Будова, принцип дії і основні параметри

  відцентрових насосів

 

К

онструкція відцентрового насоса складається з трьох
основних частин: підводу, робочого колеса і відводу
(рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема відцентрового насоса консольного типу:

1 — підвід; 2 — робоче колесо; 3 — відвід; 4 — дифузор;

а — провідний диск; б — ведений диск; в — лопатка

 

Призначенням робочого колеса є передача рідині енергії, що
підводиться до вала насоса. Зазвичай робочі колеса відливають цілком разом з лопатками. Малі колеса тихохідних насосів, що мають вузькі канали, часто виконують збірними.

Робочі колеса виконують з одностороннім (рис. 8.1) або двостороннім (рис. 8.2) входами. Колесо двостороннього входу має два ведені диски і один провідний диск з маточиною. Ці колеса мають два входи (рідина входить в колесо з двох боків) і один вихід.

По підводу рідина подається в робоче колесо з вхідного трубопроводу. Підвід повинен забезпечити по можливості вісесиметричний потік рідини на вході в колесо. Основними формами підводу є:

— прямоосьовий конфузор (рис. 8.1), який застосовують у тому випадку, якщо робоче колесо закріплене консольно на кінці вала насоса і вал не проходить через підвід;

 

 

 

— кільцевий підвід з кільцевим каналом постійного перерізу, який розташований по колу входу в робоче колесо (рис. 8.3) і сполучений з вхідним патрубком насоса, розміщеним збоку перпендикулярно до осі; кільцевий підвід застосовують у багатоступеневих насосах секційного типу як підвід першого ступеня;

— спіральний підвід із спіральним каналом, розташованим по колу входу в робоче колесо (рис. 8.4); спіральний підвід широко застосовують у насосах двостороннього всмоктування і багатоступеневих насосах спірального та секційного типів.

 

Рис. 8.3. Кільцевий підвід	Рис. 8.4. Спіральний відвід

 

Призначення відводу:

— зібрати рідину, що виходить по периферії робочого колеса, і підвести її до напірного патрубка насоса або робочого колеса наступного ступеня;

— зменшити швидкість рідини, що витікає з робочого колеса, перетворивши при цьому кінетичну енергію потоку в потенціальну енергію тиску з якомога меншими гідравлічними втратами;

— розкрутити рідину, закручену робочим колесом.

Основними формами відводу є:

— спіральний відвід (див. рис. 8.1) з каналом, розміщеним по колу виходу з робочого колеса, з якого рідина надходить у напірний патрубок 4;

— кільцевий відвід з каналом постійного перерізу, розміщеним навколо робочого колеса; до каналу примикає напірний патрубок насоса.

Кільцевий відвід застосовують в насосах, що перекачують
забруднені рідини, в яких спіральні відводи непридатні, оскільки початкові ділянки спірального каналу, що мають малі перерізи, непрохідні для великих твердих частинок.

Принцип дії відцентрового насоса. Основний робочий орган насоса — колесо з лопатками, яке, обертаючись з великою кількістю оборотів, створює в рідині, що заповнює його, підвищений тиск і зі збільшеною швидкістю відкидає її в спіральну камеру (відвід). У результаті силової взаємодії між лопатками колеса і потоком рідини енергія приводу насоса перетворюється в енергію потоку рідини.

Основні конструктивні різновиди відцентрових насосів. Відцентрові насоси бувають одноступеневі й багатоступеневі. Найбільш поширеними конструкціями серед одноступеневих насосів є одноступеневі консольні насоси й одноступеневі насоси двостороннього входу.

Консольний насос, призначений для подачі чистої холодної води та інших малоагресивних рідин, зображено на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Одноступеневий консольний насос:

1 — робоче колесо; 2 — кришка; 3 — розвантажувальне вікно;

4, 5 — ущільнювальні кільця; 6 — гідравлічний затвор; 7 — отвір

 

Одностороннє робоче колесо 1 закріплено консольно на кінці вала. Підвід насоса (прямолінійний конфузор) виконаний в кришці 2. Відвід — спіральний. Робоче колесо розвантажується від осьового зусилля за допомогою розвантажувальних вікон 3 і другого ущільнення, утвореного кільцем 5 і виступом на робочому колесі. При цьому тиск перед сальником знижується до тиску всмоктування. Щоб повітря не могло просочуватися в насос, сальникове ущільнення забезпечене кільцем гідравлічного затвора 6, рідина до якого підводиться по отвору 7. Іноді робоче колесо у консольних насосів виконується нерозвантаженим. У цьому випадку осьове зусилля сприймається шарикопідшипниками, а використовувати в ущільненні вала кільця гідравлічного затвора недоцільно. У корпусі й кришці встановлені змінні ущільнювальні кільця 5 і 4, які оберігають корпус і кришку від зносу струмом витоків. Корпус насоса кріпиться до опорної стійки. Радіальне і незрівноважене осьове зусилля, що діє на ротор насоса, сприймаються шарикопідшипниками.

В одноступеневому насосі двостороннього входу (див. рис. 8.2) двостороннє робоче колесо 4 завдяки симетрії розвантажено від осьового зусилля. Підвід і відвід насоса спіральні. Рознім корпуса насоса поздовжній (горизонтальний), а напірні трубопроводи, по яких підводиться рідина, підключені до нижньої частини корпуса 5. Це забезпечує можливість огляду, ремонту і заміни окремих деталей і всього ротора без демонтажу трубопроводів і від’єднання двигуна. Ущільнювальний зазор робочого колеса виконаний між змінними ущільнювальними кільцями 6 і 3, закріпленими в корпусі насоса і на робочому колесі. Ущільнення — лабіринтове двощілинне. Вал насоса захищений від зносу змінними втулками, закріпленими на валу на різьбленні. Ці ж втулки кріплять робоче колесо в осьовому напрямі. Сальники, що ущільнюють підвід насоса, мають кільця гідравлічного затвора 2. Рідина підводиться до них під тиском з відводу насоса по трубках. Радіальне навантаження ротора сприймається підшипниками ковзання.

У нижній частині корпуса підшипників є камери, через які протікає охолоджувальна рідина. Для фіксації вала в осьовому напрямі і сприйняття осьового зусилля, яке може виникнути в разі неоднакового виготовлення або зносу правого і лівого ущільнень робочого колеса, в корпусі лівого підшипника є радіально-упорні шарикопідшипники 1. Насоси двостороннього входу мають більшу висоту всмоктування, ніж насоси одностороннього входу за тих же параметрів подачі й частоти обертання.

У багатоступеневих насосів спірального типу відводи і підводи всіх ступенів спіральні. Двоступеневий спіральний насос зображено на рис. 8.6.

Рідина надходить з першого ступеня в другий по внутрішньому перекладному каналу 1. Рознім корпуса — поздовжній, причому напірні трубопроводи, по яких підводиться рідина, приєднані до нижньої частини корпуса 4, що полегшує огляд і ремонт насоса. Симетричне розташування коліс розвантажує ротор від осьового зусилля.

Ущільнювальні зазори робочих коліс виконані між змінними ущільнювальними кільцями, які захищають корпус і робочі колеса від зносу. Вал, захищений від зносу внаслідок тертя об сальники змінними втулками, спирається на два підшипники ковзання. Ротор в осьовому напрямі фіксується радіально-упорними підшипниками 3.

Сальник, установлений з боку входу (зліва), має кільце гідрав-лічного затвора 2, до якого рідина підводиться з відводу першого ступеня по трубці. Сальник, розміщений справа, ущільнює підвід другого ступеня. Рідина подається в нього під напором, що створюється першим ступенем, тому гідравлічний затвор не потрібен.

Відводи всіх ступенів багатоступевих насосів секційного типу є напрямними апаратами. Рознім корпуса — поперечний відносно вала. П’ятиступеневий насос цього типу зображено на рис. 8.7.

Він складається з вхідної секції 1, чотирьох проміжних секцій 3 і напірної секції 4. Секції стягнуті болтами 2. Підвід першої секції кільцевий. Осьове зусилля сприймається гідравлічною п’ятою 6. Рідина, що перетікає через зазор п’яти, відводиться по трубці 5 у вхідну секцію насоса. Сальник цієї секції має гідравлічний затвор 8, рідина до якого підводиться з пазухи першого ступеня по свердленню, виконаному в ребрі вхідної секції. Вал розміщено у під-шипниках ковзання.

Насоси секційного типу мають порівняно зі спіральними такі недоліки:

– збирати й розбирати насос значно складніше, а отже, складніший і ремонт насоса;

– ротор від осьових зусиль розвантажується гідравлічною
п’ятою або розвантажувальними вікнами, що призводить до до-даткових витікань і знижує об’ємний ККД насоса.

Переваги секційних насосів порівняно зі спіральними:

– значно менші габаритні розміри;

– вищий гідравлічний ККД;

– більший ступінь уніфікації вузлів і деталей.

Подача, напір і потужність насоса. Робота насоса характеризується його подачею, напором, споживаною потужністю, ККД і частотою обертання.

Подачею насоса називають витрату рідини через напірний (вихідний) патрубок. Так само, як і витрата, подача насоса може бути об’ємною  і масовою .

Напір Н_нас є різницею енергій одиниці ваги рідини в перерізі потоку після насоса  і перед ним  і виражається у метрах:

.

Потужністю насоса (потужністю, що споживається насосом) називають енергію, що підводиться до нього від двигуна за одиницю часу. Енергія, придбана за одиницю часу рідиною, що перетекла через насос, або корисна потужність насоса

                                     (8.1)

Споживана потужність насоса  більша від корисної потужності  на величину втрат у насосі. Ці втрати оцінюються ККД насоса  який дорівнює відношенню корисної потужності насоса до споживаної:

Звідси потужність, споживана насосом,

.                                (8.2)

За цією потужністю підбирають приводний двигун насоса. Знайдені за рівняннями (8.1) і (8.2) потужності виражають в одиницях СІ у ватах.

Баланс енергії у відцентровому насосі. Баланс енергії у відцентровому насосі зображено на рис. 8.8. До насоса підводиться потужність . Частина цієї потужності втрачається (перетворюється на тепло).

Втрати потужності в насосі поділяють на механічні, об’єм-ні й гідравлічні.

Механічні втрати. Механічними є втрати на тертя в підшипниках, в ущільненнях вала і на тертя зовнішньої поверхні робочих коліс об рідину (дискове тертя).

Потужність  що залишається після вирахування механічних втрат, передається робочим колесом рідини. Її називають гідрав-лічною.

Енергію, передану робочим колесом одиниці ваги рідини, що перетікає через нього, називають теоретичним напором  Він більший від напору  насоса на величину гідравлічних втрат  під час течії рідини в робочих органах насоса:

                                   (8.3)

Через робоче колесо перетікає за секунду рідина об’ємом  або вагою  Отже, гідравлічна потужність насоса, тобто потужність, що передається рідині в колесі,

                                  (8.4)

Величина механічних втрат оцінюється механічним ККД, який дорівнює відношенню гідравлічної потужності  що залишилася після подолання механічних опорів, до потужності  споживаної насосом:

Рис. 8.9. Витоки в ущільненні робочого колеса

Об’ємні втрати. Розглянемо об’ємні втрати в одноступеневому насосі. Рідина, що виходить з робочого колеса  в основному надходить у відвід  і, отже, в напірний патрубок насоса, а частково повертається у підвід через зазор в ущільненні 1 між робочим колесом і корпусом насоса (витоки  рис. 8.9). Енергія рідини, що повертається у підвід, втрачається. Ці втрати називають об’ємни-ми. Витоки спричиняються тим, що тиск на виході з робочого колеса більший, ніж у підводі. Витоки тим більші, чим більший зазор в ущільненні 1 між робочим колесом і корпусом насоса. Щоб зменшити витоки, треба зменшити цей зазор до мінімально допустимого за технологією виготовлення і деформацією вала та корпуса насоса унаслідок їх навантаження під час роботи.

Окрім розглянутих витоків, робоча рідина може також витікати через ущільнення вала. Ці витоки зазвичай малі, тому, розглядаючи баланс потужності у насосі, ними можна нехтувати.

Об’ємні втрати оцінюють об’ємним ККД, який дорівнює відношенню потужності  що залишилася після вирахування витраченої потужності на об’ємні втрати, до гідравлічної потужності (рис. 8.8):

                 (8.5)

де  — потужність, що витрачається на об’ємні втрати.

Потужність, що витрачається на об’ємні втрати,

Оскільки витрата через колесо , то

          (8.6)

Підставивши вирази (8.6) і (8.4) в рівняння (8.5), отримаємо

                       (8.7)

У багатоступеневих насосах секційного типу (див. рис. 8.7) рідина також витікає через зазори між валом і перегородками — діафрагмами, що розділяють ступені, і через гідравлічну п’яту. Втрати енергії, зумовлені витоками через ущільнення діафрагм, відносять до гідравлічних і механічних втрат, а через гідравлічну п’яту — до об’ємних. Для багатоступеневих секційних насосів об’ємний ККД визначають за рівнянням (8.7), проте під  слід розуміти не витоки через ущільнення робочого колеса одного ступеня, а суму цих витоків і витоків у гідравлічній п’яті.

Гідравлічні втрати. Третім видом утрат енергії в насосі є гідравлічні втрати на подолання гідравлічного опору підводу, робочого колеса і відводу. Вони оцінюються гідравлічним ККД  який дорівнює відношенню корисної потужності насоса  до потужності  (див. рис. 8.8). Згідно з рівняннями (8.1), (8.3) і (8.6)

                (8.8)

Коефіцієнт корисної дії насоса

                                        (8.9)

Помноживши і розділивши праву частину рівняння (8.9) на  отримаємо

тобто ККД насоса буде дорівнювати добутку гідравлічного, об’єм-ного і механічного ККД.

Значення повного ККД відцентрових насосів становлять 0, 7…0, 85; невеликі допоміжні насоси можуть мати ще нижчі значення ККД. Типові залежності, що показують характер зміни повного і гідравлічного ККД відцентрового насоса, а також його характеристику за сталими оборотами приводного вала, показано на рис. 8.10.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: