Насосы, компрессоры, холодильные установки
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
НАСОСЫ, КОМПРЕССОРЫ, ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Методические указания к лабораторным работам
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2016
1
УДК 621.51.621.65 Н31
Рецензент канд. техн. наук В.Л. Долганов
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Насосы, компрессоры, холодильные установки : меН31 тод. указания к лабораторным работам / В.М. Беляев, М.А. Ромашкин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. поли-
техн. ун-та, 2016. – 43 с.
Приведены описания лабораторных установок, порядок работы на них, методики обработки экспериментальных данных.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 151000.62 «Технологические машины и оборудование», профилю «Оборудование нефтегазопереработки».
УДК 621.51621.65
© ПНИПУ, 2016
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение............................................................................................ |
4 |
Лабораторная работа № 1 |
|
«Параметрические испытания центробежного насоса» ............... |
6 |
Лабораторная работа № 2 |
|
«Испытания водокольцевого вакуум-насоса» ............................. |
17 |
Лабораторная работа № 3 |
|
«Испытания парокомпрессионной холодильной установки» .... |
26 |
Лабораторная работа № 4 |
|
«Кавитационные испытания центробежного насоса» ................ |
34 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Насосы, компрессоры, холодильные установки» относится к вариативной части профессионального цикла и является обязательной при освоении ООП ВПО по направлению 151000.62 «Технологические машины и оборудование», профилю «Оборудование нефтегазопереработки».
В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:
знать:
–основы теории движения жидкостей и газов в насосах, вентиляторах и компрессорах всех важнейших типов;
–теоретические основы получения низких температур;
–принципиальное устройство насосов и компрессорных машин;
–конструктивное исполнение насосов и компрессоров отечественного и зарубежного производства, используемых в нефтегазопереработке;
–принципиальное устройство установок для получения низких температур;
– параметры и характеристики насосно-компрессорного
ихолодильного оборудования;
–порядок выбора насоса и компрессора для работы в конкретных условиях;
–правила эксплуатации насосно-компрессорного и холодильного оборудования;
–причины возникновения неисправностей и способы их устранения;
уметь:
– выполнять расчет параметров насосно-компрессорного
ихолодильного оборудования;
–производить выбор насосов и компрессоров для конкретных условий эксплуатации;
4
–анализироватьвозможные неисправности и делать выводы;
–пользоваться технической и нормативной документацией;
владеть:
– навыками расчета и выбора насоса и компрессора для решения конкретных производственных задач.
Дисциплина «Насосы, компрессоры, холодильные установки» изучается студентами в течение 7-го семестра. Полный объем курса составляет 180 часов, из них 18 часов отводятся на лабораторные занятия.
В ходе лабораторных занятий студенты знакомятся с конструкциями изучаемых машин, их элементами, опытным путем определяют характеристики, учатся по каталогам выбирать тип и параметры насосов и компрессоров.
Выполняя лабораторные работы, студенты должны критически подходить к решению поставленных технических задач, самостоятельно и осмысленно проводить эксперименты при строгом соблюдении правил техники безопасности.
5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА»
Цели:
–изучить устройство насосной установки;
–освоить основные правила эксплуатации центробежного насоса;
–определить параметры и построить рабочую характеристику насоса.
Краткие теоретические сведения
Насосом называется гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию привода в энергию перемещаемой капельной жидкости путем повышения ее давления. Дополнительная энергия, которая передана жидкости в насосе, обычно расходуется на преодоление разности давлений в резервуарах, поднятие жидкости от нижнего уровня до верхнего, преодоление гидравлических сопротивлений в сети.
Работа любого насоса характеризуется его основными рабочими параметрами: подачей, напором (или приращением удельной энергии жидкости), частотой вращения рабочего органа, потребляемой мощностью, КПД и кавитационным запасом.
Подачей называется объемное Q или массовое G количе-
ство жидкости, перемещаемое в единицу времени.
Напор H представляет собой энергию, сообщаемую 1 кг жидкости в насосе. Обычно напор выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости. Напор может быть определен по показаниям манометра Рман и мановакуумметра Рвак :
Н |
Рман Рвак |
|
wнаг2 |
wвсас2 |
|
z, |
ρg |
|
2g |
|
|||
|
|
|
|
|
6
где wнаг и wвсас – скорость жидкости в нагнетательном и всасы-
вающем патрубках соответственно, м/с; z – расстояние по вертикали между точками подсоединения манометра и мановакуумметра, м; g – ускорение свободного падения, м/с2; Рман и Рвак –
показания манометра и мановакуумметра, Па (знак «+» – для случая работы насоса с подпором); ρ – плотность перекачиваемой
жидкости, кг/м3.
Величина напора зависит от конструкции и размеров колеса, частоты вращения вала, вязкости жидкости. Часто размеры патрубков одинаковы, поэтому расчет напора упрощается:
Н Рман Рвак z.
ρg
Энергия, подводимая от привода к валу насоса, всегда больше полезной энергии, получаемой жидкостью. При прохождении жидкости через насос часть полученной ею механической энергии теряется. Гидравлические потери энергии связаны с трением и вихреобразованием при течении жидкости в проточной части насоса. Решающее влияние на величину гидравлических потерь оказывают условия входа жидкости в рабочее колесо и выхода из него в спиральную камеру или в лопаточный направляющий аппарат.
Гидравлические потери энергии определяются гидравлическим КПД насоса ηг , представляющим отношение полезной
мощности насоса Nпол к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений Nтр :
ηг |
Nпол |
|
H |
, |
Nпол Nтр |
|
|||
|
|
Hт |
где H и Hт – действительный и теоретический напоры соответственно.
Полезная мощность Nпол представляет собой приращение энергии жидкости при прохождении через насос:
7
Nпол G g H ρ g H Q.
У современных центробежных насосов ηг = 0,80–0,92.
Объемные (или щелевые) потери обусловлены наличием зазоров в машине, через которые жидкость получает возможность перетекать из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением. Они вызваны главным образом протечками через уплотнение со стороны входа в рабочее колесо и зависят от центровки ротора, конструкции опорных подшипников и величины зазоров в них, наличия абразивных частиц в перекачиваемой жидкости. Объемные потери оцениваются объемным КПД η0 или коэффициентом подачи ηп .
Объемным КПД называется отношение полезной мощности к сумме полезной мощности и мощности, потерянной в связи с утечками Nпот :
η0 |
Nпол |
. |
|
|
|
|
Nпол Nпот |
|
У современных крупных насосов η0 = 0,90–0,98.
Коэффициентом подачи называется отношение подачи насоса к его теоретической подаче:
ηп Q .
Qт
Мощность, развиваемая рабочими лопастями, называется внутренней мощностью Nвн :
Nвн Nпол .
ηг ηп
Мощность на валу Nв больше внутренней мощности на величину механических потерь Nмех . Механические потери связаны с трением наружных поверхностей дисков рабочих колес
8
и разгрузочной шайбы (гидравлической пяты) о жидкость в корпусе, а также с механическим трением в опорах вала и в уплотнительных устройствах.
Для вычисления мощности, затрачиваемой на дисковое трение (оно главным образом и определяет механические потери) Nд , можно воспользоваться формулой
Nд 2 Сf ρ R5 w3 ,
где Cf – коэффициент трения; ρ – плотность перекачиваемой
жидкости, кг/м3; R – радиус рабочего колеса, м; w – угловая частота вращения рабочего колеса, с –1.
Как видно из формулы, приведенной выше, дисковые потери пропорциональны 5-й степени величины радиуса рабочего колеса. В связи с этим при конструировании высоконапорных насосов идут на увеличение частоты вращения и числа ступеней, но не на увеличение диаметра рабочего колеса.
Потери в опорах и сальниках зависят от типа подшипников, способа смазки, размера сальника и материала сальниковой набивке. Они определяется по приведенным в справочниках формулам.
Механические потери оцениваются механическим КПД, выражающим отношение внутренней мощности насоса к мощности на валу:
ηмех Nвн .
Nв
Полный КПД насоса:
η Nпол ηг η0 ηмех.
Nн
Работу насоса без кавитации на входе в него обеспечивает кавитационный запас h , представляющий собой разность между удельной энергией на входе и энергией, соответствующей
9
давлению парообразования, т.е. избыток напора сверх величины, определяемой давлением насыщенного пара Рнас при температуре перекачиваемой жидкости:
h Рρвхg с2вхg Рρнасg ,
где Pвх – давление жидкости на входе в насос, МПа; свх – ско-
рость жидкости на входе в насос, м/с.
Кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения его основных параметров, называют допускаемым кавитационным запасом hдоп.
Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является вакуумметрическая высота всасывания:
Р ρсвх2 Нвак 0 ρg 2 ,
где P0 – давление над жидкостью в нижнем резервуаре, МПа.
Вакуумметрическая высота, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных параметров, называется допускаемой вакуумметрической высотой.
Зависимости между основными параметрами насосов для различных режимов работы принято представлять в графической форме – в виде характеристик.
Характеристикой насоса называются графические зависимости основных его параметров от подачи при постоянных значениях частоты вращения ротора, вязкости и плотности жидкости на входе в насос (рис. 1).
Особое значение при эксплуатации насосов имеет напорная характеристика H f (Q).
Форма (крутизна) характеристик помогает судить о надежности насоса, устойчивости его в работе и экономичности.
10