2. Насосы, вентиляторы и их устройство
2.1 Классификация насосов
Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.
Все насосы подразделяются на две основные группы: динамические и объемные.
Динамическими называются насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется путем воздействия гидродинамических сил на незамкнутый объем жидкости при постоянном сообщении его с входом и выходом насоса.
Объемныминазываются насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется периодическим изменением замкнутого объема при попеременном сообщении его с входом и выходом насоса.
В свою очередь динамические насосы подразделяются на лопастные и насосы трения.
Лопастными называют насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные насосы объединяют в свою очередь две группы насосов: центробежные, осевые и вихревые.
Центробежныминазывают лопастные насосы с движением жидкости через рабочее колесо от центра к периферии. Центробежный насос (рисунок 2.1) состоит из рабочего колеса с криволинейными лопастями, насаженного на вал, и камеры, в которой располагается рабочее колесо. Жидкость в насос поступает через входной патрубок к центробежной части рабочего колеса. Рабочее колесо вращается, и жидкость, увлекаемая лопастями за счет центробежной силы, отбрасывается к периферии в спиральную камеру, переходящую в короткий напорный патрубок – диффузор. Динамическое воздействие лопастей на поток приводит к тому, что давление в напорном патрубке будет больше, чем давление во входном патрубке, следовательно, напор будет прямо пропорционально зависеть от частоты вращения рабочего колеса. Привод центробежных насосов осуществляется непосредственно от вала электродвигателя.
Осевыминазывают лопастные насосы с движением жидкости через рабочее колесо в направление его оси. Осевой насос (рисунок 2.2) состоит из рабочего колеса 1 с несколькими рабочими лопастями, который закреплен на валу, корпуса 2, направляющего аппарата 3 и напорного патрубка 4. Рабочие лопасти вращаются и увлекают жидкость, которая движется в направлении, близком к осевому.
Осевые насосы могут быть одно- и многоступенчатыми и характеризуются большой подачей, сравнительно малой высотой всасывания (до 3 м) и небольшим напором (до 20 м). К. п. д. осевых насосов достигает 90%. Такие насосы применяются при перекачивании загрязненных жидкостей.
Выход
Вал
Улитка
Корпус
Вход
Выход
Рабочее колесо
Рабочее колесо
Рисунок 2.1 Центробежный насос
|
Рисунок 2.2 Осевой насос
|
Насосы трения и инерции – это группа динамических насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется силами трения и инерции. В эту группу входят вихревые (рисунок 2.3), червячные и струйные насосы (рисунок 2.4), шнековые, лабиринтные (рисунок 2.5).
Вихревой насоссостоит из рабочего колеса 2, которое вращается в корпусе 1 с кольцевым каналом, имеющим перемычку 3. Вращающиеся лопатки рабочего колеса частично перекрывают цилиндрический канал, а жидкость увлекается лопатками и одновременно действием центробежных сил закручивается, образуя в камере вихревой поток, движущийся от входного патрубка к напорному. В вихревом насосе происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале корпуса насоса. Обычно вихревые насосы работают по принципу самовсасывания. Напор вихревого насоса в 3-7 раз больше, чем напор центробежного, при тех же размерах и частоте вращения, но имеет низкий к. п. д., не превышающий 45 %.
Вихревые насосы непригодны для подачи жидкостей, содержащих абразивные частицы, так как при этом быстро разрушаются и увеличиваются торцовые и радиальные заборы, что приводит к снижению подачи и к. п. д. насоса. Вихревые насосы применяются там, где требуется большой напор при малой подаче.
 
Рисунок 2.3 Принципиальная схема вихревого насоса
Струйный насос отличается от рассмотренных отсутствием подвижных частей. Он состоит (рисунок 2.4) из трубы Вентури (диффузора), в центре которой находится трубопровод , по нему под давлением подводится рабочая среда (жидкость, газ или пар). Рабочая среда выбрасывается из сопла с большой скоростью в камеру смешения, увлекая за собой из резервуара сначала частички окружающего воздуха, а затем и жидкость, передавая ей часть своей энергии. К.п.д. струйного насоса не превышает 30%.
Рисунок 2.4 Схема струйного насоса
|
Рисунок 2.5 Схема лабиринтного насос
|
Группа объемных насосовобъединяетроторные(рисунок 2.6), шестеренные(рисунок 2.7), поршневые(рисунок 2.8, 2.9, 2.10),винтовые(рисунок 2.11)плунжерные, диафрагмовые,коловратные (кулачковые) (рисунок 2.12) и др..
Рисунок 2.6 Роторный пластинчатыйнасос
|
Рисунок 2.7 Шестеренный насос
|
Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся с входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма).
Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям:
1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные;
2) по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы);
3) по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия.
4) по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые.
Рисунок 2.8 Насос поршневой простого действия
Насос простого действия. Схема насоса простого действия изображена на рисунке 2.8. Поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.
Для повышения производительности поршневых насосов их часто выполняют сдвоенными, строенными и т.д. Поршни таких насосов приводятся в действие от одного коленчатого вала со смещением колен.
Насос двойного действия. Более равномерная и увеличенная подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия (рисунок 2.9), в котором каждому ходу поршня соответствуют одновременно процессы всасывания и нагнетания. Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактны.
Рисунок 2.9 Насос поршневой двойного действия
Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе (рисунок 2.10) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 (вариант I) или малый зазор (вариант II) со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий 7 и нагнетательный 6, а также вспомогательную камеру 1. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода.
Поршневые насосы можно пускать в ход только при открытой задвижке на напорном трубопроводе, так как пуск насоса при закрытой задвижке может привести к поломке насоса или разрыву напорного трубопровода. Этим поршневые насосы принципиально отличаются от центробежных. Останавливать поршневой насос следует тоже при открытой задвижке. Следовательно, задвижку на напорном трубопроводе закрывают только при ремонте или замене поршневого насоса.
Рисунок 2.10 Схема поршневого насоса с дифференциальным поршнем
При эксплуатации поршневые насосы требуют более тщательного ухода, чем центробежные. Уход за ними заключается главным образом в смазке трущихся деталей — подшипников, кривошипного механизма и пр. Необходимо следить также за тем, чтобы в воздушном колпаке запас воздуха составлял около 2/3 объема колпака. При избытке воздуха его выпускают через установленные на колпаке воздушные краны, а при недостатке — пополняют.
К достоинствам поршневых насосов относятся:
- постоянство подачи жидкости независимо от сопротивления напорного трубопровода, что позволяет использовать их как дозаторы;
- возможность подачи незначительных расходов под большим давлением при высоком КПД;
- техническая целесообразность создания малогабаритных насосов, способных поднимать жидкость из скважин малого диаметра;
- возможность пуска насоса в действие без предварительного заполнения его жидкостью.
К недостаткам поршневых насосов можно отнести:
- большие габаритные размеры, массу и площадь, занимаемую насосным агрегатом;
- необходимость устройства тяжелого фундамента;
- наличие легко изнашивающихся деталей (клапанов, манжет и т. п.);
- сложность эксплуатации и меньшую надежность в работе;
- неравномерность подачи жидкости.
Винтовые насосы по принципу действия относятся к роторным насосам. В зависимости от общего числа рабочих винтов различают одно-, двух-, трех- и многовинтовые насосы. В системах водоснабжения и канализации, как правило, применяются одновинтовые насосы (рисунок 2.11).
Основными деталями такого насоса являются однозаходный винт из нержавеющей или хромированной стали и двухзаходная обойма из специальной резины.Винт соединен с валом двигателя карданной передачей или другим гибким соединением, допускающими несоосность вала двигателя и винта.
Рисунок 2.11 Одновинтовой насос
1 — передняя крышка;5 — кронштейн;
2 — обойма; 6—карданный вал;
3 — винт; 7 — шарнирное соединение
4 - задняя крышка;
При вращении вала двигателя винт совершает в обойме сложное движение: вращение относительно собственной оси и вращение оси винта с радиусом, равным эксцентриситету винта. При этом между винтом и обоймой образуются замкнутые полости, непрерывно перемещающиеся от всасывающей камеры к нагнетательной. Таким образом, одновинтовые насосы представляют собой насосы объемного типа с вращающимся рабочим органом.
Винтовые насосы имеют крутопадающие характеристики, при этом зависимость Q — Нблизкак линейной. Промышленность выпускает винтовые насосы горизонтальные — с подачей от 0,3 до 40 м³/ч и вертикальные — для колодцев и артезианских скважин.
Винтовые насосы с резиновыми обоймами можно применять для перекачивания как чистых, так и загрязненных и химически активных жидкостей. В системах водоснабжения винтовые насосы (например, 1В6/10Х) используют для перекачивания дренажных вод в шахтах и горных выработках, из подземной части заглубленных насосных станций, а также для дозирования реагентов.
Коловратный насос - кулачковый насос, разновидность объёмных роторных насосов для подачи главным образом жидкостей с высокой вязкостью без абразивных примесей. Принцип действия коловратного насоса основан на вытеснении жидкости из их корпуса рабочим органом — кулачковым ротором.
Рисунок 2.12 Насос коловратный (кулачковый)
Наиболее распространены двухкулачковые коловратные насосы для подач 6—160 м³/ч с давлением нагнетания до 0,6—1,6 МН/м² (6—16 кгс/см²) при частоте вращения роторов до 300—400 об/мин. Коловратные насосы применяются в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Достоинства и недостатки отдельных конструкций насосов.
Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высокооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его КПД.
Все эти положительные качества центробежных и осевых насосов привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.
К недостаткам центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.
Эти недостатки отсутствуют у вихревых и центробежно-вихревых насосов. Однако вследствие невысокого КПД они находят применение лишь в небольших автономных системах водоснабжения и, кроме того, используются в качестве вспомогательных на крупных водопроводных и канализационных насосных станциях.
|
