Технико-эксплуатационные параметры и устройство, центробежных насосов (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Теплотехника, гидравлика

и охрана труда"

Технико-эксплуатационные параметры и устройство,

центробежных насосов

Учебно-методическое пособие по дисциплине "Гидравлика "

Для студентов факультетов механизации и электрификации сельского хозяйства по специальностям:

030500 "Механизация сельского хозяйства"

030500"Электрификация и автоматизация сельского хозяйства"

Ставрополь 2006

УДК [ 532+621.65] (076.5)

ББК 30.123 +31.56

Б94

Учебно-методическое пособие "Технико-эксплуатационные параметры и устройство центробежных насосов»

Ставрополь, 2006.- с.

Методическое пособие одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации сельского хозяйства.

Протокол № __ от_______2006г.

Учебно-методическое пособие "Технико-эксплуатационные параметры и устройство центробежных насосов"

Для студентов факультетов механизации и электрификации сельского хозяйства по специальностям ( 03.05.подготовлено –доцентом кафедры теплотехники, гидравлики и охраны труда, канд. техн. наук.

© ФГОУ ВПО СтГАУ

Введение

Целью настоящего учебно-методического пособия является создание методического документа для выполнения практических и лабораторных работ по курсу "Гидравлика" студентами факультетов механизации и электрификации сельского хозяйства. Материалы пособия могут быть использованы также при выполнении курсовых проектов, связанных с подбором насосов и электродвигателей к ним.

Учебно-методическое пособие дает возможность студентам самостоятельно изучить конструкции насосов, определить область их применения, познакомится с новыми маркировками в соответствии с международным стандартом.

В пособии приведены сведения о типе и назначении насосов, описан принцип действия, правила эксплуатации, преимущества и недостатки. Представлены фотографии, схемы и рисунки насосов. Помещены сведения об их технических параметрах, приведены сводные графики, а также рабочие характеристики отдельных насосов.

В данном учебно-методическом пособии рассматриваются следующие группы насосов: центробежные консольные насосы типа "К"; центробежные моноблочные электронасосы типа "КМ"; центробежные насосы двустороннего входа типа "Д"; центробежные многоступенчатые насосы типа "НС"; скважные погружные насосы типа "ЭЦВ".

Пособие составлено в соответствии с рабочей программой по дисциплине "Гидравлика".

Насос - гидравлическая машина, предназначенная для напорного перемещения жидкости (всасывания и нагнетания) в результате сообщения ей энергии. В насосе происходит преобразование механической энергии двигателя в энергию потока жидкости.

Центробежные насосы

Около 70% из всех видов насосов, используемых в промышленном производстве и сельском хозяйстве, занимают центробежные насосы различных конструкций и модификаций.

Центробежный насос относится к динамическим насосам, в котором жидкость входит параллельно оси рабочего колеса, а выходит по радиусам, причем между входным и выходным патрубками имеется постоянное сообщение. Перекачивание жидкости производится вращением одного или нескольких рабочих колес. При вращении рабочего колеса на каждую частицу жидкости, находящуюся внутри насоса, действует центробежная сила, величина которой равна:

(1)

где - центробежная сила, Н;

- масса частицы жидкости, кг;

- угловая скорость вращения рабочего колеса, 1/с;

-радиус расположения частицы относительно центра рабочего колеса, м.

Основными параметрами, характеризующими работу центробежных насосов, являются:

1.  Объёмная подача насоса – объём жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса, скорости вращения рабочего колеса, также от гидравлического сопротивления всасывающего и напорного трубопроводов.

, (2)

где - подача насоса, м3/с;

- объем жидкости в накопительном резервуаре, м3;

- время работы насоса, с.

2.  Давление насоса – это количество энергии, приобретаемое каждой единицей объёма жидкости, протекающей через насос

, (3)

где Р - давление, развиваемое насосом, Па;

и - давление на выходе и входе в насос, Па;

и - скорость движения жидкости на выходе и входе в насос, м/с;

и - высоты центров тяжести на выходе и входе в насос, над уровнем жидкости в водоисточнике, м;

- плотность жидкости, кг/м3;

- ускорение свободного падения, м/с2.

3.  Напор насоса – это разность удельных энергий при выходе из насоса и на выходе из него, выраженная высотой столба перекачиваемой жидкости

(4)

где - расстояние по вертикали от точки присоединения вакуумметра до оси стрелки манометра, м;

Полный напор работающего насоса, через показания манометра и вакуумметра, можно записать в следующем виде:

(5)

где и - показания манометра и вакуумметра, м.

Если диаметры всасывающего и нагнетательного патрубков одинаковы, то третий член уравнения (5) равен нулю. Обычно скоростным напором, из-за его незначительной величины, в ряде случаев можно пренебречь, тогда уравнение (5) для работающего насоса можно записать в следующем виде:

, (6)

4. Расчётный (потребный) напор. При проектировании насосной установки расчётный напор устанавливается по формуле:

(7)

где - расчётный напор, м;

- геодезическая высота подъёма воды от водоисточника до потребителя, м;

- необходимый свободный напор, м;

- суммарные потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах, м;

-суммарные местные потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах, м.

5.  Мощность насоса - мощность, подводимая к валу насоса (потребляемая мощность)

(7)

где - мощность на валу насоса, Вт;

М - крутящий момент на валу насоса, Н·м;

- угловая скорость вращения вала насоса, 1/с;

- число оборотов вала насоса, 1/мин.

6.  Мощность на валу насоса при наличии электродвигателя определится выражением:

(8)

где - мощность на валу насоса, кВт;

- напряжение сети, В;

- сила тока, А;

- косинус угла сдвига фаз;

- КПД электродвигателя.

7. Полезная мощность насоса - мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкости

(9)

где - полезная мощность насоса, кВт.

8. Полный КПД насоса – отношение полезной мощности к мощности на валу насоса. Полный КПД насоса учитывает все потери энергии внутри насоса:

1) гидравлические потери - затраты мощности на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе, которые складываются из вихревых потерь и потерь на трение;

2) объёмные потери - затраты мощности на утечки жидкости в неплотностях насоса, которые складываются из потерь на перетекание в зону всасывания и утечки в уплотнениях на выходе вала из корпуса насоса;

3) механические потери – затраты мощности на дисковое трение рабочего колеса о жидкость и трение в сальниках и подшипниках.

С учётом потерь мощности полный КПД насоса определится формулой

= , (10)

где - соответственно гидравлический, механический и объёмный КПД насоса.

Оптимальный режим насоса – режим работы насоса при максимальном значении КПД.

Номинальный режим насоса – режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели.

9. Максимально допустимая высота всасывания насоса определяется по формуле

(11)

где - максимально допустимая высота всасывания насоса, м;

- допустимая вакуумметрическая высота всасывания, м;

- потери напора по длине и местные сопротивления во всасывающем трубопроводе, м;

- скорость движения жидкости во входном патрубке насоса, м/с.

10. Рабочие характеристики насоса – это зависимости напора, мощности и КПД от подачи при неизменном диаметре частоте вращения и постоянной вязкости и плотности жидкой среды при входе в насос. Эти характеристики представляются в виде графиков , и .

Рабочие и технические характеристики являются базовыми для проектирования и эксплуатации насосов. Эти характеристики получают путём параметрических испытаний на специальных стендах на заводах изготовителях.

Рабочая часть характеристики насоса – зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатация.

Поле насоса – рекомендуемая область применения насоса по подаче и напору, получаемая изменением частоты вращения или обточкой рабочих колёс по внешнему диаметру.

Центробежные насосы в зависимости от области применения и конструктивных особенностей подразделяются на следующие основные виды: центробежные консольные насосы типа "К"; центробежные моноблочные электронасосы типа "КМ"; центробежные насосы двустороннего входа типа "Д"; центробежные многоступенчатые насосы типа "ЦНС"; скважные погружные насосы типа "ЭЦВ".

1. Центробежные насосы типа "К"

1. Тип. Центробежные консольные одноступенчатые с горизонтальным осевым подводом жидкости к рабочему колесу.

2. Назначение. Ннасосы типа "К" предназначены для перекачивания в стационарных условиях воды, суспензий и эмульсий с температурой от 0 до 105С. Возможна перекачка и других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности, содержащих твердые включения по объему не более 0,1% и размером до 0,2 мм.

3. Область применения. Насосы используются в системах водоснабжения, отопления, канализации, для орошения и осушения. Консольные одноступенчатые насосы применяют при подаче жидкости от 5 до 350 м3/ч., при напоре от 15 до 100м.

4. Конструктивное исполнение. Особенностями конструкции является то, что насос и электродвигатель закреплены на общей фундаментной плите. На рисунках 1-3 представлены принципиальная схема центробежного насоса, конструкция центробежного насоса типа "К", а также основные детали рабочего колеса.

Основным элементом цен­тробежного насоса является рабочее колесо 1, по­мещенное на валу 2, внутри спирального корпуса 3. Рабочее колесо состоит из двух дисков переднего 4 и заднего 5, в простран­стве между которыми находятся плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса, лопасти 6. Число лопастей в зависимости от марки насоса может составлять от 3 до 16 штук. Диск со стороны всасывающего патрубка имеет входное отверстие 7 для подвода жидкости к лопастям. Насос снабжен всасывающим 8 и нагнета­тельным 9 трубопроводами. На конце всасывающего трубопровода монтируется обратный клапан 10 и сетка 11. На нагнетательном трубопроводе устанав­ливается задвижка, служащая для регулирования расхода и перекрытия нагнетательной линии насоса.

1 – рабочее колесо; 2 – вал; 3 – спиральный корпус; 6 – лопасти; 7- входное отверстие; 8 - всасывающий трубопровод; 9 – напорный трубопровод; 10 – обратный клапан; 11- сетка.

Рисунок 1- Схема центробежного насоса

1- рабочее колесо; 2 – сальник; 3 – подшипники

Рисунок 2 - Центробежный консольный насос

4 – передний диск; 5 – задний диск; 6 – лопасти; 7 – входное отверстие.

Рисунок 3 - Рабочее колесо центробежного насоса

Привод консольного насоса от электродвигателя выполнен через упругую муфту с монтажной приставкой, что позволяет демонтировать насос без отсоединения его от трубопровода и без демонтажа электродвигателя.

Вал насоса вращается в двух подшипниковых опорах. Уплотнение выполнено при помощи мягкого сальника

Насосы типа "К" поставляются комплектно с электродвигателем, муфтой и фундаментной плитой.

5. Принцип действия. Изогнутые лопатки рабочего колеса в процессе вращения оказывает давление на жидкость. Жидкость, под действием возникающей центробежной силы, отбрасывается в направлении от центра рабочего колеса к периферии и, попадая в спиральный корпус, выводится из насоса че­рез напорный трубопровод, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а периферийной его части - повышенное давление.

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие наличия разности давлений на свободной поверхностью жидкости в водоисточнике (атмосферное давление) и в центральной области рабочего колеса, где имеется разряжение (вакуум).

Для стабильной работы центробежного насоса необходимо обеспечить непрерывный подвод жидкости к рабочему колесу и отвод от него.

6. Особенности эксплуатации:

·  Центробежные насосы обычно располагают выше уровня жидкости в водоисточнике, поэтому запустить насос в работу возможно только после заполнения жидкостью всасывающего трубопровода и корпуса насоса при наличии обратного клапана.

·  При пуске насоса задвижка на напорном трубопроводе должна быть закрыта.

·  Запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или неполностью открытой всасывающей задвижки.

·  Запрещается работа насоса более 2-3 минут при закрытой напорной задвижке.

·  Для остановки насоса производится полное закрытие напорной задвижки, и только после это­го насосный агрегат выключается.

·  При отсутствии давления в напорном трубопроводе, определяемом по манометру, насос должен быть сразу отключен во избежание поломок.

·  Вал насоса и вал двигателя должны быть тщательно отцентрованы.

7. Достоинства:

·  Высокое число оборотов обеспечивают сравнительно небольшие размеры, вес и стоимость насоса.

·  Простата соединения с электродвигателем и другими силовыми установками, что повышает КПД установки.

·  Обеспечивается равномерная, плавная подача жидкости. Насос имеет длительный срок службы и надежен в эксплуатации.

·  Простата пуска и регулирования.

·  Возможность перекачки любых жидкостей.

8. Недостатки:

·  Конструкция насоса не позволяет использовать его для подачи малых объемов жидкости

·  При работе насосов возникают значительные осевые усилия на рабочее колесо, направлен­ные в сторону всасывающего патрубка.

·  Низкий КПД малых насосов.

·  Сложность отливки рабочего колеса.

·  Необходимость заполнения жидкостью корпуса насоса и всасывающего трубопровода при нахождении оси насоса выше уровня в водоисточнике.

9. Технические характеристики. Технические характеристики представлены в таблице 1

Таблица1-Технические характеристики насосов типа К

Марка агрегата	Подача, м3/час	Напор, м	Частота, об/мин	Мощность, кВт	Масса, кг	Габаритные размеры, мм
1	2	3	4	5	6	7
К8/18	8	18	3000	1,5	64	769х257х323
К	12,5	20	3000	2,2	51	792х300х315
Ка	12,5	15	3000	1,5	80	792х300х315
К20/18	20	18	3000	2,2	51	769х257х323
К20/18а	18	15	3000	1,5	65	769х257х323
К	25	20	3000	3,0	100	770х368х312
К20/30	20	30	3000	5,5	100	850х299х350
К20/30	20	30	3000	4,0	92	832х299х350
К	25	32	3000	5,5	115	865х340х335
Ка	25	32	3000	4,0	110	800х340х335
К45/30	45	30	3000	7,5	134	1030х333х413
К45/30а	35	22,5	3000	5,5	125	973х333х380
К	50	32	3000	7,5	136	925х427х395
Ка	45	25	3000	5,5	132	895х427х395
К45/55	45	55	3000	15,0	330	1405х505х565
К45/55а	40	41,5	3000	11,5	265	1295х485х500
К	50	50	3000	15,0	250	1127х458х485
Ка	45	40	3000	11,0	185	990х428х425
К90/20	90	20	3000	7,5	134	1030х333х413
К90/20а	70	18,2	3000	5,5	127	973х333х380
К90/35	90	35	3000	15,0	330	1405х505х565
К90/35а	85	28,6	3000	11,0	265	1295х485х500
К	100	32	3000	15,0	265	1235х458х455
Ка	90	26	3000	11,0	210	1105х458х425
К	100	50	3000	30,0	340	1290х498х510
Ка	90	40	3000	18,5	275	1265х498х475
К90/85	90	85	3000	45,0	515	1590х575х630
К90/85а	85	76	3000	37,0	495	1550х575х630
К	100	80	3000	45,0	460	1390х568х605
Ка	90	67	3000	37,0	435	1390х568х605
К	200	20	1500	18,5	370	1325х475х455
Ка	180	16	1500	15,0	355	1305х475х455
К160/30	160	30	1500	30,0	435	1535х515х585
К160/30а	140	28,6	1500	22,0	415	1515х505х565
К160/30б	140	22	1500	18,5	410	1515х505х565
Марка агрегата	Подача, м3/час	Напор, м	Частота, об/мин	Мощность, кВт	Масса, кг	Габаритные размеры, мм
К	200	32	1500	30,0	450	1375х540х610
Ка	180	26	1500	22,0	430	1325х540х610
К	315	20	1500	30,0	460	1375х560х610
Ка	290	17	1500	22,0	440	1325х540х610
К290/30	290	30	1500	37,0	550	1645х575х600
К290/30а	250	24	1500	30,0	460	1555х515х585
К	315	32	1500	45,0	645	1665х600х720
Ка	290	26	1500	37,0	615	1625х600х720
К	400	50	1500	90,0	1005	1790х795х825

11. Маркировка.