пара. Так как давление в насосе не строго постоянно, то при переносе пузырька потоком в область повышенного давления происходит обратный процесс быстрой конденсации пара в пузырьках. При этом окружающие массы жидкости устремляются к центру пузырька, и в момент его ликвидации происходит резкий точечный удар. Истинные давления при кавитации, как показывают современные исследования, достигают сотен атмосфер. Если пузырёк пара находится на поверхности детали насоса, то удар приходится на эту поверхность, разрушая её.

Кавитация вредна не только разрушением металла, но также и потому, что у машины в режиме кавитации резко снижается КПД.

Работа насоса в режиме кавитации сопровождается шумом, треском и ударами.

Напишем уравнение закона сохранения энергии (Бернулли) для струйки жидкости АБ, движущейся от поверхности жидкости до входа в рабочее колесо.

где p и с – давление и скорость жидкости в точке Б;

Можно считать, что c0 = 0. Тогда


Рассмотрим уравнения сохранения энергии для относительного движения потока в точке Б и соседней точке В, расположенной с вогнутой стороны лопатки

называется коэффициентом кавитации. Тогда

При pв = pн.п. (н.п. – насыщенных паров) имеет место критическое состояние начала кавитации, а высота всасывания в этом случае называется критической Hвс = Hвс. кр. В этом случае уравнение (3) примет вид

критическая высота всасывания, при которой начинается кавитация.

Чтобы предупредить кавитацию, допустимая высота всасывания Hвс. доп. должна быть меньше Hвс. кр.

Запас в высоте принимается около 25%:

Последнее уравнение показывает, что допустимая высота всасывания существенно зависит от скоростей жидкости в рабочем колесе. Чем выше скорости, тем Hвс. доп. меньше.

Допустимая высота всасывания также существенно зависит от жидкости. Чем выше температура, тем больше pн.п. и тем Hвс. доп. меньше.

При высоких температурах жидкости Hвс. доп. может быть отрицательной, что указывает на необходимость расположения уровня всасывающей жидкости выше оси вала насоса.

Многоступенчатые центробежные машины

Напор, создаваемый колесом центробежной машины

Аналогичные соображения могут быть приведены и для газовых машин.

Таким образом, напор, создаваемый одним колесом центробежной машины, существенно ограничен прочностью рабочего колеса.

В промышленных установках часто требуется создание высоких давлений жидкости или газа. В таких случаях одноступенчатые центробежные машины оказываются недостаточными и их заменяют много ступенчатыми.


Многоступенчатая центробежная машина представляет собой ряд одноступенчатых машин, рабочие колёса которых сидят на общем валу и включены последовательно. Представление о такой машине даёт рис.


В тех случаях, когда центробежная машина при заданном напоре должна обеспечивать такую производительность, что размеры проточной части (например, ширина лопасти b2 на выходе) окажутся конструктивно неприемлемыми, для производительностей применяют параллельное соединение рабочих колёс. Принципиальная схема работы такой машины с четырьмя потоками представлена на рис.

При высоких напорах и больших производительностях находят применение центробежные машины многопоточного типа со ступенями давления. Такие машины состоят из 2-х или 4-х групп ступеней давления. В каждой группе ступени включены параллельно. В качестве примера соединения ступеней групп в смешанном типе центробежной машины на рис. приведена схема работы трёхступенчатой двухпоточной машины с симметричным расположением ступеней и их групп.


Уравновешивание осевой силы в центробежных машинах

В процессе работы колеса центробежной машины подвергаются действию поперечных (перпендикулярных к оси вала) и осевых (параллельных оси вала) сил.

Поперечные силы вызываются статической и динамической неуравновешенностью ротора машины, которые устраняются статической и динамической балансировкой.

При статической балансировке центр тяжести ротора проводится к оси расточки. При динамической балансировке производится операция совмещения оси инерции с осью расточки, т.е. приведение к нулю центробежного момента инерции.

При хорошей балансировке ротора поперечные силы незначительны и легко воспринимаются подшипниками машины.

Осевые силы в центробежных машинах возникают в результате разных по величине и направлению давлений, действующих на колесо с левой и правой стороны. Рассмотрим распределение осевых давлений на диски колеса центробежной машины.

При вычислении осевых сил, действующих на криволинейные поверхности рабочего колеса, надо рассматривать проекции этих поверхностей на плоскость, перпендикулярную оси машины (это следует из основных положений гидростатики).

Давления, действующие слева и справа в любой точке колеса, отстоящей на радиусы от R1 до R2 от оси, равны друг другу. Следовательно, равнодействующее давление = 0.

Давления, действующие на колесо слева и справа в точках, отстоящих от оси R0 и R1, не равны друг другу.

Среднее равнодействующее давление равно Pп.ср. и действует справа. Величина осевой силы

Кроме осевой силы P1 действует осевая сила P2, обусловленная динамическим давлением потока, входящего в колесо со скоростью c0

Осевая сила в многоступенчатых машинах может достигать большой величины и восприятие её упорными подшипниками затруднено. Только у машин малых размеров и при небольшом числе ступеней можно допустить восприятие осевой силы упорным подшипником.

Для уравновешивания осевой силы в центробежных машинах применяется несколько методов:


1. Двухсторонний подвод потока жидкости в рабочее колесо

Рабочее колесо с двухсторонним подводом жидкости не передаёт осевого усилия на вал, вследствие своей симметрии. Колёса такого типа широко применяются в одноступенчатых машинах.


В многоступенчатых машинах с чётным числом ступеней можно разместить колёса одинаковыми группами с подводом жидкости с разных сторон. В этом случае осевые силы,

создаваемые группами колёс, одинаковы по величине и противоположны по направлению и поэтому взаимно уравновешены.

Такой способ уравновешивания осевой силы является одним из лучших, т.е. обеспечивает надёжное и полное уравновешивание без снижения КПД


2) Выравнивание давления с обеих сторон колеса

Осевая сила P1 является результатом разности давлений перед колесом и за ним в пределах радиусом от R0 до R1. Если на задней стенке колеса по окружности радиусом R1 разместить уплотняющее кольцо 1, а в теле заднего диска просверлить отверстие, то давление перед колесом и за

1 – уплотнительные кольца ним будут уравновешены.

Метод прост и удобен, и поэтому широко применяется. Недостатки: неполное уравновешение и некоторое снижение объёмного и полного КПД за счёт перетекания через отверстия.

3) Применение разгрузочного диска (гидравлической пяты)


За последним колесом центробежной машины на валу жёстко крепится разгрузочный диск (пята) П. Давление P2 распространяется через зазор и действует на диск слева направо, т.е. в сторону, противоположную осевому усилию Р1. Полость А соединена со всасывающей полостью, и поэто-

му давление в ней равно Р1 и меньше, чем в полости Б.

Подбирая диаметр пяты, полностью уравновешивают осевую силу.

Такой способ уравновешивания широко применяется в много ступенчатых машинах (прост, надёжен).

Совместная работа насосов


Рис. Совместная работа насосов:

а) параллельное соединение; б) последовательное соединение

На практике иногда применяют параллельное или последовательное соединение насосов, работающих на данную сеть.

При параллельном соединении общую характеристику насосов получают сложением абсцисс каждого из насосов для данного напора. На рис. а показана характеристика двух одинаковых насосов, работающих параллельно. Совмещение характеристики сети с общей характеристикой насосов показывает, что рабочая точка В в этом случае соответствует производительности Q2 большей, чем производительность одного насоса Q1 (точка А). Однако общая производительность всегда будет меньше суммы производительностей насосов, работающих отдельно друг от друга, что связано с параболической формой характеристики сети. Чем круче эта характеристика, тем меньше приращение производительности. Поэтому параллельное включение насосов используют для увеличения производительности насосной установки, когда характеристика сети является достаточно пологой. Увеличение напора при этом незначительно.

При последовательном соединении насосов общую характеристику получают сложением напоров насосов для каждого значения производительности.

| следующая лекция ==>
Некоторые сведения из термодинамики и газодинамики компрессорного процесса | Расчет ступени центробежного компрессора

Дата добавления: 2016-02-04 ; просмотров: 7648 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Одни и те же значения подачи и напора могут быть получены в насосах с различной частотой вращения. Естественно, что конструкция рабочих колес и всех элементов проточной части насоса, равно как и их размеры, при этом меняются.

Для сравнения лопастных насосов различных типов пользуются коэффициентом быстроходности, объединяя группы рабочих колес по принципу их геометрического и кинематического подобия.

Коэффициентом быстроходности
насоса называется частота вращения другого насоса, во всех деталях геометрически подобного рассматриваемому, но таких размеров, при которых, работая в том же режиме с напором 1 м, он дает подачу 0,075 м 3 /с.

Численное значение коэффициента быстроходности можно определить, воспользовавшись формулами пересчета для однотипных насосов с рабочими колесами различных диаметров, работающих с переменной частотой вращения:


;


;


.

Применив эти формулы к данному насосу и геометрически подобному ему с рабочим колесом диаметром
и частотой вращения
, получим:


;


.

Исключив из этих выражений отношение
, найдем:


. (1*)

Для насосов двухстороннего входа вместо
следует принимать
.

Подставив вместо подачи
ее значение из формулы:


для насосов, перекачивающих воду
, получим другую формулу для определения коэффициента быстроходности:


, (2*)

где
- мощность насоса в лошадиных силах.

Значение коэффициента быстроходности изменяется в широком диапазоне:


при
;


при
и
.

Для внесения определенности в понятие коэффициента быстроходности условились в формулы (1*) и (2*) подставлять оптимальные по КПД значения мощности, подачи и напора.

Из формулы (1*) вытекает, что:

- с увеличением напора коэффициент быстроходности насоса уменьшается;

- увеличение подачи приводит при прочих равных условиях к повышению коэффициента быстроходности.

Следовательно, тихоходные насосы (насосы с малым коэффициентом быстроходности) – это насосы, имеющие большой напор и сравнительно небольшую подачу.

Быстроходные насосы – насосы, имеющие меньший напор, но большую подачу.

Коэффициент быстроходности является очень важным удельным показателем, который широко используется в качестве характеристики типа насоса. Он одновременно учитывает три наиболее существенных параметра любого насоса:

- мощность (или подачу);

Значение коэффициента быстроходности в известной степени определяет и форму рабочего колеса.

Для тихоходных центробежных насосов:

- большой напор создается за счет увеличения диаметра рабочего колеса на выходе
;

- небольшая подача обуславливается малой высотой рабочего колеса у выхода
и малым его диаметром на входе
.

Поэтому тихоходные колеса имеют большие значения
и малые значения
.

С увеличением быстроходности разница между выходным и входным диаметрами сокращается, а высота возрастает.

Коэффициент быстроходности пропорционален частоте вращения.

Повышение частоты вращения, как правило, ведет к уменьшению размеров и массы насоса и приводного двигателя.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Читайте также:

Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!
При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.