Диафрагмовые (мембранные) насосы

Поршневые насосы

Наиболее распространенным типом объемных насосов являются поршневые. Насос состоит из цилиндра 1 (Рис. 1), в котором с помощью кривошипно-шатунного механизма движется возвратно-поступательно поршень 2; при движении поршня слева направо (из крайнего левого положения а) в цилиндре возникает разрежение, вследствие чего всасывающий клапан 4 под­нимается и жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу 6 поступает в цилиндр и движется за поршнем. Нагнетательный клапан 5 при этом закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе 7. При ходе, поршня справа налево (из крайнего правого положения б) в цилинд­ре создается избыточное давление, под действием которого закры­вается (опускается) всасывающий клапан, а нагнетательный клапан 5 открывается, и жидкость поступает в нагнетательный трубопро­вод. Таким образом, в рассмотренном насосе за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма (при этом поршень делает два хода ­ слева направо и справа налево) происходит одно всасывание и одно нагнетание, т. е. процесс перекачивания жидкости таким; насосом, который называют насосом простого действия, осуществ­ляется неравномерно.

Рис. 1. Горизонтальный поршневой насос простого действия:

1-цилиндр; 2-поршень (5-ход поршня); 3-кривошипно-шатунный механизм; 4 и 5 -соответственно всасывающий и нагнетатель­ный клапаны; 6, 7 - соответственно всасы­вающий и нагнетательный трубопроводы; а и б поясняются в тексте

В зависимости от числа всасываний и нагнетаний за один оборот 1 вала кривошипно-шатунного механизма или за два хода 5 поршня (см. рис. 1) поршневые насосы подразделяют на насосы простого и многократного действия. У последних достигается более равно­мерная подача и более высокая производительность, чем у насосов простого действия.

На рис. 2 показаны некоторые типы конструкций клапанов поршневых насосов.

Рис. 2. Клапаны поршневых насосов:

а - тарельчатый (1-пружина; 2-стержень; 3-тарелка; 4-седло); б - откидной (1-крышка; 2-сопло; 3 - ограничитель подъема); в - шаровой (1-клапан; 2-корпус; 3-крышка)

По расположению поршня различают горизонтальные и верти­кальные поршневые насосы. В горизонтальных насосах вследствие неравномерного давления поршня на цилиндр (нижняя часть ци­линдра испытывает повышенное давление под действием силы тяжести поршня во время его движения) происходит неравномер­ный износ цилиндра и поршня и, следовательно, более быстрый, чем в вертикальных насосах, их выход из строя.

При работе в условиях высокого давления поршневые насосы требуют сложных уплотняющих устройств (поршневые кольца, эластичные манжеты), высокоточной обработки поверхностей поршня и цилиндра. Поэтому для создания высоких давлений поршень заменяют полым или сплошным плунжером (скалкой). В этой связи отметим еще одну классификацию поршневых насосов: в зависимости от конструкции поршня их подразделяют на собственно поршневые и плунжерные (скальчатые).

Рис. 3. Плунжерный вертикальный насос простого действия: 1-цилиндр; 2-плунжер; 3-сальник; 4 и 5-соответственно всасывающий и

нагнетательный клапаны

На Рис. 3 представлен плунжерный вертикальный насос простого действия, в котором всасывание и нагнетание жидкости происходят вследствие возвратно-поступательного движения плунжера 2 в цилиндре 1. Уплотнение плунжера осуществляется с помощью сальника 3. В химической промышленности плунжерные насосы распространены более широко, чем поршневые, поскольку требуют менее тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра и проще уплотняются (подтягиванием или заменой набивки 3).

Более равномерной подачей, чем насосы простого действия, обладают плунжерные насосы двойного действия. Горизонтальный плунжерный насос двойного действия

(рис. 4) можно рассматривать как совокупность двух насосов простого действия. Он имеет четыре клапана – два всасывающих и два нагнетательных.

Рис. 4 . Схема горизонтального плунжерного двойного действия: 1- плунжер; 2- цилиндры; 3,4- всасывающие клапаны; 5,6- нагнетательные клапаны

При ходе плунжера 1 вправо жидкость всасывается в левую часть цилиндра 2 через всасывающий клапан 3 и одновременно через нагнетательный клапан 6 поступает из правой части цилиндра в напорный трубопровод; при обратном ходе поршня всасывание происходит в правой части цилиндра через всасывающий клапан 4, а нагнетание – в левой части цилиндра через клапан 5.

Таким образом, в насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня, вследствие чего производительность насосов этого типа больше и подача равномернее, чем у насосов простого действия.

Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения гидравлических ударов (например, при быстром закрытии вентиля на напорном трубопроводе) поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками (рис. 5), которые устанавливают на входе жидкости в насос (на всасывающей линии) и при выходе ее из насоса (на нагнетательной линии). Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, около 50% емкости которого занимает воздух.

При ускорении движения поршня, т.е. когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух, находящийся в последнем, сжимается. Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней. При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объем гораздо больше объема поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном (или всасывающем ) трубопроводе становится близким к равномерному.

Шестеренные насосы

В корпусе 1 насоса (рис.4) установлены две шестерни 2 и 3, одна из которых - ведущая - приводится во вращение от электродвигателя. Между корпусом и шестернями имеются небольшие радиальные и торцовые зазоры. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, вследствие созда­ваемого при выходе зубьев из зацепления разрежения жидкость из всасывающего патрубка 4 поступает в корпус. В корпусе жидкость захватывается зубьями шестерен, перемещается вдоль стенки корпуса по направлению вращения и поступает в нагнетательный патрубок 5.

Рис. 4. Шестеренный насос:

1 -корпус; 2, 4-шестерни; 3 - всасывающий патрубок; 5-нагнетательный патрубок

Отметим, что шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен области всасы­вания и нагнетания меняются местами.

Объемный к. п. д. шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протечки жидкости через зазоры и обычно составляет 0,7-0,9.

Диафрагмовые (мембранные) насосы

Эти насосы (рис. 6) относятся к поршневым насосам простого действия и применяются для перекачивания суспензий и химически агрессивных жидкостей.

Цилиндр 1 и плунжер 2 насоса отделены от перекачиваемой жидкости эластичной перегородкой 3 – диафрагмой (мембраной) из мягкой резины или специальной стали, вследствие чего плунжер не соприкасается с перекачиваемой жидкостью и не подвергается воздействию химически активных сред или эрозии. При движении плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе ее стороны прогибается вправо и жидкость всасывается в насос через шариковый клапан 4. При движении плунжера вниз диафрагма прогибается влево и жидкость через нагнетательный клапан 5 вытесняется в напорный трубопровод. Все части насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью – корпус, клапанные коробки, шаровые клапаны, изготовляют из кислотостойких материалов или защищают кислотостойкими покрытиями.

Винтовые насосы

Эти насосы имеют ведущий винт 1 (рис. 5) и несколько ведомых винтов 2, расположенных внутри корпуса 4 в кожухе 3. Винты имеют специальный профиль - такой, что линия зацепления между ними обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. Направление нарезки ведомых винтов противоположно направлению нарезки ведущего.

Наибольшее распространение в промышленности получили вин­товые насосы с тремя винтами, из которых средний - ведущий, а два боковых - меньшего диаметра - ведомые. Винты помещены в кожухи с гладкой цилиндрической поверхностью. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается вдоль оси насоса и вытесняется в линию нагнетания.

Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки. Оно увеличивается с возрастанием отношения длины витка к его диаметру. Производительность этих насосов увеличивается с увеличением числа оборотов винтов, при этом давление, создаваемое насосом, остается без изменения.

Рис. 5. Винтовой насос:

1 - ведущий винт; 2 - ведомые винты; 3 - кожух; 4 - корпус