Объемный коэффициент полезного действия насоса это

Поводом для замены гидравлического мотора или насоса может стать изношенность подшипников и снижение эффективности работы агрегата. Даже современные разработки, применяемые в профилактике и ремонте гидравлики, не всегда помогают точно определить оставшийся ресурс подшипников.

Количественная оценка гидравлики

Выявить падение эффективности значительно легче, поскольку этот признак дает о себе знать в виде замедленной работы. Во избежание лишних затрат времени и денежных средств, советуем не проводить сразу качественную оценку потерь. При слишком длительном производственном цикле лучше заменить гидронасос или мотор новым оборудованием.

В отдельных случаях количественная оценка гидроузла является обязательным мероприятием, которое позволит сравнить заводские характеристики с фактическими данными.

Эффективность работы насосов и двигателей определяется тремя критериями:

• Объемный КПД;
• Механический/гидравлический КПД;
• Общий КПД.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение реального расхода жидкости к теоретическому значению. Для определения теоретического значения расхода необходимо умножить объем перерабатываемой жидкости за один оборот на количество оборотов в минуту, выполняемых насосом. Например, если аппарат объемом 100 см3 имеет скорость 1000 об/мин, его теоретический расход достигнет 100 л/мин.

Для определения фактического расхода используется расходомер, после чего полученные показатели соотносятся с теоретическим расходом. Так, при фактическом расходе 90 л/мин и давлении 207 бар, объемный КПД гидронасоса составит 90%.

Чаще всего объемный КПД определяет техническое состояние, а именно степень утечки жидкости в результате деформаций или естественного износа агрегата. Но, не зная теоретического расхода, установленный фактический расход не представляет для нас важности.

Механический/гидравлический КПД

Эта характеристика вычисляется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для приведения гидронасоса в движения, на реальный крутящий момент. 100% механический/гидравлический КПД говорил бы о прокачке жидкости при нулевом давлении и отсутствующем крутящем моменте, что противоречило бы законам механического и жидкостного трения.

Теоретический крутящий момент рассчитывается методом математических вычислений. Для рассмотренного выше случая показатель будет равен 329 Нм. Фактический крутящий момент, как и расход, измеряется при помощи прибора (динамометра). Например, если значение характеристики равна 360 Нм, механический КПД будет достигать 91% (329/360*100 = 91%).

Общий КПД

Представляет собой произведение объемного и механического/гидравлического КПД (в нашей ситуации показатель равен 82%). В таблице ниже рассмотрены типовые значения общего КПД для наиболее распространенных моделей насосов:

Производители гидравлических систем используют значение объемного КПД для вычисления фактического расхода насоса при давлении, необходимом для начала работы узлов.

При вычислении объемного КПД по результатам фактического тестирования, необходимо учитывать тот факт, что различные каналы утечки в насосе чаще всего являются одинаковыми. Таким образом, если испытание насоса проводится при меньших показателях давления или не максимальной мощности, значение КПД будет отличаться до тех пор, пока утечки являются константой.

Для примера возьмем случай с насосом переменного объема, имеющим расход жидкости 100 литров в минуту. При работе на полной скорости и расходе 90 л/мин, объемный КПД будет равен 90%. Если работа помпы будет оцениваться при аналогичном давлении и температуре жидкости, но при половине рабочего объема, потери на внутренние протечки будут равны 10 л/мин, а объемный КПД составит 80%. Исходя из этого мы видим, что внутренние утечки – это постоянная величина, при одинаковых условиях объемный КПД будет достигать 90% при полном объеме и 0% при объеме 10%.

Чтобы объяснить такую закономерность, необходимо рассматривать каналы утечек в качестве отверстий определенного диаметра. Скорость перемещения масла через эти отверстия определяется колебаниями давления и вязкостью жидкости. При равных показателях степень утечки всегда будет неизменной, независимо от скорости вращения вала и объема насоса.

Для проведения качественной оценки гидравлических насосов и моторов обращайтесь в компанию «Гидротехтрейд».

← Предыдущая статья Следующая статья →

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

К насосу доводится мощность N. Часть этой мощности теряется (превращается в тепло). КПД учитывает эти потери энергии в насосе.

(21)

где — суммарные потери энергии в насосе.

Потери энергии в насосе делятся на три вида: механические, объемные и гидравлические.

Рис. 11. Разрез насоса марки НМ

Механические потери и механический КПД

Механические потери состоят из потерь механического трения в подшипниках скольжения и качения, в торцовых уплотнениях и дисковых потерь

Потери механического трения в насосах невелики.

Более существенными являются дисковые потери, которые возникают в результате трения наружных поверхностей дисков рабочего колеса о жидкость.

В целом механические потери оцениваются с помощью механического КПД:

(22)

Механический КПД насосов находится в пределах 0,95 – 0,97

Объемные потери и объемный КПД.

Объемные потери связаны с потерями подачи насоса при утечках через щелевые уплотнения рабочего колеса между областью нагнетания и областью всасывания насоса, а также перетоками нефти из нагнетательной области во всасывающую при охлаждении торцовых уплотнений. (рис.11)

Объемные потери в насосе определяются объемным КПД :

(23)

где ∆Q – величина потерь подачи в насосе.

Объемный КПД насосов находится в пределах 0,95 – 0,98

Общие гидравлические потери и гидравлический КПД, безударный и ударный режимы работы центробежного насоса

Общие гидравлические потери в центробежных насосах hГ оцениваются как потери по длине hт, и ударные вдоль всей проточной части насоса hу, включая , подвод, рабочее колесо, отвод., таким образом общие гидравлические потери, равны

hГ = hт + hу (24)

Наименьшая’ их величина соответствует безударному режиму, когда hу = 0.

На рис. 12 представлен безударный режим работы насоса, когда на входе на лопатку вектор W1 направлен вдоль оси лопатки.

На ударных режимах вектор W1 поворачивается по отношению коси лопатки (рис. 13)

Рис. 12. Векторы скоростей жидкости в рабочем колесе насоса

Рис. 13. Треугольники скоростей па входе в рабочее колесо при разных режимах работы насоса

Отношение полезного напора к теоретическому называется гидравлическим КПД.

(25)

Гидравлический КПД насосов находится в пределах 0,90 – 0,95

Формула полного КПД ЦН

Полный КПД насоса η с учетом составляющих потерь равен произведению гидравлического, объемного и механического КПД

η = ηмех · ηо · ηГ (26)

Полный КПД насоса весьма информативная характеристика. Глубокий грамотный анализ его во времени позволяет судить об уровне эксплуатации насоса, в экономичности его использования.

Полный КПД нефтяных насосов находится в пределах 0,82 – 0,90 (82 — 90%)

КАВИТАЦИЯ, ДОПУСТИМЫЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ЗАПАС

Кавитация — явление нарушения сплошности потока в том месте, где давление становится равным или меньше давления насыщенных паров жидкости Рs .

В этом случае жидкость вскипает, в месте кавитации возникают парогазовые скопления (каверны), нарушающие нормальную структуру потока. Поэтому, возникая в насосах, кавитация в первую очередь ухудшает энергетические показатели Н, Q, .

Кроме того, кавитация вызывает повышенную вибрацию, а в некоторых случаях — эрозию проточной части. В центробежных насосах кавитация, в первую очередь, возникает у входа на лопатки рабочего колеса с тыльной стороны, где давление наименьшее .

Значение давления насыщенных паров нефти, соответствующее текущей температуре нефти t , определяется по формуле:

(27)

где: pSR = 58 000 Па — давление насыщенных паров нефти при t1 = 37,8 ºС (100о F);

t – температура перекачиваемой нефти, ºС.

Другой параметр, влияющий на кавитацию – это максимальное динамическое падение давления (напора) в области рабочего колеса насоса или, по иному, потери в трубопроводе от места присоединения манометра (вакууметра) до области минимального давления в рабочем колесе.

Этот параметр определяет величину допускаемого кавитационного запаса на всасывании насоса.

Допустимый кавитационный запас (hдоп, м) — это минимальный кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без снижения напора.

Допустимый кавитационный запас насоса на воде равен критическому кавитационному запасу hкр, м, увеличенному на 15 %.

Критический кавитационный запас hкр, м, — это кавитационный запас, соответствующий 3 % падению напора напора насоса.

Кавитационной характеристикой насоса называется графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи при неизменных свойствах жидкости на входе в насос и постоянной частоте вращения вала.

Кавитационная характеристика Dhд(Q) приводится обычно в каталогах и паспортах как четвертая кривая общей характеристики (рис.14) или в таблицах (табл. 7)

В каталогах насосов, имеющих малую мощность и предназначенных для вспомогательных целей вместо допускаемого кавитационного запаса приводится допускаемая вакуумметрическая высота всасывания воды Нв,д при температуре воды 350С.

Обеспечение бескавитационной работы насоса

Для обеспечения бескавитационной работы насоса, напор на входе в насос (hподп) должен быть не менее величины hподп мин, которая определяется по формуле

, (28)

где: hподп мин – минимальное значение напора на входе первого насоса, м;

p0 – атмосферное давление, Па;

ρ – плотность жидкости, кг/м3;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

ps –давление насыщенных паров жидкости, Па;

wв – скорость жидкости на входе в насос, м/с;

Δhдоп – допустимый кавитационный запас насоса, в пересчете на нефть

Атмосферное давление p0 можно определить в зависимости от абсолютной высотной отметки насосов по формуле:

, (29)

где: z – абсолютная высотная отметка насосной станции над уровнем моря, м.

Минимальное значение давления на входе насоса определяется по формуле

Pподп. мин = hподп мин∙ρ∙ g, Па; (30)

Напорная, энергетическая и кавитационная характеристики
насосов типа НМ

по ТУ 26-06-1053-76

Рис. 14. — Характеристика насоса НМ 2500-230, испытанного на воде

Таблица 7

Параметры насосов магистральных типа НМ со сменными роторами