Насосы: термины и определения

Кавитация возникает при высоких скоростях вра­щения рабочих колес центробежных насосов и при перека­чивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счет гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Скважина водозаборная - разведочно-эксплуатационное отверстие в грунте, предназначенное для добычи воды из водоносного горизонта. Глубина скважины зависит от глубины залегания водоносных горизонтов, в которых и находится артезианская вода. Чем глубже артези­анская скважина, тем больше содержание солей в воде, то есть выше ее минерализация. Водозаборная скважина явля­ется подземным источником хозяйственно-питьевого водо­снабжения на водозаборных сооружениях (более известны как водозаборный узел, сокращенно ВЗУ).

Скважина также характеризуется дебитом, т.е. суммарным объемом воды, который можно из нее взять за один раз, после чего, скважина (грунтовые воды в водонос­ных пластах вокруг нее) на время истощается и требуется некоторый промежуток времени, чтобы скважина снова наполнить водой, то есть водоносные пласты вокруг скважины должны насытиться подземными водами. Единица измерения дебита - л/мин или м³/час.

 

Колодец - это гидротехническое сооружение для добывания грунтовых вод, обычно представляющее собой вертикальное углубление с укрепленными стенками и меха­низмом подъема воды на поверхность (ведро на веревке или насос). От скважины колодец отличается тем, что колодец намного шире скважины, поскольку копается, как правило вручную. Крайне важным является выбор места для устрой­ства колодца, так как необходимо учитывать, что уровень и объемы грунтовых вод, как правило, очень нестабильны.Зеркало воды - геологический термин, который обозначает такой уровень воды над уровнем моря, при котором, вода, собравшись в водоеме, образует поверхность, так называемые «гладь» или «зеркало». Для наземных водоемов этот термин подразу­мевает - поверхность воды, естественный уровень воды.

В случае бурения скважин, зеркало воды под землей - это такая глубина от поверхности земли, где вода собирается в объ­еме, достаточном для ее расхода потребителями.

Максимальная глубина погружения - это предельно допустимая заводом-изготовителем глубина, на которую рас­считана конструкция насоса без потери эксплуатационных характеристик. Для погружных электронасосов отсчет глубины погруже­ния ведется вниз от поверхности водной глади, так называемого зеркала воды.

Общая минерализация - показатель количества содержащихся в воде растворенных веществ: неорганических солей, ор­ганических веществ и т.д. Единица измерения общей минерализации выражается в массе растворенных веществ, выраженной в грам­мах, приходящейся на единицу объема перекачиваемой жидкости, выраженной в литрах (г/л). Этот показатель также называют содер­жанием твердых веществ или общим солесодержанием. Растворенные газы при вычислении общей минерализации не учитываются.

В зависимости от общей минерализации перекачиваемые жидкости делятся на следующие виды:

•       слабоминерализованные (1 -2 г/л);

•       малой минерализации (2-5 г/л);

•       средней минерализации (5-15 г/л);

•       высокой минерализации (15-30 г/л);

•       рассольные минеральные воды (35-150 г/л);

•       крепкорассольные воды (150 г/л и выше).

 

Коррозия описывает взаимодействие материала с газообразной или жидкой средой. В результате подобного взаимодействия происходит структурное изменение поверхности материала и его разрушение. Интенсивность коррозии зависит от реакции мате­риала на агрессивность перекачиваемой жидкости. Наиболее устойчивыми к коррозии, как показывает практика, являются пластик (технополимер) и керамика. Металлические материалы в наибольшей степени подвержены коррозии в местах повреждения лакокрасочных поверхностей, в местах контакта разнородных металлов и материалов, а также в районе сварных швов и стыков.

Абразивный износ. Сущность абразивного износа заключается в разрушении материала поверхностей оборудова­ния (деталей насосов, трубопроводов и тд.) из-за механического воздействия на них твердых частиц или примесей, содержащих­ся в перекачиваемой жидкости. Абразивным износом во время эксплуатации гидрооборудования нельзя пренебрегать. Поэто­му необходимо предусматривать периодическую профилактику, техническое и сезонное обслуживание гидрооборудования, в том числе применяемого электронасоса.

Кавитационный износ. Этот вид износа заключается в разрушении поверхности металла под действием ударов газовых пузырьков, образующихся в обтекающем высокоско­ростном потоке жидкости при перепадах давления во время эксплуатации гидрооборудования. Кавитации подвержены ра­бочие колеса, лопасти и камеры насосной части гидрооборудования и т.д. Наличие коррозионной среды и абразивных частиц ускоряет процесс кавитационного изнашивания.

Адгезионный износ возникает при трении двух металлических поверхностей под нагрузкой в условиях пластической деформации металла в точках контакта. Развитие деформации сопровождается сближением поверхностей вплоть до активизации сил сцепления между атомами контактирующих металлов и возникновением адгезии на ограниченных участках. Многократное повторение адгезионных связей с последующим их разрушением и отделением частиц металла составляет сущность адгезионного изнашивания. Этот вид износа происходит в подшипниках роторов электродвигателей, валов, рабочих колес и диффузоров, нахо-дящихся в насосной части

 

Бытовые сточные воды - это воды, используемые человеком в быту, содержащие органические и неорганические вещества, как в твердой, так и в растворенной форме. Обычно в бытовых сточных водах содержатся фекалии, волосы, пищевые от­ходы, чистящие и моющие средства, всевозможные химические вещества, бумага, тряпки, песок и тд. Кроме того, по незнанию или по причине несоблюдения правил эксплуатации канализационных установок в приемники сточных вод нередко выбрасываются и более крупные отходы.

Однако перечисленные ниже отходы и вещества не должны попадать в бытовые сточные воды, иначе это может привести к повреждению системы водоснабжения и периферийного оборудования:

•     крупные отходы, например, бытовой мусор;

•     твердые вещества, например, песок, зола, битое стекло и т. д.;

•     бытовые твердые отходы органического происхождения, например, овощные отходы, скорлупа, кости и т. д.;

•     тряпки, предметы женской гигиены и т.д.;

•     вещества, представляющие опасность (например, химически агрессивные растворители).

Дождевая вода - это дождевые стоки, в которых могут содержаться загрязнения из воздуха, с крыш домов, поверхности земли и прочее. Степень загрязнения дождевых стоков зависит от географического положения, близости города, загрязнения воз­духа и поверхности земли и от количества осадков. Загрязнения часто содержат масло, соль, песок и жир. В разных климатических регионах показатели осадков колеблются. Показатели осадков различаются по их частоте и интенсивности. Так как климатические условия изменяются, за более точными данными следует обращаться в метеослужбу или в региональные организации. Для приблизи­тельных оценок можно брать значение 300 л/ra, если паводок не принимается во внимание. При расчете количества осадков исходят из того, что сильные дожди кратковременны и выпадают в виде ливней, а продолжительные дожди, наоборот, менее интенсивны. Количество осадков в единицу времени снижается по мере увеличения продолжительности дождя.

Промышленные сточные воды (техническая вода). Отвод промышленных сточных вод требует их детального анализа, так как содержание в них химических элементов может сильно варьироваться, что представляет опасность для системы водоотвода. Чаще всего возникают повреждения в результате коррозии, абразивного и адгезионного износов. Особое внимание следует уделять сточным водам предприятий текстильной, пищевой, горнодобывающей промышленности, при бурении скважин и тд. Здесь наиболее ответственными являются выбор типа рабочего колеса и материала, из которого оно изготовлено, определение размеров шахты (из- за сильно различающихся стоков) и подбор устойчивых к коррозии, абразивному и адгезионному износам материалов, используемых для изготовления уплотнительных элементов (механических уплотнений, сальников, уплотнительных колец или прокладок и тд.).

Морская вода. В целом термин «морская вода» применяется в отношении воды океанов с различными концентрациями со­лей. При расчете одним из условий выбора материалов является наличие данных о концентрации отдельных составляющих. По причи­не Высокой ионизации электропроводность таких вод составляет до 7500 мкСм/м. При электропроводности выше 3200 мкСм/м среда характеризуется повышенным коррозионным действием. Увеличение температуры вызывает усиление коррозии, что действует как ускоритель реакции.

 

Примерные значения различных концентраций ионов хлорида натрия:

•                      Атлантический океан 3,0 % - 3,7% = 30-37 г/л;

•                      Тихий океан 3,6 % = 36 г/л;

•                      Индийский океан 3,5 % = 32 г/л;

•                      Северное море 3,2 % = 32 г/л;

•                      Балтийское море менее 2 % =< 20 г/л;

•                      Каспийское море 1,0-3,0 % = 10-30 г/л;

•                      Средиземное море 3,6-3,9 % = 36-39 г/л;

•                      Мертвое море 29 % = 290 г/л;

•                      Красное море 3,7-4,3% = 37-43 г/л.

 

Гидравлический удар - вызванное изменением скорости движения жидкости резкое повышение давления в систе­ме, которое, в зависимости от параметров системы, может привести к повреждению или разрушению системы и насосной установ­ки. Чаще всего подобные явления наблюдаются в установках, в которых трубопроводы имеют нисходящие или восходящие участки.

волн давления, существует вероятность разрыва трубопроводов.

 

Масса (следует понимать количество вещества) - она характеризует «количество вещества» в физическом объекте, от кото­рого зависят как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства. Единица измерения массы - кг (килограмм).

 

Вес (G) - это сила, с которой 1 кг вещества в условиях Земли воздействует на опору. Поскольку ускорение свободного падения g в условиях Земли примерно равно g=9,81 м/с², масса и вес связаны между собой соотношением

m = G/g;

где g - ускорение свободного падения в условиях Земли. Единица измерения силы - Н (Ньютон).

 

Плотность - это показатель вещества, который характеризуется содержанием вещества (в том числе и жидкости) массой 1 кг в единице объема, равной 1 м³. Плотность вещества обозначается р (греческая буква «ро»). Единица измерения - кг/м³.

Основными параметрами насоса любого типа являются производительность, создаваемый напор и мощность.

 

Производительность (подача) (Q) - определяется объемом жидкости, подаваемым насосом в нагнетательный трубо­провод в единицу времени. Единица измерения - л/мин или м³/час.

 

Давление (Р) - физическая величина, численно равная силе F, действующей на единицу площади поверхности 5 перпенди­кулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы , действующей на малый элемент поверхности, к его площади:

Давление является интенсивной физической величиной. Давление в системе СИ измеряется в паскалях (ньютонах на квадратный метр, или, что эквивалентно, джоулях на кубический метр).

 

Таблица единиц давления

Атмосферное давление (Р_a) - давление атмосферы на единицу площади поверхности.

 

Водородный показатель (pH) - мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр.

 

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям, вызывающим относительное перемещение ее частиц. При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению. Эти силы действуют между соседними слоями жидкости, перемещающимися друг относительно друга.

 

Напор (Н) - высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насо­сом. Единица измерения напора - м (метр), но может замеряться прибором для измерения давления - манометром, так как:

где    Р - давление, создаваемое насосом, Па;

р- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения (равно примерно 9,81), м/с³.

 

Для простоты расчетов принимается, что давление Р = 1 bar создает такое усилие, которое способно поднять столб воды на высоту, примерно равную Н = 10 м (десяти метрам).

 

Класс защиты IP. Цифровое обозначение класса защиты элементов электрооборудования IP состоит из двух знаков - первая цифра указывает на степень защиты от прикосновения и попадания посторонних предметов, вторая цифра - на степень защиты от воды или других жидкостей.

 

Номинальный ток. Ток, потребляемый электродвигателем, при работе насоса с максимальным КПД. По величине мак­симального тока подбирается устройство дифференциальной защиты цепи электропитания (УЗО) и выключатель полуавтомати­ческий (ВА) или предохранитель для подсоединения электродвигателя к цепи электропитания. Единица измерения силы тока - А (Ампер).

 

 

Полезная мощность (N_п) - мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии, равна произведению удельной энергии Н на весовой расход жидкости yQ. Единица измерения мощности - Вт (Ватт),

где р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

у - удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м³.

 

Мощность на валу насоса:

где Пн- коэффициент полезного действия (далее по тексту КПД) насоса:

•для центробежных насосов = 0,6...0,7;

•для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности =0,93...0,95.

 

 

Номинальная мощность электродвигателя:

 

Установочная мощность электродвигателя (N_уст) - рассчитывается по величине N_дв с учетом возможных пере­грузок в момент пуска насоса:

Напор, создаваемый насосом:

Таким образом, напор, создаваемый насосом, равен сумме высоты подъема жидкости в насосе и разности пьезометрических напоров в нагнетательном и всасывающем патрубках насоса.

Напор работающего насоса может быть определен, как сумма показаний манометра и вакуумметра, выраженных в метрах столба перекачиваемой жидкости, и расстояния по вертикали между точками расположения этих приборов.

т.е. высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, ее темпера­туры (и соответственно - давления ее паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. При перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приемной емкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасы­вания, или создают избыточное давление в приемной емкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости.

 

Практически высота всасывания насосов при перекачивании воды не превышает следующих значений

Высота нагнетания - геометрическая высота, измеряемая от оси насоса до максимального уровня подъема. Суммарная геометрическая высота - это сумма высоты нагнетания и высоты всасывания с учетом всех потерь напора.

Потери создаваемого напора - потери напора, снижение давления между входом и выходом элемента конструкции гидросистемы, к которым относятся трубопроводы, арматура, электронасосы, элементы управляющей автоматики и т.д.

Потери напора, создаваемого насосом при перекачивании жидкости, зависят от:

×    материала, из которого изготовлены элементы трубопроводов;

×    геометрических характеристик трубопроводов (длины, диаметров и т.д.);

×    наличия клапанов, фильтров (как грубой, так и тонкой очистки), изгибов, приспособлений и других вспомогательных устройств;

×    фактического технического состояния гидросистемы, в том числе степени шероховатости внутренних поверхностей;

×    вязкости перекачиваемой жидкости.

 

Таблица расчета потерь напора для труб из ПВХ и полипропилена