Трубопровод с насосной подачей

В гидравлическую сеть очень часто включаются насосы. Для практики большое значение имеют случаи с незамкнутым трубопроводом с насосной подачей и с замкнутым трубопроводом с насосной подачей. Первый часто используются в системах топливоподачи ГТУ, второй – в замкнутых тепловых сетях.

Рассмотрим сначала незамкнутый трубопровод с насосной подачей жидкости. На рисунке 3.6 приведены схема гидравлической сети, а также характеристики насоса и трубопроводов.

Часть трубопровода до насоса называется всасывающей, а после насоса – нагнетающей или напорной.

Рассмотрим всасывающую часть трубопровода. Для нее уравнение Бернулли имеет вид:

(3.11)

где принято w_о» 0.

Из (3.11) видно, что давление p_о > p₁ и оно затрачивается на подъем топлива на высоту z₁, сообщение ему кинетической энергии , преодоление всех сопротивлений и сохраняется в виде давления р₁ > р_t, где р_t - давление насыщенных паров топлива. При р₁ £ р_t возникает кавитация и этот режим не допустим. Возникновение кавитации сильно зависит от давления в баке р_о, которое без наддува бака зависит от положения бака р_о = р_о(Н), где Н – высота на которой находится бак. В авиационных ГТД с ростом высоты полета Н для предотвращения кавитации следует снижать температуру топлива (Т_t) и увеличивать давление р₁, уменьшая величину z₁ и сопротивление l_тр0-1, и повышать давление р_о путем наддува бака с топливом. Наддув ограничен прочностью бака, поэтому часто под баком устанавливают подкачивающий насос, подающий топливо к основному насосу под необходимым давлением р₁ = р_t + Dр, где Dр – запас по кавитации.

Для расчета всасывающего трубопровода используют уравнение (3.11). Из него можно найти, например, потребное давление в баке р_о при заданных параметрах z₁, p₁, Q и l_тр0-1.

Рассмотрим теперь нагнетающую часть трубопровода. Запишем уравнение Бернулли для сечений 0-0 и 3-3:

(3.12)

где

р₃ - давление газа, например, в камере сгорания ГТУ;

l_{тр 0-3} = l_{тр 0-1} + l_тр1-2 + l_{тр 2-3} – сопротивление всей системы.

Работу, сообщаемую жидкости насосом, найдем из уравнения Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:

(3.13)

Величину часто называют полезным напором, а - полезной работой насоса, то есть

(3.14)

Учтя (3.14), перепишем (3.13) в следующем виде:

(3.15)

Подставив (3.15) в (3.12), найдем:

(3.16)

Потребным напором будет величина , то есть величина, равная полезному напору, создаваемому насосом для обеспечения параметров системы. С помощью уравнения (3.16) можно построить характеристику трубопровода Н_потр = Н_потр(Q) (см. рисунок 3.6).

Характеристикой насоса называется зависимость

Н_нас = Н_нас(Q) при n_нас = const, (3.17)

где n_нас – число оборотов вала насоса.

График этой зависимости приведен на рисунке 3.6. Видно, что установившийся режим работы системы с насосной подачей определяется точкой пересечения характеристики трубопровода и характеристики насоса. Точка пересечения называется рабочей точкой и соответствует условию:

Н_потр = Н_нас.

Полезная мощность насоса равна:

(3.18)

Мощность двигателя, приводящего в действие насос, больше полезной мощности на величину мощности, затрачиваемой на преодоление потерь в насосе (профильных, вторичных, утечек в зазоре, трения о диск) и сопротивлений в приводе и подшипниках:

(3.19)

где h_Н – общий КПД насоса; h_Н = 0,60-0,85 – для шестеренчатых насосов; h_Н = 0,70-0,85 – для центробежных насосов.

Рассмотрим теперь замкнутый трубопровод с насосной подачей. Схема его приведена на рисунке 3.7.

В состав схемы входит расширительный или компенсационный бачок. Без него абсолютное давление внутри замкнутого трубопровода было бы неопределенным и переменным в связи с утечками жидкости и колебаниями ее температуры. В этот бачок отводится пар жидкости, скапливающийся в верхней части трубопровода.

Напишем уравнение Бернулли для двух участков: между сечениями 1-1 и 2-2 и сечением 1-1 (слева и справа):

где l_тр1-2, l_{тр Н} – потери на трение соответственно в трубопроводе и насосе.

Вычтя из первого уравнения второе, найдем:

или

(3.20)

Обозначая по-прежнему Н_потр = Н_нас, получим:

(3.21)

Определив по известной уже методике Н_потр, найдем мощность насоса, необходимую для прокачки расхода жидкости Q.

Содержание и порядок выполнения работы

Дата добавления: 2015-07-10