Подбор насосов

Основными задачами при расчете насосов являются определение необходимого напора, создаваемого насосом, и мощности двигателя при заданном расходе жидкости. Насосы выбираются по каталогам или стандартам с учетом указанных параметров.

Напор определяется по формуле

где H – напор насоса, м;

p ₁ – давление в аппарате на всасывании;

p ₂ – давление в аппарате на нагнетании;

h _г – геометрическая высота подъема жидкости;

h _п – потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

Полезная мощность, затрачиваемая на перемещение жидкости

Мощность на выходном валу

где h_н – КПД насоса;

h_п – КПД передачи от электродвигателя к насосу;

КПД насоса

h_н = h_оh_гh_м.

Здесь h_о – объемный КПД, учитывающий перетекание жидкости из зоны большого давления в зону малого давления (для крупных центробежных насосов 0.96-0.98, для средних и малых насосов – 0,85-0,95);

h_г – гидравлический КПД, учитывающий гидравлическое трение и вихреобразование (0,85-0,96);

h_м – механический КПД, учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнениях (0,92-0,96).

КПД передачи зависит от наличия редуктора, при его отсутствии он равен 1, при наличии – 0,93-0,98. Зная Q, H, и N, можно по каталогам подобрать необходимый насос.

Мощность, потребляемая двигателем от сети N _дв, больше номинальной вследствие потерь энергии в самом двигателе

где h_дв – КПД электродвигателя, который ориентировочно принимается в зависимости от номинальной мощности N:

N, кВт 0,4-1 1-3 3-10 10-30 30-100 100-200

h_дв 0,7-0,78 0,78-0,83 0,83-0,87 0,87-0,9 0,9-0,92 0,92-0,94

Двигатель к насосу устанавливается несколько большей мощности, чем потребляемая, с запасом на возможные перегрузки:

Коэффициент запаса берется в зависимости от величины N _дв:

N _дв, кВт <1 1-5 5-50 >50

b 2-1,5 1,5-1,2 1,2-1,15 1,1

Разрабатывая технологическую схему, необходимо учитывать, что высота всасывания насосов не может быть больше следующей величины:

где p _a – атмосферное давление;

p _t – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре;

w _вс – скорость жидкости во всасывающем трубопроводе;

h _пс – потери напора во всасывающем трубопроводе;

h _з – запас напора для исключения кавитации.

Для центробежных насосов

h _з=0,3 (Qn ² ) ^2/3,

где n – частота вращения вала, с^-1.

Для поршневых насосов

где l – высота столба жидкости во всасывающем трубопроводе, отсчитываемая от поверхности жидкости в емкости;

f ₁ ,f ₂ – площадь сечения поршня и трубопровода соответственно;

w - угловая скорость вращения кривошипа, рад/с;

r – радиус кривошипа.

Пример 10.2. Подобрать центробежный насос для подачи 0,002 м³/с
10 %-ного раствора NaOH из емкости, находящейся под атмосферным давлением, в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Температура раствора 40 ºC; геометрическая высота подъема раствора 15 м. Длина трубопровода на линии всасывания 3 м, на линии нагнетания 20 м. На линии всасывания установлен один вентиль, на линии нагнетания – один вентиль и дроссельная заслонка, имеются также два колена под прямым углом.

Решение: Выбор диаметра трубопровода. Примем скорость раствора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах одинаковой, равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода

Принимаем трубопровод из стали Х18Н10Т диаметром 45´3,5 мм и уточняем скорость раствора

Определение коэффициента трения. Плотность 10 %-ного раствора NaOH – 1100 кг/м³, его вязкость – 1,16·10^-3 Па·с. Тогда

Режим турбулентный. Примем абсолютную шероховатость труб 0,2 мм и тогда

e= e/d = 0,2/38= 0,0526.

Определим коэффициент трения

Определим сумму потерь на местные сопротивления.

На всасывающей линии:

- вход в трубу x=0,5;

- вентиль (для d =20 мм x=8,0; для d =40 мм x=4,9) (интерполируя на диаметр 38 мм, получим x=5,2);

åx_вс=0,5+5,2=5,7.

На нагнетательной линии:

- выход из трубы x=1;

- вентиль x=5,2;

- дроссельная заслонка x=0,9;

- колено под прямым углом x=1,6;

åx_наг=1+5,2+0,9+2·1,6=10,3.

Определим потери напора.

Во всасывающей линии

В нагнетательной линии:

Общие потери напора

Подбор насоса.

Определяем полный напор, развиваемый насосом

Полезная мощность насоса

Принимая h_п=1 и h_н=0,6, определим мощность на валу двигателя

Мощность, потребляемая двигателем от сети при h_дв=0,8

Принимая коэффициент запаса мощности b=1.5, определяем установочную мощность электродвигателя

N _уст=1,5·1,34=2,01 кВт.

Подбираем центробежный насос марки Х8/30 с характеристиками:

- производительность – 2,4·10^-3 м³/с;

- создаваемый напор – 30 м;

- КПД – насоса 0,5.

Подбираем к насосу электродвигатель 4А100S2 номинальной мощностью 4 кВт, h_дв=0,83, частота вращения вала 48,3 с^-1.

Рассчитаем предельную высоту всасывания. Определим запас напора, необходимый для исключения кавитации. Для центробежного насоса

Давление насыщенного пара при температуре 40 °С равно 7380 Па. Примем атмосферное давление равным 100000 Па, а диаметр патрубка насоса равным диаметру трубопровода. Тогда

Таким образом, центробежный насос можно расположить над уровнем раствора в емкости не выше чем на 6,3 м.

Подбор машин для сжатия газов (компрессоров, газодувок, вентиляторов и т. д.) осуществляется аналогично подбору насосов по каталогам при заданном напоре и производительности.