ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
КАК РАБОТАЕТ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС?
Насос - это машина, которая преобразует механическую энергию вращающегося вала в гидравлическую энергию потока жидкости.
АНАЛОГИЯ С ВЕДРОМ
Рассмотрим аналогию с ведром.
В днище ведра есть отверстие. Наполняем ведро водой и начинаем вращать.
Что начнет происходить? Под действием центробежной силы вода начнет вытекать из под определенным углом.
Мы можем наблюдать ту же картину, когда едем на велосипеде по лужам и капли воды летят с колеса.
Если вращать ведро быстрее или по большей траектории, то жидкость будет вытекать с большей скоростью.
Аналогичный процесс происходит в центробежном насосе.
Жидкость поступает во всасывающий трубопровод, а затем на вход вращающегося рабочего колеса.
Лопатки рабочего колеса воздействуют на жидкость и перемещают ее от центра к периферии. Жидкость ускоряется и приобретает скорость или скоростной напор.
После выхода из рабочего колеса жидкость попадает в отвод наиболее часто встречаются спиральные отводы (улитка), где скоростной напор преобразуется в давление, а затем поступает в напорный патрубок.
Гидравлическая мощность потока жидкости пропорциональна подаче и напору и может быть рассчитана по этой формуле.
КОЭФФИЦИЕНТ БЫСТРОХОДНОСТИ (ПОДОБИЯ) (NS)
Коэффициент быстроходности насоса ns - это коэффициент подобия рабочих колес насоса, зависящий от их параметров Подача Q (м3/с) Напор (м), H и частота вращения, n (об/мин).
Взаимосвязь между этими параметрами определяет геометрию рабочего колеса.
Если нам нужен насос с более высоким напором и меньшим расходом, ns будет меньше. Это означает, что необходим насос с большим диаметром рабочего колеса и меньшим диаметром входа в рабочее колесо (горловины).
Если величина расхода увеличивается относительно напора, диаметр рабочего колеса становится меньше по сравнению с диаметром входа в рабочее колесо.
Разобраться помогает аналогия с ведром. Если нам нужно больший расход, мы должны проделать отверстие большего диаметра. Если нам нужно больше напора, мы должны вращать ведро с большей скоростью или по кругу большего диаметра.
Ниже вы видите, как изменяется геометрия рабочего колеса в зависимости от ns, что означает изменение рабочего колеса с большим расходом и меньшим напором.
Для создания более высокого напора нам понадобится рабочее колесо большего диаметра. Давайте сравним два рабочих колеса с одинаковым подачей, но с разным напором 135 м и 38 м. Вы увидите разницу в диаметрах и 655 и 338 мм. значение ns для первого 11,5 и для второго 29,8.
Мощность на валу электродвигателя равна мощности на валу насоса.
Электродвигатель развивает мощность, равную мощности, потребляемой насосом.
Р насос = Р двигатель
Эти формулы могут быть полезны при проведении аудита насосной системы и перепроверки измеренных параметров насосов.
ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Все потери в насосах можно разделить на три группы:
-
Гидравлические потери.
-
Механические потери.
-
Объемные потери.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Вихри жидкости, возникающие в рабочем колесе во всасывающем и нагнетательном патрубках и других гидравлических каналах.
Гидравлический КПД говорит о совершенстве конструкции каналов проточной части насоса. Когда насос работает далеко от точки максимального КПД, гидравлические потери возрастают снижая КПД.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
На рисунке ниже показаны места возникновения механических потерь на примере насоса двойного всасывания типа Д.
-
Потери на трение в подшипниках.
-
Потери на трение в уплотнениях.
-
Потери на трение на цилиндрических поверхностях валов о жидкость. Вал вращается в жидкости и из-за вязкости жидкость сопротивляется вращению вала.
-
Дисковое трение дисков рабочего колеса о жидкость. См. Более подробное объяснение ниже.
Механические потери могут увеличиваться если в насосе возникает дополнительные механические потери.
Признаком увеличенных механических потерь является увеличение потребляемой мощности.
Увеличение механических потерь может быть вызвано следующими причинами:
- Касание рабочего колеса о кольца щелевых уплотнений.
- Попадание посторонних предметов (песка) в зазор щелевого уплотнения рабочего колеса.
- Разрушением подшипников.
- Нарушение центровки валов насоса и электродвигателя.
- Чрезмерная затяжка сальниковых уплотнений.
ОБЪЕМНЫЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Каждый насос имеет область с высоким давлением (давление нагнетания) и низким давлением (давление всасывания), вращающиеся элементы и неподвижные элементы. Жидкость стремиться течь из области с высоким давлением в область с низким давлением.
Узел, который отделяет эти две области, называется щелевым уплотнением. Объем жидкости, протекающей через узел щелевого уплотнения, определяется величиной зазора и перепадом давления.
Объем жидкости перетекающий через зазор щелевого уплотнения называется объемными потерями.
ДИСКОВЫЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Дисковые потери - это особый вид потерь в насосе.
Давайте еще раз посмотрим на рабочие колеса для разных насосов с разными напорами и одинаковым расходом. Хорошо видна разница в поверхности дисков рабочих колес. Большая площадь дисков приводит к большим потерям на трение и большим потерям мощности. Рабочее колесо насоса с большим напором имеет меньшее значение ns и меньшее КПД.
Это реальная иллюстрация влияния диаметра рабочего колеса и значения ns на КПД. Мы видим разницу в КПД между насосами с разными напорами, разными диаметрами рабочих колес (290 и 450 мм), практически одинаковыми расходами.
Насос с напором 21 м имеет КПД 86%, насос с напором 61 м имеет КПД 82%.