Машины для перемещения жидкостей (насосы)
Перемещение жидкости по трубопроводам и аппаратам связано с преодолением сил трения, местных сопротивлений, а также затратой энергии на подъем жидкости с низшего на высший уро-
Рис. 24. Центробежный насос:
а —схема насоса: / — всасывающий штуцер, 2 — сальник, З — корпус с каналом, 4 — рабочее колесо, б — вал, б — лопастн рабочего колеса, 7 — нагнетательный штуцер; б — # — полная Высота подачи, Н\ — высота всасывания, Н2— высота
нагнетания
вень. Для этой цели применяют насосы — гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости.
Конструкции насосов классифицируются в соответствии со способами передачи энергии жидкости:
в центробежных и лопастных насосах кинетическая энергия сообщается жидкости с помощью вращающихся лопастей;
в поршневых, плунжерных и шестеренчатых насосах энергия передается путем периодического изменения объема рабочих камер;
в струйных насосах для передачи энергии используется кинетическая энергия струи.
Центробежный иасос (р-ис. 24, а) состоит из корпуса 3, имеюще-
50
го спиралевидный канал, в котором вращается рабочее колесо 4, укрепленное на валу 5. На рабочем колесе 4 укреплены лопасти 6, между которыми располагаются каналы для прохода жидкости. Подача жидкости в насос осуществляется через всасывающий штуцер 1, соединенный с центральной частью рабочего колеса. Нагнетательный штуцер 7, расположенный тангенциально по отношению к рабочему колесу, служит для отвода жидкости из насоса. Для уплотнения вала рабочего колеса имеются сальники 2. На рис. 24, б показаны высота всасывания #ь высота нагнетания #2 и полная высота подачи Н.
|
|
Центробежные насосы работают следующим образом. Через всасывающий штуцер жидкость поступает в центральную часть вращающегося колеса, под действием центробежной силы проходит по каналам рабочего колеса и отбрасывается к его периферии, приобретая при этом, кинетическую энергию. В спиралевидном канале корпуса насоса кинетическая энергия жидкости превращается в энергию давления и жидкость выбрасывается в - нагнетательный штуцер. Таким образом, жидкость непрерывно поступает в насос, проходит через него и выходит из нагнетательного патрубка. В некоторых конструкциях в корпусе насоса предусмотрены неподвижные лопасти, которые образуют расширяющиеся каналы, улучшающие преобразование кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию давления и повышающие коэффициент полезного действия насоса.
Особенность центробежного насоса заключается в том, что для начала его работы необходимо, чтобы внутренняя полость корпуса с рабочим колесом была заполнена жидкостью. Только в этом случае при запуске насоса возникнет центробежная сила, которая вызовет перемещение жидкости и создаст перепад давления. Направление вращения рабочего колеса насоса должно строго соблюдаться, иначе насос не будет создавать перепада давления.
|
|
Центробежные насосы классифицируются по конструктивным признакам, по создаваемому перепаду давления и частоте вращения рабочего колеса.
По создаваемому перепаду давления центробежные насосы делятся на:
насосы низкого давления, создающие до 20—25 м напора столба перекачиваемой жидкости;
насосы среднего давления с перенадом 25—60 м напора;
насосы высокого давления, способные создавать давления более 60 м напора.
По расположению вала рабочего колеса центробежные насосы бывают горизонтальные и вертикальные.
В зависимости от частоты вращенияграбочего колеса насосы делятся на тихоходные и быстроходные.
По числу рабочих колес насосы бывают одноступенчатые и многоступенчатые. В многоступенчатых насосах жидкость, проходит последовательно через несколько рабочих колес, укрепленных на одном валу. Перепады давлений, создаваемые в каждом колесе,
|
|
51
складываются, в результате чего значительно увеличивается общий перепад давления, создаваемого насосом. Многоступенчатые насосы относятся к группе насосов среднего и высокого давлений.
Центробежные насосы широко распространены в химической промышленности. Это объясняется их высокой производительностью, небольшими размерами, возможностью непосредственного присоединения к электродвигателю. Кроме того, центробежные насосы просты по конструкции, что позволяет изготавливать их из разнообразных материалов. Последнее обстоятельство делает насосы этого типа незаменимыми при перекачивании агрессивных жидкостей.
- Производительность центробежных насосов Q зависит от большого числа факторов и определяется специальными расчетами. На практике выбор насоса заданной производительности и напора осуществляется по каталогу.
Другими весьма важными характеристиками насосов являются потребляемая мощность N , число оборотов п и коэффициент полезного действия г\. Мощность N (кВт), затрачиваемую на перекачивание жидкости центробежным насосом, подсчитывают по формуле
N = M £ lLt' (5.1)
где Qc— объемная производительность насоса, м3/с; ,р — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; Н — полный напор, развиваемый насосом, м; х\ — коэффициент полезного действия насоса, находящийся в пределах 0,6—0,8.
|
|
Мощность двигателя, приводящего в движение рабочее колесо насоса, должна быть больше величины \ N , так как при вращении колеса преодолеваются силы трения в сальниках и'подшипниках. Запас мощности двигателя составляет 10—15% от' величины \ N :
ЛГлвиг=(1,10-ь1,15)ЛГ. (5.2)
Производительность центробежных насосов изменяется прямо пропорционально изменению числа оборотов:
Qi/Q2=«i/"2, (5.3)
где Qi и Q2— производительность насосов при п\ и пч числах оборотов соответственно. Однако нужно помнить, что эта зависимость может быть применима в сравнительно узких пределах, так как между потребляемой мощностью и ч,ислом оборотов существует связь:
NjN ^ tolntf . , (5.4)
Поскольку отношение мощностей пропорционально третьей степени отношения числа оборотов, даже небольшое увеличение числа оборотов рабочего колеса требует значительного увеличения расхода мощности.
52
Напор, развиваемый насосом, пропорционален квадрату числа оборотов:
Я1/Я2=(«1/«2)2, (5.5)
Графическая зависимость основных параметров центробежного насоса называется универсальной характеристикой (рис. 25). На этом графике по оси абсцисс откладывают производительность Q при разных режимах работы, по оси ординат — развиваемые напоры Я. На график наносят значения коэффициента полезного действия tj
Рис. 26. Универсальная харак- * Рнс. 26. Вихревой насос:
Тернстнка центробежного НЭ' _ ; — нагнетательный патрубок, 2 — всасывающий
coca ' патрубок, 3 — корпус насоса, 4 — кольцевая по-
лость, 5 — ячейки рабочего колеса, 6 — рабочее колесо
при определенных числах оборотов пи п2, п3, ..., определяя при этом
соответствующие коэффициенты полезного действия т]ь т]2, г]з...
Соединяя точки с одинаковыми коэффициентами полезного действия т], получают семейство кривых.
Универсальная характеристика позволяет установить режим работы данного насоса при наибольшем коэффициенте полезного действия т], а также найти третий параметр, если два заданы. Например, если заданы Q и Я, находим г\; если заданы ц и Q, находим Я. Это позвбляет эксплуатировать имеющийся насос в оптимальном режиме.
Следует различать высоту всасывания Hi и высоту нагнетание Я2 (рис. 24, б). Высота всасывания Hi зависит от значения атмосферного давления, плотности засасываемой жидкости, ее температуры и значения ^сопротивления всасывающего трубопровода. Для холодной воды практическая высота всасывания насосов, установленных на уровне моря, составляет приблизительно 7—8 м. Высота всасывания для всех типов насосов не может превышать 10 м вод. ст.
Высота нагнетания может изменяться в широких пределах, В одноступенчатых насосах низкого давления она составляет 10— 20 м вод. ст. Многоступенчатые насосы в зависимости от числа сту-
53
пеней, числа оборотов насоса и мощности двигателя могут нагнея
тать воду на высоту 100 м и более. 1
Вихревой насос {рис 26) состоит из корпуса 3, рабочего колеса! 6, имеющего короткие радиальные лопасти, которыеобразуют ячей| ки 5 по обе стороны колеса. Между рабочим колесом и Kopnycoii насоса имеется кольцевая полость 4, соединенная с всасывающие патрубком 2 и нагнетательным патрубком 1. При вращении рабо^ чего колеса жидкость, заполняющая ячейки 5 рабочего колеса, пода
Рнс. 27. Пропеллерный насос: Рнс. 28. Поршневой насос простого
« — общий вид, б —схема установки . действия:
„ / — всасывающий трубопровод, 2 — клапан* иая коробка, 3 — нагнетательный клапан, 4 — нагнетательный, трубопровод, 5 — воз душный колпак, 6 — корпус, 7 — цилиндр, 8 —всасывающий клапан, 9 — поршень или плунжер, 10 — кривошипио-шатуииый меха» ннзм
действием центробежной силы выбрасывается в кольцевую полость, за счет чего в ячейке создается разрежение. При повороте ячейка через всасывающий патрубок заполняется новой порцией жидкости.
Отдельные типы вихревых насосов создают на всасывающей линии большое разрежение и работают как самовсасывающие, без предварительного заполнения жидкостью. Недостатками насосов этой конструкции являются малая производительность и низкий коэффициент полезного действия. Кроме того, они применяются только для перекачивания чистых жидкостей.
Пропеллерный насос (рис. 27) относится к группе лопастных насосов. Рабочее колесо пропеллерного насоса состоит из нескольких лопастей, расположенных под некоторым углом к оси враще« ния. При вращении рабочего колеса наклонно расположенные ло* пасти вызывают перемещение жидкости вдоль оси колеса, которая совпадает с осью потока. Поэтому,работа пропеллерного насоса напоминает работу гребного винта.
Пропеллерные насосы применяются для перекачивания больших количеств жидкости при небольших напорах, для создания циркуляции жидкости в различных аппаратах, например в выпарных. Насосы этого типа используются также для перекачивания загряз* ненных жидкостей.
54
Поршневые насосы подразделяются на несколько типов—про* стого, двойного и тройного действия, а также собственно поршневые и плунжерные насосы.
Поршневой насос простого действия (рис. 28) 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 / присоединен к нижней части клапанной коробки.
Рис. '29. Поршневой насое двойного действия: 1 — поршень, 2 — всасывающие клапаны, 3 — нагнетательные клапаны, 4 — воздушный колпак |
Поршневой насос работает следующим образом. При движении поршня слева направо в пространстве клапанной коробки создается разрежение, всасывающий клапан 8 открывается и по всасывающему трубопроводу / жидкость поступает в цилиндр 7. При движении поршня справа налево открывается нагнетательный клапан 3 и жидкость за счег уменьшения объема цилиндра подается в нагнетательный трубопровод 4. Таким образом, 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 неравномерности подачи осуществляют воздушные коллаки, 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 увеличенно'го давления в воздушном колпаке жидкость продолжает поступать в нагнетательную линию, вследствие чего увеличивается равномерность потока. В некоторых случаях воздушные колпаки устанавливают и на всасывающей линии. Высота всасывания, так же как и у насосов других типов, не может превышать 10 м вод. ст. Вследствие инерционных потерь, связанных" с пульсацией жидкости, высота всасывания может быть даже не* сколько меньше, чем у центробежных насосов, — 7—:7,5 м вод. ст. Высота нагнетания зависит от мощности установленного привода.
Для обеспечения более равномерного движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах применяют насосы двойного действия (рис. 29). В таком насосе имеются две клапанные коробки, в которых заключены два всасывающих и два нагнетательных клапана. При движениях поршия вправо и влево происходит одновременно всасывание и нагнетание жидкости, что в
55
значительной мере повышает равномерность движения жидкости в
трубопроводах. Однако наличие четырех клапанов снижает их на
дежность, так как отказ в работе любого клапана уже нарушает
нормальную работу насоса. -
В некоторых случаях применяют насосы тройного действия, у которых три поршня приводятся в движение от одного вала, кривошипы которого сдвинуты друг относительно друга на 120°. Это обеспечивает еще большую равномерность подачи, но усложняет конструкцию насоса. В поршневых насосах уплотнительное устройство— сальник — выполняется на штоке поршня, в плунжерных— непосредственно на- поршне.
- Производительность поршневых насосов. Для насоса простого действия производительность Q (м3/мин) выражается формулой
Q = FSn 4, (5.6)
где F — площадь сечения поршня или плунжера, м2; S — ход поршня или плунжера, м; п — число оборотов привода в минуту; ц — объемный коэффициент полезного действия, изменяющийся в пределах: для малых и средних насосов—0,8—L0,9, для больших насосов —0,85—0,95.
Для насосов двойного действия производительность выражается формулой
Q =(2 F - f ) Sn % (5.7)
. где ранее принятые обозначения сохраняются, а величина / — площадь сечения штока, м2.
Полная высота напора Н складывается из высоты всасывания #i и высоты нагнетания #г:
Я=//х+Я2. t(5.8)
Высота всасывания, как было показано выше, не может превышать 10^ м вод. ст. и у поршневых насосов всех типов составляет не более 7—8 м вод. ст. при перекачивании холодных жидкостей.
Высота нагнетания зависит от конструкции насоса и мощности его двигателя, достигая высокого давления. Это выгодно^отличает поршневые насосы от насосов других типов и позволяет с успехом применять их в тех случаях, когда расходы жидкости сравнительно невелики и необходимо создание значительных давлений. Мощность, затрачиваемую на перекачивание жидкости, подсчитывают по формуле (5.1), приведенной для центробежного насоса.
При выборе двигателя поршневого насоса учитывается, что часть его мощности расходуется в редукторе, снижающем число оборотов, и в шатунно-кривошипном механизме. Поэтому запас мощности двигателя Поршневого насоса должен быть больше, чем у центробежного насоса, двигатель которого присоединяется непосредственно к валу.
Шестеренчатый насос (рис. 30) состоит из корпуса 3, внутри которого заключены две шестерни 4 и I , находящиеся в зацеплении. Одна из шестерен приводится во вращение электродвигателем.
56
На корпусе насоса имеются всасывающий 5 и нагнетательный 2 патрубки. Шестерни изготавливаются очень точно, с минимальными зазорами между торцами зубьев и корпусом. При вращении шестерен (левой — по часовой стрелке и правой — против часовой стрелки) во впадинах между зубьями создается разрежение и жидкость заполняет промежуток между зубьями и корпусом. Порции жидкости, находящиеся в объемах между зубьями и стенками корпусов, перемещаются вращающимися шестернями и выдавливаются в нагнетательный штуцер. Таким образом обеспечивается непрерывное перемещение жидкости.
Шестеренчатый насос прост по конструк- рис30mecfа>
ции, в нем отсутствуют клапаны, он непосред- ты'й нас0с:
ственно присоединяется к двигателю и обеспе- i , 4 — шестерив, 2 — иа-
чивает большую высоту напора. Благодаря ™-ко1пу™%— 111£ыял-
этим качествам насос с' успехом применяется ющий патрубок
для перекачивания небольших количеств чистых вязких жидкостей, обеспечивая значительные перепады давления.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 830; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!