Машины для перемещения жидкостей (насосы)

Перемещение жидкости по трубопроводам и аппаратам связа­но с преодолением сил трения, местных сопротивлений, а также затратой энергии на подъем жидкости с низшего на высший уро-

Рис. 24. Центробежный насос:

а —схема насоса: / — всасывающий штуцер, 2 — сальник, З — корпус с каналом, 4 — рабочее колесо, б — вал, б — лопастн рабочего колеса, 7 — нагнетательный штуцер; б — # — полная Высота подачи, Н\ — высота всасывания, Н₂— высота

нагнетания

вень. Для этой цели применяют насосы — гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию пере­мещаемой жидкости.

Конструкции насосов классифицируются в соответствии со спо­собами передачи энергии жидкости:

в центробежных и лопастных насосах кинетическая энергия сообщается жидкости с помощью вращающихся лопастей;

в поршневых, плунжерных и шестеренчатых насосах энергия пе­редается путем периодического изменения объема рабочих камер;

в струйных насосах для передачи энергии используется кинети­ческая энергия струи.

Центробежный иасос (р-ис. 24, а) состоит из корпуса 3, имеюще-

50

го спиралевидный канал, в котором вращается рабочее колесо 4, укрепленное на валу 5. На рабочем колесе 4 укреплены лопасти 6, между которыми располагаются каналы для прохода жидкости. Подача жидкости в насос осуществляется через всасывающий шту­цер 1, соединенный с центральной частью рабочего колеса. Нагне­тательный штуцер 7, расположенный тангенциально по отношению к рабочему колесу, служит для отвода жидкости из насоса. Для уплотнения вала рабочего колеса имеются сальники 2. На рис. 24, б показаны высота всасывания #ь высота нагнетания #2 и полная высота подачи Н.

Центробежные насосы работают следующим образом. Через всасывающий штуцер жидкость поступает в центральную часть вращающегося колеса, под действием центробежной силы проходит по каналам рабочего колеса и отбрасывается к его периферии, при­обретая при этом, кинетическую энергию. В спиралевидном канале корпуса насоса кинетическая энергия жидкости превращается в энергию давления и жидкость выбрасывается в - нагнетательный штуцер. Таким образом, жидкость непрерывно поступает в насос, проходит через него и выходит из нагнетательного патрубка. В не­которых конструкциях в корпусе насоса предусмотрены неподвиж­ные лопасти, которые образуют расширяющиеся каналы, улучшаю­щие преобразование кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию давления и повышающие коэффициент полезного действия насоса.

Особенность центробежного насоса заключается в том, что для начала его работы необходимо, чтобы внутренняя полость корпуса с рабочим колесом была заполнена жидкостью. Только в этом случае при запуске насоса возникнет центробежная сила, которая вызовет перемещение жидкости и создаст перепад давления. Нап­равление вращения рабочего колеса насоса должно строго соблю­даться, иначе насос не будет создавать перепада давления.

Центробежные насосы классифицируются по конструктивным признакам, по создаваемому перепаду давления и частоте враще­ния рабочего колеса.

По создаваемому перепаду давления центробежные насосы де­лятся на:

насосы низкого давления, создающие до 20—25 м напора стол­ба перекачиваемой жидкости;

насосы среднего давления с перенадом 25—60 м напора;

насосы высокого давления, способные создавать давления бо­лее 60 м напора.

По расположению вала рабочего колеса центробежные насосы бывают горизонтальные и вертикальные.

В зависимости от частоты вращенияграбочего колеса насосы де­лятся на тихоходные и быстроходные.

По числу рабочих колес насосы бывают одноступенчатые и многоступенчатые. В многоступенчатых насосах жидкость, проходит последовательно через несколько рабочих колес, укрепленных на одном валу. Перепады давлений, создаваемые в каждом колесе,

51

складываются, в результате чего значительно увеличивается общий перепад давления, создаваемого насосом. Многоступенчатые насо­сы относятся к группе насосов среднего и высокого давлений.

Центробежные насосы широко распространены в химической промышленности. Это объясняется их высокой производитель­ностью, небольшими размерами, возможностью непосредственного присоединения к электродвигателю. Кроме того, центробежные насосы просты по конструкции, что позволяет изготавливать их из разнообразных материалов. Последнее обстоятельство делает насо­сы этого типа незаменимыми при перекачивании агрессивных жид­костей.

- Производительность центробежных насосов Q зависит от боль­шого числа факторов и определяется специальными расчетами. На практике выбор насоса заданной производительности и напора осу­ществляется по каталогу.

Другими весьма важными характеристиками насосов являются потребляемая мощность N , число оборотов п и коэффициент полез­ного действия г\. Мощность N (кВт), затрачиваемую на перекачи­вание жидкости центробежным насосом, подсчитывают по формуле

_{N =} M £ lL_t'                              (5.1)

где Q_c— объемная производительность насоса, м³/с; ,р — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; g — ускорение свободного паде­ния, м/с²; Н — полный напор, развиваемый насосом, м; х\ — коэф­фициент полезного действия насоса, находящийся в пределах 0,6—0,8.

Мощность двигателя, приводящего в движение рабочее колесо насоса, должна быть больше величины \ N , так как при вращении колеса преодолеваются силы трения в сальниках и'подшипниках. Запас мощности двигателя составляет 10—15% от' величины \ N :

ЛГ_лвиг=(1,10-ь1,15)ЛГ.                          (5.2)

Производительность центробежных насосов изменяется прямо пропорционально изменению числа оборотов:

Qi/Q₂=«i/"₂,                                    (5.3)

где Qi и Q₂— производительность насосов при п\ и пч числах обо­ротов соответственно. Однако нужно помнить, что эта зависимость может быть применима в сравнительно узких пределах, так как между потребляемой мощностью и ч,ислом оборотов существует связь:

NjN ^ tolntf . ,                            (5.4)

Поскольку отношение мощностей пропорционально третьей сте­пени отношения числа оборотов, даже небольшое увеличение числа оборотов рабочего колеса требует значительного увеличения рас­хода мощности.

52

Напор, развиваемый насосом, пропорционален квадрату числа оборотов:

Я₁/Я₂=(«₁/«₂)2,                                 (5.5)

Графическая зависимость основных параметров центробежного насоса называется универсальной характеристикой (рис. 25). На этом графике по оси абсцисс откладывают производительность Q при разных режимах работы, по оси ординат — развиваемые напоры Я. На график наносят значения коэффициента полезного действия tj

Рис. 26. Универсальная харак-  *     Рнс. 26. Вихревой насос:

Тернстнка центробежного НЭ' _ ; — нагнетательный патрубок, 2 — всасывающий
coca                      ' патрубок, 3 — корпус насоса, 4 — кольцевая по-

лость, 5 — ячейки рабочего колеса, 6 — рабочее колесо

при определенных числах оборотов п_и п₂, п₃, ..., определяя при этом

соответствующие коэффициенты полезного действия т]ь т]2, г]з...

Соединяя точки с одинаковыми коэффициентами полезного дейст­вия т], получают семейство кривых.

Универсальная характеристика позволяет установить режим работы данного насоса при наибольшем коэффициенте полезного действия т], а также найти третий параметр, если два заданы. На­пример, если заданы Q и Я, находим г\; если заданы ц и Q, нахо­дим Я. Это позвбляет эксплуатировать имеющийся насос в опти­мальном режиме.

Следует различать высоту всасывания Hi и высоту нагнетание Я₂ (рис. 24, б). Высота всасывания Hi зависит от значения ат­мосферного давления, плотности засасываемой жидкости, ее темпе­ратуры и значения ^сопротивления всасывающего трубопровода. Для холодной воды практическая высота всасывания насосов, уста­новленных на уровне моря, составляет приблизительно 7—8 м. Высота всасывания для всех типов насосов не может превышать 10 м вод. ст.

Высота нагнетания может изменяться в широких пределах, В одноступенчатых насосах низкого давления она составляет 10— 20 м вод. ст. Многоступенчатые насосы в зависимости от числа сту-

53

пеней, числа оборотов насоса и мощности двигателя могут нагнея
тать воду на высоту 100 м и более.                                              1

Вихревой насос {рис 26) состоит из корпуса 3, рабочего колеса! 6, имеющего короткие радиальные лопасти, которыеобразуют ячей| ки 5 по обе стороны колеса. Между рабочим колесом и Kopnycoii насоса имеется кольцевая полость 4, соединенная с всасывающие патрубком 2 и нагнетательным патрубком 1. При вращении рабо^ чего колеса жидкость, заполняющая ячейки 5 рабочего колеса, пода

Рнс. 27. Пропеллерный насос:      Рнс. 28. Поршневой насос простого

« — общий вид, б —схема установки     .                       действия:

„ / — всасывающий трубопровод, 2 — клапан* иая коробка, 3 — нагнетательный клапан, 4 — нагнетательный, трубопровод, 5 — воз­ душный колпак, 6 — корпус, 7 — цилиндр, 8 —всасывающий клапан, 9 — поршень или плунжер, 10 — кривошипио-шатуииый меха» ннзм

действием центробежной силы выбрасывается в кольцевую полость, за счет чего в ячейке создается разрежение. При повороте ячейка через всасывающий патрубок заполняется новой порцией жидкости.

Отдельные типы вихревых насосов создают на всасывающей ли­нии большое разрежение и работают как самовсасывающие, без предварительного заполнения жидкостью. Недостатками насосов этой конструкции являются малая производительность и низкий коэффициент полезного действия. Кроме того, они применяются только для перекачивания чистых жидкостей.

Пропеллерный насос (рис. 27) относится к группе лопастных насосов. Рабочее колесо пропеллерного насоса состоит из несколь­ких лопастей, расположенных под некоторым углом к оси враще« ния. При вращении рабочего колеса наклонно расположенные ло* пасти вызывают перемещение жидкости вдоль оси колеса, которая совпадает с осью потока. Поэтому,работа пропеллерного насоса на­поминает работу гребного винта.

Пропеллерные насосы применяются для перекачивания больших количеств жидкости при небольших напорах, для создания цирку­ляции жидкости в различных аппаратах, например в выпарных. Насосы этого типа используются также для перекачивания загряз* ненных жидкостей.

54

Поршневые насосы подразделяются на несколько типов—про* стого, двойного и тройного действия, а также собственно поршне­вые и плунжерные насосы.

Поршневой насос простого действия (рис. 28) состоит из корпуса 6, в котором имеется цилиндр 7, соединенный с клапанной короб­кой 2. Внутри цилиндра находится поршень, или плунжер 9, сое­диненный с кривошипно-шатунным механизмом 10. Всасывающий 8 и нагнетательный 3 клапаны помещаются в клапанной коробке, В верхней части, на линии нагнетания, расположен воздушный кол­пак 5. Всасывающий трубопровод / при­соединен к нижней части клапанной ко­робки.

Рис. '29. Поршневой насое двойного действия: 1 — поршень, 2 — всасывающие клапаны, 3 — нагнетательные клапаны, 4 — воздушный колпак

Поршневой насос работает следую­щим образом. При движении поршня сле­ва направо в пространстве клапанной ко­робки создается разрежение, всасываю­щий клапан 8 открывается и по всасываю­щему трубопроводу / жидкость поступает в цилиндр 7. При движении поршня спра­ва налево открывается нагнетательный клапан 3 и жидкость за счег уменьшения объема цилиндра подается в нагнетатель­ный трубопровод 4. Таким образом, в на­сосе простого действия за один оборот вала происходит одно возвратно-поступа­тельное движение Поршня, т. е. одно вса­сывание и одно нагнетание. Вследствие

этого во всасывающем и нагнетательном трубопроводах поток жид­кости имеет пульсирующий характер.

Сглаживание неравномерности подачи осуществляют воздуш­ные коллаки, установленные на нагнетательной линии 4. При ра­боте насоса часть вытесненного объема жидкости подается в наг­нетательную линию, а часть за счет сжатия газа поступает в воздушный колпак 5. При закрытии нагнетательного клапана 3 за счет увеличенно'го давления в воздушном колпаке жидкость продолжает поступать в нагнетательную линию, вследствие чего увеличивается равномерность потока. В некоторых случаях воз­душные колпаки устанавливают и на всасывающей линии. Высота всасывания, так же как и у насосов других типов, не может пре­вышать 10 м вод. ст. Вследствие инерционных потерь, связанных" с пульсацией жидкости, высота всасывания может быть даже не* сколько меньше, чем у центробежных насосов, — 7—_:7,5 м вод. ст. Высота нагнетания зависит от мощности установленного привода.

Для обеспечения более равномерного движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах применяют насосы двойного действия (рис. 29). В таком насосе имеются две клапан­ные коробки, в которых заключены два всасывающих и два наг­нетательных клапана. При движениях поршия вправо и влево про­исходит одновременно всасывание и нагнетание жидкости, что в

55

значительной мере повышает равномерность движения жидкости в
трубопроводах. Однако наличие четырех клапанов снижает их на­
дежность, так как отказ в работе любого клапана уже нарушает
нормальную работу насоса.                                            -

В некоторых случаях применяют насосы тройного действия, у которых три поршня приводятся в движение от одного вала, кри­вошипы которого сдвинуты друг относительно друга на 120°. Это обеспечивает еще большую равномерность подачи, но усложняет конструкцию насоса. В поршневых насосах уплотнительное устрой­ство— сальник — выполняется на штоке поршня, в плунжерных— непосредственно на- поршне.

- Производительность поршневых насосов. Для насоса простого действия производительность Q (м³/мин) выражается формулой

Q = FSn 4,                                     (5.6)

где F — площадь сечения поршня или плунжера, м²; S — ход порш­ня или плунжера, м; п — число оборотов привода в минуту; ц — объемный коэффициент полезного действия, изменяющийся в пре­делах: для малых и средних насосов—0,8—^L0,9, для больших на­сосов —0,85—0,95.

Для насосов двойного действия производительность выражается формулой

Q =(2 F - f ) Sn %                                (5.7)

. где ранее принятые обозначения сохраняются, а величина / — пло­щадь сечения штока, м².

Полная высота напора Н складывается из высоты всасывания #i и высоты нагнетания #г:

Я=//_х+Я₂.                                    _t(5.8)

Высота всасывания, как было показано выше, не может превы­шать 10^ м вод. ст. и у поршневых насосов всех типов составляет не более 7—8 м вод. ст. при перекачивании холодных жидкостей.

Высота нагнетания зависит от конструкции насоса и мощности его двигателя, достигая высокого давления. Это выгодно^отличает поршневые насосы от насосов других типов и позволяет с успехом применять их в тех случаях, когда расходы жидкости сравнитель­но невелики и необходимо создание значительных давлений. Мощ­ность, затрачиваемую на перекачивание жидкости, подсчитывают по формуле (5.1), приведенной для центробежного насоса.

При выборе двигателя поршневого насоса учитывается, что часть его мощности расходуется в редукторе, снижающем число оборотов, и в шатунно-кривошипном механизме. Поэтому запас мощности двигателя Поршневого насоса должен быть больше, чем у центробежного насоса, двигатель которого присоединяется не­посредственно к валу.

Шестеренчатый насос (рис. 30) состоит из корпуса 3, внутри которого заключены две шестерни 4 и I , находящиеся в зацепле­нии. Одна из шестерен приводится во вращение электродвигателем.

56

На корпусе насоса имеются всасывающий 5 и нагнетательный 2 патрубки. Шестерни изготавливаются очень точно, с минимальными зазорами между торцами зубьев и корпусом. При вращении шес­терен (левой — по часовой стрелке и правой — против часовой стрелки) во впадинах между зубьями создает­ся разрежение и жидкость заполняет промежу­ток между зубьями и корпусом. Порции жид­кости, находящиеся в объемах между зубьями и стенками корпусов, перемещаются вращаю­щимися шестернями и выдавливаются в на­гнетательный штуцер. Таким образом обеспе­чивается непрерывное перемещение жидко­сти.

Шестеренчатый насос прост по конструк- _{рис30mecfа>}
ции, в нем отсутствуют клапаны, он непосред-       _ты'й _нас0с:

ственно присоединяется к двигателю и обеспе- i , 4 — шестерив, 2 — иа-
чивает большую высоту напора. Благодаря ™-ко1пу™%— 111£ыял-
этим качествам насос с' успехом применяется       ющий патрубок

для перекачивания небольших количеств чис­тых вязких жидкостей, обеспечивая значительные перепады дав­ления.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: