Объемные и динамические насосы

Основные cведения о насосах

Насосы и гидродвигатели - основные элементы всех видов гидравлического привода, назначение которого состоит в передаче энергии к исполнительному рабочему органу и управления его движением посредством жидкости. Насос сообщает энергию жидкости, которая поступает по гидролиниям к гидродвигателю (исполнительному органу).

Выделяют две основные группы насосов: лопастные и объёмные. Лопастные насосы создают поток жидкости с помощью вращающегося лопастного рабочего колеса, сообщающего жидкости кинетическую энергию, трансформируемую в энергию давления. В лопастных насосах области всасывания и нагнетании не имеют разграничения. Повышение удельной энергии жидкости происходит постепенно, в процессе ее перемещения из области всасывания в область нагнетания. К лопастным насосам относятся:

а) центробежные - рабочее колесо насоса несёт лопатки, заключённые между дисками. Спиральный корпус переходит в напорный патрубок, на котором монтируется задвижка, перекрывающая выход в напорный трубопровод. К центральной части рабочего колеса примыкает (с небольшим зазором) входной (всасывающий) патрубок, к которому присоединяется всасывающая труба, оканчивающаяся приёмной сеткой с обратным клапаном. Перед пуском, полости насоса и всасывающая линия заполняются жидкостью через горловину. При вращении рабочего колеса с постоянной частотой, жидкость непрерывно движется по каналам колеса, образованного лопастями, которые сообщают протекающей жидкости энергию - давление и значительную скорость. По выходе жидкости в спиральный корпус её скорость постепенно уменьшается в связи с расширением сечения корпуса и достигает нормальных величин при подходе к напорному трубопроводу. При уменьшении скорости повышается давление, которое и обеспечивает подачу жидкости. В процессе работы насоса, на входе в рабочее колесо, создаётся вакуум вследствии отвода жидкости. Под действием этого вакуума на рабочее колесо непрерывно поступает жидкость через всасывающую линию и входной патрубок. Эти насосы предназначены для подачи воды и малоагрессивных жидкостей. Они бывают разных исполнений:

- консольные, характерная особенность которого - расположение рабочего колеса на консоли вала, вращающегося в двух широко расставленных шариковых подшипниках. Подвод насоса выполнен в виде прямоосного конфузора заодно с крышкой насоса. Для разгрузки рабочего колеса от осевого усилия, возникающего вследствии разности давления слева и справа на его внутренний диск в пределах диаметра входа рабочего колеса, предусмотрены разгрузочные отверстия и уплотнение. Это обеспечивает выравнивание давления за рабочим колесом (перед сальником) и перед рабочим колесом в зоне всасывания. Чтобы предотвратить просачивание воздуха в насос, сальниковое уплотнение снабжено кольцом гидравлического затвора, жидкость к которому подводится по сверлению. В корпусе и крышке насоса установлены сменные уплотнительные кольца. Корпус насоса крепится на опорной стойке. Неуравновешенные радиальные и осевые усилия через вал воспринимается шарикоподшипником. Иногда рабочее колесо насоса выполняется неразгруженным, тогда осевое усилие воспринимается упорным подшипником;

- одноступенчатые с двухсторонним входом, характеризуется двусторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Благодаря этому оно имеет симметричное исполнение и разгружено от осевого усилия. Подвод к рабочему колесу и отвод насоса - спиральные. Корпус насоса имеет горизонтальный разъём. Это обеспечивает ремонт и замену деталей ротора без демонтажа трубопроводов и отсоединения электродвигателя. Сальниковые уплотнения вала в местах подвода насоса снабжены гидравлическими затворами, к которым под давлением по патрубкам подаётся жидкость из отвода. Вал насоса защищён от износа сменными втулками, которые одновременно фиксируют рабочее колесо в осевом направлении. Уплотнение между рабочим колесом и корпусом осуществляется сменными уплотнительными кольцами, закреплёнными на рабочем колесе и корпусе насоса. Радиальная нагрузка ротора воспринимается подшипниками скольжения. Для фиксации вала и восприятия возможного осевого усилия в корпусе левого подшипника установлен радиально-упорный подшипник;

- многоступенчатые, для создания больших напоров. Принцип работы такой же, что и у простых центробежных насосов. Особенность в том, что насос состоит из отдельных секций, стягиваемых шпильками. Жидкость поступает на первое рабочее колесо через входной канал, выполненный во входной крышке. Далее через направляющий аппарат, жидкость поступает на следующее рабочее колесо. Пройдя все пять ступеней, вода выходит через выходной патрубок. Секционность насоса позволяет при одной и той же подаче с помощью различного количества монтируемых ступеней (секций) варьировать его напор, изменяя только длину вала, стержней шпилек и обводной трубки отвода воды от гидравлической пяты. Для создания противоударения осевым усилиям в гидравлическую пяту по щели подводится вода от последней ступени насоса. От пяты она отводится для уплотнения сальников на входе и далее попадает во всасывающую линию или отводится наружу. Подводимая к сальникам вода уплотняет и охлаждает их. Многоступенчатые насосы имеют малые габариты при высоких напорах, однако демонтаж их неудобен, так как, кроме отсоединения трубопроводов, необходима разборка подшипников и сальников;

б) скважные центробежные насосы - вертикальные секционные насосы, устанавливаемые в скважине при водоснабжении, водопонижении и орошении. Эти насосы разделяются на две группы:

- насосы, монтируемые в скважине с приводом от двигателя, располагаемого над скважиной, который соединяется с насосом длинным трансмиссионным валом, монтируемым в водопроводной трубе. В этих насосах используется радиальные и диагональные рабочие колёса. К установке этих насосов предъявляются высокие требования: строго вертикально положение вала трансмиссии, недопущение искривления скважины, тщательный монтаж. К недостаткам следует отнести трудность эксплуатации, и сложность монтажа и демонтажа насоса, изнашивание вала от песка и коррозии. В достоинствах меньшая металлоёмкость и отсутствии сложного оборудования;

- насосы, погружаемые вместе с электродвигателем под динамический уровень воды в скважине. Для привода таких насосов применяются погружные асинхронные водозаполненные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Электродвигатель располагается ниже насоса, вода в который проходит через приёмную сетку, расположенную между насосом и электродвигателем. Подшипники насоса и электродвигателя смазываются и охлаждаются водой. Вода от насоса поступает в водоподъёмную трубу, соединённую с ним специальным патрубком. Энергия к погружённому электродвигателю подводится сверху по специальному кабелю;

в) осевые - струйки потока движутся параллельно оси насоса, благодаря чему этот тип лопастных насосов и получил название осевых, но помимо осевого, поток участвует в винтовом движении при сходе с лопастей рабочего колеса. На втулке рабочего колеса жёстко закреплены лопасти. Втулка закрыта обтекателем, который обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям. Сойдя с лопастей, поток попадает на неподвижные лопасти направляющего аппарата, Служащего отводом колеса. К отводу крепят колено с напорным патрубком. Для привода рабочего колеса служит вал, установленный в двух направляющих подшипниках скольжения с водяной смазкой. В этих целях применяется отфильтрованная вода, подводимая по трубке в камеру над верхним подшипником, уплотнённую сальником. Пройдя через зазор между вкладышем подшипника и валом, по трубе вода поступает к нижнему подшипнику, после которого - в основной поток. Вал насоса соединяется с валом электродвигателя жёсткой муфтой. Осевое усилие и вес ротора воспринимаются пятой электродвигателя. Промышленностью выпускаются также поворотно-лопастные осевые насосы, в которых положение лопастей рабочего колеса может регулироваться. Благодаря этому обеспечивается регулирование подачи насоса при высоких значениях КПД. Осевые насосы преимущественно предназначаются для подачи больших расходов воды при сравнительно малых напорах. Широко применяются в осушительных насосных станциях, на судоходных шлюзах. Для осевого насоса характерно резкое снижение напора при увеличении подачи. Это приводит к тому, что с увеличением подачи мощность насоса уменьшается. Для поворотно-лопастных характеристика представляет собой более сложную номограмму с широким диапазоном изменения параметров насоса;

г) диагональные (полуосевые) - движение жидкости в рабочем колесе происходит под углом к оси насоса (по диагонали). По конструкции они сходны с осевыми насосами. Рабочие колёса их выполняют открытыми, в виде конических пропеллеров, или закрытыми с движением потока по диагонали. По своим гидравлическим параметрам эти насосы занимают среднее положение между центробежными и осевыми насосами. Они относятся к низко- и средненапорным насосам. Бывают одно- и многоступенчатыми, со спиральными или осевыми отводами.

Объёмные насосы перемещают жидкость по принципу механического переодического вытеснения жидкости рабочим телом, создающим в процессе перемещения определённое давление на жидкость. К ним относятся:

а) поршневые с возвратно-поступательным движением рабочего органа вытесняющий поршень или плунжер, совершает возвратно-поступательное движение, основная деталь насоса - поршень, перемещающийся в цилиндре. Наружная поверхность поршня плотно прилегает к хорошо обработанной внутренней поверхности цилиндра. Возвратно-поступательное движение поршня совершается под действием кривошипно-шатунного механизма, воздействующего на шток. Рабочая камера сообщается с цилиндром, через всасывающий клапан - с всасывающей линией, а через нагнетательный клапан - с напорной линией. При движении поршня вправо рабочая камера заполняется через всасывающую линию и открывшийся всасывающий клапан. При движении поршня влево, жидкости сообщается давление, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный - открывается, и жидкость вытесняется в напорный трубопровод. Равномерность подачи поршневого насоса простого или двойного действия можно резко повысить, если установить нагнетательный Воздушный колпачок. В такт нагнетания вода поступает частично в колпак, сжимая воздух. В период отсутствия подачи вода под давлением воздуха поступает в нагнетательную линию. При длинной всасывающей линии для более равномерного режима всасывания также применяют всасывающий воздушный колпак. Характерная особенность работы поршневых насосов состоит в том, что развиваемое давление не зависит от подачи и определяется характеристикой трубопровода. К достоинствам насоса можно отнести: довольно высокий КПД, независимость напора от подачи, способность перекачивания жидкостей с различной вязкостью, хорошая всасывающая способность. Недостатки сводятся к: неравномерности подачи и резким колебаниям давления, тихоходности насосов, высокой относительной стоимости и металлоёмкости;

б) роторные с вращательным или вращательным возвратно-поступательным движением рабочего органа - применяются для перекачивания чистых масел и нефтепродуктов. Они подразделяются на:

- шестерённые, наиболее распространённый тип роторных насосов. Рабочий орган - пара шестерён (ведущая и ведомая). Зубья шестерён перемещают жидкость из области всасывания в область нагнетания. Эти области изолируются друг от друга при зацеплении шестерён, приводимых во вращение валом. Всасывание обеспечивается тем, что жидкость захватывается впадинами зубчатых колёс из всасывающего пространства и при вращении колеса перемещается в полость нагнетания до места зацепления колёс, где зубья одного колеса вытесняют жидкость из впадин другого. Для ограничения давления в насосе, как правило, устанавливают предохранительный клапан, давление открытия которого регулируется пружиной. Применяются эти насосы в системах смазки, гидросистемах тракторов, автомобилей, станков, гидропередачах и т.д.;

- винтовые - наибольшее распространение получили трёхвинтовые насосы. Жидкость в этих насосах перемещается вдоль оси во впадинах между винтовыми поверхностями, герметически отделяющими приёмную часть от напорной. Широкому распространению этих насосов способствует их высокий КПД. Они обладают строго равномерной подачей, работают без шума, отличаются малой массой. Применяются для перекачки жидкостей, обладающих смазывающей способностью, при отсутствии абразивных примесей. Винтовые насосы просты в конструкции - стальные винты (ведущий и ведомый) заключены в обойму. Нарезка винтов двухзаходная с циклоидным зацеплением: левая - на ведущем и правая - на ведомых винтах;

- роторно-пластинчатые - в противовес к другим вакуумным насосам работают непосредственно контратмосферного давления и при помощи газобалластного устройства создают возможности к отсасыванию паров, эти насосы находят обширное применение в многочисленных отраслях промышленности. Двухступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос 2 DS 150 может применяться в качестве предварительного насоса к диффузионным насосам Рутса. Кроме этого он, в связи с его двухступенчатым исполнением, может быть предназначен для всех процессов, связанных с низким вакуумом. В зависимости от требующихся насосных комбинаций для той или иной цели применения и соответствующих дополнительных устройств (отделители, конденсаторы или холодные ловушки) наши пластинчато-роторные вакуумные насосы можно применять для следующих процессов:

- химическая промышленность: дистилляция, сублимация, дегазация, сушка, сушка замораживанием;

- металлургическая промышленность: плавка и отливка, легирование, агломерация, дегазация;

- электротехническая промышленность: сушка и дегазация, пропитывание, вакуумирование, вентиляция, селеновое паровакуумирование.

Характерным показателем пластинчато-роторного насоса является конечное давление (торр), всасываемая способность (м3/ч) и потребление мощности (ватт) в зависимости от давлении при засасывании. Приведенное в таблице значение конечного давления относится к парциальному давлению неконденсирующихся газов, замеренное при помощи Мс. Леод. Это значение является показателем точности и плотности насоса. Наряду с этим можно было бы еще привести общее (тотальное) давление, достижимое насосом. Однако этот показатель подлежит влиянию пара насосного масла, так что полученные данные дали бы только лишь справку о качестве насосного масла. Тотальное давление в данной области определяется термоэлектрическим путем и в общих чертах может быть выражено величиной в 5х10-2 торр. Пластинчато-роторный вакуумный насос 2DS150 является двухступенчатым воздухом охлаждаемым насосом предварительного вакуума. Этим насосом достигается конечное давление в 5х10-4 или 1Х10-3 торр без газобалласта и 5Х10-2 торр с газобалластом. Он предназначен для отсасывания воздуха и нейтральных газов. Ввиду наличия газобалластного устройства, этим насосом можно также отсасывать конденсирующиеся пары. Насос состоит из двух основных групп: кожух и бегун. Из чугунного литья изготовленный кожух подразделен в две ступени; снаружи кожух оснащен охлаждающими ребрами. Перекрытие обеих ступеней насоса осуществляется посредством корпуса подшипника (высокий вакуум) и затворной крышкой (ступень предварительного вакуума). В кожухе вращается в радиальных шарикоподшипниках эксцентрически расположенный бегун. Он состоит из сквозного вала и на нем насажанных роторов 1-ой и 2-ой ступеней, как и клиноременного шкива. Последний исполнен в качестве вентилятора для выработки необходимого охлаждаемого воздуха. Места опор находятся во-первых в промежуточной стенке между обоими ступенями кожуха, а во-вторых в подшипниковом корпусе, в котором еще кроме этого находится двойное маслостопорное устройство, предохраняющее масло от влияния наружной атмосферы. Тут, как и между обоими ступенями уплотнение осуществляется при помощи радиально уплотнительных колец. Роторы изготовлены из чугунного литья. В каждом из них находятся 2 золотника, которые благодаря центробежной силе прижимаются наружу, скользят по стенкам кожуха и тем самым обеспечивают хорошее уплотнение. По всасывающему патрубку проникающий газ, золотники подталкивают перед собой и тем самым сгущают его. Когда над маслом перекрытым нагнетательным клапаном существующее давление (атмосферное давление) превышается, клапан открывается и газ выталкивается в верхнюю часть насоса, перекрытая колпачным кузовом. Верхняя часть насоса наполнена маслом, доходящее до визирки по наблюдению за уровнем масла. Это масло служит во-первых в качестве запаса масла для насоса, во-вторых для заполнения вредного пространства под нагнетательным клапаном форвакуумной ступени, а в третьих для уплотнения. В процессе разбега, при котором машина кратковременно работает в более высокой сфере давления, степень уплотнения уже в высоковакуумной ступени превышает наружное давление воздуха, вследствие чего сгущенный газ выталкивается в данной ступени встроенными клапанами. При достижении нормального рабочего диапазона вблизи конечного давления, то тогда еще транспортируемые небольшие количества газа являются недостаточными, чтобы открыть клапаны высоковакуумной ступени. Уплотненный газ по соединительному каналу поступает в рабочую камеру форвакуумной ступени, где с циркулирующим маслом сгущается до значения атмосферного давления и по клапану форвакуумной ступени выталкивается в полость колпачного кузова. По нагнетательному патрубку газ поступает в нагнетательный трубопровод. Легкий изгиб нагнетательного патрубка предотвращает обратный поток конденсата, могущий образоваться в нагнетательном трубопроводе. Под нагнетательным патрубком расположен маслоотделитель, который отделяет масло от чужеродных тел внешней среды. Для предотвращения попадания грубых загрязнений, в нагнетательном патрубке встроены фильтры. При производственных процессах, связанных с образованием мелких пылевых частиц и т.п., тогда насос необходимо предохранить путем предвключения отделителей или фильтров; в противном случае производственно-техническая безопасность не может быть обеспечена. Необходимое количество газобалласта для отсасывания паров подводится по газобалластному клапану, который прикреплен к корпусу кожуха форвакуумной ступени. Для облегчения встраивания в комплексные вакуумные установки, насос к нему относящимся электродвигателем смонтированы на фундаментной плите. Привод осуществляется по клиновым ремням. Электродвигатель так рассчитан, что еще имеется достаточно резервной мощности. Расположение электродвигателя на натяжных шинах, позволяет дополнительное натяжение клиновых ремней. Для предотвращения несчастных случаев, клиноременный привод со всех сторон оснащен изоляцией -- защитой ремня. Место установки пластинчато-роторного вакуум-насоса - агрегата необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы со всех сторон имелся бы хороший доступ. Необходимость сего объясняется требованием постоянного надзора за состоянием уровня масла, регулярной смены масла и создания возможности на месте производить небольшие ремонты. Пластинчато-роторный вакуум-насос -- агрегат поставляется в состоянии эксплуатационной готовности. Вакуумная установка уравновешивается при помощи ватерпаса и привинчивается к фундаменту. Для полного предотвращения неизбежных незначительных сотрясений фундамента или остова, можно проложить резиновые амортизаторы. Для присоединения всасывающих и нагнетательных трубопроводов, необходимо применять к машине приложенные присоединительные фланцы NW65. Эти фланцы, вакуумплотно привариваемые к трубам, предназначены для присоединительных трубопроводов. В целях предотвращения вредных для здоровья масляных туманов, исходящих из нагнетательных патрубков, необходимо нагнетательный трубопровод проложить под открытым небом. Для достижения правильного уплотнения фланцевого соединения, то обычные уплотнительные прокладки, применяющиеся в трубопроводостроении, тут применять нельзя. По этой причине каждый присоединительный фланец должен уплотняться резиновым уплотнительным кольцом, которое направляется посредством во фланце центрированного опорного кольца. При монтаже присоединительных трубопроводов необходимо, поэтому, самое тщательное обращение с тем, чтобы с надежностью избежать повреждения элементов уплотнения. Для предохранения насоса от загрязнения конденсатами и пылью, могущие в нем попасть по нагнетательным трубопроводам необходимо, чтобы между нагнетательным патрубком и нагнетательным трубопроводом был бы вставлен отделитель (NW 65 - получить из ФЕБ Hochvakuum Дрезден). Электродвигатель подсоединяется к сети соответствующего напряжения при помощи магнитного пускателя. Включение электродвигателя -- непосредственное. Выключатель к объему поставки -- не относится. Перед вводом насоса в эксплуатацию необходимо его заправить смазочным маслом, которое наполняется в специально для этой цели предназначенного маслозаправочного отверстия. Необходимое количество масла следует изъять из таблицы „Технические данные" - раздел 1. Рекомендуется применять масло из ФЕБ Минералоилверк, Лющкендорф, типовое обозначение которого “Люваколь R910". В случае этого масла нельзя будет достать, можно применять и другой сорт вакуум-насосного масла с содержанием в нем требующихся свойств. Путем встраивания устройства непрерывно действующей циркуляции масла и для ступени высокого вакуума, отпадает для прежних насосов столь необходимый маслорегулировочный клапан. Этим достигается упрощение обслуживания и одновременно -- повышение производственно технической безопасности. Однако ввиду того, что для поддержания конечного давления количество циркулирующего масла должно быть небольшим, то при вводе в эксплуатацию этого нового насоса, при первых его оборотах масла не хватает для смазки высоковакуумной ступени. Поэтому необходимо, чтобы высоковакуумной ступени было подведено около 20 см3 вакуумного масла по всасывающему патрубку. Для этой цели фильтр из всасывающего патрубка вынимается. Как только насос некоторое время работал под вакуумом, осуществляется непрерывная смазка насоса. При выводе насоса из действия и его последующем пуске, нет необходимости весь вышеописанный процесс ввода в эксплуатацию повторять. Эта мера предосторожности действительна только лишь при вводе в эксплуатацию нового насоса или насоса подвергавшегося чистке, т. е. когда не имеется гарантии, что высоковакуумная ступень для разбега насоса имеет в достаточной мере аварии предотвращающие свойства. При включении агрегата, необходимо обратить внимание, чтобы направление вращения махового колеса соответствовало бы направлению указательной стрелки на защите ремня. В противном случае следует полюса электродвигателя соответственно переключить. Технический контроль агрегата главным образом распространяется на контроль запаса масла, контроль степени загрязнения и надзор за обратным потоком масла для высоковакуумной ступени. Первая смена масла, при вводе нового насоса в эксплуатацию, осуществляется по истечении приблизительно 100 производственных часов. При отсасывании газов без образования при этом грязи (пыль, конденсат) и без склонности к химическим реакциям, смену масла можно тогда производить каждые 400 до 500 производственных часов. При отсасывании смесей - газа с паром или при образовании сильных загрязнений, смену масла следует тогда, по мере необходимости, повторять почаще. Одновременно с этим необходимо провести контрольную Проверку, а по мере необходимости и чистку обратного потока масла к высоковакуумной ступени с тем, чтобы циркуляция масла (полость запаса масла -- полость насоса) не прекращалась. Обратный поток масла к высоковакуумной ступени осуществляется по форсунке, расположенной над высоковакуумной ступенью -- сбоку на соединительном канале. Чистка форсунки осуществляется путем ее выдувания сжатым воздухом. Форсунка, как и соединительный канал для целей чистки не вынимаются. Для предотвращения сильной коррозии, необходимо, при сильном загрязнении, в нагнетательный трубопровод дополнительно встроить конденсатор, отделитель или фильтр. Проведение этого мероприятия является обязательным, с целью предотвращения заедания насоса, изготовленного с большой точностью. В случае Потребитель этого требования не выполнит никакой гарантии не может быть предоставлено. Отсасывание агрессивных паров (например пары кислот) не допустимо. В случае это все же будет сделано, следует рассчитывать с преждевременным выходом насоса из строя. За такого рода повреждения Изготовитель не может быть притянут к ответственности. Смена масла производится следующим образом: при открытом отборном кране и открытом всасывающем патрубке, насос на короткое время включается для того, чтобы находящееся в рабочей камере масло транспортировать вверх в полость колпачного кузова. С целью ускорения процесса смены масла, выгодно ее производить при еще производственно-теплом насосе. В случае и это еще отберет слишком много времени, можно достичь весьма быстрое опорожнение насоса путем создания небольшого избыточного давления в полости колпачного кузова при работающем насосе и открытом всасывающем патрубке (достигается путем частичного прикрывания нагнетательного патрубка -- прикладыванием ладони или при помощи глухого фланца). Когда из отборного крана масло перестало течь насос, при открытом всасывающем патрубке, на короткое время опять вводится в действие или он продолжает работать (это зависит от способа опорожнения насоса) с таким расчетом, чтобы достичь максимальную скорость опорожнения насоса. Б случае из насоса отобранное масло показывает следы грязи, то единственным способом основательной чистки является только лишь повторные промывки. Процесс промывки заключается в следующем:

1. При закрытом отборном кране насос наполнить свежим маслом. Наполнение осуществляется в маслозаправочное отверстие.

2. Открыть отборный кран.

3. При открытом всасывающем патрубке насос вводить в действие.

4. Промыть ступени насоса путем подвода свежего масла по всасывающему патрубку насоса. Для этой цели фильтр вынуть из всасывающего патрубка, и при помощи масленки масло поддается непрерывной струей (толщина струи 2-3 мм). Чтобы предотвратить повреждение нагнетательного клапана, необходимо обратить внимание на то, чтобы вышеуказанное значение было бы выдержано.

5. Промывка должна продолжаться до тех пор, пока промывочное масло станет совершенно чистым, т. е. пока никаких следов грязи не будут заметны. После этого отборный кран закрывается.

6. Чистка форсунки предназначенная для смазки высоковакуумной ступени осуществляется по вышеописанному способу.

При выполнении всех вышеуказанных пунктов, насос можно наполнить свежим маслом. Для обеспечения правильного разбега, необходимо немного масла подвести и к высоковакуумной ступени, предварительно ее тщательно прочистив. Масло к высоковакуумной ступени поддается по всасывающему патрубку. При кратковременных процессах вакуумирования, необходимо обратить внимание, чтобы при вводе насоса в эксплуатацию, после каждой смены масла, как и после каждых несколько дней продолжающихся перерывов производства, он первые 1/2 часа работал бы при закрытом всасывающем патрубке и с газобалластом с таким расчетом, чтобы в масле находящиеся следы конденсата и прочих растворимых загрязнений были бы удалены. Это действительно и в том случае, когда насосом отсасываются газы не содержащие паров. В случае это мероприятие не будет выполняться, то парциальное давление сильно отражается на достижимое конечное давление, а процесс вакуумирования значительно удлиняется. При отсасывании паров необходимо следить за тем, чтобы насос не только во время процесса работал бы с газобалластом, но и перед ним и после него. Работа насоса с газобалластом перед отсасыванием паров является необходимой по той причине, что с повышением температуры насоса - повышается и выносливость водяных паров и тем самым возникает опасность снижения конденсации в насосе. При эксплуатационно-теплом насосе насыщенный водяной пар со значением в 15 торр может отсасываться без опасения конденсации. При отсасывании смесей пара с воздухом, уровень парциального давления водяного пара может быть еще выше. В случае кратковременного повышения вышеуказанных значений необходимо, чтобы по окончании процесса вакуумирования насос продолжительное время (около 1 часа) работал бы с газобалластом, с целью удаления из него последних остатков конденсата. Цель этого мероприятия -- защита насоса от явлений коррозийности. Подвод воздуха для снижения шумового звука осуществляется по форсунке, расположенной в колпаке газобалластного клапана. Для предотвращения засорения отверстия форсунки, рекомендуется ее в равномерные интервалы времени (например, при каждой смене масла) продуть сжатым воздухом. Для сохранения качества с большой точностью изготовленной машины, этим предписаниям по техническому контролю и уходу необходимо придавать особое значение;

- радиально-поршневые - поршни вращаются вместе с ротором-блоком цилиндров и одновременно участвуют в возвратно-поступательном движении в радиальном направлении внутри цилиндров. Это происходит из-за экцентричного расположения ротора относительно статора. При вращении сферической головки поршней упираются в кольцевую направляющую внутренней поверхности статора. Распределение жидкости осуществляется неподвижной цапфой с прорезями, образующими всасывающую и нагнетательные полости. При вращении каждый цилиндр, половину оборота (при выдвижении поршня), соединён окном с прорезью, а другую половину (при выдвижении поршня) - с прорезью. Осевые отверстия соединяют прорези с подводящей и отводящей линиями. График подачи - равномерный. Регулирование подачи может осуществляться изменением эксцентриситета. В насосах с регулируемой подачей предусмотрена возможность изменения эксцентриситета на ходу машины. Для этого статор насоса выполняется так, что имеет возможность перемещаться относительно вращающегося ротора. Переход центра статора через центр ротора ведёт к изменению направления подачи насоса. В элементах гидропривода это ведёт к изменению направления вращения гидромотора. Сам насос представлен на рисунке 1;

Рис. 1. Гидромотор радиально-поршневой

1 - плунжер; 2 - ротор; 3 - распределительное устройство; 4 - обойма; 5 - верхняя полость; 6 - нижняя полость; 7 - ось вращения

- аксиально-поршневые - отличаются компактностью и имеют, как правило, наименьшую массу в сравнении с другими насосами. Малые радиальные габариты насоса обеспечивают им малые моменты инерции, поэтому они способны быстро изменять частоту вращения. Эти динамические свойства обеспечили им широкое применение в качестве регулируемых насосов в гидроприводах. Они бывают:

- с наклонным блоком цилиндров, во вращение приводится диск, шарнирно соединённый с поршнями, оси которых имеют наклон к диску, благодаря чему совершается их возвратно-поступательное движение;

- с наклонным диском, в роторе (блоке цилиндров) вдоль его оси выполнены цилиндры, в которых перемещаются под действием пружины - поршни. Сферические головки поршней упираются в диск, плоскость которого наклонена перпендикулярной оси вала дика под углом. В регулируемых насосах угол наклона диска может меняться в процессе работы насоса, благодаря чему меняются ход поршня и подача насоса. Для подвода и отвода жидкости от цилиндров служит торцевая распределительная система, выполненная в виде двух полукольцевых плоскостей, с которыми периодически сообщаются полости цилиндров через окна. Одна из полукольцевых полостей соединена со всасывающей линией, другая - с нагнетательной. При вращении блока цилиндров поршень, упираясь в наклонный диск, периодически то выдвигается из цилиндра, осуществляя такт всасывания, то задвигается, осуществляя такт нагнетания жидкости.

Основные отличия объёмных насосов от лопастных состоят в следующем:

1) подача объёмного насоса осуществляется циклически, а не равномерным потоком, как в лопастных, причём за каждый цикл рабочего процесса подаётся порция, равная рабочему объёму насоса;

2) напорный трубопровод объёмных насосов постоянно отделён от всасывающего соответствующими разграничивающими устройствами;

3)объёмный насос обладает способностью самовсасывания, т. е. способен создавать вакуум во всасывающей трубе;

4) давление, создаваемое насосом, не зависит от скорости движения рабочего органа;

5) идеальная подача не зависит от развиваемого насосом давления.

Выделяют также насосы трения с твёрдым или жидким рабочим телом, в которых жидкая среда перемещается за счёт передачи ей энергии под действием сил трения. К ним относятся:

а) струйные - подача осуществляется за счёт передачи энергии перекачиваемой жидкости от высокоскоростного рабочего потока. Струйный насос содержит: напорную трубку с соплом. Из которого с большой скоростью вытекает струя жидкости, попадающая в смесительную камеру, заполненную перекачиваемой жидкостью. Рабочая струя, смешиваясь с жидкостью в рабочей камере, придаёт её скорость, увлекая по диффузору в напорный трубопровод, по трубе поступают новые порции. Напор для рабочей жидкости можно создавать другим насосом. Значение КПД насоса невелико от 0,2 до 0,5, однако он довольно широко распространён благодаря простоте устройства, малым габаритам, отсутствию подвижных частей. Насосы способны подавать агрессивную жидкость, воду со значительным объёмом абразивных примесей. Водоструйные подъёмные установки применяются для подачи воды из скважин и шахтных колодцев для водоснабжения;

б) вихревые насосы - рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса, при его вращении частицы жидкости в ячейках вращаются вместе с ним и за счёт сил трения увлекают частицы жидкости, расположенные в кольцевом канале, охватывающем рабочее колесо. Одновременно на частицы между лопастями действует центробежная сила и они выбрасываются в кольцевой канал, а затем снова попадают на колесо, совершая вихревое движение, в результате происходит развитие движения с высокими тангенциальными скоростями с одновременным образованием и разрушением вихрей и действием на жидкость центробежных сил - увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления. Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и

Рис. 2. Схема вихревого насоса

1 - рабочее колесо; 2 - лопатка; 3 - корпус; 4 - всасывающее отверстие; 5 - выходное отверстие

Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 , представляющее собой диск, по бокам которого, по внешнему диаметру, посредством фрезеровки выполнены радиальные или наклонные лопатками (рис. 2). Рабочее колесо, помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. В боковых и периферийной стенках корпуса имеется концентричный канал 2, начинающийся у всасывающего отверстия и кончающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 5 в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.

По типу рабочего колеса вихревые насосы делятся на насосы закрытого и открытого типов. У насосов закрытого типа (см. рис. 3) лопатки рабочего колеса короткие. Их внутренний радиус равен внутреннему радиусу канала. Жидкость подводится из всасывающего патрубка непосредственно в канал.

Рис. 3. Схема вихревого насоса закрытого типа

У насосов открытого типа (рис. 4) внутренний радиус лопаток меньше внутреннего радиуса канала.

Рис. 4. Схема вихревого насоса открытого типа

Жидкость подводится из всасывающего патрубка 1, поступает в подвод 2, из которого через всасывающее окно 3 подводится к лопаткам рабочего колеса 4 и затем поступает в канал 5. От типа колеса зависят его кавитационные свойства, а также самовсасывающая способность и способность работать на газожидкостной смеси. Далее жидкость прогоняется по каналу рабочим колесом и через напорное отверстие 8 уходит в отвод 6 и напорный патрубок 7. Вихревые насосы изготовляют на подачу до 12 л/с. Напор вихревых насосов достигает 240 м, мощность доходит до 25 кВт, коэффициент быстроходности ns = 6 ч 40. Число оборотов вихревого насоса так же, как и лопастного, ограничено только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем. Характеристика вихревого насоса, приведенная на (рис. 5), может быть пересчитана на другую частоту вращения и другие размеры по формулам пересчета теории гидродинамического подобия.

Рис. 5. Характеристика вихревого насоса

Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью. Для самовсасывания насос должен быть заполнен перед пуском небольшим количеством жидкости. Достаточно даже количества жидкости, которое остается в насосе после предыдущего пуска. Или на насосе устанавливают воздуховод. В канале насоса, благодаря интенсивному перемешиванию, образуется газожидкостная эмульсия. Проходя через газоотвод, эмульсия закручивается, воздух собирается в центре и отводится через трубки, а жидкость по боковым каналам снова поступает на лопатки рабочего колеса. Снабжённый дополнительным узлом, вихревой насос, способен перекачивать водовоздушную эмульсию. Условия входа жидкости на лопатки колеса вихревого насоса открытого типа и лопастного насоса мало отличаются. Поэтому теория кавитации лопастных насосов применима и для вихревых насосов открытого типа. У насосов закрытого типа жидкость подводится непосредственно в канал. Следовательно, на рабочее колесо она поступает на большем радиусе, при больших окружных и относительных скоростях. Поэтому кавитационные качества вихревых насосов закрытого типа очень низки. Движение на входном участке канала насоса закрытого типа сложное, так как на движение жидкости из всасывающего патрубка в канал накладывается продольный вихрь. Поэтому аналитический расчет кавитационных качеств насоса закрытого типа в настоящее время невозможен. Для улучшения кавитационных качеств насоса закрытого типа перед вихревым рабочим колесом подключают центробежную ступень. Такой насос называется центробежно-вихревым.

Рис. 6. Определение рабочей точки при дросселировании вихревого насоса

Режим работы вихревого насоса определяется точкой А (рис. 6) пересечения характеристики насоса (кривая 2) и характеристики сети (кривая 1).

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД). Они применяются:

1. В химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Здесь требуются обычно насосы с малыми подачами и высокими напорами (максимальная скорость протекания химических реакций, большие гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Благодаря простой конструкции рабочих органов вихревых насосов возможно применение химически стойких пластмасс, а также металлов, плохо поддающихся механической обработке и отливке;

2. Для перекачивания легколетучих жидкостей (бензина, спирта, эфира и т. д.). Испарение легких фракций этих жидкостей приводит к тому, что в насос засасывается смесь жидкости и пара. Вихревой насос в отличие от центробежного может работать на такой смеси. В частности, вихревые насосы применяют на аэродромных и автомобильных бензораздаточных станциях, а также в бензозаправщиках самолетов. В этих случаях требуется быстрая готовность насоса к пуску при частых остановках и надежность в работе при наличии в трубопроводе воздуха или пара. Вихревой насос, будучи самовсасывающим и способным работать на смеси жидкости и газа, удовлетворяет этим требованиям. Работа насоса в рассматриваемой области кратковременна, поэтому значение КПД несущественно;

3. Для подачи жидкостей, насыщенных газами, например жидкостей, содержащих большое количество растворенного газа, который выделяется при прохождении в области пониженного давления; для откачивания жидкости с высокой упругостью пара (например, пропан, бутан) при положительной высоте всасывания из емкости, в которой давление равно упругости насыщенного пара. В последнем случае при подъеме по всасывающему трубопроводу жидкость частично испаряется, ее температура понижается и, следовательно, уменьшается упругость насыщенного пара. Это замедляет процесс испарения, но в насос поступает смесь жидкости и пара;

4. В небольших автоматических насосных станциях например для сельского водоснабжения. Центробежные насосы здесь малопригодны, так как требуются обычно малая подача и большой напор; поршневые насосы дороги, громоздки и также не пригодны вследствие того, что условия эксплуатации препятствуют автоматизации;

5. В насосных установках коммунального хозяйства, например, в качестве бустерных насосов для водоснабжения и автомоечных насосов. Здесь требуются малые подачи и большие напоры;

6. Вместо водокольцевых компрессоров в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления;

7. В качестве питательных насосов малых вспомогательных котельных установок.

Рис. 7. Схемы регулирования подачи вихревого насоса

а - дросселированием; б -- перепуском

Более выгодным способом регулирования подачи вихревого насоса является регулирование перепуском (рис. 7 б). Для этого напорный и всасывающий патрубки насоса соединяют свободным трубопроводом с установленным на нем регулировочным вентилем. Для уменьшения расхода в установке следует открыть вентиль, благодаря чему часть жидкости, подаваемой насосом, возвращается через отводной трубопровод обратно во всасывающий патрубок, и расход жидкости во внешней сети уменьшается.

Одним из преимуществ регулирования перепуском перед регулированием дросселированием является возможность использования для привода насоса двигателя меньшей мощности. При регулировании перепуском мощность двигателя выбирают по мощности, потребляемой насосом при полностью закрытом перепуске, при дросселировании - по мощности, соответствующей нулевой подаче.

Техника безопасности

При эксплуатации гидроприводов с высоким давлением (более 10 МПа) необходимо создать безопасные условия для обслуживающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидролиний, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внешних утечек жидкости немедленно останавливают насос и устраняют утечки. При высоком давлении в гидросистеме категорически запрещается для устранения утечек подтягивать соединения трубопроводов, штуцеры и т. д. Гибкие рукава и шланги не должны перекручиваться в процессе эксплуатации. Контролировать их скручивание можно по продольным надписям основных параметров (диаметр, давление и т. д.), наносимым заводами-изготовителями. При обнаружении местных вздутий наружного покрова на рукавах и шлангах или при появлении хотя бы небольших утечек поврежденные участки немедленно заменяют новыми. Запрещается эксплуатировать гидропривод высокого давления без манометра или при его неисправности. На шкале или корпусе манометра должна быть нанесена красная метка, соответствующая наибольшему допустимому давлению в этой точке. Контроль за давлением в гидромагистрали крепей допускается осуществлять по манометру, установленному на насосной станции, а на местах -- по индикатору давления. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения давления срабатывания клапана от настроечного более чем на 10% клапан должен быть заменен новым. Запрещается настраивать клапаны в шахтных условиях. Настройка их должна производиться только на специальных стендах. Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь устройства для отключения от гидросистемы. Гидропневмоаккумуляторы, работающие при давлении свыше 1,6 МПа, следует заряжать нейтральным газом.

Шум, возникающий при работе насосных агрегатов с установленной мощностью до 12,5 кВт, не должен превышать уровень звуковой мощности 75-95 дБ при частоте 63-8000 Гц, а с установленной мощностью свыше 12,5 кВт -- 85-100 дБ при тех же частотах.

Если гидропневмопривод может работать в полуавтоматическом или автоматическом режиме, то на пульте управления должно быть предусмотрено устройство для переключения привода на ручное управление в наладочном режиме и соответствующая сигнализация об этом.

При соблюдении необходимых мер предосторожности от поражения высоконапорными струями работа с нефтяными маслами и другими жидкостями гидроприводов безопасна. Однако, при длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами или применять защитные мази, пасты для рук. Вскрытие тары с маслом нельзя производить инструментами, издающими при ударе искрообразование. После окончания работы с маслами необходимо вымыть руки теплой водой с мылом.

При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому в местах хранения масел и расположения насосных станций необходимо иметь огнетушители, ящики с песком и лопаты. Промасленную ветошь следует складывать в металлические ящики с крышками, которые необходимо систематически освобождать от использованной ветоши.

Предельно допустимая концентрация масляного тумана в воздушной среде составляет 5 мг/м3, предельно допустимая концентрация паров углеводородов масла в воздухе -- 300 мг/м3.

Весьма опасны ожоги рабочей жидкостью. По этой причине категорически запрещается заменять плавкие защитные пробки в гидромуфтах неплавкими заглушками. Несоблюдение этого требования может привести к ожогам даже при соприкосновении с кожухом гидромуфты, а иногда и к возникновению пожара.

Все вращающиеся и быстродвижущиеся элементы гидропневмоприводов вне корпуса машины должны быть закрыты кожухами или, в крайнем случае, иметь ограждения.

Корпуса электродвигателей и их пусковую аппаратуру необходимо заземлять. Заземление должна иметь и шахтная пневматическая сеть, которая может попасть под напряжение при соприкосновении с оголенными кабелями, контактным проводам и т. д. Шахтная пневматическая сеть должна иметь такую коммутацию, чтобы ее можно было использовать для доставки воды при тушении пожаров.

При снятии нагрузки пневмодвигатель может развить недопустимо большие обороты. В целях предупреждения "разноса" такие пневмодвигатели снабжаются регулятором скорости.

Для снижения аэродинамического шума на пневмодвигателях необходимо устанавливать соответствующие глушители, конструкции которых должны быть рассчитаны также на улавливание попавшего в воздух масла.

Список литературы

1. Исаев А.П. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов - М.: Агропромиздат, 1990;

2. Никитин О. Ф. Объёмные гидравлические и пневматические приводы - М.: Машиностроение, 1981;

3. Башта Т.М. Гидравлика гидромашины и гидроприводы - М.: Машиностроение, 1982;

4. Черкасский В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры - М.: Энергоатомиздат, 1984;

5. Гавриленко Б. А. Гидродинамические передачи - М.: Машиностроение, 1980;

6. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод - М.: Недра, 1991;

7. Двинин А.А., Безус А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу для студентов очной и заочной форм обучения: часть 1 - Тюмень: ТюмГНГУ, 1999;

8. Двинин А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания и задания к курсовой работе по гидроприводу для студентов заочного обучения часть 2 - Тюмень: Ротапринт ТюмИИ, 1983.