В современном промышленном производстве насосы, вероятно, применяются чаще, чем какие-либо другие механизмы. Насосы работают достаточно эффективно и надежно при условии, что они правильно подобраны, а в процессе эксплуатации обеспечены надлежащим техническим обслуживанием. В этой главе рассмотрены различные типы насосов, классифицированные по принципу действия, техническим характеристикам и возможности применения в различных гидравлических системах. Некоторое внимание уделено выбору насоса и привода. Автор не ставил перед собой задачу описать все типы насосов, ниже рассмотрены преимущественно те насосы, которые находят применение на предприятиях по разведению водных организмов. Правильный выбор типа насоса очень важен, так как стоимость перекачивания воды может оказаться основной статьей расходов для этих предприятий. При неудачном выборе насоса перекачивание жидкости может обойтись вдвое или даже втрое дороже, не говоря уже о значительном увеличении расходов на техническое обслуживание и устранение последствий поломок.
Прежде чем приступить к подробному описанию типов насосов, введем несколько основных определений.
Свободная поверхность воды — это водная поверхность, сообщающаяся с атмосферой либо испытывающая только атмосферное давление. Примером свободной поверхности может служить водная поверхность в резервуаре без крышки.
Располагаемый избыточный напор (РИН) —это разность давления жидкости на входе в насос и давления насыщенного пара жидкости. На рис. 11.1 показаны различные способы определения РИН. Если всасывающий патрубок находится ниже уровня открытой поверхности забираемой воды (рис. 11.1, а),
где hb — барометрическое давление, Па; hv — давление насыщающих паров жидкости при ее температуре, Па; hf — потери на трение и вязкостные потери на входе насоса, Па; hh — гидростатический напор на входе насоса, Па.
Если всасывающий патрубок насоса расположен выше уровня: открытой поверхности забираемой воды (рис. 11.1, б), уравнение для определения (11.1) принимает вид
Гидростатический напор на входе насоса вводится в формулу (11.1) с положительным знаком, а в формулу (11.2) — с отрицательным.
Если насос забирает воду из резервуара, в котором жидкость находится под давлением (рис. 11.1, в), то формула для определения РИН сходна с формулой (11.2) и отличается от нее только тем, что давление, обозначенное на схеме h, определяется здесь как разность между статическим давлением Р1 и напором hh. Очевидно, что давление водяного столба равно γh (γ — удельный вес жидкости) (см. главу 9).
Если осевая линия насоса окажется ниже уровня забираемой воды, то величина hh войдет в уравнение (11.3) с положительным знаком.
Гидростатический напор — полный напор насоса, необходимый для преодоления сопротивления.
где h — расстояние по вертикали между осевой линией насоса и самым высоким уровнем жидкости в системе; γ — удельный вес жидкости; Р2 — статическое давление на поверхности жидкости в самой верхней точке системы; v22/2g — скоростной, или динамический, напор в выходном патрубке насоса; hf — потери напора на трение во всей гидравлической системе; РИН — располагаемый избыточный напор (входит в уравнение со знаком «минус», если он выше атмосферного давления, и со знаком «плюс», если ниже атмосферного давления).
Полный гидростатический напор, развиваемый насосом, определяют как напор, необходимый для преодоления всех входящих в уравнение (11.4) составляющих при данном расходе жидкости. Полный гидростатический напор зависит от расхода жидкости, так как скоростной напор, потери на трение и РИН изменяются в зависимости от расхода.
Потребляемая мощность — это используемая мощность привода или мощность, потребляемая насосом.
Мощность на входе насоса (МВН в Вт) — это энергия, сообщаемая жидкости в единицу времени
где С — постоянная, учитывающая единицы измерения и плотность жидкости; Q — расход, м3/с; h — полный гидростатический напор, м.
Для пресной воды с удельным весом 1 г/см3 уравнение (11.5) принимает вид
Коэффициент полезного действия насоса определяется по формуле
В настоящее время выпускаются разнообразные насосы как одноцелевого, так и многоцелевого назначения. Предприятия по разведению водных организмов заинтересованы в первую очередь в установках для перекачивания пресной, солоноватой или морской воды, поэтому ниже рассмотрены только водяные насосы.
Как правило, эти машины можно разделить на четыре группы: центробежные, роторные, поршневые насосы и эрлифты. На рис. 11.2 приведена классификация насосов.