Параметры машин, подающих жидкости и газы

Основными величинами, характеризующими работу машин, являются подача, 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 Q.

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

(3.1)

где r - плотность среды, кг/м³; Q - 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.

В расчетах принято исчислять объемную подачу комп­рессоров при условии всасывания или при нормальных ус­ловиях, т. е. при параметрах среды Т = 293 К, р = 100 кПа, r = 1,2 кг/м³.

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

По ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения» давление, развиваемое насосом, определяется зависимостью:

(3.2)

 

где р_н и р_к - соответственно давления на входе в насос (начальное) и на выходе из насоса (конечное), Па; r - плотность среды, подаваемой насосом, кг/м³; с_н и с_н - средние скорости потока на входе и выходе, м/с; z_н и z_к – высоты расположения центров входного и выходного сече­ний насоса.

Государственный стандарт устанавливает отчетливое понятие напора как величины, связанной с давлением со­отношением

(3.3)

 

Такое понятие напора как величины, исчисляемой в едини­цах длины, вполне согласуется с основными положениями гидромеханики.

Перейдем от давлений к напорам, разделив все члены (3.2) на rg:

(3.4)

 

Полученное равенство определяет полный напор, разви­ваемый насосом.

Графически уравнение (3.4) поясняется рисунком 15.

Если пренебречь приростом скоростного напора , значение которого в некоторых случаях невелико, то полный напор машины представится только стати­ческой частью его Н_ст, м:

(3.5)

 

Заметим, что напор физически представляет собой вы­соту столба той жидкости, к потоку которой он относится (рисунок 15).

Напор, развиваемый вентиляторами, выражают иногда условно в миллиметрах водяного столба. Напомним, что напор в 1 мм вод. ст. эквивалентен давлению 9,81 Па.

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

(3.6)

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

Работа L, 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.

Удельная работа компрес­соров вычисляется особо в зависимости от вида термодина­мического процесса, протекаю­щего в компрессорах.

2 Мощность и КПД центробежных насосов

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. Аналогично понятию удельной полезной работы в гид­ромашиностроении введены понятия полезной мощности насоса и мощности насоса.

 

Рисунок 15 – Полный напор Н, развиваемый насосом

 

Полезная мощность машины (насоса, вентилятора) - работа, сообщаемая машиной в секунду подаваемой среде, определяется соотношением:

N_n = rQgH/1000 = Qp/1000 (3.7)

Формула (3.7) следует из представления о работе как о произведении силы на длину пути. Действительно, pQg = M_cg = G_c - вес среды, подаваемой машиной в секунду на высоту Н, м. При этом машина совершает в секунду полезную работу G_CH, Вт, сообщаемую подаваемой среде. Делением на 1000 выражают полезную мощность в кило­ваттах.

Соотношение (3.7) с учетом (3.6) может быть приведено к виду

 

(3.8)