Лопастные (динамические) насосы. Центробежные насосы. Устройство, принцип работы, достоинства и недостатки. Напор, подача, мощность и КПД насосов.

Один из видов насосов – это динамические насосы. Сейчас они используются во многих сферах производства и в быту. Если говорить об их основных свойствах и преимуществах можно назвать следующие качества. Во-первых, в них движущей силой процесса становится инерция. Так же в них происходит двойное преобразование энергии, в объёмных насосах только одинарное. Динамические насосы легко справляются с перекачкой загрязнённых жидкостей. Подача жидкости в них идёт беспрерывно, так же во время работы они не так сильно шумят и вибрируют, как объёмные насосы. Среди динамических насосов можно выделить в основную группу лопастные насосы, которые в свою очередь делятся на несколько видов. Основным признаком этой группы является лопастное колесо, используемое в качестве главной рабочей детали. Центробежные насосы – широкий класс лопастных насосов. Движение в этом виде насосов происходит за счёт действия центробежных сил. В основном такие насосы применят в водопроводных системах, а так же других смесей и жидкостей. В этой группе так же выделяются несколько отдельных устройств, которые различаются по конструкции. Центробежно-шнековые насосы, которые способны перекачивать даже такие жидкости, как клей. Осевые и полуосевые насосы, перемещение жидкости в таких насосах идёт вдоль оси. Консольные насосы, которые используют для перекачки различных жидкостей с твёрдыми примесями. Радиальные насосы, у которых главной деталью являются колёса. Отдельный вид лопастных насосов – это вихревые насосы. Обычно их используют для того, чтобы перекачивать разнообразных маловязких и чистых жидкостей, а так же других веществ, например сжиженных газов. Именно вихревые насосы сочетают в себе плюсы динамических и объёмных насосов. Среди динамических насосов можно выделить струйные насосы. Принцип их работы основан, на передаче энергии перекачиваемой жидкости от рабочей жидкости. В основном такие насосы применяются в глубоких скважинах для добычи нефти. Так же к динамическим насосам относится гидротаранный насос. Такое устройство особенно удобно, что не требует внешней энергии, например электричества, то есть работает автономно. Может без труда поднять жидкость с глубины несколько десятков метров

Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Принцип действия центробежных насосов

Центробежный насос в разрезе

Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно может быть открытого типа (диск на котором установлены лопасти) и закрытого типа - лопасти размещены между передним и задним дисками. Лопасти отогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами. Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью из всасывающего трубопровода, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. А если повышается давление, то жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод. Вследствие этого внутри корпуса насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод. Центробежные насосы бывают не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается таким же, как и всегда. Жидкость будет перемещаться под действием центробежной силы, которая развивается за счёт вращающегося рабочего колеса.

Теоретически подача насоса одностороннего действия равна произведению площади поршня или плунжера F на его ход S и на число циклов (или оборотов кривошипа) за единицу времени:
Q_T =FSn. (5.2)
В действительности из-за запаздывания закрытия и открытия клапанов при всасывании и нагнетании, а также из-за пропуска жидкости через неплотности уплотнительных колец или сальников действительная подача Q, м3/мин, всегда меньше теоретической:
Q =η FSn, м3/мин, или Q =60η FSn, м³/ч, (5.3)
где η — объемный КПД насоса (или коэффициент наполнения, в зависимости от типа и размера насоса равный 0, 85—0, 99); n— частота вращения кривошипа, мин^-1.
Как видно из формул (5.2) и (5.3), подача возвратно-поступательных насосов пропорциональна числу ходов рабочего органа и не зависит от напора, развиваемого насосом.
Действительная подача Q, м3/ч, поршневого насоса двустороннего действия определяется по формуле
Q = η 60(2F-f)Sn, (5.4)
где f — площадь сечения штока, соединяющего поршень или плунжер с кривошипом.
Подача Q, м³/ч, сдвоенного насоса двустороннего действия в 2 раза больше подачи обычного (одиночного) насоса двустороннего действия, т. е.
Q = 2η 60(2F — f)Sn. (5.5)
Действительная подача Q, м3/ч, строенного насоса равна
Q = η 60*3FSn=l80η FSn. (5.6)
Из рассмотрения принципа действия возвратно-поступательных насосов видно, что эти насосы подают жидкость в напорный трубопровод неравномерно. Неравномерность подачи возвратно-поступательных насосов оценивается отношением мгновенной максимальной подачи к средней подаче: Q_макс/Q_cp. Для насосов одностороннего действия это значение равно 3, 14, для насосов двустороннего действия и дифференциальных— 1, 57, а для строенных насосов— 1, 047. Для уменьшения неравномерности подачи устанавливают возвратно-поступательные насосы с воздушными колпаками ). Подачу возвратно-поступательных насосов регулируют двумя способами: 1) изменением хода рабочего органа S и 2) изменением частоты вращения кривошипного механизма п. Ход рабочего органа изменяют, уменьшая радиус кривошипного механизма. Однако чаще всего подачу возвратно-поступательных насосов регулируют изменением частоты вращения рабочего органа, для чего меняют передаточное число ременной или зубчатой передачи. Высоту всасывания, полную высоту подъема, мощность и КПД возвратно-поступательных насосов определяют так же, как и центробежных. Следует отметить, что при вычислении высоты всасывания необходимо учитывать инерционные силы, так как из-за неравномерной работы поршневого насоса жидкость движется по всасывающей трубе в неустановившемся режиме. При этом может наступить разрыв сплошности потока, и, как результат, срыв работы насоса.
Характеристика Q — Н возвратно-поступательных насосов (без учета пульсации расхода) при постоянной частоте вращения и неизменной длине хода поршня представляет собой прямую линию, параллельную оси ординат. Теоретически возвратно-поступательный насос может развивать любой напор, однако практически напор, развиваемый насосом, ограничен прочностью конструкции и мощностью привода (двигателя).
Коэффициент полезного действия возвратно-поступательных насосов достаточно высок и в зависимости от типа и размера насоса находится в пределах 0, 75 — 0, 95. Мощность двигателей для привода насосов принимается с некоторым запасом по сравнению с мощностью, вычисленной для насоса. Этот запас можно назначать таким же, как и для центробежных насосов.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: