Рабочие параметры нагнетателей, устройство и порядок расчета объемных насосов.

4.1. Рабочие параметры нагнетателей.

Основными величинами, характеризующими работу ма­шин, являются подача и напор и давление, ими развивае­мые. Энергия, сообщаемая потоку жидкости или газа машиной, вполне определяется этими величинами и плот­ностью подаваемой среды. Гидродинамическое и механиче­ское совершенство машины характеризуется ее полным КПД.

Подача — количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени.

Если подачу измеряют в единицах объема, то ее назы­вают объемной и обозначают .

Системой СИ введена массовая подача , кг/с, — мас­са жидкости (газа), подаваемой машиной в единицу вре­мени. Очевидно, что

где - плотность системы, кг/м³;

- объемная подача, м³/с.

При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной полости машины независимо от рода подаваемой среды. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в на­сосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В комп­рессорах вследствие существенного повышения давления происходит уменьшение удельного объема газа и объемная подача по длине проточной полости падает.

Давление нагнетателя Р, Па, определяется как разница давлений жидкости на выходе и входе нагнетателя. Давление является энергетической характеристикой потока и показывает, насколько увеличивает нагнетатель энергию потока. В этом контексте давление Р следует понимать не как силу F, действующую на единицу площади S, а как энергию E, приходящуюся на единицу объема V жидкости или газа (Па = Н/м² = (Н·м)/(м²·м) = Дж/м³):

Р = F / S = E / V.

Различают полное, статическое и динамическое давление. Полное давление равно сумме статического и динамического.

Р _п = Р _ст + Р _д.

Статическое давление Р _ст есть скалярная величина. Оно действует равномерно во все стороны, и характеризует потенциальную энергию сжатия жидкости или газа. Динамическое давление Р_д (правильнее было бы называть его кинетическим) есть векторная величина. Оно действует только в направлении скорости и характеризует кинетическую энергию жидкости или газа.

P _д = ρ ∙ w ²/2.

Вместо понятия давления применительно к насосам часто используют понятие напор. Напор Н, м, есть высота столба жидкости, создающего определенное значение давления, то есть та высота, на которую может быть поднята жидкость под действием данного давления. Связь между напором и давлением очень простая:

Р = ρ · g · Н,

где ρ - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения (g = 9, 81 м/с²).

.

Подача насоса (вентилятора, компрессора) зависит от размеров и скоростей движения его рабочих органов и свойств трубопроводной системы, в которую он включен.

Важной величиной, характеризующей насосы, и вентиляторы с энергетической стороны, является их удельная полезная работа Дж/кг:

,

представляющая собой работу, получаемую потоком от рабочих органов машины, отнесенную к 1 кг массы жидкости (газа).

Работа , подводимая на вал машины для приведения ее в действие, отнесенная к 1 кг массы подаваемой среды, называется удельной работой машины; она в основном определяет необходимую мощность приводного двигателя машины. Из-за потерь энергии в машине удельная полезная работа машины меньше ее удельной работы.

4.2. Мощность и КПД.

Рабочие органы машины – лопасти, поршни – работают в потоке и увеличивают его энергию. Для проведения этой работы к валу насоса должна непрерывно подводиться энергия от двигателя.

Введем понятия полезной мощности насоса, потребляемой мощности и мощности установки.

Полезная мощность насоса – это работа, сообщаемая машиной в секунду подаваемой среде и определяется соотношением:

.

Где Q – объемная производительность,

g – ускорение свободного падения;

- плотность перекачиваемой жидкости,

Н – полный напор.

- полный КПД насоса.

Потери энергии, неизбежные в любом рабочем процессе, приводят к неравенству . Процесс работы машины тем совершеннее, чем меньше отличается от .

Эффективность использования насосом энергии, к нему подводимой, оценивают КПД насоса - отношением полезной мощности к потребляемой мощности насоса:

.

В системах, состоящих из нескольких элементов, полный КПД оценивается путем перемножения КПД каждого отдельного элемента, например:

,

где n – количество элементов системы.

Учитывая возможные перегрузки системы, запланированные потери и возможность повышения надежности, ввели коэффициент запаса мощности :

,

где - мощность установки.

, кВт
менее 1	2 – 1, 5
1 – 5	1, 5 – 1, 2
5 – 50	1, 2 – 1, 15
более 50	1, 1

4.3. Струйные насосы.

В промышленности для перемещения жидкостей и газов находят применение насосы струйного типа. Схема такого насоса приведена на рисунке. Поток рабочей жидкости, несущей энергию, проходит через сопло. В сужающемся сопле увеличивается скорость потока, соответственно вырастает кинетическая энергия. По закону сохранения энергии увеличение кинетической энергии обусловливает понижение давления в выходном сечении сопла и, следовательно, и камере. Под влиянием разности давлений (атмосферного — на уровне 3 и в камере 2) жидкость поднимется в камеру 2, где захватывается струей рабочей жидкости, смешивается с нею, поступает в расширяющий патрубок 4 и далее по трубопроводу в бак на высоту . Коэффициент полезного действия струйных насосов невысок, но простота конструкции и отсутствие движущихся деталей способствует их применению в различных промышленных установках. Насосы, струйного типа применяются для перемещения, газов и как эжекторы в вакуумных установках.

При горизонтальном расположении насоса скорость струи на входе и выходе определяется:

,

где и - скорости струи на входе и выходе насоса;

и - диаметры струи на входе и выходе насоса.

Давление на ходе и выходе насоса определяется соотношением:

,

где - плотность жидкости.