Лекция №16. Характеристики насосов. Графические зависимости напора Н, мощности на валу N



страница1/4
Дата04.08.2016
Размер0.58 Mb.
ТипЛекция
  1   2   3   4
Лекция №16.

Характеристики насосов.

Графические зависимости напора Н, мощности на валу Ne и к.п.д. насоса н от его производительности Q при постоянном числе оборотов n называются характеристиками насоса (рис.6). Эти зависимости получают при испытаниях центробежных насосов, изменяя степень открытия задвижки на нагнетательной линии; они приводятся в каталогах на насосы.




6
С увеличением производительности при n=const напор насоса уменьшается, потребляемая мощность возрастает, а к.п.д. проходит через максимум. Небольшой начальный участок кривой HQ, где напор слегка возрастает с увеличением производительности, соответствует неустойчивой работе насоса. рис1.jpg

Насос потребляет наименьшую мощность при закрытой напорной задвижке (при Q = 0). Наиболее благоприятный режим эксплуатации центробежного насоса при данном числе оборотов соответствует максимуму на кривой н Q.

Снимая характеристики насоса при различных числах оборотов насоса (п1, nit п3, s. . .), получают ряд зависимостей НQ (рис.7).рис2.jpg

Рис.7. Универсальная характеристика центробежного насоса
На каждой кривой Н—Q выделяют точки, отвечающие некоторому постоянному значению к. п. д., которые соединяют между собой плавной линией. Эти линии ограничивают области, внутри которых к. п. д. насоса имеет значение не меньшее, чем указанное на границе области. Линия р—р соответствует максимальным значениям к. п. д. при данных числах оборотов рабочего колеса. Полученные таким путем графические зависимости между напором, к. п. д. и производительностью насоса при различных числах оборотов колеса называют универсальными характеристиками. Пользуясь универсальной характеристикой, можно установить пределы работы насоса (соответствующие максимальному значению к. п. д. ) и выбрать наиболее благоприятный режим его работы.


Работа насосов на сеть.
При выборе насоса необходимо учитывать характеристику сети, т. е. трубопровода и аппаратов, через которые перекачивается жидкость.

Характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости Q и напором Н, необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Напор Н может быть определен как сумма геометрической высоты подачи Нг и потерь напора hn .

Подставив значение скорости из уравнения расхода в уравнение Дарси, и обозначая Vсек через Q, получим, что потери напора пропорциональны квадрату расхода жидкости:рис3.jpg

hп=kQ2

где kкоэффициент пропорциональности.




Рис.8. Совмещение характеристик насоса и сети

Тогда характеристика сети выразится зависимостью, представляющей собой уравнение параболы:



H=Hг+kQ2

Совмещение характеристик сети и насоса показано на рис.8. Точка А пересечения этих характеристик называется рабочей точкой; она отвечает наибольшей производительности насоса при его работе на данную сеть. Если требуется более высокая производительность, то необходимо либо увеличить число оборотов электродвигателя, либо заменить данный насос на насос большей производительности. Увеличение производительности может быть достигнуто также путем уменьшения гидравлического сопротивления сети hп. В этом случае рабочая точка переместится по характеристике насоса вправо.

Насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка соответствовала требуемым производительности и напору в области наибольших к. п. д.
Совместная работа насосов.
На практике иногда применяют параллельное или последовательное соединение насосов, работающих на данную сеть.

При параллельном соединении общую характеристику насосов получают сложением абсцисс характеристик каждого из насосов для данного напора. На рис.9а показана характеристика двух одинаковых насосов, работающих параллельно. Совмещение характеристики сети с общей характеристикой насосов показывает, что рабочая точка В в этом случае соответствует производительности Q2 большей, чем производительность одного насоса Q1 (точка А). Однако общая производительность всегда будет меньше суммы производительностей насосов, работающих отдельно друг от друга, что связано с параболической формой характеристики сети. Чем круче эта характеристика, тем меньше приращение производительности. Поэтому параллельное включение насосов используют для увеличения производительности насосной установки, когда характеристика сети является достаточно пологой. Увеличение напора при этом незначительно.

При последовательном соединении насосов общую характеристику получают сложением напоров насосов для каждого значения производительности.

рис41.jpgрис42.jpg


Рис.9. Совместная работа насосов:

а – параллельное соединение; б – последовательное соединение.


На рис.9б представлена общая характеристика двух одинаковых насосов, соединенных последовательно. Точка пересечения этой характеристики с характеристикой сети (рабочая точка В) соответствует суммарным напору и производительности (H2 и Q2) последовательно соединенных насосов, работающих на данную сеть. При таком соединении насосов удается значительно увеличить напор, если характеристика сети является достаточно крутой.

Поршневые насосы.

Лекция №17.

Принцип действия и типы насосов.

В поршневом насосе (рис.10) всасывание и нагнетание жидкости происходят при возвратно-поступательном движении поршня 1 в цилиндре 2 насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой 3 цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений в приемнойрис5.jpg




Рис.10. Схема горизонтального поршневого насоса простого действия:

1-поршень; 2-цилиндр; 3-крышка цилиндра; 4-всасывающий клапан; 5-нагнетательный клапан; 6-кривошипно-шатунный механизм; 7-уплотнительные кольца.


емкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 4. Нагнетательный клапан 5 при ходе поршня вправо закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается клапан 4 и открывается клапан 5. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в


Рис.11. Схема горизонтального плунжерного насоса простого действия
напорную емкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом простого действия происходит неравномерно: всасывание — при движении поршня слева направо, нагнетание—при обратном направлении движения поршня. В данном случае за два хода поршня жидкость один раз всасывается и один раз нагнетается. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 6, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня. рис52.jpg

По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые и плунжерные (скальчатые) насосы.

В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень 1, снабженный уплотнительными кольцами 7. Плунжер, или скалка, не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня значительно большим отношением длины к диаметру.

Более равномерной подачей, чем насосы простого действия, обладают поршневые и плунжерные насосы двойного действия. Горизонтальный плунжерный насос двойного действия (рис.12) можно рассматривать как совокупность двух насосов простого действия. Он имеет четыре клапана — два всасывающих и два нагнетательных.

При ходе плунжера 1 вправо жидкость всасывается в левую часть цилиндра 2 через всасывающий клапан 3 и одновременно через нагнетательный клапан 6 поступает из правой части цилиндра в напорный трубопровод; при обратном ходе поршня всасывание происходит в правой части цилиндра через всасывающий клапан 4, а нагнетание — в левой части

рис6.jpg


Рис.13. Схема насоса тройного действия (триплекс-насоса):

1-цилиндры; 2-плунжеры; 3-коленчатый вал; 4-шатуны.



Рис.12. Схема горизонтального плунжерного насоса двойного действия:

1-плунжер; 2-цилиндры; 3,4-всасывающие клапаны; 5,6-нагнетательные клапаны.



цилиндра через клапан 5. Таким образом, в насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня, вследствие чего производительность насосов этого типа больше и подача равномернее, чем у насосов простого действия.

Еще более равномерной является подача насоса тройного действия, или триплекс-насоса. Триплекс-насосы представляют собой строенные насосы простого действия, кривошипы которых расположены под углом 120° друг относительно друга. Общая подача триплекс-насоса складывается из подач насосов простого действия, при этом за один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

По роду привода поршневые насосы делятся на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины).



Производительность.
В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объем, освобождаемый поршнем. В период нагнетания этот объем жидкости вытесняется поршнем в нагнетательный трубопровод. Следовательно, теоретически (без утечек жидкости) производительность поршневого насоса будет определяться объемом, описываемым поршнем в единицу времени.

В поршневом насосе простого действия объем, описываемый поршнем в единицу времени, будет равен произведению площади сечения F поршня, длины хода S поршня и числа оборотов п кривошипно-шатунного механизма (или числа двойных ходов поршня, так как в насосе простого действия нагнетание жидкости происходит один раз за два хода поршня).

Таким образом, теоретическая производительность (QT м3/сек) насоса простого действия

QT = FSn (27)

где n — число оборотов, сек-1.

В насосе двойного действия за два хода поршня или один оборот кривошипа происходит два раза всасывание и два раза нагнетание. При

ходе поршня вправо с левой стороны засасывается объем жидкости, равный FS, а с правой — нагнетается объем (Ff) S, где f — площадь поперечного сечения штока. При ходе поршня влево с левой стороны выталкивается в нагнетательный трубопровод объем FS, а с правой — засасывается из всасывающей линии (Ff) S м3 жидкости.

Следовательно, за n оборотов кривошипа или двойных ходов поршня, теоретическая производительность насоса двойного действия составит:

QT = FSn + (F —f ) Sn = (2F — f) Sn (28)

Из выражения (28) следует, что если пренебречь объемом жидкости, вытесняемым штоком (f< вдвое больше производительности насоса простого действия.

Действительная производительность поршневого насоса меньше теоретической вследствие утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах и местах стыковки трубопроводов, а также выделения из жидкости при давлении ниже атмосферного растворенного в ней воздуха. При неправильной конструкции насоса это может привести к образованию в цилиндре воздушных «мешков», уменьшающих подачу жидкости насосом. Все эти потери учитываются коэффициентом подачи, или объемным к. п. д. v

Действительная производительность насоса



Q=QТv (29)

В современных крупных насосах коэффициент подачи достигает 0,97— 0,99; для насосов средней производительности (Q = 20—300 м3/ч) v = 0,9—0,95; для насосов малой производительности 0,85—0,9.


Неравномерность подачи.

Скорость поршня, приводимого в движение кривошипно-шатунным механизмом, не является постоянной. Она изменяется от нуля (в левом и правом крайних положениях) до некоторого максимального значения (при среднем положении поршня).

Как следует из теории кривошипно-шатунного механизма, поступательная скорость движения поршня изменяется пропорционально синусу угла поворота кривошипа а. Жидкость следует за поршнем безотрывно, поэтому подача насоса простого действия будет изменяться в соответствии с законом движения поршня (рис.14а).


Рис.15. Воздушные колпаки:

а- на всасывающей линии;

б- на нагнетательной линии.

Рис.14. Диаграммы подачи поршневых насосов:

а- простого действия; б- двойного действия;

в- тройного действия (триплекс-насоса).
Насосы двойного и тройного действия (триплекс-насосы) отличаются более равномерной подачей, представляющей собой сумму подач двух или трех насосов простого действия, у которых периоды нагнетания и всасывания сдвинуты во времени. Графически подача этих насосов может быть изображена синусоидами, смещенными по фазе соответственно на 180° (у насосов двойного действия, рис.14б) и 120° (у насосов тройного действия, рис.14в). рис72.jpg рис7.jpg

Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения гидравлических ударов (например, при быстром закрытии вентиля на напорном трубопроводе) поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками

(рис. 15), которые устанавливают на входе жидкости в насос (рис.15а) и выходе ее из насоса (рис.15б). Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, около 50% емкости которого занимает воздух.

При ускорении движения поршня, т. е. когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух, находящийся в последнем, сжимается. Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней. При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объем гораздо больше объема поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном (или всасывающем) трубопроводе становится близким к равномерному.


Лекция № 18.

Разделение неоднородных систем.

  1. Неоднородные системы и методы их разделения.

Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе, механически отделены одна от другой.

Как указывалось, любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды, или сплошной (внешней) фазы, в которой распределены частицы дисперсной фазы.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензии — неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц (в мкм) суспензии условно подразделяют на грубые (более 100), тонкие (0,5—100) и мути (0,1—0,5).

Переходную область между суспензиями и истинными растворами (гомогенные системы) занимают коллоидные растворы, в которых размеры частиц, находящихся в жидкости, являются средними между размерами молекул и частиц взвесей. Граница между суспензиями и коллоидными растворами может быть в первом приближении охарактеризована появлением броуновского движения твердых частиц, с возникновением которого эти частицы не могут осаждаться под действием силы тяжести.

Эмульсии — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Размер частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, однако при незначительных размерах капель (менее 0,4—0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми и не расслаиваются в течение длительного времени. С увеличением концентрации дисперсной фазы появляется возможность обращения (инверсии) фаз. В результате слияния (коалесценции) капель дисперсная фаза становится сплошной; в ней оказываются взвешенными частицы фазы, бывшей до этого внешней.

Физические свойства (плотность, вязкость) суспензий и эмульсий определяются объемным соотношением фаз, составляющих систему, и их физическими свойствами. Средняя плотность суспензий и эмульсий (кг/м3) вычисляется по уравнению



(1)

где и — плотность дисперсной и сплошной фаз, кг/м3; — объемная доля дисперсной фазы.

Вязкость суспензии (нсек/м2) зависит от концентрации твердой фазы, но не зависит от размера твердых частиц. Вязкость суспензий определяется следующим образом:

при объемной концентрации твердой фазы не более 10%



(2)

при объемной концентрации твердой фазы более 10%



(3)

где — вязкость сплошной фазы, нсек/м2.

Вязкость эмульсий (нсек/м2) находится по уравнениям:

при объемной концентрации дисперсной фазы не более 50%



(4)

при объемной концентрации дисперсной фазы более 50%



(5)

где и — вязкость сплошной и дисперсной фаз, нсек/м2.

Пены — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Эти газо-жидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы — системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов и др.). Размеры твердых частиц пылей составляют приблизительно 3—70 мкм. Дымы получаются в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,3—5 мкм. При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3—5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, или аэрозоли.

Указанные системы могут образовываться также при химическом взаимодействии газов, протекающем с образованием твердой или жидкой фазы. При этом дисперсность системы будет определяться скоростью образования центров (ядер) конденсации и скоростью их роста.

В химической технологии широко распространены процессы, связанные с разделением жидких и газовых неоднородных систем. Выбор метода их разделения обусловливается, главным образом, размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсной, и сплошной фаз, а также вязкостью сплошной фазы. Применяют следующие основные методы разделения: 1) осаждение, 2) фильтрование, 3) центрифугирование, 4) мокрое разделение. Эти методы лежат в основе гидромеханических процессов разделения неоднородных систем.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. В основном отстаивание применяется для предварительного, грубого разделения неоднородных систем.

Фильтрование — процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения.

Центрифугирование — процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием этих сил осаждение сочетается с уплотнением образующегося осадка, а фильтрование — с уплотнением и механической сушкой осадка.
Мокрое разделение — процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий. При обработке суспензий мокрое разделение используют в комбинации с другими способами разделения (промывка осадков в процессах отстаивания и фильтрования).

Несмотря на общность принципов разделения жидких и газовых неоднородных систем некоторые методы их разделения, а также применяемое оборудование в ряде случаев имеют специфические особенности. Поэтому процессы разделения жидких и газовых систем ниже рассмотрены раздельно.



Разделение жидких систем.

  1. Материальный баланс процесса разделения.

Пусть разделению подлежит система, состоящая из вещества а (сплошной фазы) и взвешенных частиц вещества b (дисперсной фазы). Введем обозначения:



, - масса исходной смеси, осветленной жидкости и получаемого осадка, кг;

, - содержание вещества b в исходной смеси, осветленной жидкости и осадке, массовые доли.

При отсутствии потерь вещества в процессе разделения уравнения материального баланса имеют вид:

по общему количеству веществ

(6)

по дисперсной фазе (веществу b):



= (7)

Совместное решение уравнений (6) и (7) позволяет определить массу осветленной жидкости и массу осадка , получаемых при заданном содержании вещества b в осадке и осветленной жидкости:



(8)

(9)

Содержание взвешенных частиц в осветленной жидкости и в осадке выбирается в зависимости от конкретных технологических условий процесса разделения. При этом содержание вещества в осветленной жидкости обычно ограничивается некоторым нижним пределом.



Каталог: new -> SubjectFGOS
SubjectFGOS -> Рабочая учебная программа по дисциплине б 3 1 Экологизация технологий и безотходные производства Направление подготовки
SubjectFGOS -> Лекция Электрохимическое выделение водорода и кислорода
SubjectFGOS -> Вопросы к модулю М1
SubjectFGOS -> Вопросы по теории автоматического управления
SubjectFGOS -> Экзаменационные вопросы Модуль №1 Гидростатика, гидродинамика
SubjectFGOS -> Рабочая программа по дисциплине Б. В 2 «Техническая термодинамика и теплотехника»
SubjectFGOS -> Рабочая программа по дисциплине б 3 «Техническая термодинамика и теплотехника»
SubjectFGOS -> Тесты по пахт 5 семестр
SubjectFGOS -> 4. Движущая сила процессов массопередачи


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница