Технічні параметри насосів.
Насоси характеризуються наступними основними параметрами:
- об’єм рідини, що подається, Q (витрати води, подача);
- тиск (напір) Н;
- потужність N;
- коефіцієнт корисної дії η ;
- висота всмоктування Нвс.
Подача (витрата) насоса - об’єм рідини, який перекачується цим насосом в одиницю часу. Подача насоса вимірюється у м3/год, м3/хв, л/с.
Тиск (напір) насоса - різниця повних питомих енергій потоку рідини на вході та виході з насоса. Вимірюється у метрах водяного стовпа, атмосферах, Па.
Розглянемо принципову схему роботи відцентрового насоса при перекачці рідини від одного резервуара до іншого (рис. 1.5).
Для визначення величин питомих енергій в перерізах ІІ-ІІ та ІІІ-ІІІ складемо рівняння Бернуллі відносно перерізу І-І (рівняння Бернуллі – закон збереження енергії, який визначає залежність між положенням, тиском та швидкістю руху рідини).
Рис. 1.5 - Принципова схема насосної установки.
Згідно визначення, напір насосу визначається (рис.1.5):
,
(1.2)
де ЕІІІ – повна питома енергія на виході з насосу;
ЕІІ – повна питома енергія на вході насосу.
Для перерізу ІІІ – ІІІ одержуємо:
де zIII=Hвс+Н0 (Нвс – висота всмоктування насосу; Н0 – різниця відміток встановлення манометру та вакуумметру);
pIII=pн - тиск в напірному трубопроводі;
vIII=vн - швидкість руху води в напірному трубопроводі,
тоді для перерізу ІІІ-ІІІ одержуємо:
(1.3)
Так саме для перерізу ІІ – ІІ одержуємо:
,
де zII=Hвс;
pII=pвс - тиск у всмоктуючому трубопроводі;
vII=vвс - швидкість руху води у всмоктуючому трубопроводі,
тоді для перерізу ІІ-ІІ одержуємо:
(1.4)
Підставляючи (1.4) та (1.3) в (1.2), визначаємо напір насосу:
.
(1.5)
Для визначення складових (1.5), запишемо рівняння Бернуллі для:
- всмоктуючого трубопроводу між перерізами І-І та ІІ-ІІ;
- напірного трубопроводу між перерізами ІІІ-ІІІ та ІV-IV.
Для всмоктуючого трубопроводу між перерізами І-І та ІІ-ІІ відносно перерізу І-І одержуємо:
,
де zI=0;
pI=pатм - атмосферний тиск;
vI=0,
hвс- втрати напору у всмоктуючому трубопроводі,
тоді отримаємо:
знайдемо рвс:
(1.6)
Для напірного трубопроводу між перерізами ІІІ-ІІІ та IV-ІV відносно перерізу І-І;
,
де zIV=Hвс+Н0+Нн;
pIV=p0 ;
vIV=0,
hн- втрати напору в напірному трубопроводі,
тоді отримаємо:
.
Знайдемо рн:
.
(1.7)
Підставляючи (1.6) та (1.7) в (1.5), одержуємо:
З рис.1.5 бачимо, що:
тоді:
.
(1.8)
Із формули (1.8) робимо висновок, що тиск на виході насоса витрачається на підйом рідини, подолання опору в всмоктуючому та напірному трубопроводах та на створення вільного тиску у кінці водопровідної мережі.
Потужність насоса – це обсяг роботи, що виконується насосом в одиницю часу. Потужність визначається таким чином. Насос перекачує в одиницю часу масу рідини ρgQ та підіймає її на висоту Н. Таким чином, ρgQН – це секундна робота, або потужність. У даному випадку, потужність витрачається тільки на корисну роботу, пов’язану із перекачкою рідини, тому вона зветься "корисною" ("ефективною") потужністю.
Потужність у кіловатах записується у вигляді:
.
Потужність насоса, що витрачається, або потужність на валу насоса більше корисної потужності, тому що у насосі також витрачається енергія.
Ефективність роботи насоса оцінюється його повним коефіцієнтом корисної дії (ККД) - η, який дорівнює відношенню корисної потужності NK до витраченої NB:
.
Повний ККД η враховує втрати енергії на подолання гідравлічних, об’ємних та механічних втрат при передачі енергії рідини і визначається трьома коефіцієнтами корисної дії:
.
Гідравлічний ККД ηг враховує втрати енергії на подолання гідравлічного опору при руху рідини від входу насоса до виходу із нього. Він дорівнює: ηг=0,8-0,95.
Об’ємний ККД ηо враховує втрати енергії при циркуляції рідини скрізь щілинні зазори між робочим колесом та корпусом насоса – від нагнітаючої частини до всмоктуючої: h 0=0,9-0,98.
Механічний ККД ηм визначає втрати енергії унаслідок тертя у підшипниках, сальниках та між поверхнею робочого колеса та самої рідини. ηм=0,95-0,98.
Максимальний розмір повного ККД сучасних насосів досягає 0,9 та більше. Для відносно малих насосів ККД дорівнює 0,6-0,7.
При безпосередньому з’єднанні вала насоса із валом електродвигуна потужність електродвигуна Nдв (кВт) визначають за формулою:
,
(1.9)
де k – коефіцієнт надійності, який враховує можливі перевантаження двигуна.
При потужності двигуна до 2 кВт пропонується приймати k=1,5; при потужності від 2 до 5 кВт – k=1,5-1,25; при потужності від 5 до 50 кВт – k=1,25-1,15, від 50 до 100 кВт – k=1,15-1,05, при потужності більше 100 кВт – k=1,05.
Якщо вал насоса з’єднаний з валом двигуна за допомогою редуктора, то потужність двигуна визначають за формулою;
,
(1.10)
де ηпр– ККД привода або редуктора.
Висота всмоктування та явище кавітації. Необхідно відрізняти вакуумну висоту всмоктування Нвак, яка характеризує рівень вакууму на вході до насоса, та геометричну висоту всмоктування Нвс, яка визначає висоту розміщення осі насоса над рівнем рідини у вододжерелі.
Всмоктування рідини насосом виконується за рахунок різниці між атмосферним тиском на вільній поверхні рідини у вододжерелі (ємності) 
та абсолютним тиском на вході до робочого колеса 
. Ця різниця тисків дорівнює величині вакууму або вакуумметричної висоти всмоктування Нвак, яка вимірюється вакуумметром:
.
(1.11)
Вакуумметрична висота всмоктування залежить від атмосферного тиску, температури та щільності рідини, частоти обертання робочого колеса, конструктивних особливостей насоса і т.ін. Допустима НВС не перевищує 6-8 метрів.
Зв’язок між вакуумметричною та геометричною висотами всмоктування можливо визначити за допомогою рівняння Д. Бернуллі для перерізів І-І та ІІ-ІІ відносно площини І-І (рис. 1.5). Маючи на увазі, що тиск на поверхні дорівнює атмосферному, а рівень водоймища незмінний (vІ=0), маємо:
,
тоді
(1.12)
а тому, що 
, геометричну висоту всмоктування можливо розрахувати за формулою:
.
(1.13)
Таким чином, геометрична висота всмоктування менша за вакуумметричну на розмір швидкісного тиску та втрат тиску у всмоктуючому трубопроводі. Із збільшенням подачі насоса Нвс буде зменшуватися. Для підвищення геометричної висоти всмоктування необхідно зменшити втрати тиску у всмоктуючому трубопроводі та швидкість рідини на вході до робочого колеса насоса. У зв’язку з цим всмоктуючу мережу насосів роблять короткою, значного діаметра із мінімумом місцевих опорів.
Якщо абсолютний тиск у всмоктуючій трубі рвс знизиться до тиску пароутворення, то із рідини почнуть виділятися пари. Це явище зветься "кавітацією". Внаслідок кавітації, рідина починає кипіти, порушується цільність течії потоку та припиняється подача. У місцях кавітацій руйнується метал, можлива значна вібрація та гідроудари. Треба мати на увазі, що чим вище температура рідини, тим менша геометрична висота всмоктування, а при збільшенні рвс може виникнути явище кавітації. Так, при t=50С кавітація наступає при рвс = 1 кПа, при t=900С – при рвс = 170 кПа. Практично, при t=700С забір води стає неможливим. Тому для забезпечення нормальної роботи насоса мінімальний тиск на вході до насоса рвс повинен бути більший, ніж тиск насичення парів, тобто
,
де рs – тиск насичення парів, Δрзап – запас тиску або кавітаційний запас.
У звичайних умовах висота всмоктування відцентрових насосів дорівнює 5-7 метрам і тільки для деяких типів насосів – 7,5-8 м.
| « 1.2 Принципова схема відцентрового насоса | 1.4 Статичні характеристики відцентрових насосів » |