Судовые насосы

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Февраля 2013 в 21:47, лекция

Краткое описание

Насосами называются гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в механическую энергию перемещаемой жидкости.
На судах применяются насосы различных типов и конструктивных форм. По принципу действия их подразделяют на 2 группы: динамические и объемные.
В динамических насосах жидкость приобретает энергию преимущественно в кинетической форме. К ним относятся насосы лопастные, вихревые и струйные.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Лекции.doc

— 919.50 Кб (Скачать документ)

Сокращения, принятые в текстах лекций

ЦН — центробежные насосы

ОН — осевые насосы

ВН — вихревые насосы

СН — струйные насосы

СА — струйные аппараты

ЦВ — центробежные вентиляторы

ОВ — осевые вентиляторы

РК — рабочее  колесо

КПД — коэффициент  полезного действия

ГС — гидравлическая сеть

КИП — контрольно-измерительные  приборы

ПТУ — паротурбинная  установка

ДЭУ — дизельная  энергетическая установка

ГТУ — газотурбинная  установка

ГТЗА — главный турбозубчатый агрегат

ВОУ — водоопреснительная установка

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СУДОВЫХ НАСОСАХ

Насосами называются гидравлические машины, преобразующие  механическую энергию двигателя  в механическую энергию перемещаемой жидкости.

На судах  применяются насосы различных типов  и конструктивных форм. По принципу действия их подразделяют на 2 группы: динамические и объемные.

В динамических насосах жидкость приобретает энергию  преимущественно в кинетической форме. К ним относятся насосы лопастные, вихревые и струйные.

В лопастных  насосах передача механической энергии  от двигателя жидкости происходит в процессе силового взаимодействия лопастей рабочего органа (колеса) с обтекающим их потоком жидкости. По характеру движения жидкости в колесе, которое называется рабочим, различают 2 основных типа лопастных насосов - центробежные и осевые. В центробежных насосах поток жидкости в области рабочего колеса имеет радиальное направление, в осевых - поток жидкости параллелен оси вращения рабочего колеса.

Вихревые насосы являются динамическими насосами трения. Приращение энергии в них достигается  в результате воздействия лопастей (лопаток) колеса на поток, совершающий вихревое движение.

В струйных насосах приращение энергии перекачиваемой жидкости происходит за счет кинетической энергии струи рабочей жидкости, выходящей из сопла. Струйные насосы не имеют движущихся частей и к ним не подходит определение насоса как машины, преобразующей энергию двигателя в энергию жидкости.

Объемные (гидростатические) насосы действуют  по принципу вытеснения. К ним относятся  поршневые, роторные и поворотные насосы.

В поршневых насосах жидкость получает энергию от поршня (плунжера), совершающего периодическое возвратно-поступательное движение в цилиндре. В роторных насосах передача энергии перемещаемой  жидкости происходит вследствие воздействия на нее рабочего органа, совершающего вращательное или вращательно-поступательное движение. К насосам с вращательным движением вытеснителей относятся шестеренные и винтовые, а с вращательно-поступательным движением — роторно-поршневые и роторно-пластинчатые.

У поворотных насосов  вытеснитель совершает возвратно-поворотное движение. На судах они имеют ограниченное применение в качестве насосов с ручным приводом.

Классификация насосов по принципу действия является весьма удобной, поскольку она упрощает объединение, а следовательно, и  изучение однородных свойств этих машин.

Насосы различают  также по ряду конструктивных признаков. Такая классификация дана в соответствующих  главах при рассмотрении конкретных типов насосов.

В судовой практике широко используется классификация  насосов по их назначению. В соответствии с этим различают насосы:

судовых систем (осушительные, балластные, санитарные, пожарные и др.);

систем судовых  энергетических установок (топливные, масляные-охлаждающие);

специального  назначения (грузовые танкеров, грунтовые  дноуглубительных снарядов и т.д.);

гидроприводов.

Насос и двигатель, приводящий его в действие, образуют насосный агрегат. Если в качестве двигателя  насоса используется электродвигатель, то агрегат называется электронасосным; если двигателем насоса является дизель, то имеем дизель-насосный агрегат; насос, приводимый в действие турбиной, называется турбонасосным агрегатом и т. д. На судах речного флота в качестве двигателей насосов применяются в основн

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ  НАСОСЫ

1. Основы подобия

Движение жидкости в межлопастных каналах ЦН имеет сложный характер. Поэтому при решении уравнений движения жидкости принимают ряд допущений. Исходя из сложности движения жидкости, при создании ЦН в частности и лопастных насосов вообще с лучшими эксплуатационными качествами наряду с теоретическими расчетами большое значение приобретают экспериментальные исследования и их обобщение.

Обобщение результатов  проводимых испытаний (например, моделей) и перенос их на другие насосы (например, натурные насосы) осуществляются на основании положения о механическом подобии потоков жидкости в них. Для этого необходимо соблюдение трех видов подобия: геометрического, кинематического, динамического. Другими словами, использование обобщенной информации испытаний модельных ЦН при проектировании (создании) натурных осуществляется с помощью теории о механическом подобии потоков жидкости.

Конкретные  случаи практического использования  положений о механическом подобии: пересчет параметров одного насоса на параметры другого при условии  геометрического подобия их проточных частей и ; пересчет параметров насоса с одной частоты вращения на другую.

При проектировании насосов широко используется моделирование. При этом модели должны быть изготовлены  согласно требованиям законов подобия.

Сущность геометрического подобия. В его основу положена пропорциональность сходственных линейных размеров геометрических параметров натурного и модельного насосов. Используя в качестве таких параметров соответственно для натуры и модели высоту лопасти (например, для ОН lн, lм) и наружный диаметр РК (например, для ЦН D2H, D2m), можно записать уравнение геометрического подобия

(1)


Коэффициент K1 принято называть геометрическим масштабом или масштабом длины.

Сущность кинематического подобия. Прежде всего у натурного и модельного насосов должно быть соблюдено геометрическое подобие и выдержана одинаковая ориентация модельного и натурного насосов относительно потока жидкости. Только при этих условиях можно рассматривать кинематическое подобие. В основу такого подобия положено прохождение сходственными частицами потоков жидкости (модели и натуры) подобных путей в пропорциональные отрезки времени. Используя скорости потоков жидкости для натурного и модельного насосов, можно записать уравнение кинематического подобия

(2)


Коэффициент КC принято считать масштабом скоростей.

Сущность динамического  подобия. Обязательным условием такого подобия должно быть соблюдение геометрического и кинематического подобия у модельного и натурного насосов. В его основу положено постоянство отношения сил, приложенных к выделенным элементарным объемам в сходственных точках потоков жидкости.

Для выполнения условия динамического подобия  ЦН в частности и лопастных насосов вообще необходимо равенство двух критериев: Рейнольдса (Re) и Струхаля (Sh). В том случае, когда насос и его модель перекачивают одну и ту же жидкость, для их подобия достаточно соблюдения только условий, предусмотренных равенствами (1) и (2). Исходя из сказанного, можно записать уравнение динамического подобия при условии, что жидкость несжимаемая и вязкая, а ее движение неустановившееся:

(3)


Критерий подобия  вообще характеризует отношение  сил различной природы, действующих  в движущейся жидкости. В частности, критерий Рейнольдса характеризует отношение сил инерции к силам вязкости, а критерий Струхаля — сил инерции, возникающих от переноса частиц, к силам, возникающим от нестационарности их движения:

 

где с — скорость движения частицы жидкости; l — длина прохождения ее пути; — коэффициент кинематической вязкости;

 

где l — длина пути; с — скорость; Т — время.

Критерий Струхаля, другими словами, характеризует  подобие инерционных сил при  неустановившемся движении жидкости. Условие установившегося движения жидкости . В этом, случае .

Примеры использования  теории подобия применительно к  ЦП. Уравнения подобия связывают  основные параметры (Q, N, H) натурного и модельного ЦН и по известным их значениям модельных насосов позволяют определить параметры натурных насосов (QH, NH, HH).

Подача натурного  насоса

(4)


Отношение учитывает изменение объемных потерь, обусловленных изменением относительных значений зазоров, при существенном изменении масштаба.

Мощность натурного  насоса

(5)


Отношение учитывает изменение относительной величины механических потерь в подшипниках и сальниках. Напор натурного насоса

(6)


Отношение учитывает изменение гидравлических потерь в зависимости от числа Re и геометрического масштаба.

Если рассматривается  один насос и к нему применяются  указанные уравнения подобия, то в этом случае . В области режимов работы насоса объемные и гидравлические потери постоянны, поэтому и КПД равны. Исходя из этого, по известным (опытным) значениям параметров Q1, H1, N1 и на одном режиме w1 можно определить аналогичные параметры на другом режиме работы wi по уравнениям подобия: ; ; (приближенно, без учета изменения механических потерь).

На подобных режимах работы насоса сохраняются  постоянными отношения: .

2. Энергетические параметры насоса.

К ним относятся: подача (производительность), напор, мощность, давление, КПД, частота вращения (угловая  скорость).

Подача —  количество жидкости (газа), подаваемое насосом (вентилятором) в единицу времени. Существуют массовая G и объемная Q подачи. Они взаимосвязаны: ( — плотность жидкости).

Напор насоса —  приращение полной механической энергии  единицы массы жидкости при прохождении  ее через проточную часть, или — разность полной механической энергии единицы массы жидкости, измеренной на выходе и входе в насос, или — разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Физический смысл всех формулировок напора одинаков.

Согласно уравнению Бернулли удельная энергия жидкости на выходе из насоса

 

 

Рис. 1. К определению  напора и давления вентилятора


 

на входе

 

тогда напор  насоса (рис. 1)

(1)


Полный напор  насоса Hпол состоит из суммы геометрического Hгеом, статического Hст и динамического Hдин напоров.

Наряду с  понятием «напор» для характеристики работы вентиляторов используют понятие  «давление», под которым понимается энергия, сообщаемая 1 м3 перекачиваемого газа (воздуха). Взаимная связь между напором и давлением: .

Полное давление вентилятора представляет сумму:

(2)


В формуле (2) член по сравнению с двумя предыдущими мал, поэтому им обычно пренебрегают.

Мощность насоса N — энергия, подводимая к насосу (вентилятору) от приводного двигателя в единицу времени. С учетом потерь имеем полезную мощность — это полезно сообщенная жидкости (газу) энергия в 1 с. Она определяется по формуле

(3)


Полный КПД  насоса (вентилятора) — это отношение полезной мощности к затраченной, т. е.

(4)


или

 

 — гидравлический, объемный и механический КПД.

 

 

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

1. Конструкция, принцип действия и классификация ЦН

Основные узлы ЦН: рабочее колесо, корпус, устройства для подвода и отвода жидкости. Принципиальная схема ЦН и его  установки приведена на рис. 2. Принцип  действия ЦН состоит в следующем: при вращении РК 5 его лопасти 4, образующие межлопастные каналы, оказывают силовое воздействие на жидкость и преобразуют механическую энергию приводного двигателя в энергию перекачиваемой жидкости. Жидкость, поступающая из всасывающего трубопровода 7, приемного резервуара 8 в центр РК насоса 5, обтекает его лопасти и с их помощью отбрасывается к периферии, откуда выбрасывается в спиральный отвод 6 и направляется в диффузорный выходной патрубок 3, где происходит снижение ее скорости и преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Затем через напорный трубопровод 2 она поступает в напорную емкость 1. У центра РК образуется область пониженного давления, за счет чего жидкость и поступает из всасывающего трубопровода через входной конфузорный патрубок насоса к РК. Учитывая, что РК насоса вращается при , жидкость во входном и напорном патрубках, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах движется тоже с постоянной скоростью.

Информация о работе Судовые насосы