Судовые вспомогательные механизмы (стр. 1 из 9)

«Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства»

1.Судовая сеть, её характеристика. Основные технические показатели насоса: подача, давление (напор), вакуумметрическая высота всасывания, к.п.д., мощность. Материально – энергетический баланс

Работа любого насоса характеризуется несколькими параметрами. Основными из них являются: подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия (к. п. д.) и частота вращения.

Подача. Различают объемную подачу, под которой понимают отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени и массовую подачу насоса— отношение массы подаваемой жидкой среды ко времени.

В судовой практике объемная подача Q обычно выражается в кубических метрах в час или секунду. Массовая подача Q_м связана с объемной соотношением:

Q_м =с Q,

где р — плотность жидкости, кг/м³.

Плотность р для разных жидкостей различна и зависит от температуры. Для пресной воды при температуре до 30 °С ее принимают равной 1000 кг/м³Плотность жидкости зависит также от давления; она возрастает с увеличением последнего. Однако при расчете судовых насосов этим пренебрегают.

Напор. В гидравлике — это высота, на которую способна подняться жидкость под действием статического давления, разности высот и внешней кинетической энергии жидкости. Он определяется через удельную (отнесенную к единице веса) энергию жидкости, проходящей через насос, и выражается в метрах (Дж-м).

Если удельная энергия жидкости на выходе из насоса (рис. 1)

Е_н=p_н/pg+z_н+U²_н/2g

а энергия жидкости на входе в него то напор насоса

Е_в=p_в/pg+z_в+U²_в/2g, то напор насоса

Н=Е_н-Е_в=( р_н- р_в)/ рg+(z_н-z_в)+(u²_н-u²_в)2g

где р_н, р_в— давления жидкости на выходе из насоса и на входе в него, Па; g— ускорение свободного падения, м/с²; z_н,z_в — расстояния от плоскости сравнения 0—0 до выходного и входного сечений потока, м; u_н-u_в- скорости жидкости на выходе из насоса и на входе в него, м/с Напор Н насоса состоит из статического Н_ст и динамического Н_дин напоров: Н=Н_ст+Н_дин. Статический напор Н_ст=(p_н-p_в)/pg+(z_н-z_в). Динамический напор Н_дин=(U²_н- U²_в)/2g/

Для насосов объемного типа в качестве основного параметра обычно указывают не напор Н, а создаваемое ими полное давление р. Между давлением и напором существует зависимость P=pgH

Мощность и к.п.д. Энергия, подводимая к насосу от двигателя в единицу времени, представляет его мощность N. Часть этой энергии теряется в насосе в виде потерь. Другая часть энергии, поручаемая насосом от двигателя в единицу времени, есть полезная мощность насоса (кВт), которая определяется из выражения N_п=QpgH/10³=Qp/10³. Потери энергии в насосе характеризуются его к. п. д. з, представляющим собой отношение: з =N_п/N

Мощность насоса, кВт, N=N_п/ з=Qp/10³з= QpgH/10³з

Коэффициент полезного действия насоса можно представить в виде произведения трех к. п. д.- гидравлического, объемного и механического, т. е. з = з_гз_оз_м.Гидравлический к. п. д. это отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе, т.е. он характеризует гидравлические потери в насосе.

Объемный к. п. д. характеризует объемные потери, обусловленные утечками жидкости внутри насоса, Механический к. п. д. насоса з_м=N-N_тр/ N=1- N_тр/ N

2. Конструкция, классификация, принцип действия, обслуживание в работе центробежных насосов. Область их применения

Центробежные насосы, относящиеся к динамическим, получили наиболее широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства, а также на судах. Передача энергии от рабочего колеса в центробежных насосах происходит в результате взаимодействия лопастей с обтекающим их потоком, поэтому рассматриваемые насосы относят к лопастным.

Механизм передачи энергии в лопастном насосе можно объяснить следующим образом. При вращении рабочего колеса в насосе, заполненном жидкостью, возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти и, следовательно, происходит взаимодействие потока с колесом. Преодолевая возникающий момент, колесо, подключенное к двигателю, при своем вращении центробежного насоса совершает работу.

Центробежные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Одноступенчатые: Рабочее колесо у таких насосов закреплено на консоли вала. Последний не проходит через область всасывания, что позволяет применить наиболее простой подвод осевого типа. Вследствие разности давления на диски колеса на вал консольного насоса действует осевая сила, направленная в сторону входа .В одноступенчатом насосе двухстороннего входа (тип Д, ГОСТ 10272—77) жидкость подводится к рабочему колесу с двух сторон двумя потоками. В колесе потоки объединяются и поступают в общий отвод.

По виду рабочего колеса различают насосы с закрытым и открытым рабочим колесом, у которого отсутствует ведомый диск. По виду подвода различают насосы с осевым и боковым подводом . В последнем случае жидкая среда подводится в направлении, перпендикулярном оси рабочих органов. По виду отвода различают насосы со спиральным, полуспиральным, кольцевым, двухзавитковым отводом и с направляющим аппаратом.

Одноступенчатые насосы имеют ограниченное давление. Для его повышения применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость последовательно проходит через несколько рабочих колес, закрепленных на общем валу. Давление насоса повышается пропорционально числу колес. Многоступенчатые насосы имеют различное исполнение (Секционные, спиральные).

Кроме перечисленных основных конструктивных признаков, центобежные насосы классифицируют по:

положению оси вращения рабочих колес (горизонтальные и вертикальные насосы),

конструкции опор (моноблочные, с выносными опорами, с внутренними опорами),

числу потоков, т. е. числу отводов, через которые подается жидкость (одно-, двух-, многопоточные),

конструкции корпуса (насосы двух корпусные, с защитным корпусом и футеровкой),

месту расположения (погружные, скважинные насосы).

3. Способы регулирования работы центробежных насосов. Осевая сила и способы её уравновешивания

На рабочее колесо центробежного насоса действует осевая сила, направленная в сторону входа и обусловленная главным образом разностью сил давления на диски колеса. Давление рк на выходе из рабочего колеса больше давления рн на входе. Жидкость в пространстве между колесом и корпусом (крышками) насоса вращается с угловой скоростью, равной примерно половине угловой скорости вращения рабочего колеса. Вследствие вращения жидкости давление на наружные поверхности рабочего колеса изменяется вдоль радиуса по параболическому закону. На радиусах, больших R₂ и меньших R_у, при нормальном состоянии переднего уплотнения насоса давления слева p_л и справа р_правны. На меньших радиусах давление со стороны входа в колесо значительно меньше, чем с противоположной стороны. В результате возникает осевая сила Р₀, которую можно вычислить по эпюре разности давлений на обе стороны колеса. Если пренебречь снижением давления вследствие вращения жидкости в пазухах насоса, то приближенно Р₀можно определить по формуле

Р₀= р(R²_y-R²_в)Нgp.

Действительная осевая сила несколько меньше Р₀. Это вызвано изменением количества движения жидкости при повороте потока от осевого направления к радиальному. В результате возникает сила, направленная противоположно Р₀и равная Q_кpU_о Эта сила мала по сравнению с Р₀, и ею можно пренебречь.

Осевая сила в центробежных насосах может достигать больших значений, при которых установка соответствующего упорного подшипника нерациональна. Иногда такой подшипник подобрать вообще не удается, поэтому используют следующие способы уменьшения осевой силы:

1)применение колес двустороннего входа;

2)симметричное расположение колес в многоступенчатых насосах;

3)применение уплотнения и разгрузочных отверстий на ведущем диске колеса;

4) установка радиальных ребер на ведущем диске колеса;

5) установка гидравлической пяты.

В колесе двустороннего входа и многоступенчатом насосе с симметричным расположением рабочих колес осевая сила теоретически уравновешена, хотя вследствие различного значения зазоров в уплотнениях всегда имеется некоторая сила случайного характера, которая воспринимается подшипниками.

4. Осевые, вихревые, струйные насосы: устройство, принцип действия, обслуживание в работе. Область применения

Лопастные насосы с коэффициентом быстроходности n_s> 500 характеризуются малым отношением диаметров D₂/D1,жидкость в их рабочем колесе движется в осевом направлении. Поэтому их называют осевыми. Конструктивная схема осевого насоса очень проста. Рабочее колесо осевого насоса, напоминающее гребной винт, состоит из втулки и лопастей, число которых составляет обычно 3—4. За рабочим колесом устанавливается выправляющий аппарат. В нем часть кинетической энергии потока за колесом преобразуется в энергию давления.]

Осевые насосы имеют низкие напоры и большие подачи по сравнению с центробежными. Вследствие отсутствия потерь на дисковое трение они имеют высокий к. п. д., достигающий у насосов большой мощности 0,90—0,92. За редким исключением осевые насосы изготовляют одноступенчатыми консольными.

Различают следующие основные виды осевых насосов: по типу установки лопастей рабочего колеса — жестколопастные, поворотно-лопастные; по расположению вала — с горизонтальным и вертикальным расположением вала; по способу подвода жидкости — с осевым и камерным подводом; по типу привода механизма разворота лопастей — с электроприводом и электрогидравлическим приводом.