1. Безнапорное движение жидкости. Особенности гидравлики безнапорных потоков

15.3.2. Объемная гидропередача
Основой объемной гидропередачи могут быть поршневые насос и двигатель (силовой цилиндр) или пластинчатые насос и двигатель. При этом они не обязательно совмещаются в одном агрегате. Насос и двигатель могут быть расположены на удалении друг от друга в соответствии с требованиями технологического процесса, который обслуживается гидропередачей. Жидкость между ними перемещается по трубам через ряд регулирующих и управляющих устройств. Такая гидравлическая система называется объемным гидроприводом.


18. Устройство и принцип действия центробежных насосов. Баланс энергии и коэффициент полезного действия центробежных насосов.
Характеристики работы насоса
В центробежном насосе, простейшая схема которого приведена на рис. 16.1, передача энергии от рабочего колеса к жидкости происходит за счет динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей жидкостью.

Рис. 16.1
Центробежный насос представляет собой лопастное колесо, расположенное в спиральном кожухе, переходящем в напорный трубопровод.
Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов:

• 
  подвода (от всасывающего трубопровода);
  
• 
  рабочего колеса;
  
• 
  отвода (к напорному трубопроводу).
  

По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода. При вращении колеса в центральной его части возникает разрежение – вакуум. Перекачиваемая жидкость по всасывающему трубопроводу через всасывающий патрубок, размещенный в центре корпуса насоса с торцевой стороны, подходит к рабочему колесу, обеспечивая непрерывную подачу ее насосом.
Назначение рабочего колеса – передача жидкости энергии от двигателя. Рабочее колесо состоит из двух дисков – ведущего и ведомого, между которыми закреплены изогнутые лопатки. Ведущее колесо крепится к валу двигателя. Попадая в рабочее колесо, жидкость закручивается и под действием центробежной силы движется из центральной его части к периферии.
По отводу жидкость направляется от рабочего колеса к напорному патрубку или (в многоступенчатых насосах) к следующему колесу. Из рабочего колеса жидкость выходит с большой скоростью, и во избежание больших потерь напора подавать ее непосредственно в трубопровод не следует. Постепенное преобразование динамического напора в статический происходит в диффузоре и на выходе из него.
Работа насоса определяется техническими характеристиками, важнейшими из которых являются:

• 
  подача, производительность или расход Q;
  
• 
  напор или давление, развиваемое насосом вследствие преобразования механической энергии двигателя H;
  
• 
  потребляемая мощность;
  
• 
  коэффициент полезного действия (КПД);
  
• 
  частота вращения.
  

Подачей насоса называется объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Иными словами, подача – это расход жидкости, проходящей через напорный (выходной) патрубок. Единица измерения подачи в СИ – м³/с.
Напором называется приращение удельной энергии жидкости при прохождении ее через рабочие органы насоса, т. е. разность энергии единицы веса жидкости в потоке после насоса и перед ним. Используя уравнение Бернулли, получаем

Напор измеряется в метрах.
Мощность насоса (потребляемая мощность) – это энергия, подводимая к нему от двигателя в единицу времени. Мощность можно определить из следующих соображений.
Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию H. За единицу времени через него проходит жидкость весом . Тогда, энергия, приобретенная жидкостью в насосе за единицу времени, т. е. полезная мощность насоса, имеет вид

(16.1)

Но мощность насоса (потребляемая) больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Эти потери и оцениваются в помощью КПД насоса, который равен отношению полезной мощности к потребляемой:

Отсюда, мощность, потребляемая насосом

(16.2)

По этой мощности и подбирается двигатель.
Мощность измеряется в ваттах (Вт).
Коэффициент полезного действия насоса η представляет собой отношение полезной мощности (передаваемой жидкости) к мощности, потребляемой насосом (см. формулу (16.2)).
Полезная мощность всегда меньше мощности насоса из-за потерь, возникающих в нем.
В современных насосах КПД достигает сравнительно высоких значений – до 0,95–0,98.
Центробежные насосы классифицируются по ряду признаков.
По числу ступеней (рабочих колес) они подразделяют на:

• 
  одноступенчатые,
  
• 
  многоступенчатые.
  

По числу сторон подвода жидкости к ним на насосы:

• 
  с односторонним входом,
  
• 
  с двусторонним входом.
  

По напору:

• 
  низконапорные (H < 20 м),
  
• 
  средненапорные (H = 20–60 м),
  
• 
  высоконапорные (H > 60 м).
  

По коэффициенту быстроходности n_s:

• 
  тихоходные (50 < n_s < 100),
  
• 
  нормальной быстроходности (100 < n_s < 200),
  
• 
  быстроходные (200 < n_s < 350).
  

По роду перекачиваемой жидкой среды:

• 
  водопроводные – предназначенные для перекачивания чистых жидких сред с температурой до 105 ºС,
  
• 
  канализационные или фекальные – для подачи сточной жидкости с температурой до 100 ºС, содержащей различные механические включения,
  
• 
  теплофикационные – для подачи чистой воды с температурой выше 105 ºС,
  
• 
  кислотные – для подачи агрессивных жидких сред (кислоты, щелочи и т. п.),
  
• 
  баггерные – для гидрозолоудаления на тепловых электростан-циях и подачи жидких сред с абразивными примесями, шлаком и т. п.,
  
• 
  песковые – для подачи сухого песка,
  
• 
  землесосы или грунтовые – для подачи гидромассы (смесь воды и песка, размельченный грунт и другие горные породы).
  

По расположению вала:

• 
  горизонтальные,
  
• 
  вертикальные.
  

По условиям монтажа:

• 
  наземные,
  
• 
  плавающие,
  
• 
  погружные.
  

По способу соединения с двигателем:

• 
  приводные – со шкивом или редуктором,
  
• 
  соединяемые непосредственно с двигателем через муфту,
  
• 
  моноблочные – рабочее колесо установлено на удлиненном конце вала электродвигателя.