Общие сведения о гидравлических машинах.

Возвратно-поступательныe насосы состоят из цилиндра, в который набирается жидкость в процессе всасывания; поршня, который, двигаясь в цилиндре, осуществляет всасывание и нагнетание; клапанов, управляющих ходом работы насоса; всасывающего и нагнетательного патрубков. Эти насосы изготовляются одиночными и спаренными. Трехпоршневые насосы обеспечивают практически равномерную подачу жидкости, тогда как в одно- и двухпоршневых насосах подача крайне неравномерная (пульсирующая).

В шиберных пластинчатых насосах роль поршня выполняет подвижная пластинка переменной площади поперечного сечения, а роль цилиндра выполняет пространство между эксцентрично посаженными цилиндрами и торцевыми стенками.

Рис. 2. Шестеренный и винтовой насосы

Шестеренные насосы предназначены в основном для перекачивания вязких жидкостей (рис. 2, а). Две шестерни, одна из которых ведущая 1, а другая ведомая 2, вращаясь, в хорошо подогнанном корпусе 3, перемещают масло, заполняющее впадины между зубьями по части окружности, из полости всасывания 4 в полость нагнетания 5.

На рис. 2, б показана конструкция винтового насоса. Рабочими органами винтового насоса являются три винта: центральный, ведущий 1 и замыкающие, ведомые 2 и 3, помещенные в корпусе 4. Расточка (сечение А — А) выполнена так, что зазор между корпусом и внешней поверхностью винта мал. Винты имеют специальную форму резьбы (деталь А), при которой обеспечивается непрерывное касание между сопрягающими поверхностями, благодаря этому между гребнями винтов и корпусом создаются три группы замкнутых полостей а, b, с, перемежающихся при вращении винтов по стрелке слева направо. Жидкость из входного патрубка ВП через отверстия в корпусе попадает к винтам, заполняет полости а, b, с, выносится в правую часть и далее подается к напорному патрубку НП.

Лопастные насосы делятся на центробежные и осевые. Они изготовляются как с постоянным положением лопастей, так и с поворотными лопастями. По конструктивным данным и эксплуатационным особенностям насосы различают по частоте вращения рабочего колеса, подаче, по ступеням давления, по условиям подвода жидкости к рабочему колесу, по расположению вала и т. д.

Различные центробежные насосы имеют разные частоты вращения вала. Как правило, закономерность здесь такова: чем больше размеры насоса, тем меньше частота вращения. Сравнительно малые насосы работают с частотой вращения 1440—2800 об/мин. С увеличением частоты вращения подача и особенно напор центробежного насоса значительно увеличиваются. При определенной частоте вращения центробежный насос развивает определенный напор. Иногда требуется получить напор в несколько раз больший, чем это дает определенный типоразмер насоса, без увеличения частоты вращения. В этом случае изготовляется многоступенчатый насос, в котором жидкость из выходного отверстия одного колеса переходит во всасывающее отверстие второго и т. д. до тех пор, пока не получит нужного напора. Все колеса насажены на один общий вал и вращаются синхронно. По числу ступеней насосы разделяются на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.

Для увеличения подачи насоса при неизменной частоте вращения применяются рабочие колеса с двусторонним подводом жидкости. Расположение валов насосных агрегатов может быть горизонтальным и вертикальным. Насосы с вертикально расположенными валами применяются в основном для откачки воды из глубинных колодцев.

По условиям отвода потока от рабочего колеса насосы делятся на насосы с направляющим аппаратом и без него. Наибольшее распространение получили центробежные насосы с горизонтальным валом и спиральной камерой (рис. 3).

Рис. 3. Центробежный насос с горизонтальным валом и спиральной камерой

Насос состоит из рабочего колеса с лопастями 1, вала 2, корпуса 3, всасывающего 4 и нагнетательного 5 патрубков, сборного канала 6.

Рис. 4. Установка центробежного насоса.

Установка центробежного насоса (рис. 4) состоит из всасывающей трубы 3 с фильтром 1 и обратным клапаном 2, насоса 5, задвижки 6, нагнетательного трубопровода 7. Большие насосы снабжаются контрольно-измерительными приборами: манометрами, вакуумметром. Насос приводится в действие электрическим двигателем 4. Насос и двигатель монтируются на общей раме. Обратный клапан 2 препятствует вытеканию жидкости из всасывающей трубы и насоса, это освобождает от заливки жидкостью насоса после его кратковременной остановки. При вращении вала насоса на входе в рабочее колесо образуется вакуум.

Жидкость под действием атмосферного давления из приемного резервуара поднимается по всасывающей трубе на высоту H_в в область вакуума — к центральной части рабочего колеса насоса на вращающиеся лопасти. Под действием центробежных сил она перемещается вдоль лопастей к периферии, где и собирается в сборном канале 5, называемом улиткой (рис.4). Из улитки жидкость нагнетается на высоту Н_н в напорный трубопровод. Таким образом, благодаря воздействию лопастей рабочего колеса жидкость получает механическую энергию от двигателя и поднимается на суммарную высоту

Рис. 5.Осевой насос

Вода в этих насосах подводится в направлении его оси (рис. 5). При входе на рабочее колесо абсолютная скорость направлена вдоль оси, а при сходе с рабочего колеса абсолютная скорость направлена под некоторым углом к оси. Это означает, что жидкость, перемещаясь вдоль оси, одновременно вращается, т. е. имеет место винтовое движение жидкости, что приводит к дополнительным потерям энергии. Чтобы выправить закрученный поток и заставить его двигаться только вдоль оси, за рабочим колесом 1 иногда устанавливается так называемый выправляющий аппарат 2. Рабочее колесо со стороны входа потока снабжается плавным обтекателем. Вал насоса с помощью жесткой муфты соединен с валом электродвигателя.

В поворотно-лопастных насосах угол установки лопастей (поворот лопастей) может изменяться с помощью штанги, проходящей в пустотелом валу. Это улучшает эксплуатационные качества насоса, его КПД.

Рис. 6.Вихревой насос

Вихревой насос (рис. 6) состоит из рабочего колеса 1 и корпуса 2 с кольцевым каналом, имеющим перемычку 3. Короткие прямолинейные лопасти рабочего колеса частично перекрывают цилиндрический канал, при вращении жидкость увлекается лопастями и одновременно действием центробежных сил закручивается, как показано на сечении. Таким образом, по кольцевой камере движется спаренный вихревой валец, создающий «сцепление» жидкости с рабочим колесом и заставляющий ее двигаться от входного отверстия к выходному

Рис. 7Струйный насос (эжектор)

В струйном насосе (эжекторе) (рис. 7) отсутствуют механические подвижные части. Он состоит из трубы 1 с насадком 2, камеры 3, смесительной камеры 4 и диффузора 5. Жидкость, выходящая из насадка 2 в виде струи расходом Q_c, увлекает за собой жидкость из камеры 3, создавая в ней вакуум, благодаря чему снизу вверх обеспечивается постоянное подсасывание жидкости расходом Q. В камере смешения 4 кинетическая энергия от потока расходом Q_c передается потоку расходом Q. В диффузоре 5 жидкость движется одним общим потоком Q_с + Q, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и давление на выходе возрастает.

Водокольцевой вакуум-насос (рис. 8) состоит из цилиндрического корпуса 1 с плоскими боковыми стенками, в который помещают вращающийся барабан 2 с лопастями 3. В боковой стенке имеются канавки 4, к которым присоединены всасывающий и нагнетательный патрубки 5 и 6. Барабан смонтирован эксцентрично по отношению к корпусу.

Перед пуском в корпус насоса заливают воду. При вращении барабана лопасти захватывают воду, и под действием центробежной силы она вращается.

Рис. 8Водокольцевой вакуум-насос

Объем W, ограниченный двумя соседними лопастями, поверхностью воды и поверхностью барабана, при вращении будет изменяться от W_min вверху до W_max внизу. Этот расширяющийся объем будет создавать вакуум в межлопастном пространстве справа от вертикали (0° — 180° — сектор всасывания), что обеспечит всасывание воздуха из патрубка 5. Слева от вертикали объем W будет уменьшаться и воздух начнет выжиматься через левую серповидную прорезь в напорный патрубок 6 (180° — 360° — сектор нагнетания).

Водокольцевые насосы широко используются как вспомогательные средства для пуска центробежных насосов (особенно землесосов), обеспечивая подъем воды во всасывающих трубах этих насосов до 8 — 9 м.

Эрлифт, или воздухоподъемник (рис. 9), состоит из вертикальной или наклонной трубы 1, нижний конец которого заглублен под уровень воды на Н_п и воздухоподводящей трубы 2, нижний конец которой находится в заборном оголовке эрлифта.

Рис. 9Воздухоподъёмник (эрлифт)

При нагнетании воздуха через трубу 2 последний в виде пузырьков будет подниматься вверх по трубе 1, вследствие чего плотность водовоздушной смеси в эрлифте будет меньше плотности воды водоема. Это обеспечивает подъём водовоздушной смеси на высоту Н.