Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3. Аналіз відцентрових насосів
- 3.1 Робота насосів
- 3.2 Кавітація
- 3.3 Способи регулювання подачі води насосними агрегатами
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
За останні 10 років в конструкції шахтних насосів внесені значні зміни за рахунок вдосконалення традиційних конструктивних схем , застосування більш якісних матеріалів, використання ЕОМ для розрахунку і вибору оптимальних варіантів гідравлічних схем , поліпшення окремих деталей , розробки нових методів гідравлічних і механічних розрахунків . Водовідливні установки в гірській промисловості обладнуються відцентровими насосами , високонадійними в роботі , більш економічними в порівнянні з поршневими насосами і дозволяють використовувати високооборотні двигуни. Завдяки застосуванню таких двигунів скорочуються габарити насосів , зменшуються обсяги проходки гірських виробок для водовідливних установок і знижуються експлуатаційні витрати на відкачування води [1].
1. Актуальність теми
Розвиток конструкцій шахтних насосів відбувається в напрямках : збільшення одиничної потужності шахтних насосних агрегатів , особливо застосовуваних при розтині глибоких горизонтів ; підвищення економічності , надійності і довговічності при збереженні необхідної номенклатури для гірничої промисловості.
Створення сучасних і перспективних конструкцій насосів вимагає проведення великих комплексних наукових та експериментальних дослідницьких робіт як на заводі-виробнику , так і в різних гірничо- технічних умовах шахт[1]
2.Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Метою магістерської роботи є вибір схеми спільної роботи ценробежного насоса з бустерних пристроєм та обгрунтування її параметрів виключають режими кавітації.
Основні завдання дослідження: :
- Аналіз можливих бустерних пристроїв і кавітаційних якостей відцентрових насосів;
- Обосновать вибір бустерного пристрої;
- Получіть залежності для розрахунку і побудови характеристик струменево-відцентрової системи з метою обгрунтування його раціональних параметрів.
Обьект дослідження: Відцентрові насоси
Предмет дослідження: Кавітація у відцентрових насосах
3. Аналіз відцентрових насосів
У результаті впливу робочого колеса рідина виходить з нього з більш високим тиском і більшою швидкістю , ніж при вході. Вихідна швидкість перетвориться в корпус насоса в тиск перед виходом рідини з насоса. Перетворення швидкісного напору в п'єзометричний частково здійснюється в спіральному відводі 1 (див. малюнок 1 ) або направляющем апараті 3 . Незважаючи на те що рідина надходить з колеса 2 в канал спірального відводу з поступово зростаючими перетинами , перетворення швидкісного напору в п'єзометричний здійснюється головним чином у конічному напірному патрубку 4 . Якщо рідина з колеса потрапляє в канали направляючого апарату 3 , то більша частина зазначеного перетворення відбувається в цих каналах .
рис. 1 . Схема насоса зі спіральним відводом
a - без направляючого апарату; б- з напрямним апаратом
Направляючий апарат був введений в конструкцію насосів на підставі досвіду роботи гідравлічних турбін , де наявність направляючого апарату є обов'язковим. Насоси ранніх конструкцій з напрямним апаратом називалися Турбонасоси .
Найбільш поширеним типом відцентрових насосів є одноступінчасті насоси з горизонтальним розташуванням валу і робочим колесом одностороннього входу. На малюнку 2 показана насосна установка, що складається з відцентрового насоса 3 типу НЦС , електродвигуна 5 , службовця приводом для насоса і змонтованого разом з ним на рамі 6 .
рис. 2 . Схема відцентрового самовсмоктуючого насоса НЦС - 1
Цей насос застосовується в основному для відкачування чистої води при розробці котлованів під фундаменти і траншеї , також для інших подібних робіт у різних галузях промисловості і будівництва. Насос обладнаний всмоктувальним рукавом 2 , забезпеченим фільтром 1 і напірним патрубком 4 . Привід насосів цього типу , крім електродвигуна , може здійснюватися бензиновими двигунами внутрішнього згоряння.
Насоси відцентрові зважених одноступінчаті з робочим колесом одностороннього входу НЦС - 1 , НЦС - 2 , НЦС - 3 , ИЦС - 4 , С- 569М призначені для подачі води і інших неагресивних рідин з зваженими частинками (пісок , шлак і т.д.). Вони можуть застосовуватися в різних галузях промисловості і будівництві , на транспорті , в сільському господарстві , а також для водопостачання , якщо умови роботи відповідають технічній характеристиці насоса.Конструкція насосів дозволяє легко здійснювати автоматичне керування . Вона розрахована на роботу при температурі води не вище 50 ° С. У керівництві є креслення насосів , правила експлуатації , та інструкції з обслуговування .
Характеристика насоса НСЦ - 1 наведена на малюнку 3 .
рис. 3. Характеристика насоса НЦС-1
Одноступінчаті насосні установки можуть бути обладнані насосами консольного типу - типу К ( див. малюнок 4 ) з приводом від електродвигуна через сполучну муфту , призначеними для подачі чистої води та інших малоагрессівних рідин.
Насос типу К складається з корпусу 2 , кришки 1 корпусу , робочого колеса 4 , вузла ущільнення валу і опорної стійки . Кришка корпусу відлита за одне ціле зі всмоктувальним патрубком насоса. Робоче колесо закритого типу закріплено на валу 9 насоса за допомогою шпонки і гайки 5 . У насосів потужністю до 10 кВт робочі колеса нерозвантаженими , а у насосів потужністю 10 кВт і вище розвантажені від осьових зусиль. Розвантаження здійснюється через розвантажувальні отвори в задньому диску робочого колеса і ущільнювальний поясок на робочому колесі з боку вузла ущільнення . Завдяки розвантаженні знижується тиск перед вузлом ущільнення вала насоса.
рис . 4 . Схема консольного насоса одностороннього всмоктування типу К
Для збільшення ресурсу роботи насоса корпус (тільки у насосів потужністю 10 кВт і вище) і змінні корпуси (у всіх насосів) захищені змінними ущільнюючими кільцями 3 . Невеликий зазор ( 0,3 - 0,5 мм) між ущільнюючим кільцем і ущільнювальним пояском робочого колеса перешкоджає перетіканню перекачується насосом рідини з області високого тиску в область низького тиску , завдяки чому забезпечується високий ККД насоса..
Для ущільнення валу насоса застосовують м'який набивний сальник. Для підвищення ресурсу роботи насоса і запобігання зносу валу в зоні вузла ущільнення на вал надіта змінна захисна втулка 7 . Набивання сальника 6 поджимается кришкою сальника 8 . Опорна стійка є опорний кронштейн 10 , в якому в шарикопідшипниках 11 встановлено вал насоса. Шарикопідшипники закриті кришками . Мастило шарикопідшипників консистентна .
Робочі колеса одностороннього всмоктування схильні до дії осьової сили , яка спрямована у бік входу рідини в робоче колесо . Осьова сила виникає через те , що розташована проти вхідного перетину колеса площа A1 = П D12 / 4 передньої сторони заднього диска знаходиться під дією тиску всмоктування р1 , а також за величиною площа задньої сторони цього диска - під тиском нагнітання р2 . Осьова сила Т може бути обчислена з рівняння T = П / 4 ( D12 - Ds2 ) ( p2 - p1 ) .де D1 - діаметр входу в робоче колесо ; Ds - діаметр валу.
Насправді осьова сила дещо менше , ніж обчислена за цією формулою . Це пояснюється тим , що , по-перше , різниця тисків p2 p1 менше , ніж повний напір насоса , так як рідина за колесом знаходиться в обертанні , і , по-друге , у зв'язку зі зміною напрямку руху рідини в робочому колесі від осьового до радіального виникає протилежно спрямоване осьове зусилля . Однак розвантажується осьова сила істотно мала в порівнянні з тією, яка виникає під дією різниці тиску на задній диск робочого колеса.
Якщо в одноступінчатих насосах одностороннього всмоктування осьова сила може бути надійно сприйнята наполегливим підшипником , то це буде найбільш економічним рішенням. В іншому випадку необхідно вжити заходів для зменшення осьової сили , діючої на завзятий підшипник . Це зменшення може бути досягнуто тільки при зниженні ККД насоса.
Зазвичай застосовують один з двох методів усунення або зменшення осьової сили . З першого методу за робочим колесом розташовують камеру 4 (див. малюнок 5 ) , відокремлену від напірної порожнини кільцями ущільнювачів з малим радіальним зазором . Камера повідомляється із вхідними порожниною 1 робочого колеса 2 через отвори 5 , просвердлені в задньому диску 3 . У деяких випадках розвантажувальну камеру 4 за допомогою каналу 6 повідомляють з вхідним патрубком . Пристрій спеціального каналу, що з'єднує розвантажувальну камеру з вхідним патрубком , є кращим рішенням , ніж свердління отворів в диску колеса , так як струмінь рідини , що виходить через ці отвори , спрямована проти потоку на вході в робоче колесо і порушує його .
рис . 5 . Схема можливої розвантаження робочого колеса від осьового зусилля
При другому методі врівноваження осьової сили застосовують ребра , розташовані із зовнішнього боку заднього диска. При обертанні робочого колеса внаслідок наявності ребер знижується тиск в порожнині між колесом і корпусом. На малюнку 6 зображені характерні криві осьової сили для неврівноваженого колеса ( крива 1 ) , для колеса з розвантажувальної камерою у заднього диска і дев'ятьма отворами діаметром 10 мм в ступиці ( крива 2 ) і ребрами на задньому диску ( крива 3 ) .
Як видно з графіків , зображених на малюнку , другий метод є більш дешевим і ефективним в порівнянні з першим ; при цьому збільшення потужності відповідає потужності , що втрачається в звичайних умовах через витоки .
рис . 6 . Графік зміни осьової сили
Однак найефективнішим способом розвантаження ротора одноступінчатого насоса від осьового зусилля є застосування насосів з колесами двостороннього всмоктування - типу Д (див. рисунок 7) , у яких завдяки симетрії не виникає осьового зусилля. У цих насосів є роздвоюється полуспіральний підвід 3 . У робочому колесі 1 ці потоки з'єднуються і виходять в загальний спіральний відвід . Роз'єм корпусу насоса горизонтальний , завдяки чому забезпечується можливість розтину , огляду, ремонту , заміни окремих деталей і всього ротора без демонтажу трубопроводів ( напірний і всмоктуючий патрубки приєднані до нижньої частини корпусу) . Вал насоса захищений від зносу закріпленими на валу змінними втулками. Ці ж втулки кріплять робоче колесо в осьовому напрямку. Сальники , що ущільнюють підведення насоса , мають кільця гідравлічного затвора 2 . Рідина підводиться до них під тиском з відведення насоса по трубах. Радіальне навантаження ротора сприймається підшипниками ковзання. Для фіксації валу в осьоому напрямі і сприйняття осьового зусилля , яке може виникнути при неоднаковому виготовленні або зносі одного з ущільнення робочого колеса , в лівому підшипнику є радіально- наполегливі шарикопідшипники 4 . Насоси двостороннього всмоктування мають велику висоту всмоктування , ніж насоси одностороннього всмоктування при тих же подачі і частоті обертання валу.
рис . 7 . Одноступеневий насос двостороннього всмоктування
Одноступінчасті насоси мають обмежений натиск. Тому коли необхідний напір насоса не може бути створений досить економічно одним робочим колесом , в конструкції багатоступінчастого насоса застосовують ряд послідовно розташованих коліс. Схема багатоступінчастого секційного відцентрового насоса показана на малюнку 8 . Кожна ступінь такого насоса складається з робочого колеса 1 і направляючого апарату 2 , який направляє потік до наступного робочого колесу . У такому насосі напір підвищується пропорційно числу коліс.
рис. 8. Схема багатоступінчастого секційного відцентрового насоса
На малюнку 9 зображений розріз багатоступінчастого поживного турбонасоса секційного типу. Потік рідини з всмоктуючої секції 1, проходячи через чотири проміжні секції 2, потрапляє в напірну секцію 3. Осьове зусилля сприймається гідравлічним розвантажувальним пристроєм.
рис. 9. Поживний турбонасос
Завдання урівноваження осьових сил для багатоступеневих насосів є особливо важливою через більш високі напорів цих насосів і підсумовування осьових сил, що діють на окремі щаблі. Одним із способів врівноваження осьових сил багатоступеневих насосів (див. малюнок 10 ) є застосування самовстановлювальною гідравлічної п'яти. Принцип роботи цієї п'яти полягає в наступному. Всі робочі колеса розташовані так , що потік при вході в них спрямований в одну і ту ж сторону. За колесом останнього ступеня знаходиться розвантажувальна камера , що повідомляється через патрубок з порожниною всмоктування , що знаходиться перед першим колесом. Осьова сила прагне перемістити ротор , а отже , і гідравлічну п'яту в сторону всмоктуючого патрубка . При цьому осьовий зазор між гідравлічної п'ятою та торцем втулки зменшиться , внаслідок чого зменшиться тиск в розвантажувальної камері. Тоді під дією повного тиску п'ята почне переміщатися у зворотний бік до тих пір , поки не настане рівновага сил, що діють на гідравлічну п'яту.
рис. 10. Секційний насос з розвантажувальної п'ятої
1 - усмоктувальна секція ; 2 - стягає болт ; 3 - проміжні секції ; 4 - напірна секція ; 5 - з'єднувальний патрубок ; 6 - гідравлічна п'ята ; 7 - втулка ; 8 - свердління для подачі води з першого ступеня
У ряді випадків для розвантаження насосів від осьового зусилля використовуються багатоступінчасті насоси із зустрічним розташуванням коліс . На малюнку 11 зображено двоступінчастий спіральний насос. Рідина надходить з першого ступеня в другу по внутрішньому каналу . Роз'єм корпусу поздовжній . Напірний і всмоктуючий трубопроводи приєднані до нижньої частини корпусу , що полегшує огляд і ремонт насоса. Ущільнюючі зазори робочих коліс виконані між змінними ущільнюючими кільцями , які захищають корпус і робочі колеса від зносу. Фіксація ротора в осьовому напрямку здійснюється радіально- наполегливими шарикопідшипниками , розташованими в правому підшипнику. Розташований з боку всмоктування сальник має кільце гідравлічного затвора , до якого рідина підводиться по трубці , що йде з відведення першого ступеня. Сальник , розташований праворуч , ущільнює підведення другого ступеня . Рідина підводиться під напором , створюваним відведенням першого ступеня.
рис. 11. Двоступеневий насос з зустрічним розташуванням робочих коліс
У теплоенергетиці для забезпечення енергетичного циклу використовують більше 20 різних видів насосів. Насосне обладнання теплоелектростанцій серед допоміжного обладнання займає перше місце.
Якщо в якості основної ознаки прийняти призначення насоса , то насоси можна розділити на дві групи: тісно пов'язані з роботою основного експлуатаційного обладнання ТЕС; різного призначення, призначені для технічних цілей.
До першої групи насосів відносяться ті , які зайняті на таких основних циклах роботи: циркуляції води ( циркуляційні та рециркуляційні насоси) , приготування живильної води ( конденсатні насоси) , теплопередачі (мережеві і бойлерні насоси) , регулювання ( нагнітальні насоси для живлення серводвигунів регуляторів парових турбін ) . До другої групи насосів відносяться дренажні , пожежні , господарські та ін
До найбільш відповідальним насосів , безпосередньо впливає на надійність і економічність роботи електростанції , відносяться поживні , конденсатні , циркуляційні , мережеві та багерних .
Конденсатні насоси ( див. малюнок 12 ) усіх типів мають принципове конструктивне виконання . Це відцентрові двокорпусні вертикальні насоси спірального типу.
рис. 12. Конденсатний насос
1 - зовнішній корпус ; 2 - внутрішній корпус ; 3 - ротор ; 4 і 5 - підшипник відповідно верхній і нижній ; 6 - упругопальцевая муфта
Для охолодження обладнання та інших технічних цілей використовуються циркуляційні насоси ( див. малюнок 7 ) , що подають воду з резервуарів . Досить часто при проектуванні автоматизованих ліній систем водяного опалення використовують електричні насоси типу ЦВЦ (див. малюнок 13 ) , що встановлюються прямо на трубопроводі. Відцентрові водяні циркуляційні насоси є малошумними і призначені для забезпечення водяного опалення. Насоси являють собою малогабаритну моноблочну конструкцію з вбудованим асинхронним короткозамкненим електродвигуном. Робоче колесо безсальнікового насоса встановлюється консольно на валу електродвигуна . Ротор двигуна з радіально- наполегливими підшипниками ковзання обертається безпосередньо в перекачується воді , яка одночасно служить мастилом для них і охолоджуючої середовищем.
рис. 13. Схема электронасоса ЦВЦ
Насоси встановлюються безпосередньо на трубопроводі, що істотно спрощує їх монтаж і експлуатацію і дозволяє обходитися без спеціального фундаменту. Залежно від типорозміру насоси з'єднуються з трубопроводом за допомогою ніпельних або фланцевих з'єднань. Насоси ЦВЦ використовуються для подачі в тепломережу води з температурою до 100 ° С.
Зведена характеристика електронасосів ЦВЦ приведено малюнку 14.
рис. 14.Напорна характеристика насосів ЦВЦ
1 - для ЦВЦ 2,5-2
2 - для ЦВЦ 4-2,8
3 - для ЦВЦ 6,3-3,5
4 - для ЦВЦ 10-4,7
5 - для ЦВЦ 16-6,7
6 - для ЦВЦ 25-9,2
Мережеві насоси призначені для живлення теплофікаційних мереж . Вони встановлюються або безпосередньо на електростанції , або на проміжних перекачувальних насосних станціях. Залежно від теплового режиму мережі насоси повинні надійно працювати при значних коливаннях температури перекачується води в широкому діапазоні подач. Як правило , насос і електродвигун встановлюються на окремих фундаментах.
Бустерні насоси призначені для подачі води з деаератора до живильних насосів турбоагрегату з тиском , необхідним для запобігання кавітації в поживних насосах. Підбір насосів здійснюється за допомогою каталогів , в яких зазвичай наведені відомості про призначення та області застосування насосів , короткий опис конструкції , технічні та графічні характеристики , креслення загальних видів насосів і насосних агрегатів із зазначенням габаритів і приєднувальних розмірів. Проектним організаціям рекомендується користуватися каталогом тільки при технічному проектуванні . Вводиться новий ГОСТ «Насоси відцентрові консольні із осьовим входом для води». При робочому проектуванні за уточненими даними необхідно звертатися на заводи-виробники . При виборі насоса слід враховувати , що необхідні режими роботи (подача і напір) повинні знаходитися в межах робочої області його характеристики . Для ілюстрації розглянемо метод підбору насосів типу К.. Типорозмір насоса вибирають за максимально необхідної подачі та опору системи , в яку встановлюють насос , при цій подачі. З подачі та напору на зведеному графіку полів Q- H ( див. малюнок 15 ) попередньо вибирають насос необхідного типорозміру , а потім по графічної характеристиці уточнюють правильність вибору.
рис. 15. Зведений графік полів H -Q для консольних насосів
За графічної характеристиці і таблиці « Технічна характеристика» визначають необхідний діаметр робочого колеса насоса , крива напору якого повинна проходити через точку заданих параметрів по подачі і напору або бути трохи вище її . При виборі насоса дуже важливо забезпечити його бескавитационной роботу. Для цього необхідно переконатися , що обраний насос за своїми навігаційним якостям відповідає системі , в яку його встановлюють . Кавітаційний запас системи
w h = (( p a - p t ) / j ) - [ ± H 0 ] - E h b w где:
pa - абсолютний тиск , Па , на вільну поверхню рідини в резервуарі , з якого ведеться відкачування ; pt - тиск , Па , насичених парів рідини, що перекачується при робочій температурі ; w —- питома вага рідини, що перекачується , Н/м3 ; hbw - сумарні втрати напору , м , у всмоктуючому трубопроводі при максимально необхідної подачі ; H 0 - геометрична висота всмоктування ( геометричний підпір ) , м.
Величина H 0 дорівнює відстані по вертикалі від осі вала насоса до рівня рідини в резервуарі , з якого її відкачують . Вона має знак «плюс» при розташуванні насоса вище рівня рідини ( висота всмоктування ) і знак «мінус» при установці насоса нижче рівня рідини ( підпір ) .
Допустимий кавітаційний запас насоса ? hд і потужність насоса визначають за графічної характеристиці насоса обраного типорозміру при максимально необхідної подачі.
Насоси типу К в залежності від діаметра робочого колеса комплектують різними за потужністю електродвигунами. Потужність необхідного електродвигуна N3 визначають з рівності
Nэ = R N j/1OOO,где:
де :R - коефіцієнт запасу ;N- потужність насоса на номінальному режимі ( в розрахунковій точці ) , кВт
R . . . . . . . . 1,3 1,25 1,2 1,15
Nэ, кВт . . . . . . . . до 4 4—20; 20—40 <40
За призначенням Nе підбирають найближчий більший за потужністю комплектуючий електродвигун. [2]
3.1 Робота насосів
На теплових електростанціях часто необхідна спільна робота двох або декількох насосів на одну загальну мережу . При цьому насоси можуть включатися як паралельно , так і послідовно. Паралельно два або кілька насосів включають на теплових станціях в тих випадках , коли один насос не забезпечує необхідної продуктивності. При паралельній роботі двох або декількох насосів на загальну мережу , якщо є їх характеристики , можна побудувати характеристику спільної роботи насосів (рис. 77 , а). Для цього на одному графіку в одному масштабі будують характеристики 1 і 2 насосів. Потім проводять прямі , паралельні осі , по якій відкладають продуктивності , і підсумовують відрізки , відсічені на цих прямих характеристиками насосів. Сума відрізків , відкладена на тій же прямій , дає точку сумарною характеристики 3 кількох насосів.
Якщо тепер на цей графік накласти характеристику мережі 4t то перетин характеристик 4 і 3 дасть робочу точку спільної роботи двох насосів та мережі . Сумарний витрата рідини двох насосів Vi +2 буде менше , ніж сума витрат цих насосів при роботі їх окремо на ту ж мережа: V + V2. Щоб сумарна продуктивність паралельно працюючих насосів була близькою до суми продуктивностей насосів, що працюють окремо , для спільної паралельної роботи підбирають насоси , що мають пологі характеристики . Бажано також , щоб характеристика мережі , на яку працюють насоси , що не була крутий .
Послідовно кілька насосів включають в тих випадках , коли один насос не може I розвинути необхідного напору. При будівництві нової електричної станції , коли на ній встановлюють турбоагрегати та котли однакових параметрів , насоси включають послідовно рідко. Якщо ж електростанція зазнала модернізації й удосконалення, послідовне включення двох насосів зустрічається часто. При послідовній роботі насосів на одну мережу складають відрізки , що відсікаються прямими , паралельними осі, і характеристиками насосів (рис. 16 , б). Збільшення напору 1 +2 при послідовній роботі двох насосів , включених в загальну мережу , так само , як і збільшення подачі при паралельній роботі , залежить від характеристик насоса та мережі . Найбільше збільшення напору буде в тому випадку , коли характеристики насосів пологі , а крива мережі більш крута . Насоси при спільному режимі працюватимуть економічно в тому випадку , якщо знайдені точки роботи насосів знаходяться в зоні максимального к. п. д.
рис. 16. Характеристика спільної роботи двох насосів, включених в загальну мережу.
Основні поняття про рух рідини
Живим переТином w(мІ) називають площу поперечного перерізу потоку, перпендикулярну до напрямку течії. Наприклад, живий перетин труби - коло (ріс.17.1, б); живий перетин клапана - кільце із змінним внутрішнім діаметром (ріс.17.1, б).
рис. 17.1.Живі перерізу: а - труби, б - клапана
Змочений периметр ? ("хі") - частина периметра живого перетину, обмежене твердими стінками (ріс.17.2, виділений потовщеною лінією).
рис. 17.2. Змочений периметр
Для круглої труби
якщо кут в радіанах , або
Витрата потоку Q - об'єм рідини V , що протікає за одиницю часу t через живий перетин w.
Середня швидкість потоку ? - швидкість руху рідини , яка формулюється ставленням витрати рідини Q до площі живого перетину w
Оскільки швидкість руху різних частинок рідини відрізняється один від одного , тому швидкість руху і усереднюється . У круглій трубі , наприклад , швидкість на осі труби максимальна, тоді як у стінок труби вона дорівнює нулю. Гідравлічний радіус потоку R - відношення живого перетину до змоченій периметру
Перебіг рідини може бути усталеним і несталим . Сталим рухом називається такий рух рідини , при якому в даній точці русла тиск і швидкість не змінюються в часі
Лінія струму (застосовується при несталому русі) це крива, в кожній точці якої вектор швидкості в даний момент часу спрямовані по дотичній. Трубка струму - трубчаста поверхня, утворена лініями струму з нескінченно малим поперечним перерізом. Частина потоку, укладена всередині трубки струму називається елементарної цівкою.[5]
рис. 17.3. Лінія струму і цівка
Перебіг рідини може бути напірним і безнапірним. Напірне протягом спостерігається в закритих руслах без вільної поверхні. Напірне протягом спостерігається в трубопроводах з підвищеним (зниженим тиском). Безнапірних - протягом з вільною поверхнею, яке спостерігається у відкритих руслах (ріки, відкриті канали, лотки тощо). У даному курсі буде розглядатися тільки напірне перебіг.
рис. 17.4. Труба з перемінним діаметром при постійному расході
Із закону збереження речовини і сталості витрати втекти рівняння нерозривності течій. Уявімо трубу з перемінним живим перетином (ріс.17.4). Витрата рідини через трубу в будь-якому її перетині постійний, тобто Q1 = Q2 = const
Вимірювання швидкості потоку і витрати рідини
Для вимірювання швидкості в точках потоку широко використовується працює на принципі рівняння Бернуллі трубка Піто (ріс.17.7), загнутий кінець якої спрямований назустріч потоку. Нехай потрібно виміряти швидкість рідини в якійсь точці потоку. Помістивши кінець трубки в зазначену точку і склавши рівняння Бернуллі для перетину 1-1 і перетину, що проходить на рівні рідини в трубці Піто отримаємо
де Н - стовп рідини в трубці Піто.
рис. 17.7.Трубка Піто і pасходомер Вентурі
ДДля вимірювання витрати рідини в трубопроводах часто використовують витратомір Вентурі, дія якого заснована так само на принципі рівняння Бернуллі. Витратомір Вентурі складається з двох конічних насадков з циліндричною вставкою між ними (ріс.17.7). Якщо в перетинах II і II-II поставити п'єзометри, то різниця рівнів в них залежатиме від витрати рідини, що протікає по трубі.
Нехтуючи втратами напору і вважаючи z1 = z2, напишемо рівняння Бернуллі для перетинів II і II-II:
Или
Використовуючи рівняння нерозривності Q = v1w1 = v2w2
зробимо заміну в отримано вираженні:
Вирішуючи щодо Q, отримаємо
Вираз, що стоїть перед, є постійною величиною, що носить назву постійної водоміра Вентурі. З отриманого рівняння видно, що h залежить від витрати Q. Часто цю залежність будують у вигляді тарировочной кривої h від Q, яка має параболічний характер. [3]
3.2Кавітація в відцентровому насосі
Кавітацією в шахтних насосах називають складний комплекс явищ, пов'язаний з утворенням і подальшим розвитком газових порожнин в проточній частині насоса через порушення суцільності потоку робочої рідини в проточній частині насоса, тобто розриву реальної рідини за певних растягивающих напружених, відповідних падінню тиску пароутворення. Явище кавітації пояснюється наявністю в рідині газових бульбашок, які не можуть тривалий час залишатися в рівноважному стані. При обтіканні вхідних кромок лопатей робочого колеса насоса тиск у зовнішньому середовищі зменшується до тиску пароутворення, і бульбашки кавитационной каверни швидко розширюються. Кавітаційні властивості шахтних насосів характеризуються певними параметрами і відповідними умовами роботи: всмоктуючої здатністю і геометричній висотою всмоктування, відхилення від яких призводить до появи розвиненою кавітації в проточній частині насоса.
Геометричній висотою всмоктування Н_вс називається різниця відміток осі насоса і вільного рівня в водозбірнику h_1:
H_(вс.доп)=h_0±h_1
Якщо насос розташований нижче рівня, як при заглиблених водовідливних установках, то висота всмоктування - негативна, звана підприєм. Приплив рідини від поверхні вільного рівня до входу в колесо насоса відбувається за рахунок різниці тисків. Велика частина шахтних насосів розташована вище рівня води в водозбірниках, тиск води на лопаті робочого колеса першого ступеня при вході в насос значно менше атмосферного, тому насоси працюють з підсмоктуванням води. Із збільшенням геометричній висоти всмоктування і гідравлічних втрат у всмоктуючому трубопроводі усмоктувальна здатність насоса зменшується.
Для нормальної роботи насоса повинна бути виконана умова
p_в>p_п
де p_в-мінімальний абсолютний тиск в потоці рідини в області входу в колесо;p_ (п-) тиск насиченої пари рідини, що перекачується. Недотримання цієї умови в місця виникнення мінімуму тиску викликає скипання рідини, що веде до зниження подачі насоса і скидання навантаж.
Максимальна геометрична висота всмоктування насосів не може бути більш Рат / pg, що для води складає 10 м. Висота всмоктування відцентрових насосів зазвичай не перевищує б ... 7 м. Якщо за розрахунком виходить hвс <0, то насос необхідно ставити нижче рівня рідини в приймальному резервуарі (затоплений насос).
Кавітаційний запас - питома енергія рідини при вході в насос, необхідна для запобігання кавітації - залежить від конструкції насоса, режим роботи, втрат у всмоктуючому трубопроводі і частоти обертання; показує, яка частина манометричного напору на одну ступінь складає падіння тиску з заднього боку лопатки.
Чим більше частота обертання насоса, тим менше допустима висота всмоктування, тому для заданої подачі Q і допустимої висоти всмоктування підвищення частоти обертання можливо лише шляхом збільшення постійної С, що залежить від конструкції насоса - форми вхідної крайки лопатей, їх кривизни, шорсткості поверхні.[6]
З ростом вакуумметричний висоти всмоктування знижуються кавітаційний запас і тиск на вході, причому мінімальне значення тиску є критичним, що визначає виникнення і розвиток кавітації. При експлуатації шахтних насосів усмоктувальна здатність має важливе значення для безперебійної роботи, тому при проектуванні і розрахунку необхідно:
-Висоту всмоктування вибирати залежно від гірничотехнічних особливість шахт і копалень (розташування, температура, забрудненість і щільність шахтних вод, підвищення або зниження тиску водяної пари);
-Швидкість русі рідини у всмоктуючому трубопроводі приймати в межах 1.25-1.5 м / с, щоб обмежити гідравлічні втрати та освіта кавітації;
-При незадовільній роботі сальникових ущільнень направляти рідину в порожнисте кільце сальника (гідрозатвор);
-При негативній висоті всмоктування застосовувати установку насоса для компенсації падіння тиску у всмоктувальній системі та попередження підсосу повітря у всмоктуючому трубопроводі;
-Перед входом рідини в основний робочий колесо для створення підпору з метою забезпечення бескавитационной роботи встановлювати шнекове пристрій.
Водовідливні установки можуть безперебійно працювати при надійно виконаної системі всмоктування з мінімальними гідравлічними опорами. Прикладом можуть служити установки з негативною висотою всмоктування. Правильно вибрана висота заглиблення насосних камер залежно від конструктивних особливостей насоса, відсутність підсосу повітря в сальниках, а також у трубопроводі і першого ступеня насоса забезпечують безперебійну роботу водовідливної установки.
Втрати в насосах
Втрати в насосі підрозділяють н гідравлічні, об'ємні, механічні та характеризуються відповідними к.к.д. Гідравлічні втрати. Енергія, що отримується потоком рідини від робочого колеса, частково витрачається на подолання всіх гідравлічних опорів h_н-при русі потоку в проточних каналах насоса. Напір насоса залежно від гідравлічних опорів H=H_т-h_н.
Потужність тертя в підшипниках визначається спеціальним розрахунком на основі гідродинамічної теорії мастила або торії втрат в підшипниках кочення. У малонагруженних підшипниках ковзання, що характерно для насосів, втрата потужності на тертя в підшипниках і сальниках становить близько 1-2% від споживаної потужності. Механічні втрати в сальникових ущільненнях залежать від тиску, розмірів сальників, типу набивки та інших факторів. Потужність механічних втрат змінюється пропорційно квадрату швидкості обертання. Втрати на тертя в підшипниках при одних і тих же розмірах і завантаженні залежать від якості їх виготовлення. Конструкція сполучної муфти між насосом і електродвигуном робить істотний вплив на роботу підшипників. При великій маховою масі муфти створюється значна осьова навантаження на шарикопідшипники і збільшуються механічні втрати в насосі.
Потужність втрат в сальникових ущільненнях емпірично визначається як 0,2-0,5% потужності приводу. Потужність втрат в підшипниках кочення складає 0,15-0,2% потужності приводу і збільшується до 0,75% при збільшенні швидкості обертання. Потужність, що витрачається на дисковий тертя Насос складається з корпусу 1 і ротора 2, що представляє собою колесо з декількома лопатями, спрямованими під невеликим, кутом убік, зворотну обертанню ротора. При обертанні ротора знаходиться в корпусі вода, захоплюємося лопатями, під дією відцентрової сили викидається через нагнітальний патрубок 3. Через всмоктуючий патрубок 4 внаслідок розрідження створюваного обертанням ротора, вода надходить у насос. У многоступенчатом насосі є кілька коліс і вода послідовно переходить від одного колеса на інше (як кажуть, з одного ступеня на інший), причому кожен ступінь збільшує натиск приблизно в два рази. Перевагою відцентрових насосів є їх компактність, можливість прямого підключення до електромоторів, рівномірність подачі води. Однак насоси цього типу мають менший коефіцієнт корисної дії, ніж поршневі.
Вода з насоса подається до палі по трубопроводу діаметром 100-150 мм. Для підривних трубок застосовують водопровідні труби діаметром від 37 до 62 мм. Наконечники - відрізки труби того ж діаметру, що і підмивання трубки, нижній кінець яких на відстані, рівному 2 діаметрам, оброблений на конус. Наконечники приєднуються подмивним трубках на муфтах з гвинтовою різьбою. Застосовують однострунні (з одним осьовим отвором) і багатоструменеві наконечники, в яких, крім осьового отвору, є кілька бічних отворів діаметром, рівним 0,3 діаметра подмивной трубки. принцип дії: крім основного обладнання, кожен копер забезпечується допоміжним обладнанням та інструментом для монтажу, демонтажу та поточного ремонту копра, а також для виконання різного роду допоміжних робіт, пов'язаних безпосередньо із забиванням паль. До допоміжного обладнання відносяться: троси, блоки, поліспасти, домкрати, наголовники, бугелі й подбавкі. До інструментів відносяться: пилки для зрізання дерев'яних паль під водою, пили поперечні, сокири, кувалди, ломи, лопати і різні ключі (газові, гайкові та торцеві).Cхема відцентрового насоса і принцип дії[4]
3.3 Способи регулювання подачі води насосними агрегатами
Для регулювання тиску в магістралі користуються двома способами: регулювання за допомогою дросельної заслінки і регулювання зміною швидкості обертання робочого колеса насоса. Перший спосіб являє собою зміну параметрів трубопроводу, а саме його гідравлічного опору, при збереженні параметрів і характеристики насоса. Другий спосіб навпаки - зміщення характеристики насоса при збереженні параметрів трубопроводу. Якщо насос працює при незмінній частоті обертання, то найпростішим і повсюдно застосовуваним способом регулювання його подачі є дроселювання, тобто неповне відкриття засувки на напірному трубопроводі насоса (див. малюнок 18).
рис. 18 – Характеристика насосного агрегату і мережі з дросельним регулюванням
При використанні дросельних елементів відбувається розподіл напору на елементах системи. Цей розподіл напору показано на малюнку 18.1, де HД - падіння напору на дросельному елементі. Для підтримки заданого тиску в мережевому трубопроводі при зміні витрати рідини доводиться змінювати гідравлічний опір регулюючого елемента. При цьому загальна гідравлічна характеристика буде мати більш крутий вигляд. Величина Hд з таким регулюванням неухильно збільшується. Таким чином, чим глибше проводиться дросселирование регулюючим елементом, тим більше енергетичних втрат має весь технологічний процес.
Регулювання подачі насосної станції зміною частоти обертання двигунів насосів ілюструється малюнком 18.2.
рис. 18.2 – Характеристика насосного агрегату і мережі з частотним регулюванням
Крива 1 відповідає номінальній (при номінальній частоті обертання приводу) напірної характеристиці, а криві 2 - 4 напірним характеристикам при зниженій частоті обертання. Якщо організувати роботу приводу насосного агрегату таким чином, щоб він при зміні параметрів технологічного процесу (витрати в мережі і тиску на вході агрегату) зраджував частоту обертання, то в підсумку можна без істотних втрат енергії стабілізувати тиск у мережі споживачів. При такому способі регулювання виключаються втрати напору (немає дросельних елементів), а значить, і втрати гідравлічної енергії. Спосіб регулювання тиску в мережі шляхом зміни частоти обертання приводу насосного агрегату знижує енергоспоживання ще й з іншої причини. Власне насос як пристрій перетворення енергії має свій коефіцієнт корисної дії - відношення механічної енергії, яка додається до валу, до гідравлічної енергії, одержуваної в напірному трубопроводі насосного агрегату. Характер зміни коефіцієнта корисної дії насоса залежно від витр ати рідини Q при різних частотах обертання представлений на малюнку. 18.3.
рис. 18.3 – Зміна ККД насосного агрегату з частотним регулюванням при зміні продуктивності
У відповідності з теорією подібності максимум коефіцієнта корисної дії із зменшенням частоти обертання трохи знижується і зміщується вліво. Аналіз необхідного зміни частоти насосного агрегату при зміні витрати в мережі показує, що з зменшенням витрати потрібно зниження частоти обертання. Якщо розглянути роботу агрегату для витрати менше номінального (вертикальні лінії А і В), то для цих режимів раціонально працювати на зниженій частоті обертання. У цьому випадку ккд насоса вище, ніж при роботі на номінальній частоті обертання. Таким чином, зниження частоти обертання у відповідності з технологічною навантаженням дозволяє не лише економити споживану енергію на виключенні гідравлічних втрат, але й отримати економічний ефект за рахунок підвищення коефіцієнта корисної дії самого насоса - перетворення механічної енергії в гідравлічну.
Регулювання режиму роботи відцентрових насосів
рис.19.1 – Регулювання зміною числа обертів
Регулювання зміною числа обертів робочого колеса насоса (рис. 19.1). Зміна числа обертів nн викликає зсув дійсної напірної характеристики насоса Нн-Qн на координатної площині Н, Q, що при незмінній характеристиці мережі Нс-Qс призводить до переміщення робочої точки А вздовж даної характеристики, змінюючи об'ємна витрата рідини (Q2> Q1). Регулювання роботи насоса зміною його частоти обертання більш економічно, ніж регулювання дроселюванням. Однак для цього необхідні електродвигуни з регульованою частотою обертання.
рис. 19.2 – Регулювання перепуском
Регулювання перепуском (рис. 19.2). Воно здійснюється перепуском частини подається насосом рідини з напірного трубопроводу у всмоктуючий по обвідному трубопроводу, на якому встановлений вентиль. При зміні ступеня відкриття вентиля змінюється і об'ємна витрата ?Q перепускають рідини, а отже, і об'ємний витрата рідини Q-?Q, що надходить з насоса в напірний трубопровід. Оскільки повна механічна енергія рідини, що проходить по обвідному трубопроводу, корисно не використовується, регулювання перепуском також неекономічно. [6]
Перевірка відцентрових насосів на кавітацію
Як зазначено раніше, явище кавітації виникає на лопатках робочого колеса поблизу їх вхідних кромок, де швидкість потоку максимальна Найбільш небезпечним наслідком кавітації є процес руйнування робочих органів лопатевих насосів. Кавітація в них супроводжується різким шумом, тріском і навіть вібрацією насосної установки і, що особливо важливо, падінням напору, потужності, подачі і ККД. Тому для забезпечення нормальної бескавитационной роботи насоса мінімальний тиск на вході в насос РВС (у перетині 2-2 на рис. 2.9) повинно завжди залишатися дещо більше, ніж тиск насичених парів рідини, що перекачується при даній температурі, тобто
де Рн.п. - Тиск насичених парів при даній температурі, кПа; Рзап - кавітаційний запас, кПа. Якщо умова (2.15) не дотримується, то починається явище пароутворення і кавітації, яке призводить до зменшення і навіть припинення подачі насоса (насос «зриває»). Малюнок 2.9 - Схема до розрахунку бескавитационной режиму роботи відцентрового насоса Тому важливо при проектуванні насосних установок з лопатевими насосами перевіряти їх на відсутність кавітації. Для цього визначають кавітаційний запас ?h: g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2, величина якого залежить від типу і конструкції насоса.
рис.19.4 Принцип роботи (Анімація зроблена у GIF Animator. Складаеться з 6 кадрів і інтервалом в 1 000 мс.)
Значення кавитационного коефіцієнта швидкохідності З С
Швидкохідність насоса , ns
50…70 71…80 81…150 151…250
Кавітаційний коефіцієнт швидкохідності, С
600…750 800 800…1000 1000…1200 [7]
Висновки
Кавітація це процес негативний і з ним постійно ведеться боротьба. З'являючись на поверхні лопатей гребних гвинтів, на крильчатку насосного обладнання, турбін гідроелектростанцій вона значно знижує ефективність роботи, викликає сторонній шум, вібрацію і швидкий знос.
Руйнівна сила кавітації, завдяки науковим дослідженням, знайшла своє застосування в самих різних областях народного господарства і промисловості. Наприклад, на цьому явищі заснована ультразвукове очищення. Звукові хвилі високої частоти створюють високий ступінь кавітації в ємностях, і відділення забруднень відбувається без використання шкідливих і дорогих хімічних речовин. Очищаюча сила кавітації активно використовується на підприємствах, де чистка є важливим технологічним етапом.
Руйнівна сила кавітації дозволяє подрібнювати тверді включення, що знаходяться в рідкому середовищі. Даний процес успішно використовується для збільшення якості горіння котельного палива, за рахунок руйнування великих включень, які в ньому знаходяться. Вуглеводневе паливо має в'язку структуру, що негативно позначається на його ефективності. Кавітаційні механізми дозволяють знизити в'язкість палива, поліпшити його распиляемость і прискорити процес нагрівання. Крім того, пристрої на основі кавітації застосовуються для створення водно - паливних сумішей і емульсій, які підвищують якість горіння обводнених палив. [7]
Перелік посилань
- Попов В.М. Шахтні насоси (теорія, розрахунок і експлуатація): Довідковий посібник – М.: Недра,1993.-224с.
- Відцентрові насоси [Електронний ресурс].– Режим доступа: http://xreferat.ru...
- Робота відцентрових насосів [Електронний ресурс]. – Режим доступу: Попов В.М. Рудничні водовідливні установк.-2-е вид., Перераб. і доп.-М., Недра, 1983.304с.
- Стаціонарні машини й установки: Навчальний посібник [Електронний ресурс]. – Режим доступу:http://window.edu.ru...
- . Кавітація [Електронний ресурс].– Режим доступу: https://sites.google.com...
- Вліяніе кавітації [Електронний ресурс].– Режим доступу: