Насосы в промышленном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый поршневой насос для тушения пожара, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий, упоминается ещё в I веке н. э. В Средние века насосы использовались в различных гидравлических машинах. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д. Папеном. До XVIII века насосы использовались гораздо реже чем водоподъёмные машины (устройства для безнапорного перемещения жидкости), но с появлением паровых машин насосы начали вытеснять водоподъёмные машины. В XIX веке с развитием тепловых и электрических двигателей насосы получили широкое распространение. В 1838 году русский инженер А.А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил центробежный насос и работал над применением его при создании судового двигателя.

Насосы можно приблизительно разделить на следующие девять групп:

1) главные циркуляционные насосы, предназначенные для создания циркуляции теплоносителя с вспомогательными насосами к ним;

2) питательные насосы- для подачи питательной воды в парогенераторы или барабаны-сепараторы;

3) конденсатные насосы- для подачи конденсата в деаэраторы из конденсаторов турбин и подогревателей низкого и высокого давления;

4) насосы циркуляционного водоснабжения для охлаждения конденсаторов турбин;

5) насосы технического водоснабжения главного корпуса;

6) насосы систем безопасности;

7) насосы маслоснабжения систем турбоагрегатов;

8) насосы спецводоочистки и химводоочистки;

9) насосы вспомогательных систем

Насосы (кроме ГЦН, питательных, конденсационных и насосов систем безопасности), как правило, на АЭС применяются общепромышленного назначения.



1. Определение насосов

Насос - это гидравлическая машина преобразующая подводимую к ней энергию в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости. На АЭС насосы применяются для различных целей. В соответствии с этим они различаются по принципу действий, конструктивным признакам, по назначению и по виду перекачиваемой жидкости.

Насосы подразделяют на несколько типов:

1. Лопастные:

· центробежные;

· диагональные;

· осевые.

2. Объемные:

· поршневые;

· роторные.

3. Струйные.

4. Пневматические:

· газлифты (эрлифты);

· пневматические установки.

Основные параметры, характеризующие насос:

· подача;

· напор;

· мощность;

· коэффициент быстроходности.

Напор Н или давление р насоса - разность удельных энергий жидкости между всасывающим и напорным патрубками насоса, выражаемая в метрах столба жидкости, или в Па (1 Па=102 м вод. ст.), или в кгс/:

На практике чаще применяется понятие напора насоса:

Н=р/сg.

Можно записать:

.

Кроме терминов, относящихся к конструктивным и другим признакам насосов, ГОСТ 17398-72 устанавливает и терминологию основных технических показателей насосов и насосных агрегатов.

Основным из этих показателей является объемная подача насоса.

Подача насоса Q - объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Подача измеряется в л/с, л/мин.

Существует понятие массовая подача:

Массовая подача . - масса подаваемой жидкости в единицу времени. Массовая подача измеряется в кг/с или кг/ч. [8]

При характеристике насосов различают оптимальную подачу - подачу при максимальном КПД насоса, номинальную подачу - подачу по техническим условиям на поставку насоса, минимальную и максимальную подачи - экстремальные значения подач насоса, устанавливаемые по условиям эксплуатации в данной системе.

Мощность насоса N - это мощность, передаваемая от электродвигателя или турбины к валу насоса.

Полезная мощность насоса измеряетя обычно в киловаттах:

=сgQH/1000.

Мощность насоса N больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия насоса з, который равен отношению полезной мощности к мощности насоса:

з=/N.

Коэффициент полезного действия насоса равен произведению КПД отдельных видов потерь энергии в насосе: з= , где гидравлический КПД насоса - отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и гидравлических сопротивлений в насосе; объемный КПД насоса - отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и объемных потерь через зазоры и уплотнения вала насоса; - механический КПД - отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и потерь от трения в подшипниках, уплотнениях и вращающихся частей о жидкость (дисковые потери).

Значения КПД современных лопастных насосов - 0,6-0,9.

Кавитация. Допустимая высота всасывания. Кавитация в насосах объясняется нарушением сплошности жидкости в тех местах, где давление снижается до давления насыщенного пара при данной температуре, при этом происходит быстрое вскипание жидкости с образованием пузырьков пара, которые после перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии быстро сокращаются.

Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается гидравлическим ударом и звуковым импульсом. Если кавитационные пузырьки замыкаются вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению поверхности этого тела (элементов проточной части насос). В местах разрушения пузырьков значения давления могут достигать 10000 кгс/см ² и сопровождаться сильным шумом со сплошным спектром от нескольких через до тысяч килогерц.

Качественное изменение структуры потока, вызванное кавитацией, приводит к изменениям режима работы гидравлической машины. Эти изменения принято называть последствиями кавитации.

Элементы проточной части гидравлических машин представляют собой сочетание направляющих поверхностей, предназначенных для управления потоком. Если кавитационная зона возникает на такой поверхности, то она изменяет ее эффективную форму и, следовательно, изменяет путь потока. Такие изменения нежелательны и сопровождаются дополнительными потерями энергии. Снижение энергетических параметров (подача, напор) и уменьшение коэффициента полезного действия являются прямым следствием возникновения кавитации в любой гидравлической машине. Борьба с кавитацией в насосах и других гидравлических машинах имеет большое значение, так как кавитация приводит к быстрому разрушению элементов проточной части и снижению их надежности.

Кавитационному разрушению подвержены все конструкционные материалы, но в разной степени. Наиболее кавитационно-стойким материалом является аустенитная сталь благодаря равномерности ее структуры. Кроме разрушения материала, кавитация приводит к существенному снижению КПД, повышению вибрации, ударным нагрузкам на элементы проточной части и, в конечном итоге, к срыву характеристик Н, N и КПД. Бескавитационный режим работы насосов обеспечивается при соблюдении условия dh>dh_доп, где допускаемый кавитационный запас:

dh_доп = k x dh_кр;

коэффициет запаса k=1,1-1,5 устанавливается в зависимости от условий работы и типа насоса; dh_кр - кавитационный запас, соответствующий началу снижения параметров (первому критическому режиму кавитации) при кавитационном испытании насоса. Допускаемый кавитационный запас dh_доп приводится в характеристике насоса, получаемой при кавитационном испытании.

Изменение частоты вращения рабочего колеса. В большинстве случаев насосы имеют привод от асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, частота вращения которых не регулируется. Для регулирования частоты вращения насосов с приводом от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя рекомендуются следующие системы:

· c механическим редуктором (с регулируемым числом передач);

· с электромагнитной муфтой скольжения;

· с электромагнитной муфтой с явно выраженными полюсами;

· с индукторными муфтами;

· c гидромуфтами (гидротрансформаторами).

Во всех этих случаях АД работает в номинальном режиме, однако более чем в 2 раза увеличиваются габаритные размеры агрегата. КПД систем не превышает 0.6.

Регулирование АД производится за счет изменения частоты в сети, числа пар полюсов и скольжения. Для регулирования подачи насоса предложен комбинированный способ, сочетающий изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с дросселированием.

2. Схема насосной установки

Встречается огромное количество разных схем насосных установок, но гидравлическая их часть построена одинаково. Принципиальная схема насосной установки изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема насосной установки

Из приемного резервуара (1) жидкость подается по подводящему резервуару (2) к насосу (3). Насос, в свою очередь прикрепленный муфтой к приводному двигателю (4), дает приращение энергии жидкости и отправляет её напорный резервуар (8) по напорному трубопроводу (6), на котором установлена запорно-регулирующая задвижка (5) и сужающее устройство (7). Так же для предотвращения обратного тока жидкости, в случае отключения насоса, на напорном трубопроводе может располагаться обратный клапан. На рисунке в позиции (9) изображен приемный резервуар. Он может располагаться как выше, так и ниже уровня оси насоса.

Приемный резервуар защищен сеткой для предотвращения попадания твердых частиц в насос.

В зависимости от назначения насосной установки, в её состав включают дополнительную запорно-регулирующую арматуру, защитные устройства, приборы измерения гидравлических и физических величин.

3. Классификация насосов

Классификация насосов по:

1. Расположению. В зависимости от расположения вала насосы бывают горизонтальные и вертикальные.

2. Создаваемому напору центробежные и осевые насосы разделяются на три группы: низконапорные - до 20, средненапорные - от 20 до 60, высоконапорные - более 60 м вод. ст.

3. По способу привода насосы разделяются на электроприводные и паровые (привод приводится в действие отбором пара из паровой турбины).

4. По области применения: отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование, водоснабжение, водоотведение, специального назначения.

5. По числу рабочих колес они делятся на одноступенчатые многоступенчатые. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, а многоступенчатые - два и больше, которые применяются в случаях, когда требуемый напор не может быть достигнут одним рабочим колесом.

Классификация насосов по принципу действия:

1. По характеру сил, преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

2. По характеру соединения рабочей камеры с входом и выходом из насоса: периодическое соединение (объёмные насосы) и постоянное соединение входа и выхода (динамические насосы).

3. Объёмные насосы используются перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии - энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная).

Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в объёмных насосах неуравновешен (высокая вибрация), поэтому необходимо создавать для них массивные фундаменты. Также для этих насосов характерна неравномерность подачи. Большим плюсом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

4. Для динамических насосов характерно двойное преобразование энергии (1 этап: механическая => кинетическая + потенциальная; 2 этап: кинетическая => потенциальная). В динамических насосах можно перекачивать загрязнённые жидкости, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объёмных насосов, они не способны к самовсасыванию.

Насосы по принципу действия подающего элемента подразделяют на насосы возвратно-поступательного действия, роторные и динамические.

Насосы возвратно-поступательного действия. Перемещение жидкости происходит в результате осевого движения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.

По виду вытеснителя насосы подразделяют на поршневые и мембранные.

Признаками классификации поршневых насосов могут служить:

а) способ действия поршня;

б) положение поршня и цилиндра (радиальное с внешними полостями, радиальное с внутренними полостями, аксиальное, горизонтальное, вертикальное);

в) форма поршня (клапанный, крыльчатый, дисковой, плунжерный, ступенчатый);

г) вид привода (рычажный, шатунный от качающегося диска, поворотный, прямодействующий).

Соответственно этому различают насосы простого или двойного действия, горизонтальные или вертикальные, радиальные или аксиальные, клапанные, крыльчатые, дисковые, плунжерные многоступенчатые с рычажным, кулачковым приводом или с качающимся приводным диском, а также прямодействующие.

Мембранные насосы классифицируют по расположению и количеству мембранных цилиндров, а также по типу привода.

Роторные насосы. Роторные насосы работают главным образом по принципу вытеснения, причем один или несколько вращающихся поршней или винтов образуют друг с другом в цилиндре насоса рабочие полости, причем размеры полости всасывания наибольшие, а напорной полости - наименьшие; поэтому жидкость из полости всасывания и выталкивается в напорную полость. Однако некоторые роторные насосы имеют постоянные рабочие полости (объем вытеснения) как на входе, так и на выходе. Принципиальные различия и некоторые преимущества роторных насосов над поршневыми заключаются:

а) во вращающихся поршнях;

б) в отсутствии клапанов в цилиндрах;

в) в уравновешивании масс или моментов.

По конструктивному исполнению рабочих органов все роторные насосы делят на пять основных типов, а именно: шестеренные, винтовые, коловратные, пластинчатые, роликовые.

Динамические насосы. В отличие от поршневых и роторных эти насосы работают по динамическому принципу. В результате вращения рабочих колес внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, которая в последующих элементах (диффузоре, направляющем аппарате, спирали) в большей части преобразуется в энергию давления.

По принципу действия насосы прежде всего подразделяют на лопастные и вихревые. Если лопастной насос не обладает, как правило, свойством самовсасывания, то вихревой - обычно работает по принципу самовсасывания. Кроме того, в вихревых насосах в подавляющей степени происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале корпуса насоса.

Лопастные насосы подразделяют:

1. По направлению потока на выходе из рабочего колеса - на центробежные насосы радиального, диагонального типов и на осевые;

2. По прохождению жидкости за рабочим колесом - с направляющим аппаратом, спиральным или кольцевым отводом;

3. По направлению потока жидкости в рабочем колесе или между рабочими колесами - на одно- и двухпоточные;

В многооступенчатых насосах применяют одностороннее или симметричное расположение рабочих колес.

В заключение следует еще указать на деление, или классификацию, насосов по всасывающей способности: самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенным ступенями всасывания или всасывающими устройствами) и не самовсасывающие.

Вихревые насосы по форме рабочего колеса можно классифицировать на открытые (звездообразные), закрытые (с периферийнообоковым каналом) и чисто вихревые, а по прохождению потока на одно- и многоступенчатые насосы.

Классификация по виду перекачиваемой среды. От физических и химических свойств перекачиваемой среды неизбежно зависят конструкции насоса, принцип его работы, а также выбор материала. На этом основании вид перекачиваемой среды целесообразно принять в качестве второго признака для классификации насосов. Поэтому определены шесть типичных перекачиваемых сред для насосов. В соответствии с этим насосы предназначены для чистых и слегка загрязненных жидкостей, загрязненных жидкостей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей, агрессивных жидкостей, жидких металлов.

4. Основные типы современных насосов

Динамические насосы. В динамическом насосе в результате действия сил инерции и вязкости перекачиваемой среды внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, в основном преобразуясь в энергию давления.

По конструктивным признакам (форме рабочего колеса и характеру движения жидкости в проточной части) динамические насосы можно разделить на лопастные и вихревые (рис. 2).



Принципиальные схемы динамических насосов.

Вихревой насос: 1 - рабочеее колесо, 2 - концентричный канал, 3-нагнетательный патрубок, 4 - перемычка, 5 - всасывающий патрубок.

Центробежные насосы - в них рабочим органом насоса является рабочее колесо, при прохождении через которое увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается скорость) и потенциальная энергия давления;

Вихревые насосы - аналогичны центробежным, отличаются малыми габаритами и массой. Недостатками таких насосов 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 торцевых и радиальных зазоров).

Лопастные насосы. К числу лопастных насосов (рис. 3.), серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и диагональные насосы. Работа этих насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателям.

Рис. 3. Насос лопастной центробежный

Классификация лопастных насосов по направлению потока жидкости на выходе из рабочего колеса. (рис. 4)

Типы лопастных рабочих колес (рис. 5).

Центробежные насосы. Являются наиболее распространёнными и предназначаются для подачи холодной или горячей (t° > 60 °C) воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным каменным углём и т.п. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влиянием возникающей при этом центробежной силы Р частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса.

Центробежные насосы можно назвать одними из наиболее востребованных и применяемых насосов. Их несомненными достоинствами является простота изготовления и эксплуатации, следовательно - дешевизна. На предприятиях за внешнее сходство их с любовью называет "улитками", "центробежками" (рис. 6).

Рис. 6. Схема центробежного насоса

Схема центробежного насоса: 1 - рабочее колесо, 2 - спиральный отвод.

Корпуса центробежных насосов отливают из чугуна, или отштамповывают из стали (при значительных давлениях). Корпус может быть как цельным, так и состоящим из нескольких частей, крепящихся между собой при помощи резьбовых соединений. Последний вариант более практичен, поскольку не затрудняет доступа к рабочему колесу, упрощает проведение ремонтных работ и замену деталей. Внутренняя поверхность корпуса должна быть максимально гладкой и не иметь острых углов, т.к. это препятствует движению жидкости, создает гидродинамическое сопротивление, т.е. снижает КПД агрегата.

Иногда в корпусе последовательно располагается несколько рабочих колес на одном валу. Такие насосы способны создавать большее давление и называются многоступенчатыми. В корпусе располагается рабочий вал, опирающийся на подшипники качения или скольжения. В агрегатах с большими частотами вращения вала, в которых наблюдается нагрев подшипников до высоких температур, в узлах подшипников применяют систему принудительного смазывания и охлаждения.

Насосные валы - одно из наиболее уязвимых мест насосов. На вращающийся вал действуют силы трения, тяжести, кавитации и пр. Поэтому чаще валы изготавливают из легированной (обладающей повышенной прочностью) стали, при работе в агрессивных средах - из нержавеющей стали.

Вал должен быть статично и динамически сбалансирован, в противном случае это может привести к преждевременному износу и даже механическому разрушению корпуса (на значительных частотах вращения). Проверка вала на сбалансированность производится с применением новейших технологий на специальных станках. Так же валы проверяют с помощью лазерных лучей и специфичного программного обеспечения.

Рабочее колесо "центробежки" можно назвать главной деталью. Именно благодаря колесу-ротору происходит передача механической энергии перемещаемой среде и от его устройства во многом зависит КПД. По конструкции колеса бывают открытыми, т. е. без диска, покрывающего лопатки, и закрытыми. Центробежные насосы, применяемые для перекачки вязких жидкостей, как правило, выполняются с открытыми рабочими колесами, внешне напоминающими пропеллер. Такой же тип колес применяют в тех случаях, когда не требуется создавать большое давление в перекачиваемой среде. классификация промышленный насос схема

Закрытый тип колес применяется гораздо чаще; в таких насосах КПД более высок, т.к. щелевые перетеки в жидкости почти отсутствуют. Именно такой тип колес применяется во многих "центробежках".

В крупногабаритных насосах рабочие плоскости колеса отштамповывают из стали и закрепляют в чугунном ободе. В химических насосах, предназначенных для перекачки агрессивных сред, иногда рабочее колесо изготавливается из каучука, керамики и некоторых других композитных материалов, стойких к химически активным веществам. Рабочее колесо жестко крепится на валу шпоночным или резьбовым соединением.

Для обеспечения герметичности насоса в местах выхода вала наружу устанавливаются сальники и уплотнительные кольца. В качестве источника механической энергии в насосах чаще всего применяются электродвигатели.

Типы рабочих колес центробежного насоса (рис. 7) в зависимости от различных значений коэффициента быстроходности представлены на рисунке. Наибольший к.п.д. имеют насосы с коэффициентом быстроходности в пределах от 90 до 300. С другой стороны, насосы с n=700-1200 имеют малые габариты и малый вес.

Классификация центробежных насосов по потокам внутри рабочего колеса (рис. 8).

Осевые насосы. Главным образом для подачи больших объёмов жидкостей. Их работа обусловлена передачей той энергии, которую получает жидкость при силовом воздействии на неё лобовой поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса. Частицы подаваемой жидкости при этом имеют криволинейные траектории, но, пройдя через выправляющий аппарат, начинают перемещаться от входа в насос до выхода из него, в основном вдоль его оси (откуда и название).

Существуют 2 основных разновидности осевых насос: жестколопастные с лопастями, закрепленными неподвижно на втулке рабочего колеса, называемые пропеллерными, и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей.



Рис. 9. Осевой насос: 1 - рабочее колесо; 2 - сферическая камера; 3 - выправляющий аппарат; 4 - нижний подшипник; 5 - корпус; 6 - вал; 7 - шток привода механизма лопастей; 8- верхний подшипник

Объемные насосы. К объемным насосам (рис 10.) относится большое число насосов различных типов: поршневые, плунжерные, диафрагмовые, винтовые, шестеренные и др. Наиболее распространенными из объемных насосов являются поршневые и плунжерные. В системах водоснабжения и канализации поршневые насосы в настоящее время применяются относительно мало: для подъема воды из скважин малого диаметра, для перекачивания вязких жидкостей, например, осадка из первичных отстойников, а также в качестве дозировочных насосов.



Рис. 10. Принципиальные схемы объемных насосов: а - поршневой; б - шестеренный; в - пластичный

Поршневой насос: 1 - цилиндр, 2 - поршень, 3 - клапан, 4 - всасывающая магистраль, 5 - клапан, 6 - напорная магистраль.

В зависимости от назначения, условий работы и конструкции можно принять следующую классификацию возвратно-поступательных насосов.

1. По роду действия - насосы:

а) одностороннего действия;

б) двустороннего действия;

в) строенные;

г) сдвоенные двустороннего действия;

д) дифференциальные.

2. По расположению цилиндров - насосы:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

3. По конструкции рабочего органа - насосы:

а) поршневые, в которых дисковый поршень, снабженный уплотняющими устройствами (манжетами, поршневыми кольцами), перемещается в расточенном цилиндре;

б) плунжерные, у которых вместо поршня применяют плунжер (скалку) в виде полого стакана, который движется в уплотняющем сальнике, не касаясь внутренних стенок цилиндра; плунжерные насосы проще и надежнее в эксплуатации, так как у их нет сменных уплотняющих деталей (колец, манжет);

в) с проходным поршнем - вертикальные насосы, вода в которых при нагнетании проходит внутри поршня через нагнетательный клапан, расположенный в верхней его части.

4. По способу приведения насоса в действие - насосы:

а) приводные - от двигателя, соединенного с насосом шатунным механизмом и соответствующими передачами;

б) прямодействующие - паровые, у которых поршень насосного цилиндра расположен на общем штоке с поршнем паровой машины.

5. По назначению-насосы для подачи: раствора, бетона, кислоты, масла и т. п.

Одноступенчатые, многоступенчатые и многопоточные насосы. Центробежные насосы классифицируют по числу рабочих колес:

- одноступенчатые или одноколесные. Одноступенчатый насос - насос, в котором жидкая среда перемещается одним комплектом рабочих органов.

- многоколесные насосы (рис. 11)

Многоколесные насосы, в свои очередь, разделяют на многопоточные-с параллельным соединением колес и многоступенчатые- с последовательным соединением колес.

Многоступенчатый насос- насос, в котором жидкая среда перемещается последовательно несколькими комплектами рабочих органов.



Схемы многоколесных насосов. Одноступенчатые насосы создают напор до 120 м столба перекачиваемой жидкости. В многопоточном насосе каждое лопастное колесо обеспечивает лишь часть общей подачи, создавая полный напор. В многоступенчатом насосе каждое колесо создает лишь часть полного напора при полной подаче. Напор в таком насосе нарастает ступенями, что позволяет увеличить его в сравнении с одноступенчатым насосом во столько раз, сколько имеется ступеней.

Насосы объемного действия. Поршневой насос (плунжерный насос) - один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

Рис. 12. Схема поршневого насоса

Принцип работы поршневого насоса (рис. 12.) заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, - происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, - происходит нагнетание жидкости.

Поршневые насосы используются с глубокой древности. Известно их применение для целей водоснабжения со II века до нашей эры. В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту. Диафрагменные насосы используются, например, в системах подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Пластинчатый насос - это роторно-поступательный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде плоских пластин. Пластинчатые насосы могут быть однократного, двукратного или многократного действия. На рис. 12, а приведена конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия.

Рис. 13. Пластинчатый насос

Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор гидромашины приходит во вращение. Под действием центробежной силы (или под действием силы упругости пружин, находящихся под пластинами) пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. Объём одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объём другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).

Изменение рабочего объёма в процессе работы возможно осуществлять только в машинах однократного действия. Однако в таких гидромашинах со стороны полости высокого давления на ротор действует постоянная радиальная сила, что приводит к более быстрому износу деталей гидромашины.

В машинах двукратного действия полостей высокого давления - две, и радиальные силы скомпенсированы друг другом. Изменение рабочего объёма (регулирование гидромашины) осуществляется путём изменения эксцентриситета - величины смещения оси ротора относительно оси статора.

Рис. 14. Рисунок, поясняющий принцип работы пластинчатой гидромашины с двумя пластинами

Достоинства:

· сравнительно низкая пульсация подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора);

· достаточно низкий уровень шума;

· принципиальная возможность реализовать регулируемость рабочего объёма;

· хорошие характеристики всасывания (для насоса).

Недостатки:

· сложность конструкции и низкая ремонтопригодность;

· довольно низкие рабочие давления.

5. Схемы насосов

Схема струйного насоса. Струйный насос приводится в действие под влиянием напора рабочей жидкости (лучше нефти или воды), нагнетаемой в НКТ (насосно-компрессорные трубы) 1, соединенные с соплом 2. При прохождении узкого сечения сопла струя перед диффузором 4 приобретает большую скорость и поэтому в каналах 3 снижается давление. Эти каналы соединены через полость насоса 5 с подпакерным пространством 6 и пластом, откуда пластовая жидкость всасывается в насос и смешивается в камере смешения с рабочей.

Смесь жидкостей далее движется по кольцевому пространству насоса и поднимается на поверхность по межтрубному пространству (насос спускают на двух концентрических рядах труб) под давлением нагнетаемой в НКТ рабочей жидкости. Насос может откачивать высоковязкие жидкости и эксплуатироваться в сложнейших условиях (высокие температуры пластовой жидкости, содержание значительного количества свободного газа и песка в продукции и т.д.).



Рис. 15. Струйный насос

Схема пневмоподъемника. Почти вся конструкция лифта и шахты в этом случае не претерпевает каких-либо изменений по сравнению с традиционными лифтами с КВШ и тяговыми канатами. Меняется лишь принцип подъема и опускания кабины.

Для этого снизу купе кабины по ее периметру крепится рукав из материала, обеспечивающего достаточную гибкость, прочность и герметичность.

Второй конец рукава посредством трубопроводов присоединяется к компрессору, который может быть расположен вне пределов шахты.

Когда кабина находится на крайнем нижнем этаже, рукав сложен. При поступлении команды на движение вверх, компрессор нагнетает воздух в рукав, который расширяется, образуя пневматическую подушку снизу кабины. По достижении определенного давления в рукаве кабина начинает движение вверх, с подъемом которой расправляется рукав. Как и в традиционных лифтах, центровка кабины в шахте осуществляется направляющими.



Рис. 16. Общий вид шахтного пневматического подъемника: 1 - кабина лифта; 2 - шахта лифта; 3 - тумба; 4 - осевой канал; 5 - радиальный канал; 6 - компрессор

При подходе кабины к этажу назначения компрессор отключается и кабина останавливается. Движение кабины вниз осуществляется стравливанием давления из рукава в атмосферу.

Эрлифт. Эрлифт - разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю часть которой, опущенной в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в трубе эмульсия (смесь жидкости и пузырьков) будет подниматься благодаря разности удельных масс эмульсии и жидкости. Естественно, что эмульсия тем легче, чем в ней больше пузырьков.

Преимущества эрлифта:

· простота конструкции и надежность работы;

· возможность получения дебитов (до 250 м³/ч) из скважин сравнительно малого диаметра;

· возможность откачки воды с содержанием песка до 10-15 %.

Недостатки эрлифта:

· необходимость высокого столба воды в скважине;

· низкий коэффициент полезного действия (КПД = 30 %).

Рис. 17. Эрлифт

Используют три схемы расположения воздушных и водоподъемных труб (рис. 15). В производстве в основном применяют схему c центральным расположением воздушных труб как более простую при монтажно-демонтажных работах. а - параллельная (эксцентрическая) система с расположением труб "рядом"; б-центральная (концентрическая) система - воздухопроводные трубы внутри водоподъемных; в - центральная система - водоподъемные трубы внутри воздухопроводных труб.

В водоподъёмных трубах, помимо воздушных устанавливают пьезометрические трубы, для измерения динамического уровня во время откачки. Чтобы исключить влияние динамической составляющей давления воздушного потока на результат измерения, пьезометрические трубки опускают ниже форсунки воздушных труб на 3-4 м. Внутренний диаметр пьезометрических труб должен позволять делать измерения уровня воды в водоподъемных трубах с помощью датчика электрического уровнемера (12-16 мм).

Газлифт. Газлифт - устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Г. применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов.

Рис. 18. Газлифт

Рис. 19. Бескомпрессорная газлифтная установка

При бескомпрессорном газлифте используют энергию газа большого давления, поступающего из газовых месторождений.

Применение бескомпрессорного газлифта рационально при наличии газовых месторождений вблизи нефтяных или при добыче газа высокого давления на самих нефтяных месторождениях. После подъема жидкости газ имеет значительно меньшее давление, насыщен парами жидкости, поэтому использование его несколько ограничивается. В то же время схема бескомпрессорного газлифта позволяет без больших капиталовложений и без сложных компрессоров и компрессорных станций поднимать из скважин жидкость наиболее простым методом. Поэтому этот метод на некоторых нефтяных месторождениях нашел применение.

Газ из скважин 1 под большим давлением (15...20 МПа) поступает на пункт очистки (осушки 2), где он проходит через гидроциклонные сепараторы и конденсатосборники. После пункта очистки газ поступает в беспламенный подогреватель 3 для подогрева до 80...90°С, а затем в газораспределительную батарею 4. Подогрев газа является эффективным средством борьбы с гидратообразованием при транспортировании и редуцировании газа. От батареи газ направляется через регулировочные штуцеры 5 в добывающие нефтяные скважины 6. После подъема жидкости газ поступает в газосепараторы первой 7 и второй 8 ступеней, откуда направляется в топливные линии и на газобензиновый завод. Жидкость из газосепараторов направляют в емкость 9.

6. Область применения насосов. Преимущества и недостатки

Преимущества центробежных насосов перед поршневыми:

- высокая производительность и равномерная подача;

- компактность и быстроходность (возможность непосредственного присоединения к электродвигателю);

- простота устройства, что позволяет изготавливать их из химически стойких, трудно поддающихся механической обработке материалов (ферросилида, керамики и пр.);

- возможность перекачивания жидкостей, содержащих твёрдые взвешенные частицы, благодаря большим зазорам между лопатками и отсутствию клапанов;

- возможность установки на лёгких фундаментах.

К.п.д. наиболее крупных центробежных насосов до 0,95; к.п.д. поршневых насосов - 0,9.

Однако центробежные насосы небольшой и средней производительности имеют к.п.д. на 10-15 % ниже, чем поршневые. Это обусловлено наличием больших зазоров между полостями всасывания и нагнетания, через которые возможен переток жидкости, а также затратами энергии на неизбежное вихреобразование вблизи кромок лопаток вращающегося с большой скоростью рабочего колеса, которая преобразуется в тепло и рассеивается в окружающей среде. Такие потери резко возрастают для высоковязких жидкостей, перекачивание которых центробежными насосами, вследствие резкого снижения к.п.д., экономически невыгодно.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести относительно низкие напоры, а также уменьшение производительности при увеличении сопротивления сети и резкое снижение к.п.д. при уменьшении производительности.

Поршневые насосы целесообразно применять при сравнительно небольших подачах и высоких давлениях (в диапазоне 50-1000 ат и выше), для перекачивания высоковязких, огне- и взрывоопасных жидкостей (паровые насосы), а также при дозировании жидких сред.

В области больших подач (до 1500 м 3/мин) при небольших напорах (до 10-15 м) применяют пропеллерные насосы, отличающиеся высоким гидравлическим к.п.д., компактностью и быстроходностью. Эти насосы пригодны для перемещения загрязнённых и кристаллизующихся жидкостей.

Винтовые насосы могут быть использованы для перекачивания высоковязких жидкостей, топлив, нефтепродуктов и т.п. Эти насосы применяют в области подач до 300 м 3/ч и давлений до 175 ат при скорости вращения до 3 000 об/мин.

Достоинства винтовых насосов:

- быстроходность,

- компактность,

- бесшумность.

Производительность винтовых насосов практически не изменяется при изменении давления. К.п.д. этих насосов достаточно высок и достигает 0,75-0,8. Область применения одновинтовых (героторных) насосов ограничена производительностью 3,6-7 м 3/ч и давлением 10-25 атм. Одновинтовые насосы используют для перекачивания загрязнённых и агрессивных жидкостей, растворов и пластмасс с высокой вязкостью.

Пластинчатые насосы применяют для перемещения чистых, не содержащих твёрдых примесей жидкостей при умеренных производительностях и напорах.

Для перекачивания вязких жидкостей, не содержащих твёрдых примесей, при небольших подачах (не выше 5-6 м³/ч) и высоких давлениях (100-150 ат) используют шестерённые насосы.

Вихревые насосы применяют для перемещения чистых маловязких жидкостей с небольшими подачами (до 40 м³/ч) и сравнительно высокими напорами (до 250 м), в несколько раз превосходящими напоры центробежных насосов. К достоинствам вихревых насосов следует отнести:

- простоту конструкции;

- компактность;

- возможность получения более высоких напоров, чем в центробежных насосах.

Недостатком вихревых насосов является низкий к.п.д. (= 20-50 %), что обусловлено значительными потерями при переносе энергии вихрями, а также непригодность для перекачивания вязких жидкостей и жидкостей, содержащих твёрдые взвеси.

Струйные насосы, монтежю и воздушные подъёмники используют в производствах, где наличие движущихся и трущихся частей недопустимо. Струйные насосы можно применять лишь в тех случаях, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с рабочей. Струйные насосы, монтежю и воздушные подъёмники могут быть изготовлены из химически стойких материалов, но обладают низким к.п.д.



Заключение

Подавляющее большинство современных технологических процессов промышленного производства осуществляется в жидкой фазе. Поскольку перемещаемые жидкости не одинаковые по вязкости, температуре и коррозионным свойствам, необходимо использовать специальные насосы. Системы водоснабжения городов, канализации и очистных сооружений требуют применений специальных насосов, способных перекачивать жидкости с механическими примесями.

Совершенствование насосов продолжается и в настоящее время. Возрастающий объем промышленного производства и широкое применение насосов обуславливают необходимость создания машиностроительными заводами новых конструкций и увеличения их подачи.



Список литературы

1. Будов В.М. Насосы АЭС. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М. -Л.: "Машиностроение", 1966.

3. Лопастные насосы. Под редакцией Л.П. Грянко, и А.Н. Папира. Л.: "Машиностроение" (Ленингр.отд-ние), 1975 г.

4. Насосное и теплообменное оборудование АЭС: Учеб. пособие / С. М. Дмитриев, В.Б. Платонов, А.Г. Орлов, Н.М. Сорокин, и др./ Под ред. С. М. Дмитриева: НГТУ. Н. Новгород, 2004.

5. Пак П.Н. Насосы АЭС. Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

6. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчёт и конструирование. М.: "Машиностроение", 1977.

7. http://www.knz.ru/.

8. http://www.ngpedia.ru/pngs/015/0156F853k5c7t9r1O125.png.

9. http://masters.donntu.edu.ua/2008/fema/shevaturinat/library/art_7.htm.

Размещено на Allbest.ru