Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Двигатели и нагнетатели

Теплопроводность

Нагнетатели

Нагнетателем называется машина преобразующая механическую энергию в энергию потока жидкости. Нагнетателем подразделяются на насосы, вентиляторы и компрессоры. Насос перемещает капельные жидкости. Вентилятор газы при малых перепадах давлений до 15 КПа, а компрессор при больших перепадах давлений.

4. Характеристика системы с насосом

Характеристика системы представляет собой зависимость ее гидравлического сопротивления от расхода. Характеристика системы зависит от ее типа. Различают два типа систем: закрытые и открытые.

  • Закрытые системы - Это системы, количество жидкости в которых остается постоянным. Наиболее типичным примером закрытой системы является система отопления. В закрытыхсистемах насос необходим для преодоления гидравлического сопротивления ее составляющих (трубопроводы, запорно-регулирующая арматура).
  • Открытые системы - Это системы, транспортирующие жидкость из одной точки в другую, подобные системам водоснабжения. В таких системах насос обеспечивает необходимое давление в точке водоразбора и преодолевает потери на трение в трубопроводе и других компонентах системы.

Если начертить характеристику системы и характеристику насоса в одной и той же системе координат, точка пересечения этих характеристик будет называться рабочей точкой.

Характеристика системы.
Характеристика системы.

Каждый отдельный компонент системы оказывает сопротивление потоку жидкости, что сказывается в дальнейшем на потерях напора. Потери в напоре прямо пропорциональны квадрату расхода жидкости. Таким образом, при снижении расхода жидкости в системе происходит существенное снижение потерь давления. Полная потеря напора в системе, содержащей несколько компонентов, соединенных последовательно, состоит из суммы потерь напора каждого компонента в отдельности.

Полная потеря напора в системе.
Полная потеря напора в системе.

В противоположность последовательному соединению, параллельное соединение компонентов дает более пологую характеристику системы. Причиной является то, что компоненты, установленные параллельно, уменьшают полное сопротивление системы и, следовательно, потери напора. Перепад давлений между компонентами, соединенными параллельно, всегда одинаков. Результирующая характеристика системы определяется добавлением к конкретной величине потери напора расхода в каждом компоненте системы.

Результирующая характеристика системы.
Результирующая характеристика системы.

Как было сказано выше, насосные системы делятся на два основных типа: закрытые и открытые. Закрытыми обычно являются системы, передающие тепловую энергию в системах отопления, кондиционирования и охлаждения. Объединяет эти системы то, что циркулирующая в них жидкость — это носитель тепловой энергии. Закрытая система характеризуется тем, что насосы должны преодолевать суммарные потери на трение во всех ее частях. Характеристикой системы, которая определяет потребное значение напора, является парабола, с начальными координатами $(Q, H) = (0, 0)$.

Напор на насосе.
Напор на насосе.
Характеристика системы.
Характеристика системы.

Открытые системы — это такие системы, в которых насос используется для транспортировки жидкости от одной точки к другой, например, системы водоснабжения, оросительные системы, системы технологических процессов. В таких системах насос должен обеспечивать геодезический напор жидкости и компенсировать потери на трение в трубопроводе и других компонентах системы. Мы различаем два типа открытых систем:

  • открытые системы с насосом, расположенным ниже точки водоразбора;
  • открытые системы с насосом, расположенным выше точки водоразбора.

Открытые системы с насосом, расположенным ниже точки водоразбора. Насос должен подавать воду из резервуара, находящегося на уровне земли, в емкость, расположенную на крыше здания. Прежде всего, насос должен обеспечить напор больший, чем высота здания $h$. Во-вторых, насос должен компенсировать потери напора на трение в трубопроводе, фитингах, клапанах и т.д. $H_f$. Потери напора зависят от расхода. Из рисунка видно, что в открытой системе не будет расхода воды, если максимальный напор $H_{макс}$ насоса ниже, чем высота подъема $h$. Только когда $H > h$, вода начнет подаваться из нижнего резервуара в тот, который находится выше. Также из характеристики системы видно, что чем ниже расход жидкости, тем ниже потери на трение $H_f$, и, следовательно, ниже потребляемая мощность насоса. Основное правило для систем водоснабжения: увеличение расхода в системе ведет к увеличению потерь напора, и наоборот — снижение расхода приводит к снижению потерь напора и, следовательно, к снижению энергопотребления.

Открытые системы с насосом.
Открытые системы с насосом.
Характеристика системы.
Характеристика системы.

Открытые системы с насосом, расположенным выше точки водоразбора. Типичным примером открытой системы с насосом, расположенным выше точки водоразбора, является система повышения давления, например при водоснабжении здания. Вода, под влиянием перепада высот $h$, доставляется потребителю — вода движется без насоса. Разница в высоте между уровнем жидкости в резервуаре и высотой точки водоразбора $h$ обеспечивает расход, равный $Q_0$. Несмотря на это, величина напора является недостаточной для обеспечения потребного расхода $Q_1$ потребителю. Поэтому насос должен обеспечивать напор на уровне $Н_1$, чтобы компенсировать потери на трение $H_f$ в системе. Характеристикой такой системы является парабола, с начальными координатами в точке $(0, –h)$. Расход системы зависит от уровня жидкости в резервуаре. При понижении уровня воды высота $h$ уменьшается. Это ведет к изменению характеристики системы и понижает ее расход.

Открытые системы с насосом, расположенным выше точки водоразбора.
Открытые системы с насосом, расположенным выше точки водоразбора.
Характеристика системы.
Характеристика системы.