Тема: Машины для перемещения жидкостей (насосы)

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

Дня этой цели применяют насосы - гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости.

Конструкции насосов классифицируются в соответствии со способами передачи энергии жидкости:

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

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

в) в струйных насосах для передачи энергии используется кинетическая энергия струи.

Поршневые насосы

Подразделяются на несколько типов - простого и двойного действия, а также собственно поршневые и плунжерные насосы.

Поршневой насос простого действия 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-1 присоединён к нижней части клапанной коробки. Поршневой насос работает следующим образом. При движении поршня слева направо в пространстве клапанной коробки создается разряжение, всасывающий клалан-8 открывается и по всасывающему трубопроводу жидкость поступает в цилиндр-7. При движении поршня справа налево открывается нагнетательный клапан-3 и жидкость за счет уменьшения объема цилиндра подается в нагнетательный трубопровод-4. Таким образом, в 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 неровности подачи осуществляют воздушные клапаны, 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 увеличенного давления в воздушном колпаке жидкость продолжает поступать в нагнетательную линию, вследствие чего увеличивается равномерность потока. Высота всасывания не превышает 10 м вод.ст. Для обеспечения более равномерного движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах применяют насосы двойного действия.

В таком насосе имеются две клапанные коробки, в которых заключены два всасывающих и два нагнетательных клапана. При движении поршня вправо и влево происходит всасывание и нагнетание жидкости, что в значительной мере повышает равномерность движения жидкости в трубопроводах. Однако наличие четырех клапанов снижает их надежность, т.к. отказ в работе любого клапана уже нарушает нормальную работу насоса.

Производительность поршневых насосов

Для насоса простого действия Q=F S n ή ( /мин);

Где F – площадь сечения поршня или плунжера, ;

S – ход поршня или плунжера, м;

N – число оборотов привода в минуту;

ή – объемный коэффициент полезного действия, изменяющийся в пределах: для малых и средних насосов – 0,8-0,9, для больших насосов – 0,85-0,95.

Для насосов двойного действия производительность выражается формулой:

Q=(2F – f) S n ή;

где f – площадь сечения штока, .

Полная высота напора Н складывается из высоты всасывания и высоты нагнетания :

H = + ;

Центробежные насосы

Центробежные насосы относятся к группе динамических насосов. В них жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

По числу рабочих колес, устанавливаемых последовательно на одном валу в корпусе, центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.

По величине развиваемого напора:

1) насосы низкого давления (20-25 м вод.ст.);

2) насосы среднего давления (25-60 м вод.ст.);

3) насосы высокого давления (выше 60 м вод.ст.).

В центробежном одноступенчатом насосе на валу имеется рабочее колесо-1 с загнутыми назад лопатками, которое с большой скоростью вращается в корпусе-2 спиралеобразной формы. Жидкость из всасывающего трубопровода-3 поступает по оси колеса и, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы, давление жидкости увеличивается и она выбрасывается из колеса в неподвижный корпус-2 в напорный трубопроводе. При этом на входе в корпус насоса создается пониженное давление и, вследствие разности давлений, жидкость из приемного резервуара непрерывно поступает в насос. Обратный клатан-5 предназначен для того, чтобы насос все время был залит жидкостью (при временных отключениях) иначе насос не сможет работать (не сможет создать разности давлений).

Совместная работа центробежных насосов

При параллельном соединении насосы всасывают жидкость из общего трубопровода или одного резервуара и нагнетают в общий напорный трубопровод. Совместную параллельную работу центробежных насосов применяют для увеличения подачи.

При последовательномсоединении насосов вся жидкость проходит через каждый насос, т.е. всасывающий патрубок второго насоса соединен с нагнетательным первого насоса, а всасывающий патрубок третьего насоса с нагнетательным второго и т.д. Последовательную работу насосов применяют главным образом для увеличения напора, если заданный напор не может быть создан одним насосом.

Неполадки в процессе работы центробежных насосов. В процессе работы центробежных насосов могут возникнуть неисправности, которые машинист должен устранить. Насос может отказать в работе после пуска из

- за: неплотности всасывающей линии - осмотреть трубопровод и устранить неплотности; наличия в корпусе насоса воздуха или паров жидкости - повторно залить насос; засорения труб и сосудов - осмотреть, прочистить трубы и сосуды.

Подача в процессе работы может снизиться по следующим причинам: уменьшилась частота вращения - проверить напряжение сети и двигатель, устранить обнаруженные дефекты; во всасывающую линию или в корпус насоса через сальники просачивается воздух

- проверить трубопровод, подтянуть или сменить набивку сальника;

в нагнетательном и всасывающем трубопроводах увеличились сопротивления -проверить все задвижки и места возможных засорений трубопроводов, прочистить их;

засорилось рабочее колесо - осмотреть и прочистить его.

Напор в процессе работы может снизиться из - за:

уменьшения частоты вращения - проверить двигатель и при обнаружении неисправностей устранить их;

попадания воздуха в перекачиваемую жидкость - проверить всасывающую трубу;

утечки жидкости - подтянуть или заменить набивку сальника;

повреждения напорного трубопровода - закрыть задвижку на напорном трубопроводе, осмотреть его и устранить повреждения;

износа уплотняющих колец или повреждения рабочего колеса - заменить поврежденные детали.

Перегрузка двигателя возникает : при слишком большом разбеге вала, когда колесо трется о неподвижные части насоса - уменьшить разбег вала; при большом осевом давлении - проверить исправность разгрузочных устройств и устранить обнаруженные дефекты; при засорении внутренних частей - остановить насос, прочистить и промыть корпус и рабочие колеса; при увеличении подачи насоса выше допустимой нормы и напоре меньше расчетного - прикрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе.

Вибрацию и шум насоса вызывают: ослабление фундаментальных болтов -подтянуть болты; установка вала насоса и электромотора не на одной прямой -произвести правильную центровку; частичное засорение рабочих колес - осмотреть и прочистить насос; прогиб вала, заедание вращающихся частей, износ подшипников - заменить поврежденные детали; кавитация - остановить насос и принять меры к уменьшению высоты всасывания.

Производительность насоса

Q = π ( /сек, , , л/мин)

где: - ширина колеса;

- радиальная составляющая абсолютной скорости;

-наибольший диаметр колеса.

Фактический напор

Н = ;

где: - теоретический напор;

– гидравлический КПД равный (0,8 ÷ 0,95);

– поправочный коэффициент (0,56 ÷ 0,84).

Ротационные насосы

Наиболее распространенным насосом ротационного типа является шестеренчатый насос. В корпусе 1 вращаются навстречу друг другу две шестерни 2, одна из которых приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, в полости со стороны всасывающего патрубка создается разрежение. Жидкость поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается в направлении их вращения. Когда зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется через «полость в нагнетательный трубопровод.

Струйные насосы

В струйном насосе струя рабочей жидкости — пара или воды — вытекает с большой скоростью из сопла 2 в камеру смешения 2 и увлекает путем поверхностного трения засасываемую жидкость или газ. При этом в камере 2 создается разрежение, достаточное для подъема жидкости из приемного резервуара в насос. Засасываемая жидкость быстро смешивается с рабочей, и смесь их поступает в конически расширяющуюся трубу диффузор 3. В диффузоре скорость потока уменьшается, и, в соответствии с уравнением Бернулли, кинетическая энергия потока переходит в потенциальную энергию давления, что приводит к сжатию засасываемого вещества до требуемого конечного давления.

В пароструйных насосах, помимо смешения жидкостей и передачи энергии

перекачиваемой жидкости, происходит конденсация пара. Поэтому такие насосы применимы только в тех случаях, когда допустимо смешение перемешиваемой жидкости с водой, образующейся при конденсации пара.

Струйные насосы применяются не только для нагнетания (инжекторы), но и для отсасывания жидкостей (эжекторы). Пароструйные и водоструйные насосы применяются также для смешения и нагревания жидкостей.

Монтежю