Теоретические основы движения жидкости в центробежном насосе
Ознакомление с назначением, устройством, правилами эксплуатации, методами регулирования, особенностями технического ухода центробежных насосов, их классификация. Основные узлы центробежных и осевых насосов, расчёт параметров насосного оборудования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.09.2011 |
| Размер файла | 198,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ НАСОСЫ
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Центробежные вертикальные насосы типа Bц предназначены для перекачивания пресной воды с содержанием взвешенных частиц максимальной концентрации 0,3% размером не более 0,1 мм, из них абразивных частиц не более 2%, с температурой до 45°С.
Вертикальные насосы используются для ирригационных систем, для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий и в других отраслях народного хозяйства.
Вертикальные насосы с рабочим колесом одностороннего входа. Вода к насосу подводится через металлическое колено или бетонную всасывающую трубу. Корпус насоса спиральный. Направляющий подшипник скольжения смазывается водой с содержанием взвешенных частиц до 50 мг/л. Регулирование параметров насосов осуществляется направляющим аппаратом. Уплотнение вала сальниковое.
Условное обозначение насосов: цифры перед обозначением Вц - условный проход напорного патрубка в мм; буква "р" после этих цифр - регулируемый.
Цифры в числителе - подача в м3/ сек; в знаменателе - напор в м.в.ст. для номинального режима; буква А - применение рабочего колеса, отличающегося от базового; буква 0 - частота вращения, отличная от номинальной; цифра в конце - обозначает порядковый номер модернизации.
При применении в насосе обточенного рабочего колеса в обозначение вводятся римские цифры I,II,III. Материал основных деталей насоса: корпус насоса-сталь 25Л или 20ГСЛ, рабочее колесо-сталь 25Л-П, сталь 12Х18Н9ТЛ, сталь 10Х12НДЛ. В связи с уникальностью размеров насосов, которые практически подбираются индивидуально для каждой насосной станции, вопрос о взаимозаменяемости не стоит для этого типа насосов.
1.ВЕРТИКАЛЬНЫЕ НАСОСЫ
центробежный насос жидкость эксплуатация
При выборе насоса следует учитывать разброс параметров насоса по подаче и напору, в том числе при различной обточке рабочего колеса, а также возможность нахождения требуемого режима работы в пределах рабочей области его характеристики. Этот выбор позволяет сделать сводный график полей Q- H, который приводится, как пример, для консольных насосов (пунктир внутри поля насоса означает характеристику для обточенного диаметра колеса).
График полей приводится в реальном масштабе (Q- H) - линейном или логарифмическом, как в нашем примере, и может быть использован для оценки возможного нахождения режимной точки работы насоса.
С целью сокращения объема обзора такие графики для каждого типа насосов не приводятся, но могут быть представлены по запросу.
Важным гидравлическим параметром насоса является допустимая вакууметрическая высота всасывания, характеризующая нормальные условия подхода жидкости к рабочему колесу. Эта величина выражается в метрах водяного столба при температуре 20°С и при нормальном атмосферном давлении (10 м вод.ст.). В силу разных причин, в том числе из-за сложности физического процесса, происходящего на всасывании насоса, этому важнейшему параметру при эксплуатации и при подборе насосов не уделяется должного внимания.
Большая часть неприятностей при эксплуатации насоса (как это показала наша практика) связана с плохими условиями на всасывании насоса и возникновением, как следствие этого, кавитации.
Кавитация ведет к быстрому износу насоса или к его разрушению из-за вибрации (чаще всего подшипниковых узлов). При появлении признаков неустойчивой работы насоса на это следует обратить внимание. Если вы обращаетесь за консультацией по работе насоса, вам следует при заполнении опросного листа внимательнейшим образом характеризовать всасывающую линию, учитывая, что на всасывающую способность насоса отрицательно влияют следующие факторы:
- высокая температура (более 60°) перекачиваемой жидкости;
- неплотности во фланцевых соединениях и "сальниковой" запорной арматуре на всасывающей линии;
- малый диаметр и большая протяженность всасывающей линии;
- засорение всасывающей линии.
Как и всякую машину, насосный агрегат характеризует потребляемая мощность, определяющая комплектующий двигатель. Величина мощности насоса находится в прямой зависимости от величины напора и подачи и обратно пропорциональна его коэффициенту полезного действия (КПД).
Разброс КПД насосных агрегатов велик (от 20 до 98%). Столь существенный разброс определяется разным характером взаимодействия рабочего органа с жидкостью. Общая закономерность: динамические насосы значительно уступают по этому параметру насосам объемного типа. Значимость этого параметра для больших насосов велика.
Одним из характерных приемов повышения к.п.д. для центробежных насосов является обточка рабочего колеса. Конкретный подбор рабочего колеса под нужные режимы (подача и напор) позволяет, особенно на крупных насосах, получать значительную экономию энергии.
На выбор комплектующего электродвигателя в значительной мере может влиять удельный вес перекачиваемой жидкости и вязкость (с повышением удельного веса и увеличением вязкости возрастает потребляемая мощность).
С эксплуатационной точки зрения общие для любой машины характеристики, надёжность и срок службы, будут освещены в соответствующих типам насосов разделах обзора, а в этой части основное внимание будет уделено гидравлическим понятиям и в первую очередь определяющим параметрам насосов и их регулированию, т.е. подаче и напору.
Регулирование насоса можно осуществлять двумя методами:
- конструктивное изменение характеристики насоса;
- изменение условия работы системы "насос-сеть".
Универсальным методом (как для динамичных насосов, так и для объемного типа) изменения характеристики насоса является изменение числа оборотов привода. При этом надо учитывать, что подача находится в прямой зависимости от оборотов, а напор (в центробежных) - в квадратичной зависимости.
При существующем уровне развития техники этот метод для насосостроения является дорогостоящим, хотя с точки зрения энергетических затрат, он экономичен.
В практике насосостроения нашло применение регулирование числа оборотов в основном с помощью вариаторов и меньшее с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт скольжения (ЭМС) или регулирования электропривода (тиристорные преобразователи частоты ТПЧ и синхронные электродвигатели).
Положительной особенностью этого метода является то, что на группу из нескольких рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос. Это существенно снижает затраты и обеспечивает конкурентоспособность этого метода с другими методами.
Широко распространенным методом регулирования характеристики центробежного насоса является изменение диаметра рабочего колеса (обточка). Имеется в виду, что напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса при прочих равных условиях.
Обтачивая (уменьшая) диаметр рабочего колеса можно значительно изменить поле работы насоса. Чтобы получить нужный напор насоса при обточке колеса, необходимо существующий напор умножить на квадратичную величину отношения диаметра обточенного колеса к диаметру обтачиваемого.
В практике насосные заводы уже предлагают потребителям конкретные модификации с различной обточкой колеса и с меньшей, соответственно, мощностью комплектующего электродвигателя.
Графическое изображение напорной характеристики центробежных насосов представляет собой, как правило, пологую кривую, снижающуюся при большей подаче. Другими словами, при большей подаче мы имеем меньший напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется своя напорная характеристика, определяемая крутизной и максимальной величиной КПД, т.е. зоной оптимальной работы. Рабочая точка насоса на этой кривой определяется сопротивлением "сети". Если менять сопротивление сети, например закрывая задвижку, то и рабочая точка будет смещаться влево по кривой, т.е. насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как "вынужден" работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление (задвижки).
Существует ещё один способ изменения условий работы насоса на сеть - это байпасирование, т.е. установка регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. По отношению к насосу - это аналогично снижению сопротивления, т.е. происходит снижение напора. По отношению к потребительной сети - это аналогично снижению подачи. В результате рабочая точка (Q - H) сместится круто вниз, т.е. можем в потребительской сети получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идет на сброс).
Рассмотренные два метода регулирования работы относятся непосредственно к насосу. Однако с общей точки зрения потребителя чаще интересует насосная система, обеспечивающая нужный напор и подачу.
Такой системой выступает насосная станция. В отношении насосной станции вопрос регулирования напора и подачи может рассматриваться шире за счет возможностей соединения насосов параллельно и последовательно.
При параллельном соединении насосов суммируется подача при последовательном - напор. Если на насосной станции необходимо получить нужные рабочие параметры (Q и Н), то всегда существует возможность путем комбинаций набора ряда насосов с ограниченной подачей соединить их параллельно, чтобы получить большую подачу и последовательно - чтобы получить больший напор на насосных станциях это осуществляется всегда. Для получения необходимого напора на автономных насосных станциях последовательное соединение (бустерные или напорные насосы) применяется реже. В практике это осуществляется через отдельные каскады насосных станций (станции I , II , III -го подъема).
Возможность применения насосов с параллельным и последовательным соединением в работе следует учитывать, так как потребитель довольно часто сталкивается с отсутствием нужного насоса по проекту из-за дефицита или снятия его с производства без соответствующей замены, что вошло в практику нашего насосостроения.
Следует обратить внимание, что последовательное и параллельное соединение центробежных насосов, имеющих пологую напорную характеристику, не дает, как правило, возможность получения двойного значения напора и подачи. Они будут несколько меньше. Это происходит по следующим причинам.
При параллельном соединении не удается плавно соединить потоки, напорные трубопроводы из-за удобства монтажа заужают, делают лишние повороты. Это всё приводит к дополнительному сопротивлению и соответственно к смещению рабочей точки на меньшую подачу обоих насосов. При последовательном соединении насосов уменьшение напора происходит из-за потерь на промежуточном участке между насосами. Это вызвано наличием арматуры на промежуточном участке и уменьшенным диаметром трубопровода, принимаемым, как правило, равным диаметру всасывающего патрубка насоса, в который подает жидкость другой насос.
При последовательном соединении следует обратить внимание на допустимое давление на входе в насос в зависимости от материала корпуса и типа уплотнения.
Допустимое давление на входе насоса, корпус которого изготовлен из чугуна, не должно превышать 8 кГс/см2 (80 м.в.ст.), в то же время для стального корпуса давление 25 r Гс/см2 ,как правило, является допустимым.
Мягкий сальник допускает давление до 10 кГс/см2,торцевое уплотнение - до 25 кГс/см2; щелевое и манжетное уплотнение, обеспечивающее самоуплотняющее воздействие за счет давления рабочей жидкости, поддерживает давление только с одной стороны и соответственно при этом типе уплотнения не допускается давление на входе в насос.
Если изложить главные требования при эксплуатации центробежных нacocов, то следует помнить два основных условия:
- пуск насоса следует производить при заполненных всасывающем трубопроводе и корпусе насоса, и закрытой напорной задвижке;
- запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или неполностью открытой всасывающей задвижке, а также работать более 2-3 минут при закрытой напорной задвижке.
Параметры насосного оборудования в обзоре будут представляться в обозначениях, действующих до 1991 года.
Q - подача (м3/час - кубометры в час или л/сек - литры в секунду);
- напор ( м.в.ст.- метры водяного столба);
(мегапаскали); - a или атмоферы см2 (кГс давление)
N - мощность (квт);
n - число оборотов в минуту или допускаемый кавитационный запас;
nХ - число ходов рабочего органа а минуту (для насосов поршневого типа);
Т - температура в градусах С(по Цельсию) и К (по Кельвину);
Дh Д - допустимая вакууметрическая высота всасывания (метры водяного столба);
з - коэффициент полезного действия насосов (к.п.д.) в %.
Завершая общую часть обзора "Насосы центробежные" (описав насосы с позиции гидравлики), следует отметить, что в этой части обзора сделана попытка описать сложные гидравлические процессы и явления упрощенными понятиями и достаточно доходчиво. Потребитель должен иметь это ввиду. Данные рекомендации помогут Вам принять быстрое решение в подборе насоса при дефиците времени.
С целью правильной эксплуатации насосного оборудования и нахождения оптимального технического решения в реальной обстановке целесообразно воспользоваться рекомендацией специалиста.
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Устройство центробежного насоса показано на рис. 2.1. Внутри корпуса насоса 1, имеющего, как правило, спиральную форму, на валу 2 жестко закреплено рабочее колесо 3. Рабочее колесо состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти 4, отогнутые от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков 5 и 6 корпус насоса соединен со всасывающим и напорным трубопроводами.
Если при наполненных жидкостью корпусе и всасывающем трубопроводе привести во вращение рабочее колесо, то жидкость, находящаяся в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. В результате этого в центральной части колеса создается разрежение, а на периферии -- повышенное давление. Под действием этого давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод, одновременно через всасывающий трубопровод под действием разрежения жидкость поступает в насос. Таким образом, осуществляется непрерывная подача жидкости центробежным насосом.
Центробежные насосы могут быть не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), как показано на рис. 2.1, но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается одним и тем же -- жидкость перемещается под действием центробежной силы, развиваемой вращающимся рабочим колесом. Рабочее колесо осевого насоса (рис. 2.2) представляет собой втулку, на которой укреплено несколько удобообтекаемых крылообразных лопастей. При вращении колеса вокруг оси лопасти воздействуют на поток таким образом, что создается подъемная сила, под действием которой жидкость перемещается вдоль втулки колеса. Рабочее колесо осевого насоса вращается в трубчатой камере, и основная масса потока в пределах колеса движется в осевом направлении. Одновременно перекачиваемая жидкость несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения в камере на некотором расстоянии от рабочего колеса устанавливают выправляющий аппарат, через который жидкость поступает в коленчатый отвод насоса и далее в напорный трубопровод. За рубежом получили распространение так называемые диагональные насосы, конструкция которых совмещает в себе признаки центробежных и осевых насосов. В отличие от центробежных в диагональных насосах поток выходит из колеса под углом не в 90, а в 45 °. Как и осевые, диагональные насосы, как правило, выпускают в вертикальном исполнении, т. е. с вертикально расположенным валом.
Основные узлы и детали центробежных и осевых насосов. К основным узлам и деталям центробежных насосов относятся рабочее колесо, направляющий аппарат, корпус насоса, вал, подшипники и сальники. Рабочее колесо -- важнейшая деталь насоса. Оно предназначено для передачи энергии от вращающегося вала насоса жидкости. Различают рабочие колеса с односторонним и двусторонним входом воды, закрытые, полуоткрытые, осевого типа.
Закрытое рабочее колесо с односторонним входом воды состоит из двух дисков: переднего (наружного) и заднего (внутреннего), между которыми расположены лопасти. Диск 3 с помощью втулки закреплен на валу насоса. Обычно рабочее колесо отливается целиком (диски и лопасти) из чугуна, бронзы или других металлов. Но в некоторых насосах применяют сборные конструкции рабочих колес, в которых лопасти вварены или вклепаны между двумя дисками.
Полуоткрытое рабочее колесо отличается тем, что у него отсутствует передний диск, а лопасти примыкают (с некоторым зазором) к неподвижному диску, закрепленному в корпусе насоса. Полуоткрытые колеса применяют в насосах, предназначенных для перекачивания суспензий и сильно загрязненных жидкостей (например, илов или осадка), а также в некоторых конструкциях скважинных насосов.
Рабочее колесо с двусторонним входом жидкости имеет два наружных диска и один внутренний диск с втулкой для крепления на валу. Конструкция колеса обеспечивает впуск жидкости с двух сторон, вследствие чего создается более устойчивая работа насоса и компенсируется осевое давление. Колеса центробежных насосов обычно имеют шесть -- восемь лопастей. В насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей (например, канализационных), устанавливают рабочие колеса с минимальным числом лопастей (2--4).
Рабочее колесо насосов осевого типа представляет собой втулку, на которой закреплены лопасти крыловидного профиля.
Очертания и размеры внутренней (проточной) части колеса определяются гидродинамическим расчетом. Форма и конструктивные размеры колеса должны обеспечивать его необходимую механическую прочность, а также удобство отливки и дальнейшей механической обработки. Материал для рабочих колес выбирают с учетом его коррозионной стойкости к воздействию перекачиваемой жидкости. В большинстве случаев рабочие колеса насосов изготовляют из чугуна. Колеса крупных насосов, выдерживающие большие механические нагрузки, изготовляют из стали. В тех случаях, когда эти насосы предназначены для перекачки неагрессивной жидкости, для изготовления колес используется углеродистая сталь. В насосах, предназначенных для перекачивания жидкостей с большим содержанием абразивных веществ (пульп, шламов и т. п.), применяются рабочие колеса из марганцовистой стали повышенной твердости. Кроме того, в целях повышения долговечности рабочие колеса таких насосов иногда снабжают сменными защитными дисками из абразивно-стойких материалов. Рабочие колеса насосов, предназначенных для перекачивания агрессивных жидкостей, изготовляют из бронзы, кислотоупорных чугунов, нержавеющей стали, керамики и различных пластмасс.
Корпус насоса объединяет узлы и детали, служащие для подвода жидкости к рабочему колесу и отвода ее в напорный трубопровод. На корпусе монтируют подшипники, сальники и другие детали насоса.
Корпус насосов может быть с торцевым или осевым разъемом. В насосах с торцевым разъемом корпуса плоскость разъема перпендикулярна оси насоса, а в насосах с осевым разъемом она проходит через ось насоса.
Корпус насоса включает в себя подводящее и отводящее устройства. Подводящее устройство (подвод) -- участок проточной полости насоса от входного патрубка до входа в рабочее колесо -- предназначено для обеспечения подвода жидкости во всасывающую область насоса с наименьшими гидравлическими потерями, а также для равномерного распределения скоростей жидкости по живому сечению всасывающего отверстия.
Осевой вход характеризуется наименьшими гидравлическими потерями, однако при изготовлении насосов с таким входом увеличиваются размеры насосов в осевом направлении, что не всегда удобно конструктивно. Боковой кольцевой вход создает наибольшие гидравлические потери, но обеспечивает компактность насоса и удобное взаимное расположение всасывающего и напорного патрубков.
В насосах с двусторонним входом рабочие колеса разгружены от осевого давления, возникающего при работе насоса. В этих насосах применяют, как правило, боковой полуспиральный вход, который обеспечивает равномерное поступление жидкости в рабочее колесо. Отводящее устройство (отвод) -- это участок, предназначенный для отвода жидкости от рабочего колеса в напорный патрубок насоса. Жидкость выходит из рабочего колеса с большой скоростью. При этом поток обладает высокой кинетической энергией, а движение жидкости сопровождается большими гидравлическими потерями. Для уменьшения скорости движения жидкости, выходящей из рабочего колеса, преобразования кинетической энергии в потенциальную (увеличения давления) и уменьшения гидравлических сопротивлений применяют отводящие устройства, а также направляющие аппараты.
Различают спиральный, полуспиральный, двухзавитковый и кольцевой отводы, а также отводы с направляющими аппаратами. Спиральный отвод -- это канал в корпусе насоса, охватывающий рабочее колесо по окружности. Поперечное сечение этого канала увеличивается соответственно расходу жидкости, поступающей в него из рабочего колеса, а средняя скорость движения жидкости в нем уменьшается по мере приближения к выходу или остается примерно постоянной. Спиральный канал оканчивается выходным диффузором, в котором происходит дальнейшее уменьшение скорости и преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.
Кольцевой отвод -- это канал постоянного сечения, который охватывает рабочее колесо так же, как и спиральный отвод . Кольцевой отвод применяют обычно в насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей. Гидравлические потери в кольцевых отводах значительно больше, чем в спиральных.
Полуспиральный отвод -- это кольцевой канал, переходящий в спиральный расширяющийся отвод.
Направляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, между которыми размещены направляющие лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению изгиба лопастей рабочего колеса. Направляющие аппараты -- более сложные устройства, чем спиральные отводы, гидравлические потери в них больше и потому их применяют только в некоторых конструкциях многоступенчатых насосов. В крупных насосах иногда применяются составные отводы представляющие собой сочетание направляющего аппарата и спирального отвода. Вал насоса служит для передачи рабочему колесу вращения от двигателя насоса. Колеса закрепляют на валу с помощью шпонок и установочных гаек. Для изготовления валов чаще всего применяют кованые стали. Подшипники, в которых вращается вал насоса, бывают шариковыми и скользящего трения с вкладышами. Шариковые подшипники применяют, как правило, в горизонтальных насосах. В некоторых конструкциях подшипников крупных насосов предусматриваются устройства для охлаждения и принудительной циркуляции масла. По расположению подшипниковых опор различают насоси с выносными опорами, изолированными от перекачиваемой жидкости, и насосы с внутренними опорами, в которых подшипники соприкасаются с перекачиваемой жидкостью. Сальники служат для уплотнения отверстий в корпусе насоса, через которые проходит вал. Сальник, расположенный со стороны нагнетания, должен предотвращать утечку воды из насоса, а сальник, расположенный со стороны всасывания, -- предупреждать поступление воздуха в насос.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ
Жидкость подводится к рабочему колесу центробежного насоса максиально, т. е. в направлении оси вала, со скоростью v. В рабочем колесе направление струй жидкости изменяется от осевого до радиального, перпендикулярного оси вала.
В каналы рабочего колеса (т. е. в пространство между лопастями) жидкость поступает со скоростью v1 которая в каналах увеличивается и на выходе из колеса достигает значения v2 (условимся индексом «1» обозначать скорости и углы на входе в рабочее колесо, а индексом «2» -- на выходе из него). Перемещаясь по каналу рабочего колеса, частицы жидкости совершают сложное движение: вращательное -- вместе с колесом с окружной скоростью и и поступательное -- относительно поверхностей лопастей со скоростью w. Относительная скорость направлена по касательной к поверхности лопасти в данной точке, а окружная скорость u -- по касательной к окружности, на которой лежит эта точка. На выходе из рабочего колеса окружная скорость u2=р*D2n, где D2 -- диаметр рабочего колеса, м; п -- частота вращения колеса, с-1.
Для простоты математических обобщений далее предположим, что движение жидкости в рабочем колесе струйное и траектории каждой движущейся частицы совпадают с очертанием лопасти. В результате выводов, полученных на основе такого предположения, в дальнейшем потребуется внести коррективы (коэффициенты), учитывающие реальное движение жидкости.
Абсолютная скорость движения жидкости v равна геометрической сумме ее составляющих:
v = w+u
Введем, кроме того, понятие о радиальной и окружной составляющих абсолютной скорости v. Радиальная составляющая абсолютной скорости (меридиональная скорость):
vr=v sin a,
где а -- угол между абсолютной скоростью v и касательной к окружности в точке схода частицы жидкости с лопасти (или входа на нее). Окружная составляющая абсолютной скорости:
vu = v cos a
Для дальнейших выводов введем также понятие об угле в -- угле между относительной скоростью w и касательной к окружности в точке схода частицы жидкости с лопасти (или входа на нее).
Основное уравнение центробежного насоса, позволяющее определить развиваемое им давление или напор, можно вывести, используя теорему об изменении моментов количества движения, которую формулируют так: изменение во времени главного момента количества движения системы материальных точек относительно некоторой оси равно сумме моментов всех сил, действующих на эту систему. Применяя данную теорему к движению жидкости через рабочее колесо насоса, допустим, что это движение установившееся, струйное, без гидравлических потерь. Рассмотрим изменение момента количества движения массы жидкости за 1 с. При этом масса участвующей в движении жидкости составит m = pQ (p -- плотность жидкости, Q -- подача насоса). Момент количества движения относительно оси рабочего колеса во входном сечении при скорости движения в этом сечении:
v1: M1=pQv1r1
Момент количества движения на выходе из рабочего колеса:
2=pQv2r2, где r1 и r2
расстояния от оси колеса до векторов входной и выходной скоростей соответственно.
Сумма моментов сил:
На массу жидкости, заполняющей межлопастные каналы рабочего колеса, действуют три группы внешних сил: силы тяжести, силы давления в расчетных сечениях (входа -- выхода) и со стороны рабочего колеса и силы трения жидкости на обтекаемых поверхностях.
Момент сил тяжести всегда равен нулю, так как плечо этих сил равно нулю (они проходят через ось вращения колеса). Момент сил давления в расчетных сечениях по этой же причине также равен нулю. Поскольку силами трения пренебрегают, то и момент сил трения равен нулю. Следовательно, момент всех внешних сил относительно оси вращения колеса сводится к моменту Мк динамического воздействия рабочего колеса на протекающую через него жидкость, т. е.
Мощность, передаваемая жидкости рабочим колесом, т. е. произведение Мк на относительную скорость, равна произведению расхода на теоретическое давление рт, создаваемое насосом. Следовательно.
С учетом выражений (2.6) и (2.7) уравнение (2.5) можно представить в виде
Переносные скорости движения в рассматриваемых сечениях Сна входе в колесо и выходе из пего) соответственно равны
Подставив их значения в уравнение (2.8) и разделив обе его части на О, получим
Как известно из гидравлики, напор
H = p/pg или p = pgH
В рабочее колесо большинства насосов жидкость практически поступает радиально (a1=0°, следовательно, u1=0), поэтому уравнения (2.9) и (2.10) упрощаются и принимают вид:
Основные уравнения центробежного насоса показывают, что теоретическое давление и напор, развиваемые насосом, тем больше, чем больше окружная скорость на внешней окружности рабочего колеса, т. е. чем больше его диаметр, частота вращения и угол b2, т. е. чем «круче» расположены лопасти рабочего колеса.
Действительные давление и напор, развиваемые насосом, меньше теоретических, так как реальные условия работы насоса отличаются от идеальных, принятых при выводе уравнения. Давление, развиваемое насосом, уменьшается главным образом из-за того, что при конечном числе лопастей рабочего колеса не все частицы жидкости отклоняются равномерно, вследствие чего уменьшается абсолютная скорость. Кроме того, часть энергии расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений. Влияние конечного числа лопастей учитывается введением поправочного коэффициента k, характеризующего уменьшение величины v2u. Уменьшение давления вследствие гидравлических потерь учитывается введением гидравлического коэффициента полезного действия.
С учетом этих поправок полное давление:
полный напор:
Значение коэффициента n зависит от конструкции насоса, его размеров и качества выполнения внутренних поверхностей проточной части колеса. Обычно значение n находится в пределах 0,8-- 0,95. Значение k при числе лопастей от 6 до 10, а2 = 8/14° и v2u=1,5/4 м/с колеблется от 0,75 до 0,9.
Работа насоса в системе вызывает приращение удельной энергии жидкости, т. е. энергии, отнесенной к 1 кг массы жидкости. Полная удельная энергия перекачиваемой жидкости при входе в насос (сечение l-- l рис. 2.3)
где z1 -- расстояние центра тяжести сечения 1--1 от плоскости сравнения, м; р1 и v1 -- соответственно давление, Па, и скорость жидкости, м/с, на входе в насос.
Схема работы центробежного насоса рис. 2.3
Полная удельная энергия при выходе из насоса (см. сечение 2--2 на рис. 2.3)
где Z2 - расстояние центра тяжести сечения 2--2 от плоскости сравнения, м; P2 и v2-- соответственно давление, Па. и скорость жидкости, м/с, на выходе из насоса.
Приращение удельной энергии или полезная удельная работа составит
Откуда давление, развиваемое насосом,
Для гидравлических расчетов применяется понятие напора, представляющего собой удельную энергию жидкости, отнесенную к единице ее веса и выраженную в метрах столба этой жидкости
H=p/pq
Из соотношения (2.19) следует, что напор, развиваемый насосом, равен
Манометрическим напором называют сумму первых двух членов соотношения (2.20)
т.е. напор насоса равен манометрическому напору плюс разность скоростных напоров во всасывающем и напорном патрубках насоса. В действующих насосных установках манометрический напор
где Км и Кв-- коэффициенты пересчета; Вя и Вв -- показания соответственно манометра и вакуумметра; Дг--расстояние между цапфами манометра и вакуумметра, м.
Если манометр и вакуумметр имеют шкалу, градуированную в кгс/см2, то Км=Kв = 10; если вакуумметр градуирован в мм рт. ст., то Кв = 0,0136; если же манометр градуирован в МПа, а вакуумметр в кПа, то Км=98,1 (приближенно 100), Кв = 0,0981 (приближенно 0,1). В случае расположения осп насоса ниже уровня жидкости в приемном резервуаре манометрический напор определяют по соотношению
где Вм1 и Вм2 --показания манометров соответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса.
При проектировании насосных установок напор, который должен развивать насос, определяют по формуле
где Нг.в и Нгг.н -- геометрическая высота соответственно всасывания и нагнетания; hn.B и hп.н -- потери напора соответственно во всасывающем и напорном (нагнетательном) трубопроводе.
Следовательно, напор, развиваемый насосом, равен сумме геометрических высот всасывания и нагнетания плюс сумма потерь напора при движении жидкости от приемного резервуара (камеры) до излива из напорного трубопровода.
Конструкции центробежных и осевых насосов. В данной статье приведены описания конструкций насосов, применяемых в системах водоснабжения и канализации, а также в основных отраслях промышленности и коммунального хозяйства.
Консольные центробежные насосы общего назначения для воды. Консольные одноступенчатые насосы -- наиболее массовый тип центробежных насосов для подачи от 5 до 350 м3/ч. Консольные насосы применяют для перекачивания не только воды, но и химически активных жидкостей, суспензий и эмульсий. Поэтому конструкции и узлы таких насосов более унифицированы и стандартизированы, чем конструкции насосов других типов. Консольные насосы для воды изготовляют по ГОСТ 22247--76Е «Насосы центробежные консольные общего назначения для воды. Технические условия».
Промышленность выпускает насосы на отдельной стойке и моноблочные, т. е. закрепленные на опорном фланце электродвигателя. Рабочее колесо консольного насоса закрытого типа Литое закреплено на валу. Корпус насоса спиральный литой крепится к опорному кронштейну. Вал насоса вращается в двух подшипниковых опорах. Уплотнение насоса -- мягкий сальник. Насос и электродвигатель закреплены на общей фундаментной плите. Привод от электродвигателя осуществляется через упругую муфту с монтажной приставкой, что позволяет демонтировать насос без отсоединения его от трубопровода и демонтажа электродвигателя, Подвод жидкости -- осевой, отвод -- вертикально вверх; напорный патрубок расположен по оси насоса.
Насосы поставляются как с монтажной приставкой, так и без нее. Насосы изготовляют шести типоразмеров -- по подаче и 14 -- по напору. Консольные насосы поставляются заводами, как правило, в виде насосного агрегата, т. е. смонтированными на одной плите с двигателем. Моноблочные насосы более компактны, чем насосы на стойке, что позволяет существенно экономить площадь для их установки. Моноблочные насосы малых типоразмеров можно устанавливать без фундамента, закрепляя их на трубопроводе. Консольные насосы, изготовляемые ранее, были более громоздки и металлоемки, чем новые насосы. Их конструкция не позволяла производить демонтаж без отсоединения трубопровода и двигателя. В обозначение насоса, кроме букв, входят две группы цифр. Большая буква обозначает тип насоса, малая буква -- обточку рабочего колеса, первая группа цифр -- подачу, м3/ч, вторая группа -- напор, м. После тире ставится климатическое исполнение (по ГОСТ 15150--69) и обозначение ГОСТа. Например, насос на отдельной стойке с подачей 45 м3/ч и напором 55 м обозначается так: К 45/55--У2 ГОСТ 22247--76, а моноблочный насос с теми же параметрами, но обточенными до минимального значения, обозначается так: КМ 45/55 б -- У2 ГОСТ 22247--76. Ранее насосы, в том числе и консольные, обозначались через диаметр напорного патрубка и коэффициент быстроходности, при этом диаметр, выраженный в миллиметрах, делили на 4, а коэффициент быстропроходности - на 10.
Центробежные горизонтальные насосы с двусторонним подводом воды получили широкое распространение в системах водоснабжения и теплоснабжения. Они изготовляются согласно ГОСТ 10272--77 «Насосы центробежные двустороннего входа. Технические условия». Центробежные насосы типа Д снабжены чугунным корпусом с осевым разъемом. В нижней части корпуса расположены всасывающий и напорный патрубки, направленные в противоположные стороны перпендикулярно оси насоса. Такое расположение патрубков обеспечивает компактность насосных установок, удобство расположения трубопроводов, простоту монтажа, эксплуатации и ремонта насосных агрегатов без демонтажа всасывающего и напорного трубопроводов. Благодаря двустороннему подводу жидкости к рабочему колесу уравновешиваются осевые усилия, возникающие при работе насоса. Стальной вал вращается в шариковых подшипниках, установленных на выносных опорах, против часовой стрелки (если смотреть со стороны муфты). Уплотняющие кольца -- чугунные и легко снимаются. В сальниках насоса предусмотрено гидравлическое уплотнение, в которое вода подается по трубкам из спиральной камеры насоса.
Одноступенчатые вертикальные центробежные насосы для воды. Крупные одноступенчатые вертикальные насосы применяются для установки в заглубленных насосных станциях в целях сокращения их площади и стоимости зданий.
Корпус вертикального насоса спиральный с разъемом в горизонтальной плоскости. Насос соединен с электродвигателем вертикальным промежуточным валом. При большой длине вала через каждые 1,5--2,5 м устанавливают направляющие подшипники, укрепленные на вертикальной ферме. Осевые усилия, возникающие в насосе, воспринимаются пятой электродвигателя. Основные параметры центробежных вертикальных насосов регламентированы ГОСТ 19740--74 «Насосы центробежные вертикальные». Согласно этому ГОСТу вертикальные насосы должны изготовляться с подачей от 1,6 до 35 м3/с и напором от 22 до 105 м.
К настоящему времени освоено изготовление вертикальных насосов с подачей до 16 м3/с.
Многоступенчатые горизонтальные насосы. Многоступенчатые центробежные насосы развивают большие напоры при относительно небольших подачах. Различают многоступенчатые насосы секционного и спирального типа. В секционном насосе жидкость поступает последовательно из одного колеса в другое через направляющие аппараты, которые имеются в каждой секции. Корпус многоступенчатого насоса секционного типа состоит из отдельных секций и двух крышек, соединенных стяжными болтами. Осевое давление в многоступенчатых насосах секционного типа воспринимается гидравлической пятой. Рабочие колеса и направляющие аппараты изготовляют обычно из чугуна, уплотняющие кольца -- из бронзы, вал -- из стали.
ГОСТ 10407--70 «Насосы центробежные многоступенчатые секционные» регламентирует параметры двух групп секционных насосов типа ЦНС с подачей от 8 до 850 м3/ч: нормальной и высоконапорной. Насосы нормальной группы развивают напор от 50 до 1440 м, а высоконапорной -- от 600 до 1900 м.
В обозначение насоса входят две группы цифр. Первая группа цифр обозначает подачу, м3/ч, вторая группа цифр -- напор, м, далее следует написание ГОСТа, например ЦНС 60--100 ГОСТ 10407--70. Ранее секционные многоступенчатые насосы обозначались буквами МС. К недостаткам секционных многоступенчатых насосов относятся большие осевые усилия, низкий КПД (0,6--0,75) и сложность изготовления, сборки и разборки.
Многоступенчатые насосы спирального типа конструктивно более совершенны и обладают более высоким КПД, чем секционные насосы. Насосы спирального типа изготовляют двух- и четырехступенчатыми. Колеса расположены таким образом, что осевые давления частично уравновешиваются. В двухступенчатых насосах жидкость поступает из одного колеса в другое по внутреннему перепускному каналу. В четырехступенчатых насосах жидкость поступает последовательно из первого колеса во второе, третье и четвертое по перепускным каналам или по наружной перепускной трубе. Корпус двухступенчатого насоса спирального типа имеет горизонтальный разъем, что дает возможность осматривать и ремонтировать насос, не демонтируя прилегающий трубопровод. Остаточные осевые усилия в таких насосах воспринимаются упорными или радиально-упорными подшипниками. Двухступенчатые спиральные насосы используют в основном в качестве конденсатных насосов на ТЭС. Многоступенчатые центробежные насосы спирального типа по сравнению с секционными обладают рядом преимуществ: более высоким КПД (0,75--0,78), уравновешенным осевым давлением, простотой сборки и разборки, отсутствием направляющих аппаратов, что позволяет значительно обтачивать колеса без заметного снижения КПД.
Кроме горизонтальных многоступенчатых насосов, изготовляют секционные многоступенчатые насосы с вертикальным валом, но они предназначаются в основном для подачи воды из скважин. Их описание см. далее в главе Водоподъемное оборудование водяных скважин.
Осевые насосы. Осевыми называются лопастные насосы, в которых жидкость движется через рабочее колесо в направлении его оси. Основные технические характеристики осевых насосов указаны в ГОСТ 9366--80 «Насосы осевые. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу, осевые насосы изготовляют двух типов: с жестко закрепленными лопастями колеса -- жестколопастные насосы (типа О) и с поворотными лопастями колеса -- поворотно-лопастные насосы (типа ОП). Возможность изменения угла установки лопастей в насосах типа ОП позволяет регулировать подачу и напор насоса в гораздо более широких пределах, чем в насосах типа О с жестко закрепленными лопастями колеса. Высокий КПД насоса типа ОП при этом сохраняется.
Рабочее колесо осевого насоса состоит из втулки обтекаемой формы, на которой укреплены лопасти. Втулки и лопасти осевого насоса в основном исполнении отливаются из чугуна или стали, а в морском- исполнении -- из бронзы. Жидкость поступает в насос через входной патрубок. Во входных патрубках насосов некоторых типов имеются направляющие аппараты в виде неподвижных лопастей обтекаемой формы. Непосредственно за рабочим колесом (по ходу жидкости) расположен выправляющий аппарат для устранения вращательного движения жидкости.
В осевых насосах типа О и ОП в основном исполнении жидкость отводится под углом 60° к вертикали. В малогабаритных осевых насосах жидкость отводится под углом' 90°. Вал осевых насосов типа ОП полый, внутри него проходит шток механизма разворота лопастей. Механизм разворота лопастей может иметь ручной, электрический или гидравлический привод. Следует иметь в виду, что в случае ручного привода угол установки лопастей можно изменять только при неработающем насосе. Конструкция рабочего колеса осевого насоса предопределяет особенности его работы: такие насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140 тыс. м3/ч) при относительно небольших напорах (4--20 м). Большой коэффициент быстроходности обусловливает и другую особенность осевых насосов -- в большинстве случаев они рассчитаны на работу под заливом. Поэтому при проектировании насосных установок осевые насосы устанавливаются так, чтобы рабочее колесо размещалось ниже уровня воды в приемной камере.
Осевые насосы отличаются простотой конструкции и компактностью, меньшей по сравнению с центробежными насосами массой, возможностью подачи загрязненных жидкостей. Компактность конструкции особенно ценна при подаче больших расходов жидкости, так как позволяет значительно сократить размеры насосной станции. Осевые насосы применяют в оросительных установках и насосных станциях первого подъема систем водоснабжения, а также для перекачки сточной жидкости и активного ила на канализационных очистных сооружениях.
Насосы для сточных жидкостей (фекальные) и грунтовые насосы. Фекальные насосы предназначены для перекачивания сточных вод, илов и жидкостей, загрязненных механическими примесями, находящимися во взвешенном состоянии. Поэтому такие насосы должны им'еть достаточно большие проходные каналы, гарантирующие бесперебойную работу. С этой целью рабочие колеса фекальных насосов изготовляют с небольшим числом (2--4) лопастей обтекаемой формы. Кроме того, в корпусе устраивают специальные люки для осмотра и чистки насосов.
Основные параметры выпускаемых до настоящего времени центробежных фекальных насосов указаны в ГОСТ 11379--73 «Насосы центробежные фекальные. Основные параметры». По этому ГОСТу предусмотрен выпуск фекальных насосов четырех основных типов: горизонтальные типа ФГ, вертикальные типа ФВ, одноступенчатые и Двухступенчатые.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рахмилевич З.З. Насосы в химической промышленности: Справ. изд. - М.: Химия, 1990. - 240 с.
2. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов вузов/ Ф.М. Михалев, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин; под общей редакцией М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984 г. - 301 с., ил.
3. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. Михайлов А.К. и Малюшенко В.В. М., «Машиностроение», 1971, 304 с.
4. Елисеев Б.М. Расчет деталей центробежных насосов (справочное пособие). М., «Машиностроение», 1975, 208 с.
5. Гидравлика, насосы и компрессоры. Бобровский С.А., Соколовский С.М. М., изд-во «Недра», 1972 г., 296 с.
6. Насосы и компрессоры. Елин В.И., Солдатов К.Н., Соколовский С.М. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1960, 398 с.
7. Общие технические условия по ремонту центробежных насосов. УО 38.12.018 - 94 г. Волгоград 1995 г.
Размещено на Allbest
Подобные документы
Принцип работы поршневого насоса, его устройство и назначение. Технические характеристики насосов типа Д, 1Д, 2Д. Недостатки ротационных насосов. Конструкция химических однопоточных центробежных насосов со спиральным корпусом. Особенности осевых насосов.
контрольная работа [4,1 M], добавлен 20.10.2011Ознакомление с назначением, устройством, принципом работы, правилами эксплуатации, особенностями технического ухода, причинами неполадок и потребной производительностью ротационных вакуумных насосов типа УВУ-45/60 РВН-40/350, ВВН-3 доильной системы.
лабораторная работа [1,9 M], добавлен 01.05.2010Подбор и регулирование центробежных насосов водоснабжения с водонапорной башней при экономичном режиме работы насосной станции. Исследование параллельного и последовательного включений одинаковых насосов и определение оптимальной схемы их соединения.
контрольная работа [86,7 K], добавлен 20.02.2011Технологические трубопроводы на НПС "Кириши". Неисправности центробежных насосов, способы устранения. Направление потока в уплотнительном кольце типа угольника. Контроль работоспособности узлов и деталей насосов. Послеремонтный диагностический контроль.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 10.05.2015Технология ремонта центробежных насосов и теплообменных аппаратов, входящих в состав технологических установок: назначение конденсатора и насоса, описание конструкции и расчет, требования к монтажу и эксплуатации. Техника безопасности при ремонте.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 26.08.2009Назначение погружных центробежных электронасосов, анализ конструкции и установки. Сущность отечественных и зарубежных погружных центробежных насосов. Анализ насосов фирм ODI и Centrilift. Электроцентробежные насосы ЭЦНА 5 - 45 "Анаконда", расчет мощности.
курсовая работа [513,1 K], добавлен 30.04.2012Классификация центробежных насосов, скорость жидкости в рабочем колесе. Расчет центробежного насоса: выбор диаметра трубопровода, определение потерь напора во всасывающей и нагнетательной линии, полезной мощности и мощности, потребляемой двигателем.
курсовая работа [120,8 K], добавлен 24.11.2009Назначение, устройство и техническая характеристика центробежных насосов. Виды и периодичность технического обслуживания и ремонта оборудования. Описание дефектов и способов их устранения. Техника безопасности при ремонте нефтепромыслового оборудования.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.06.2011Конструкция и основные параметры центробежных насосов. Характеристика насосной установки. Величины, характеризующие рабочий процесс объемных насосов. Гидроцилиндры одностороннего и двухстороннего действия. Полезная и потребляемая мощность гидромоторов.
презентация [788,6 K], добавлен 21.10.2013Назначение и технические данные установок погружных центробежных насосов, их типы. Анализ аварийного фонда по НГДУ "Лянторнефть". Гидрозащита электродвигателя, предназначенная для предотвращения проникновения пластовой жидкости в его внутреннюю полость.
дипломная работа [784,0 K], добавлен 31.12.2015
