Призначення насосів

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Загальний огляд насосів

2. Розвиток насосів

3. Проектування стенда для дослідження робочих параметрів насосу

4. Методика розрахунку основних параметрів насосу

1. Загальний огляд насосів

Насос - гідравлічна машина, призначена для створення потоку рідкого середовища, яка перетворює механічну енергію приводу насоса у кінетичну енергію та енергію тиску рідини. Робота насоса характеризується його подачею, напором, потужністю, коефіцієнтом корисної дії та частотою обертання.

Усі насоси за принципом роботи можна розділити на два типи: динамічні та об'ємні.

Динамічні насоси - це насоси, в яких рідина під впливом гідродинамічних сил переміщається в камері, що постійно сполучена з вхідним і вихідним патрубками насоса.

Динамічні насоси в свою чергу поділяються на лопатеві насоси, насоси тертя та насоси інерційного типу. Найбільшого поширення набули лопатеві насоси.

Лопатеві насоси - це ті насоси, в яких рідина переміщається за рахунок енергії, що передається їй при обтіканні лопатей робочого колеса. Лопатеві насоси поділяються на два види:відцентрові та осьові.

У відцентрових насосах рідина переміщається через робоче колесо від центру до периферії, а в осьових - через робоче колесо в напрямку його осі.

У насосах тертя рідина переміщається за рахунок сил тертя. До насосів цього типу відносяться: вихрові, дискові, черв'ячні та гідрострумні.

Робота інерційних насосів базується на збудженні в рідині коливань, що сприяють її руху. Конструкція всіх вібраційних насосів є однотипною. Насос складається з електромагніту, вібратора, поміщених в корпус

Об'ємні насоси - це насоси, в яких рідина переміщається за рахунок періодичної зміни об'єму робочої камери, що поперемінно сполучається з вхідним і вихідним патрубками насоса. До них відносяться поршневі, пластинчасті, мембранні, гвинтові, шестеренчасті, перистальтичні.

За призначенням насоси підрозділяють на: водопровідні, вугільні, ґрунтові, землесоси, шламові, піскові, суспензійні, нафтові.

Насоси нині широко застосовуються в усіх без винятку галузях народного господарства в системах водо- і теплопостачання, водовідливу, переміщення гідросумішей твердих сипких матеріалів (в т. ч. вугілля, породи та відходів збагачення), нафти та нафтопродуктів тощо.

Застосовується, наприклад, для напомповування газу у шини, підняття води з поверхневих горизонтів (гідрант); перепомповування фекалій, рідин і навіть плазми.

Характеристика насоса - це залежність необхідного напору H від подачі Qн рідини, H(Qн).

Потужність насоса - енергія, яка підводиться до насоса від двигуна за одиницю часу. насос енергія кінетичний

Напір насоса - різниця повних питомих енергій середовища, яке перекачують, при виході з насоса та на вході в насос. В технічній літературі можуть використовуватися поняття масовий, ваговий та об'ємний напір. У гідравлічних розрахунках ГТС під загальним поняттям "напір" розуміють ваговий напір, який вимірюють у метрах.

Коефіцієнт корисної дії насоса - відношення корисної потужності насоса Pі до потужності Р, споживаної ним у розглядуваній робочій точці, з = Pі / P.

Схеми роботи насосів:

Паралельна робота відцентрових насосів - сумісна робота кількох насосів на один загальний або кілька зв'язаних між собою напірних трубопроводів. Для побудови сумарної характеристики двох однакових насосів необхідно подвоїти абсциси одного насоса при однакових ординатах (напорах). Продуктивність кожного насоса, які вибирають для паралельної роботи, має дорівнювати половині розрахункової витрати, а напір відповідати повній витраті. При зупинці одного насоса продуктивність другого та споживана потужність збільшуються. Найефективнішою паралельна робота буде при пологій характеристиці трубопроводу та плавному зниженні характеристики насоса. Аналогічним чином відбувається паралельна робота трьох однакових насосів.

Послідовна робота відцентрових насосів - здійснюється подачею води одним насосом у всмоктувальний патрубок другого при необхідності збільшити напір, зберігаючи витрату сталою (або майже сталою).

Аналітичний огляд центробіжних насосів

Насос відцентровий - підклас динамічних поглинаючих турбомашин. Відцентрові насоси використовуються для транспортування рідин шляхом перетворення кінетичної енергії обертання до гідродинамічної енергії потоку рідини. Обертальної енергії, як правило, відбувається від двигуна або електродвигуна. Рідина надходить у робоче колесо насоса вздовж або поблизу до осі обертання, і прискорюється крильчаткою, переміщається радіально в дифузор або спіральну камеру, звідки виходить.

Відцентрові насоси використовуються для перекачування води, нафти і нафтопродуктів.

Перша машина, яка може бути охарактеризована як відцентровий насос, була машина по підйому бруду, яка з'явилася ще в p. 1475, створена італійським інженером ренесансу "Франческо ді Джорджо Мартіні". Сучасні відцентрові насоси не були розроблені до кінця 17 століття, коли Дені Папен побудував один за допомогою прямих лопаток. Вигнута лопать була введена британським винахідником Джоном Апполдом.

Відцентрові насоси класифікують за кількістю ступенів (робочих коліс) та тиском.

За кількістю ступенів насоси бувають:

· Одноступеневі;

· Багатоступеневі.

За тиском насоси бувають:

· Нормального тиску;

· Високого тиску;

· Комбіновані.

Роботу відцентрових насосів з механічним приводом можна охарактеризувати за:

· кількістю подачі рідини (продуктивність пожежного насосу);

· напором насосу, який розвивається (тиском);

· висотою забору води (геометрична висота всмоктування);

· потужність насосу;

· величиною коефіцієнту корисної дії (ККД пожежного насосу);

· кількістю обертання валу двигуна.

Всі параметри взаємопов'язані між собою та залежать від величини обертання валу насоса, адже неможливо оцінити продуктивність і напір насосу, не зазначивши частоту обертання валу. Відцентрові насоси забезпечують подачу води рівномірно, без пульсацій. Важливим є те, що вони можуть працювати "на себе". При перекриванні ствола або загині напірних рукавів, насос буде продовжувати неперервну роботу, при цьому напір в порожнині насоса буде залишатись сталим. Відцентрові насоси не потребують складного приводу від двигуна, надійні в роботі та прості в керуванні. Насос може споживати не більше 70 % потужності, що розвиває двигун, та працювати безперервно на протязі 6 годин при будь-яких температурах навколишнього середовища.

Схеми роботи відцентрових насосів

Паралельна робота відцентрових насосів - сумісна робота кількох насосів на один загальний або кілька зв'язаних між собою напірних трубопроводів. Для побудови сумарної характеристики двох однакових насосів необхідно подвоїти абсциси одного насоса при однакових ординатах (напорах). Продуктивність кожного насоса, які вибирають для паралельної роботи, має дорівнювати половині розрахункової витрати, а напір відповідати повній витраті. При зупинці одного насоса продуктивність другого та споживана потужність збільшуються. Найефективнішою паралельна робота буде при пологій характеристиці трубопроводу та плавному зниженні характеристики насоса. Аналогічним чином відбувається паралельна робота трьох однакових насосів.

Послідовна робота відцентрових насосів - здійснюється подачею води одним насосом у всмоктувальний патрубок другого при необхідності збільшити напір, зберігаючи витрату сталою (або майже сталою).

Характеристика відцентрового насоса - графічна залежність напору, що його розвиває насос, від споживаної потужності та кавітаційного запасу й коефіцієнта корисної дії від подачі насоса. Розрізняють паспортну (заводську) і ймовірну (в конкретній свердловині). Остання може істотно відрізнятися від паспортної внаслідок неякісного виготовлення конкретного насоса, відмінності в'язкості видобувної нафти від в'язкості води і наявності в продукції свердловини вільного газу.

Кавітація - утворення всередині рідини порожнин, заповнених газом, парою або їх сумішшю (кавітаційних бульбашок), тобто порушення суцільності рідини.

Кавітаційний запас.

Для нормальної роботи насоса необхідно, щоб допускається кавітаційний запас насоса (NPSH D) перевищував необхідний кавітаційний запас насоса (NPSH R) В якості запобіжного заходу безпеки слід додати додатковий запас надійності в 0,5 м до значення необхідного запасу, в результаті чого ми отримаємо:NPSHD> NPSHR + 0,5 м. Якщо насос працює з підвищеним всмоктуванням, відбувається розрядження на вході у всмоктуючий патрубок, тиск падає, з'являються бульбашки-каверни і рідина перетвориться в пар. Поява бульбашок, які лопаються при вході в патрубок нагнітання, веде до виникнення процесу кавітації, що завдає серйозні пошкодження механічним частинам насоса.

Небажані явища, викликані кавітацією, - це руйнування внутрішніх поверхонь насоса, вібрація і шуми. Надмірна кавитация, як правило, супроводжується сильним шумом і пошкодженням насоса; середня кавитация веде до невеликого зниження подачі, висоти, продуктивності та передчасного зносу.

NPSH (Net Positive Suction Head) або чиста позитивна висота всмоктування являє собою різницю між осьовим тиском рідини при нагнітанні і тиском насиченої пари при температур перекачування.

Тиск пари і питома вага води в залежності від температури

Характеристики насоса мають декілька характерних точок або зон. Початкова точка характеристики відповідає роботі насоса при закритій засувці на напірному патрубку (Q = 0). У цьому випадку насос розвиває напір Н 0 та споживає потужність (N0 ? 0). Потужність, яку споживають (бл. 30% номінальної) витрачається на механічні втрати на нагрів води у насосі. Робота насоса при закритій засувці можлива лише на холодній воді протягом нетривалого часу (декілька хвилин).

Оптимальна точка характеристики с відповідає максимальному значенню к.к.д. Оскільки крива Q (з) має у зоні оптимальної точки пологий характер, то на практиці використовують робочу частину характеристики насоса (зона між точками a та b). Робоча частина характеристики залежить від допустимого зниження к.к.д., яке приймають не більше 2 - 3% від його максимального значення. Максимальна точка характеристики - кінцева точка кривої Q(Н) відповідає тому значенню подачі, після якого насос може увійти у кавітаційний режим.

Основною кривою, яка характеризує роботу насоса, є крива залежності напору від подачі Q (Н). У залежності від конструкції насоса форма кривої Q (Н) може бути різною. Для різних насосів існують криві, які безперервно знижуються, та криві з ділянкою, що збільшується (що мають максимум). Перші називають стабільними, а другі - нестабільними (лабільними) характеристиками. У свою чергу, криві обох типів можуть бути пологими, нормальними та крутоспадними.

2. Розвиток насосів

Перші спроби людей свідомо впорядкувати водопостачання в цивілізованих поселеннях відносяться до п'ятого тисячоліття до н. е.

У стародавніх культурно розвинених країнах, наприклад, у Єгипті, Вавилоні та Китаї, які мали великі території з різко вираженим сухим кліматом, зрошення площ, що використовуються для сільського господарства, було першорозрядним життєвим питанням. Перші великі громади людей в населених пунктах і містах неминуче стикалися з проблемою питного водозабезпечення і потребою у водопостачанні взагалі. Доказом цього важливого етапу розвитку людського суспільства можуть служити відомі акведуки (водопроводи) в Сицилії (450 років до н. Е.), Перший (приблизно 312 років до н.е.) римський акведук (16,6 км), акведук 91,7 км Марсія в Римі (приблизно 144 року до н.е.), а також перший (близько 160 років до н.е.) напірний водопровід (20 кгс / см ²) за Пергамон. Якщо спочатку вирішувалися проблеми каптажних джерел і безнапірного підведення води споживачам, то потім - проблеми подолання різниці висот. Починаючи з цього моменту, тобто з першого пуску водопідіймального механізму, можна говорити про початок ери розвитку насосів.

Водопідйомне колесо - найдавніший відомий нам водопідйомний механізм. Величина напору цього пристрою 3-4 м, максимальна подача 8-10 м 3 / год. А так називаємі ланцюгові насоси (нескінченні ланцюжки з прикріпленими ковшами) використовувалися до 1700 років до н.е. У цей час у Каїрі вже був колодязь глибиною 91,5 м, з якого добувалася питна вода за допомогою ланцюгового насоса.

Пожежний насос з Олександрії, побудований приблизно за 200 років до н.е., можна розглядати по єгипетським письменам як перший прототип поршневоro насоса.

Важко собі уявити, що всі елементи класичного поршневого насоса (плунжер, відкидні клапани і екксцентріковий привід плунжера) були використані в цьому насосі.

В першу чергу із зростанням значення гірничої справи і для загальної індустріалізації виникла об'єктивна необхідність видобутку води з великих глибин на поверхню землі. Від "водяних мистецтв" середньовічного гірничої справи, які описав Агрікола, до перших водяних насосів з паровим приводом (близько 1805), розроблених і побудованих англійцем Ньюкоменом, відчувається сильний вплив гірничої справи на розвиток насосостроенія. Насос Ньюкомена.

Насос Ньюкомена є першим представником балансирних насосів. У ньому робочий хід поршня здійснюється від балансира не в стадії розширення пари або наповнення парового циліндра, а швидше за все після заповнення циліндра паром і наступним за ним уприскуванням води, який викликає конденсацію пари, а це означає, отже, що енергія робочого ходу виходить виключно за рахунок атмосферного тиску, що діє на паровій поршень. Тому з боку приводу необхідно було передбачати циліндри великих діаметрів для того, щоб збільшити, потужність насоса. Незабаром з'явилися балансирні насоси, в яких для переміщення поршня використовувалася енергія розширення або тиску пари. Найбільший балансирний насос цього виду з добовою продуктивністю 32700 м 3 (1365 м 3 / год) і напором приблизно 52 м був встановлений в 1860 р на одній лондонській насосної станції.

Винахід американцем Вортінгтоном (1840-1850 рр.) одноциліндрових і двоциліндрових парових насосів дав можливість відмовитися від балансирного приводу для поршневих насосів. Для цих насосів характерно, як відомо, протилежне розташування насосних і парових циліндрів, поршні яких встановлені на загальному штоку. Прагнення зменшити капітальні витрати при постійно зростаючій потужності поршневих насосів призвело в кінцевому результаті до переважному поширенню в даний час горизонтальних або вертикальних багатоциліндрових поршневих, насосів з паровим, дизельним або електричним приводами.

Щоб отримати плавний, безперервний потік води, стали застосовувати Архімедові гвинти (близько 1000 років до н.е.). Ще й сьогодні для зрошення або Осушення полів зустрічаються такі насоси з приводам від вітродвигуна. Похило розташований вал з гвинтовою нарізкою обертається в напіввідкритому лотку і обезпечує висоту підйому рідини від 2 до 5 м.

Класичним прообразом роторного насоса, представленим в даний час в модифікованій формі у вигляді шестеренних, гвинтових, пластинчастих і коловоротні насосів, можна вважати пластинчастий насос Рамелл - близько 1588.

Протягом 19-го сторіччя було прийнято багато спроб розробити придатний для експлуатації роторний насос. При цьому багато з розроблених конструкцій руйнувалися на практиці у зв'язку з тим, що неможливо було забезпечити водяну мастило обертових деталей. Так званий роторний насос з відтинає пластиною, виготовленої іноді з деревини, представляв основний тип роторного насоса, використовуваного з 17-го по 19-е сторіччя. Недоліки насоса цього виду - зокрема великі протікання, значний знос і низький ККД - сприяли створенню в кінці 19-го століття двохвальних насосів. Ущільнення в них між порожнинами всмоктування і нагнітання здійснювали за допомогою обертової керованої шайби або взаємно перекочується роторів однакового розміру (шестеренні або гвинтові насоси). Походження лопатевого (відцентрового) насоса важко визначити. Існують ескізи, виконані Леонардо да Вінчі, за якими можна припустити про використання відцентрової сили.

Відомий французький фізик Денис Папин, теж висловлював ідею використання відцентрового ефекту для перекачування рідини. Першим відцентровим насосом, випробуваним на практиці, є пристрій, розроблений ле Демура у 1732 р На рис. 24 представлено цей пристрій: під кутом До вертикальному валу прикріплена пряма труба, яка нижнім кінцем занурена в рідину; при обертанні валу ця труба, жорстко пов'язана з валом з'єднувальним стрижнем, приводиться в обертання. Відцентрові сили викликають переміщення рідини під обертається трубі. Класична форма робочого колеса радіального типу, притаманна сучасним відцентровим нaсocaм, була використана вже в 1818 р в Бостоні в так званому "Массачусетс-насосі" Андреасом. У 1846 Г. Андреас довів, що криволінійні лопаті забезпечують кращий ефект нагнітання, ніж прямі.

Англійський промисловець Джон Гвінеї приблизно в 1850 р поставив на ринок перший двухпоточний спіральний насос із закритим робочим колесом і зігнутими лопатями, створений на підставі дослідів Андреаса. У той час одноступінчасті насоси мали невеликі величини створюваного напору. Кінцевим результатом досліджень було створення першого багатоступінчастого відцентрового насоса, який був запатентований в 1851 р Цей насос без напрямних зворотних підвідних лопаток був значно поліпшений Осборном Рейнолдсом, якому був виданий патент на багатоступінчастий відцентровий насос з напрямним апаратом і зворотними каналами.

Удосконалення лопатевих насосів в 20 і 30-х рр. нашого віку тісно пов'язане з ім'ям професора Пфлейдерера.

Опис конструкції насосів

Відцентрові насоси є одним з найпоширеніших різновидів динамічних гідравлічних машин. Вони широко застосовуються: в системах водопостачання, водовідведення, в теплоенергетиці, в хімічній промисловості, в атомній промисловості, в авіаційній і ракетній техніці.

Принципова схема відцентрового насоса

Рис. 1 Принципова схема відцентрового насоса:

1 - робоча камера;

2 - робоче колесо;

3 - направляючий апарат;

4 - вал;

5 - лопатка робочого колеса;

6 - лопатка направляючого апарату; 7 - нагнітальний патрубок;

8 - підшипник; 9 - корпус насоса (опорна стійка);

10 - гідравлічне торцеве ущільнення валу (сальник);

11 - всмоктувальний патрубок.

На робочому колесі є лопатки (лопаті), які мають складну форму. Рідина підходить до робочого колеса уздовж осі його обертання, потім прямує в міжлопаточний канал і потрапляє в відвід. Відведення призначений для збору рідини, що виходить з робочого колеса, і перетворення кінетичної енергії потоку рідини в потенційну енергію, зокрема в енергію тиску. Зазначене вище перетворення енергії повинне відбуватися з мінімальними гідравлічними втратами, що досягається спеціальною формою відводу.

Поршневі насоси.

Поршневий насос перекачує рідину за рахунок зворотно-поступального руху поршня або якийсь інший перепони в циліндрі (плунжера, діафрагми). Прикладами таких насосів є промислові насоси з паровим приводом, автомобільні паливні діафрагменні насоси та водопідйомні машини.

Найвідоміший тип поршневого насоса, хоча і вийшов тепер з ужитку, - це найпростіша водопідйомна машина (рис. 2), що має три основних елементи: циліндр, або корпус, поршень і водозливну трубу.

Рис. 2. водопідйомна машина.

Поршень піднімається (ліворуч) і створює розрідження. Слідом за поршнем піднімається вода. Поршень опускається (в центрі), відкривається верхній клапан і закривається нижній, вода залишається в циліндрі. Поршень піднімається (праворуч), зливаючи воду (при закритому верхньому клапані) через зливний отвір і засмоктуючи нову порцію в циліндр через відкрився нижній клапан.

Роторні насоси.

Роторні насоси теж є насосами витіснювального типу, проте захоплення і перекачування рідини забезпечуються обертальним, а не зворотно-поступальним рухом робочого органа. На відміну від відцентрових, в роторних насосах збільшення енергії перекачується рідини відбувається не за рахунок відцентрових сил.

З багатьох зразків роторних насосів тут проілюстровані два. У шестеренних насосів (рис. 4) всмоктування починається при виході зубів двох коліс із зачеплення, а при вході в зачеплення відбувається нагнітання.

Рис. 4. шестеренні насоси

Роторний пластинчастий насос показаний на рис. 5. Ротор встановлений в циліндричному корпусі ексцентрично і має дві або більшу кількість пластинок, які під дією пружин можуть переміщатися радіально, так що завжди залишаються притиснутими до корпусу.

Струменеві насоси.

У струменевих насосах, на відміну від описаних вище машинних, немає рухомих елементів. У цих насосах високошвидкісна струмінь рідини малої витрати захоплює (ежектує) значний обсяг середовища, що знаходиться при меншому тиску. На рис. 6 видно, що високошвидкісна струмінь ежектірующого потоку подається через сопло в камеру, заповнену середовищем, і закінчується разом з нею через дифузор. Такі насоси знаходять застосування в умовах, коли потрібні висока потужність і надійність: на гірських розробках, в системах відкачування води.

Порівняння типів насосів

Порівняння й області застосування насосів різних типів

Дані про насосах, що випускаються вітчизняною промисловістю, зібрані в спеціальні каталоги. Вибір насоса виробляють по заданій продуктивності та напору, який розраховують у відповідності зі схемою трубопроводу.

Н = Нг + +hn

Де

hп = hп.н. + hп.вс.

Сумарний гідравлічний опір всмоктуючого і нагнітального трубопроводів.

Двигун до насоса підбирають за настановної потужності і числа обертів:

Nуст = в Ч Nдв

де в - коефіцієнт запасу потужності:

Nдв, кВт	Менее 1	1-5	5-50	Более 50
в	2 - 1,5	1,5 -1,2	1,2 - 1,15	1,1

Переваги відцентрових насосів перед поршневими:

- Висока продуктивність і рівномірна подача,

- Компактність і швидкохідність (можливість безпосереднього приєднання до електродвигуна),

- Простота пристрою, що дозволяє виготовляти їх з хімічно стійких, важко піддаються механічній обробці матеріалів (ферросіліда, кераміки та ін.),

- Можливість перекачування рідин, що містять тверді зважені частинки, завдяки великим зазорам між лопатками і відсутності клапанів,

- Можливість установки на легких фундаментах.

К.к.д. найбільш великих відцентрових насосів до 0,95; к.к.д. поршневих насосів - 0,9.

Однак відцентрові насоси невеликої та середньої продуктивності мають к.к.д. на 10-15% нижче, ніж поршневі. Такі втрати різко зростають для високов'язких рідин, перекачування яких відцентровими насосами, внаслідок різкого зниження к.к.д., економічно невигідно.

До недоліків відцентрових насосів варто віднести відносно низькі напори, а також зменшення продуктивності при збільшенні опору мережі і різке зниження к.к.д. при зменшенні продуктивності.

Поршневі насоси доцільно застосовувати при порівняно невеликих подачах і високих тисках (у діапазоні 50-1000 ат і вище), для перекачування високов'язких, вогне- та вибухонебезпечних рідин (парові насоси), а також при дозуванні рідких середовищ.

В області великих подач (до 1500 м 3 / хв) при невеликих напорах (до 10-15 м) застосовують пропелерні насоси, що відрізняються високим гідравлічним к.к.д., компактністю і швидкохідністю.

Гвинтові насоси можуть бути використані для перекачування високов'язких рідин, палив, нафтопродуктів і т.п. Ці насоси застосовують в області подач до 300 м 3 / год і тисків до 175 ат при швидкості обертання до 3000 об / хв.

Гідності гвинтових насосів:

- Швидкохідність,

- Компактність,

- Безшумність.

Продуктивність гвинтових насосів практично не змінюється при зміні тиску. К.к.д. цих насосів досить високий і досягає 0,75-0,8.

Область застосування одногвинтових (героторних) насосів обмежена продуктивністю 3,6-7 м 3 / год і тиском 10-25 ат. Одногвинтові насоси використовують для перекачування забруднених і агресивних рідин, розчинів і пластмас з високою в'язкістю.

Пластинчасті насоси застосовують для переміщення чистих, що не містять твердих домішок рідин при помірних продуктивність і напорах.

Для перекачування в'язких рідин, що не містять твердих домішок, при невеликих подачах (не вище 5-6 м 3 / год) і високому тиску (100-150 ат) використовують шестеренні насоси.

Вихрові насоси застосовують для переміщення чистих мало'вязких рідин з невеликими подачами (до 40 м 3 / год) і порівняно високими напорами (до 250 м), у кілька разів перевершують напори відцентрових насосів. До достоїнств вихрових насосів варто віднести

- Простоту конструкції,

- Компактність,

- Можливість отримання більш високих напорів, ніж у відцентрових насосах.

Недоліком вихрових насосів є низький к.к.д. (= 20-50%), що обумовлено значними втратами при переносі енергії вихорами, а також непридатність для перекачування в'язких рідин і рідин, що містять тверді суспензії.

Струменеві насоси, монтежю і повітряні підйомники використовують у виробництвах, де наявність рухомих і труться неприпустимо. Струменеві насоси можна застосовувати лише в тих випадках, коли допустимо змішання перекачується рідини з робочою. Струменеві насоси, монтежю і повітряні підйомники можуть бути виготовлені з хімічно стійких матеріалів, але володіють низьким к.к.д.

Порівняння центробіжних насосів пральних машин

В якості моделей для порівняння обрані наступні моделі:

· FE 30 B4 - модель, що буде використовуватись в побудові стенда для дослідження насосу пральної машини.

· BE 54 C 9 - Схожа модель з більшим значенням максимального тиску.

· BЕ 20 B 4 - Модель зі значно нижчим максимальним тиском.

FE 30 B4

FE 30 B4 - Зливний насос пральних машин Zanussi, AEG, Electrolux, що належать до Шведської компанії Electrolux. Electrolux - машинобудівна компанія, один з провідних світових виробників електричних і газових приладів для домашніх і професійних потреб.

Коротка характеристика:

Корпус насосу виконаний з термостійкого поліпропілену, а вал з нержавіючої сталі.

В конструкції присутнє подвійне ущільнення трубок, та фільтр.

Гарантований термін роботи - 1500 годин.

Робочі характеристики:



Креслення загального виду насосу FE 30 B4

BE 55 C 9

Коротка характеристика:

Корпус насосу виконаний з термостійкого поліпропілену, а вал з нержавіючої сталі.

З'єднаний з двигуном за допомогою натяжної пластини.

В конструкції присутнє подвійне ущільнення трубок, фільтр відсутній.

Гарантований термін роботи - 5000 годин.

Робочі характеристики:



Креслення загального виду насосу BE 55 C9:

BЕ 20 B 4

BE 20 B4 - Зливний насос пральних машин Zanussi, AEG, Electrolux, що належать до Шведської компанії Electrolux. Electrolux - машинобудівна компанія, один з провідних світових виробників електричних і газових приладів для домашніх і професійних потреб.

Коротка характеристика:

Корпус насосу виконаний з термостійкого поліпропілену, а вал з нержавіючої сталі.

Насос позиціонується як модель для пальних та посудомийних машин.

В конструкції присутнє подвійне ущільнення трубок, та фільтр.

Гарантований термін роботи - 1500 годин.

Робочі характеристики:

Креслення загального виду насосу BE 20 B4:



3. Проектування стенда для дослідження робочих параметрів насосу

Для забезпечення точного та об'єктивного проведення експерименту, насос а також вся необхідна периферія мають бути надійно з'єднані, та налаштовані. Для забезпечення надійного закріплення елементів гідравлічної схеми, стенд виконаний з листів ДСП товщиною 2 см. Така товщина дозволить закріпити насос масою в 1.4 кг на боковій стіні стенду, так мати гаранті, щодо його надійної фіксації там, не тільки під час стану спокою, але і під час роботи. при цьому несучі здатності матеріалу стінки мають забезпечити надійну фіксацію насоса, не зважаючи на вібрації.

Корпус стенду має форму куба, з об'ємом приблизно 44см кубічних, такий об'єм забезпечить вільне кріплення всіх елементів стенду, не псуючи їх характеристик. Правильне розміщення елементів в корпусі стенду сприяє більш точним вимірам при проведенні експерименту по дослідженню насоса пральної машини. Корпус має 5 стінок, бокові стінки та дно, верхня кришка відсутня для швидкого доступу до гідросхеми.

Насос буде кріпитися до зовнішньої стінки, для можливості його швидкої демонтації та заміни на іншу модель. Ця дуже корисна властивість стенду дозволить проводити досліди багатьох насосів, використовуючи лише один стенд. В середині стенду буде кріпитися пластиковий бак на 10 літрів, що є достатнім об'ємом для дослідження параметрів насоса. Патрубок за насоса, через кран та отвір в стінці стенду підключається до вхідного отвору насосу. До виходу насосу підключений трійник з манометром, для відображення тиску. Зразу за манометром знаходиться ще один кран. Кран виконує функцію клапана, та перекриває потік, для замірювання максимально можливого тиску, що його може утворити насос. Зразу після досягнення максимального тиску згідно Т.Т. Х. апарату, клапан необхідно відрити, щоб не викликати перегріву обмотки двигуна, та псування насосу в наслідок короткого замикання. Після манометру буду встановлено лічильник води, для розрахунку витрати води через насос. При цьому вимір часу виконується штатними засобами дослідників, як то телефон чи годинник. Одразу після лічильника пластикові патрубки повертаються до баку, таким чином досягається рециркуляція води та практично безграничні по часу можливості експерименту. При цьому стенд потребує напругу в 230В +/- 10%, а всі іншу параметри насоса мають бути заміряні за допомогою амперметра, та вольтметра. Амперметр та вольтметр будуть підключені до електричної схеми, яка, окрім них ще має кнопку ввімкнення насосу. Дана схема є надійною та достатньою для виконання експерименту, крім того забезпечує можливість дослідження різних насосів і доволі економічна

Функціональна гідравлічна схема стенду з насосом FE 30 B4

Елементи схеми в послідовному порядку:

1. Пластиковий бак 10 літрів;

2. Кран;

3. Власне насос FE 30 B4;

4. Манометр;

5. Кран;

6. Лічильник.

Електрична схема стенду

Електрична схема стенду виконана з кнопки пуску двигуна та приєднаних до них амперметра та вольтметра.



Елементи схеми в послідовному порядку:

1. Кнопка;

2. Амперметр;

3. Вольтметр;

4. Двигун;

Принцип дії гідравлічної системи

В середині стенду знаходиться пластиковий бак (1) 10 літрів, що є достатнім об'ємом для дослідження параметрів насоса. Патрубок з насоса, через кран (2) та отвір в стінці стенду підключається до вхідного отвору насосу (3), що закріплений зовні стенду. До виходу насосу підключений трійник з манометром(4), для відображення тиску. Зразу за манометром знаходиться ще один кран (5). Кран виконує функцію клапана, та перекриває потік, для замірювання максимально можливого тиску, що його може утворити насос. Зразу після досягнення максимального тиску згідно Т.Т. Х. апарату, клапан необхідно відрити, щоб не викликати перегріву обмотки двигуна, та псування насосу в наслідок короткого замикання. Після крану (5) буду встановлено лічильник води (6), для розрахунку витрати води через насос. При цьому вимір часу виконується штатними засобами дослідників, як то телефон чи годинник. Одразу після лічильника пластикові патрубки повертаються до баку (1), таким чином досягається рециркуляція води та практично безграничні по часу можливості експерименту. При цьому стенд потребує напругу в 230В, +/- 10%, а всі іншу параметри насоса мають бути заміряні за допомогою амперметра, та вольтметра. Амперметр та вольтметр будуть підключені до електричної схеми, яка, окрім них ще має кнопку ввімкнення насосу.

Характеристики насосу

За основу стенда обрано відцентровий насос FE 30 B4 з наступними характеристиками:

Корпус насосу виконаний з термостійкого поліпропілену, а вал з нержавіючої сталі.

В конструкції присутнє подвійте ущільнення трубок, та фільтр.

Гарантований термін роботи - 1500 годин.

Робочі характеристики:

Креслення загального виду насосу FE 30 B4:

Дослідження впливу швидкохідності на геометрію, кількість лопастей та діаметр робочого колеса

В якості матеріалу для дослідження впливу швидкохідності на геометрію, кількість лопастей та діаметр робочого колеса, було використано статтю з журналу " Будівництво та техногенна безпека", випуск 15 та 16, 2006 рік. Автори - Чесноков І.А. та Захаров Р.Ю.





4. Методика розрахунку основних параметрів насосу

Конструкція колеса в значній мірі залежить від коефіцієнта швидкохідності тому в першу чергу визначаємо його

. (2.1)

Рисунок 2.2. Конструктивні типи робочих коліс: 1 - тихохідне колесо,; 2 - нормальне колесо,; 3 - швидкохідне колесо,; 4 - діагональне колесо,; 5 - осьовий або пропелерних колесо,.

Далі визначимо об'ємний ККД за формулою:

, (2.2)

де a - коефіцієнт залежить від співвідношення між діаметрами входу і виходу і становить близько 0,68.

Розраховуємо приведений діаметр на вході:

. (2.3)

Виходячи з отриманого діаметра визначаємо гідравлічний ККД за формулою:

. (2.4)

Для сучасних відцентрових насосів механічний ККД досягає.

Приймаємо.

Повний ККД насоса розраховуємо за формулою:

. (2.5)

Знаючи повний ККД визначаємо потужність насоса і крутний момент на валу:

, кВт; (2.6)

, кВт. (2.7)

Момент:

, Н·см. (2.8)

Визначивши потужність насоса і крутний момент на його валу, можна розрахувати з умови скручування діаметр валу насоса.

Вал насоса працює в основному на скручування моментом М, але частково навантажений поперечними силами власної ваги і відцентровими силами, зумовленими небаланс ротора. Тому допустиме напруження кручення укр приймають зниженим: укр = 120 - 200 кгс / см ² (укр = 150 кгс / см ²).

, м. (2.9)

, м. (2.10)

Розрахункова подача колеса більше подачі на величину об'ємних втрат. Беручи попереднє значення об'ємного ККД отримаємо:

(2.11)

Для попереднього вибору швидкості, використовуємо формулу:

м/с. (2.12)

Діаметр робочого колеса:

, м.

Остаточно швидкість входу в робочі колесо розраховують за формулою:

м/с. (2.13)

Далі знаходимо радіус середньої точки лопаті:

, м. (2.14)

Визначаємо ширину каналу в меридіанному перерізі:

. (2.16)

Попередньо обравши значення коефіцієнта сорому перетину, який повинен знаходитися в межах 1,1-1,15, знаходимо Меридіан складову швидкості при вступі на лопать

, м/с. (2.17)

Для забезпечення ненаголошеного надходження потоку на лопаті колеса вхідний кут лопаті в1 вибирають рівним в1,0, причому:

(2.19)

. (2.20)

Теоретичний напір:

(2.21)

Вважаючи що коефіцієнт окружний складової абсолютної швидкості при виході потоку з колеса дорівнює:, знаходимо наближено переносну швидкість:

м/с. (2.22)

Розрахунок зовнішнього радіуса колеса

, м. (2.23)

Знаходимо значення коефіцієнта сорому перетину, який повинен знаходитися в межах:

(1,1-1,15):; .

Оптимальне число лопатей для відцентрового колеса знаходимо:

. (2.25)

Робота відцентрового насосу його коефіцієнт корисної дії та потужність на пряму залежать від геометрії. В першу чергу від геометрії крильчатки, потім від геометрії черв'яка, змінюючи геометрію можна покращити ефективність роботи відцентрового насосу, чи його енергозбереження.

Размещено на Allbest.ru