ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 177
Скачиваний: 2
коэффициентом полезного действия (к. п. д.) насоса ц Н) для опреде ления действительной мощности насоса получаем следующее вы ражение:
AT |
РgQH |
(3.33) |
i V Н ---- |
п |
|
Выше (см. стр. 92) указывалось, что для подъема |
жидкости |
|
по всасывающему трубопроводу, когда насос располагается выше уровня жидкости в приемнике, необходимо создать в насосе разре жение, т. е. надо, чтобы давление рв в насосе на стороне всасывания было меньше давления рп на свободной поверхности в приемном ре зервуаре, откуда забирается жидкость. Получающаяся разность давлений и является основной причиной поступления жидкости по всасывающему трубопроводу из приемника в насос.
Составляя уравнение Бернулли для концевых сечений всасы вающего трубопровода, для определения геометрической высоты всасывания получим
Рп --Рв |
(3.34) |
|
2g |
отсюда для давления во всасывающем патрубке насоса будем иметь
Р в = Р п — p g ( К + / г п „ ) ~ Р |
(3.35) |
Подчеркнем, что выражения (3.34) и (3.35) справедливы лишь для установок с центробежными насосами. В случае же поршневых на сосов, ввиду неустановившегося движения жидкости во всасыва ющем трубопроводе, обусловливаемого переменной скоростью пор шня, при определении hb и рв необходимо дополнительно учитывать силы инерции.
Для обеспечения нормальной работы насосов давление всасыва ния рв не должно, однако, быть слишком малым, а всегда должно быть больше упругости паров перекачиваемой жидкости ру, т. е. давления, соответствующего точке кипения жидкости при темпера туре перекачки х.
рв> Р у |
(3.36) |
При невыполнении этого условия |
жидкость начинает кипеть, |
и внутри насоса, в зоне минимального давления, образуются по
лости, |
заполненные |
парами |
жидкости, а также выделяющимся |
||
из нее |
воздухом. При |
этом |
наблюдается отрыв потока |
жидкости |
|
от ограничивающих |
его |
твердых поверхностей — лопаток |
(в цент |
||
робежных насосах) и поршня (в поршневых насосах). Если при даль нейшем движении потока давление в нем повышается, происходит конденсация паров и указанные полости смыкаются. Подобное явление называется к а в и т а ц и е й 21.
1 Значения упругости паров некоторых жидкостей в зависимости от тем пературы приведены в табл. 7 (стр. 1 8 .)
2 Подробно о кавитации см. далее — § 72.
4 З а к а з 4 70 |
97 |
Кавитация оказывает очень вредное действие на работу насосов — существенно снижает величину их коэффициента полезного действия, и что наиболее опасно, приводит (если она длится продолжительное время) к разрушению основных рабочих органов насосов.
Во избежание появления кавитации величину давления всасы вания ограничивают и принимают не меньше некоторого предель ного значения, учитывающего запас, обеспечивающий отсутствие кавитации
Рв = Рп — Рg (К + К в) — р ~~ —ар > р у, |
(3.37) |
где р — полное давление, развиваемое насосом (р = pgH); |
о — |
так называемый коэффициент кавитации (безразмерный), определяе мый по специальным формулам.
Соответственно для геометрической высоты всасывания получим
h B |
пв 2g |
(3.38) |
Рg |
рg |
|
Г и д р а в л и ч е с к а я |
т у р б и н а . |
Основным рабочим ор |
ганом гидравлической турбины является рабочее колесо, в прин ципе подобное рабочему колесу центробежного насоса. В турбине, однако, жидкость, предварительно пройдя через направляющий аппарат, вступает в рабочее колесо на внешней окружности, а не на внутренней, как у насоса. Протекая далее по каналам колеса в на правлении от периферии к центру, жидкость оказывает давление на его лопатки и приводит во вращение рабочий вал турбины.
Как видим, процессы, происходящие в гидравлической турбине, обратны процессам, происходящим в центробежном насосе. Таким
образом, турбина представляет |
собой как бы обращенный насос |
и поэтому основное уравнение |
(3.29) в этом случае принимает вид |
У \ Щ COS a i — Г 2 “ 2 COS a 2 |
(3.39) |
|
g |
||
|
Обозначения здесь те же, что и ранее: с индексом 1 даны величины, относящиеся к входу, с индексом 2 — к выходу жидкости из рабочего колеса.
Мощность, развиваемая турбиной, определяется |
выражением |
ЛГТ= Р£<?Х# ТТ1Т, |
(3.40) |
где QT — расход — объемное количество жидкости, |
протекающей |
через турбину в единицу времени; цт — коэффициент полезного дей ствия турбины.
Основной областью применения гидравлических турбин являются гидроэлектрические станции (ГЭС), в которых используется энергия естественных водных потоков (рек). При этом напор, необходимый для работы турбин, обычно создается путем сооружения плотин, перегораживающих реки и поднимающих их уровень перед ГЭС.
Являясь основным оборудованием ГЭС и представляя собой машину — двигатель, гидравлическая турбина приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Мощ ности турбин крупных современных гидроэлектростанций достигают сотен тысяч киловатт в одном агрегате.
В настоящее время гидравлические турбины получили весьма широкое применение также и в нефтяном деле в качестве погруж ного забойного двигателя — турбобура, предназначенного для вра щения долота при бурении нефтяных и газовых скважин.
Турбобур состоит из большого числа (от 25 до 350) последова тельно соединенных между собой небольших гидравлических турбин— ступеней. Каждая ступень, как и обычная турбина, имеет непод вижный направляющий аппарат — статор и вращающееся рабочее колесо — ротор. Статор соединяется с корпусом, жестко связанным
с колонной бурильных труб, |
а ротор укрепляется на общем рабочем |
||
валу турбины; к концу этого вала присоединено долото. |
|||
Рабочей жидкостью турбобура является |
промывочная жидкость |
||
(глинистый раствор, вода), |
поступающая |
по бурильным трубам |
|
в статор, а оттуда в ротор первой ступени. |
Выйдя из первой ступени, |
||
жидкость подводится ко второй ступени, |
также проходит ее статор |
||
и ротор, затем поступает в третью ступень и т. д. и последовательно проходит все ступени турбобура. Важно отметить при этом, что дви жение жидкости в турбобуре происходит в направлении, парал лельном оси турбобура, а не в радиальном направлении, как это имеет место в обычных турбинах.
Крутящий момент, возникающий в результате взаимодействия потока жидкости с лопатками ротора каждой ступени, суммируется на общем валу турбины и передается долоту. Таким образом, пол
ный крутящий момент многоступенчатого |
турбобура |
будет |
= |
|
(3.41) |
где М1 — крутящий момент, создаваемый |
на одной |
ступени; |
i — число ступеней. |
|
|
Глава четвертая
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
§ 32. ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТИ И ЗАКОНЫ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ
Для правильной оценки гидравлических сопротивлений, возни кающих при движении жидкости, необходимо прежде всего устано вить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное пред ставление о механизме самого движения. Выше уже было установлено, что основная причина внутреннего трения — свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям. Это
свойство, называемое в я з к о с т ь ю , |
не может быть обнаружено |
|||
при покое жидкости, так как оно прояв |
||||
ляется только при ее движении. |
||||
Для |
выяснения |
физической сущности |
||
понятия вязкости рассмотрим следующую |
||||
схему. |
Пусть |
(рис. |
72) имеются две па |
|
раллельные пластинки А и В, в простран |
||||
стве между которыми заключена жид |
||||
кость; |
нижняя пластинка |
пусть будет не |
||
подвижна, а верхняя движется поступатель |
||||
но с некоторой постоянной |
скоростью у1. |
|||
При этом, как показывает опыт, слои жидкости, непосредственно при легающие к пластинкам (прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ними скорости, т. е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, бу дет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью п1, промежуточные же слои жид кости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут про порциональны расстояниям от нижней пластинки. Если расстояние
между пластинками |
обозначить через п, то скорость vy слоя |
жидкости, находящегося на расстоянии у от этой пластинки, будет, |
|
следовательно, v = |
v^—. |
у |
н |
Еще Ньютоном было высказано предположение, впоследствии подтвержденное опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприка сания слоев и скорости скольжения. Принимая площадь соприкаса
ния равной единице, это положение можно |
записать в виде |
dv |
(4.1) |
Т = Ц dy |
100