Виды и принцип работы насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Классификация насосов

Основные параметры насосной установки

Устройство и работа центробежного насоса

Список литературы

1. Классификация насосов

Под насосами в общем случае понимают энергетические машины или установки, которые для перемещения перекачиваемой среды (жидкой, твердой и газообразной) при статическом или динамическом воздействии увеличивают ее давление или кинетическую энергию.

Историческое развитие насосостроения как способа транспортирования химических и физических веществ, а также постоянно возрастающие требования к параметрам износостойкости, всасывающей способности и специальные условия монтажа привели к большому количеству типов, которые обусловили разные определения понятий и типов насосов. В результате возникали случаи, когда заказчик, разработчик и поставщик применяли три различных определения для одного и того же насоса.

Для устранения этого очевидного недостатка была разработана система классификации насосов, по конструктивным признакам и принципу действия, а также по виду перекачиваемой жидкости.

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 двиижения 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;

в) форма поршня;

г) вид привода.

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 колиичеству 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 наапорной 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.

Шестеренные насосы подразделяют в основном по числу шестерен (на двух- и многошестеренные), по типу зацепления (с наружным и внутренним зацеплением) и по числу потоков жидкости (на одно- и многопоточные насосы).

Винтовые насосы подразделяют в основном по количеству рабочих органов на одно- и многовинтовые, а по направлению потока жидкости на одно- и двухпоточные винтовые. В противоположность шестеренным насосам процесс перемещения жидкости в винтовых насосах происходит в осевом направлении по свободным межвинтовым полостям от стороны всасывания к напорной стороне.

Коловратные насосы выпускают в настоящее время самых различных конструкций. Для конструкции этого вида xapaктерны так называемые двухвальные насосы с одно- или многоопрофильными роторами различной формы поперечного сечения. Почти все коловратные насосы перемещают перекачиваемую жидкость от стороны всасывания к напорной стороне без изменения объема полости вытеснения.

Пластинчатые насосы - типичные представители одновальных насосов, по принципу действия подразделяют на простого и двойного действия, а по виду ротора на одно- и многоопластинчатые насосы (шиберные).

Рабочий процесс этих типов характеризуется изменяющимся (серповидным) рабочим объемом полостей всасывания и напора. Уплотнение между входным и напорным патрубками осуществляется плоскими пластинами или лопатками, помещенными в пазах ротора, при минимальных радиальных и торцовых зазоорах между ротором и корпусом.

Роликовые насосы подразделяют только по принципу действия на одно- и двукратного действия. В данном случае эффект нагнетания обусловливается вращающимися поршнями, эксцентрично расположенными в корпусе, которые приводят эластичную оболочку в колебательное движение и перемещают жидкость вследствие быстрого изменения (пропорционально частоте вращения) рабочего объема полостей всасывания и напора.

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:

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

- по прохожденио жидкости за рабочим колесом - с направляяющим аппаратом, спиральным или кольцевым отводом;

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

В многооступенчатых насосах применяют одностороннее или симметричное расположение рабочих.

Следует еще указать на деление, или классифиикацию, насосов по всасывающей способности: самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенными ступенями всасыывания или всасывающими устройствами) и не самовсасывающие.

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

Специальные насосы.

К этой группе относятся прежде всего небольшие насосы, которыe по классическим признакам (наличие вращающегося или перемещающегося вдоль оси рабочего органа) нельзя отнести к обычным насосам.

Струйные насосы характеризуются наличием трубы Вентури, в центр которой подводится струя рабочей среды (вода, пар или газ). Рабочая струя образует пограничный слой и вследствие высокой скорости вначале захватывает частички окружающего воздуха, а затем вследствие обменных процессов всасывает перекачиваеемую жидкость из подводящего трубопровода. Пневматические насосы (газлифты) подают жидкость в результате образования водовоздушной смеси малой плотности при поступлении воздуха под давлением в зааглубленную под уровень жидкости трубу. Окружающая жидкость большей плотности проникает во всасывающую трубу, обеспечивая тем самым процесс подъема жидкости.

Электромагнитный насос, предназначенный главным образом для перекачивания жидкого металла, создает по так называемому правилу правой руки осевую силу в перекачиваемой жидкости, которую можно рассматривать в качестве движущегося проводника в магнитном поле. Вследствие этого создаются услоовия для перемещения жидкости.

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 пелесообразно 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, агресссивных жидкостей, жидких металлов.

Классификация по назначению.

На практике довольно часто встречаются насосы разных типов, названия которым даны в зависимости от особенностей их эксплуатации. Так, например, различают питательные, циркуляционные, конденсатные насосы, если речь идет о насосах для тепловых электростанций.

К циркуляционным или насосам охлаждения относятся насосы, которые, как правило, работают в замкнутых системах. Под реакторными насосами подразумевают в настоящее время главные циркуляционные насосы, которые включены в первичный контур реактора атомной электростанции.

Судовые центробежные или поршневые трюмные насосы используют в судостроении.

В погружных насосах или насосах с мокрым или защищенным электродвигателем, последний размещают в перекачиваемой среде. Общеизвестные гидравлические насосы, относящиеся к этим типам и устанавливаемые в гидравлические системы, являются не только подающими машинами, но и источниками напорного потока жидкости.

Классификацию по назначению следует применять лишь в том случае, когда недостаточно первых двух признаков (классификация по принципу действия и по перекачиваемой среде) для четкой характеристики определенного типа насоса.

2. Основные параметры насосов

Основными параметрами насоса любого типа являются производительность, напор и мощность. Производительность или подача, Q, (мі/сек) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор Н (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, на какую величину возрастает удельная энергия жидкости при прохождении ее через насос, и определяется с помощью уравнения Бернулли. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.

Мощностью насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от двигателя за единицу времени. Мощность можно определить из следующих соображений. Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве Н, за единицу времени через насос протекает жидкость весом pgQ. Следовательно, энергия, приобретенная за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:

Nп = сgQН

Мощность насоса на валу N больше полезной мощности Nп на величину потерь в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного действия насоса:

N = Nп / зн = сgQН/зн

Величина механических потерь (потери на трение в подшипниках, в уплотнениях, трение поверхности рабочих колес о жидкость) оценивается механическим КПД змех, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности к мощности, потребляемой насосом.

Объемные потери (потери энергии жидкости из-за разницы давлений на входе и выходе рабочего колеса, потери производительности при утечке жидкости через зазора насоса) оценивают объемным КПД зv, равным отношению действительной производительности насоса Q к теоретической Qт.

Гидравлические потери (потери на преодоление гидравлического сопротивления подвода, рабочего колеса и отвода, потери напора) оцениваются гидравлическим КПД зГ, который равен отношению действительного напора насоса к теоретическому.

Тогда КПД насоса равен:

зн = змех зv зГ

Коэффициент полезного действия насоса характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса и отражает относительные потери мощности в самом насосе.

Для центробежных насосов КПД насоса зн - 0,6-0,7, для поршневых насосов - 0,8-0,9, для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности - 0,93 - 0,95.

3. Устройство и работа центробежных насосов

насос поступательный роторный центробежный

Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса колесо 1, насаженное на вал 2. Рабочее колесо на вал насаживается с помощью шпонки. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего 3 и заднего 4), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти 5, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

Ротор - вал с насаженными на него вращающимися деталями - вращается в подшипниках 6. Между вращающимися и неподвижными деталями могут быть установлены сальники - уплотнения 7 для снижения утечек из насоса и уплотнения 8 для уменьшения циркуляции внутри насоса. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала и движущуюся со скоростью v, будет действовать центробежная сила:

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а в периферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему трубопроводу (подводу 9). Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разряжение). Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера (в форме улитки), куда поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод 10) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок 11, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Схема центробежного насоса.

Центробежный насос должен быть оборудован следующей арматурой и приборами:

- приемным обратным клапаном с сеткой, предназначенным для удержания в корпусе и всасывающем патрубке насоса воды при его заливе перед пуском;

- сетка служит для задержания крупных взвесей, плавающих в воде;

- задвижкой на всасывающем патрубке, которая устанавливается около насоса;

- вакуумметром, для измерения разрежения на всасывающей стороне. Вакуумметр устанавливается на трубопроводе между задвижкой и корпусом насоса;

- краном для выпуска воздуха при заливе (устанавливается в верхней части корпуса);

- обратным клапаном на напорном трубопроводе, предотвращающем движение воды через насос в обратном направлении при параллельной работе другого насоса;

- задвижкой на напорном трубопроводе, предназначенной для пуска в работу, остановки и регулирования производительности и напора насоса;

- манометром на напорном патрубке для измерения напора, развиваемого насосом;

- предохранительным клапаном (на рисунке не указан) на напорном патрубке за задвижкой для защиты насоса, напорного патрубка и трубопровода от гидравлических ударов;

- устройством для залива насоса.

В связи с тем, что насосные установки часто включаются в основной комплекс оборудования для регулирования режимов работы различного назначения, они могут быть оборудованы разнообразными приборами автоматики.

Центробежные насосы и область их применения

С уверенностью можно сказать, что центробежные насосы являются самыми популярными на сегодняшний день. Они используются во всех отраслях промышленности, в пищевой отрасли, сельском хозяйстве, в системах водоснабжения и канализации и т.д. Широкая область применения обусловлена несложной конструкцией и простым принципом действия. Использование для изготовления насосов безвредных материалов делает возможным их работу во всех сферах.

Преимущества и недостатки центробежных насосов

Производительность этих насосов очень велика, если сравнивать их с поршневыми. Об этом говорит к.п.д. - 0,95 для крупного центробежного насоса. В тоже время к.п.д. поршневого насоса составляет всего 0,9. Центробежный насос можно установить где угодно, даже на легком фундаменте. Такие насосы обеспечивают равномерную подачу. Их можно использовать с электродвигателем. Работа центробежного насоса отличается быстроходностью. Это оборудование может быть изготовлено из керамики, ферросилида и других материалов, которые трудно поддаются обработке. Это можно объяснить простотой насосов. Очень ценное свойство состоит в том, что можно перекачивать даже жидкости с твердыми взвешенными частицами. Устройство центробежного насоса таково, что между лопатками имеется достаточно большое расстояние, а клапаны отсутствуют.

К недостаткам можно отнести довольно низкий к.п.д. центробежных насосов небольшой мощности. Этот показатель примерно на 10-15% ниже, чем у поршневого насоса аналогичной производительности. Низкий напор тоже является минусом центробежного насоса. К.п.д. резко снижается вместе со снижением производительности. Они чувствительны к увеличению сопротивления в сети.

Список литературы

1.Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М., «Машиностроение», 1966 г.

2.Степанов А.Н. Центробежные и осевые насосы. М., «Машгиз», 1960 г.

3.Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., «Энергия», 1977г

Размещено на Allbest.ru