Вопрос №57. Как ведется расчет трубопровода с насосной подачей жидкости разомкнутого и замкнутого?

В машиностроении основным способом подачи жидкости является принудительная ее подача насосом. Рассмотрим совместную работу насоса с трубопроводом и принцип расчета таких систем.

Трубопровод с насосной подачей может быть разомкнутым, когда жидкость перекачивается из одной емкости в другую или замкнутым, в котором циркулирует одно и то же количество жидкости.

На рис. 5.3.1, а представлен разомкнутый трубопровод, по которому насосом жидкость перекачивается из нижнего резервуара с давлением p₀ в другой резервуар с давлением p₃. Высоту расположения оси насоса относительно нижнего уровня z₁называют геометрической высотой всасывания, а трубопровод, по которому жидкость поступает к насосу, всасывающим трубопроводом (линией всасывания). Высоту расположения верхнего уровня жидкости z₂, называют геометрической высотой нагнетания, а трубопровод, по которому жидкость движется от насоса, напорным (линией нагнетания).

Составим уравнение Бернулли для потока жидкости во всасывающем трубопроводе, т.е. для сечений 0-0 и 1-1:

Данное уравнение является основным для расчета всасывающих трубопроводов. Оно показывает, что процесс всасывания, т.е. подъем жидкости на высоту z₁, сообщение ей кинетической энергии и преодоление всех гидравлических сопротивлений происходит за счет использования (с помощью насоса) давления p₀. Так как это давление обычно бывает весьма ограниченным, то расходовать его надо так, чтобы перед входом в насос остался некоторый запас давления p₁, необходимый для его нормальной бескавитационной работы.

Уравнение Бернулли для движения жидкости по напорному трубопроводу, т.е. для сечений 2-2 и 3-3:

Левая часть уравнения представляет собой энергию жидкости на выходе из насоса, отнесенную к единице веса.

Аналогичная энергия перед входом в насос может быть вычислена из уравнения всасывающего трубопровода

Найдем приращение энергии жидкости в насосе, т.е. определим ту энергию, которую приобретает, проходя через насос, каждая единица веса жидкости. Эта энергия, сообщаемая жидкости насосом, называется напором, создаваемым насосом, и обозначается H_нас. Она равна

или

Сравнения полученной формулы с зависимостью для определения потребного напора позволяет сформулировать правило: при установившемся течении жидкости в трубопроводе насос развивает напор, равный потребному

На этом правиле основывается метод расчета трубопроводов, питаемых насосом, заключающийся в определении точки пересечения характеристики насоса (зависимости напора, создаваемого насосом, от его подачи) и кривой потребного напора трубопровода. Эта точка получила название рабочей точки.

Для замкнутого трубопровода (рис.5.3.1, б) геометрическая высота подъема жидкости равна нулю (z=0), следовательно, при равенстве скоростей на входе и выходе из насоса (V₁=V₂)

т.е. между потребным напором и напором, создаваемым насосом, справедливо то же равенство.

Замкнутый трубопровод обязательно должен иметь расширительный, или компенсационный бачок, соединенный с одним из сечений трубопровода, чаще всего со стороны всасывания насоса, где давление имеет минимальное значение. Он служит для компенсации утечек и предотвращения колебания давления в системе, связанных с изменением температуры.

При наличии расширительного бачка, присоединенного в соответствии с рис.5.3.1, б, давление на входе в насос определится из выражения:

По величине p₁ можно подсчитать давление в любом сечении замкнутого трубопровода. Если давление в бачке изменить на некоторую величину, то во всех точках данной системы давление изменится на ту же самую величину.

Вопрос №58. Поясните понятие рабочей точки при работе насоса на гидравлическую сеть. Как определяется рабочая точка?

Характеристика насоса — это зависимость полезной работы насоса от расхода жидкости H_нас= f₂(Q) при постоянной частоте вращения вала насоса. Установившийся режим работы гидравлической системы с насосной подачей определяется точкой пересечения характеристики трубопровода H_потр=f(Q) и характеристики насоса Н_нас=f2(Q), которая называется рабочей точкой и соответствует условию H_потр= Н_нас. Во время работы такой режим устанавливается и поддерживается автоматически. Режимы работы двигателей и вместе с ними расходы топлива изменяются в широком диапазоне. Поэтому топливные системы снабжаются системами регулирования, позволяющими смещать рабочие точки на меньшие и большие расходы