Основные виды насосов, их эксплуатация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные виды насосов

1.1 Принцип работы вид насосов

1.2 Основные расчетные параметры насосов

1.3 Расчет производительности для различных насосов

2. Центробежные насосы и принцип их работы

2.1 Расчёт основных параметров и рабочего колеса центробежного насоса

2.2 Выбор прототипа проектируемого центробежного насоса

2.3 Подбор электродвигателя центробежного насоса

2.4 Особенности эксплуатации центробежного насоса

2.5 Техника безопасности и охрана труда

3. Принцип работы гидроклапана давления

3.1 Виды функций и способы подключений гидроклапанов давления

3.2 Применение гидроклапана давления в качестве предохранительного

3.3 Применение гидроклапана давления в качестве переливного

3.4 Применение гидроклапана давления в качестве разности давлений

3.5 Гидроклапан давления как клапан последовательности

3.6 Гидроклапаны последовательности с обратным клапаном

3.7 Устройство и принцип работы гидроклапанов

Последовательности

3.8 Гидроклапан последовательности с обратным клапаном с управлением давлением основного и одного дистанционного потока

3.9 Гидроклапан последовательности с обратным клапаном с одним и двумя управляющими дистанционными потоками

3.10 Гидроклапаны предохранительные

3.11 Устройство и принцип работы предохранительных клапанов

3.12 Применение предохранительных клапанов в качестве предохранительного и переливного

3.13 Гидроклапаны редукционные

3.14 Устройство редукционных клапанов

3.15 Принцип работы редукционных клапанов

3.16 Схема применения в гидросистеме редукционного клапана

Заключение



ВВЕДЕНИЕ

В жизни и в своём развитии человек всегда испытывал необходимость в перемещении (транспортировании) различных веществ, гидросмесей, а также сыпучих, вязких и других материалов.

Насос (разг. водяная помпа, колонка) - гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение.

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 четырёх лопастным 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.

Клапаномназывается устройство управления,размеры рабочего окна которого или число окон изменяется от воздействия, проходящего через него потока рабочей жидкости.

Гидроклапан (гидравлический клапан) -- это гидроаппарат, предназначенный для регулирования параметров потока жидкости путём изменения проходного сечения гидроаппарата за счёт изменения положения запорно-регулирующего элемента под воздействием потока жидкости (непосредственно или опосредовано).

Различают гидроклапаны регулирующие и направляющие. Первые из них осуществляют регулирование давления в потоке жидкости, а вторые -- пропускают или останавливают поток жидкости при достижении параметрами потока (давления, разности давлений и т. д.) заданных настройками клапана значений.



1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ НАСОСОВ

Насос - это гидравлическое устройство, которое обеспечивает всасывание воды, ее нагнетание и перемещение. В своей работе они используют принцип передачи жидкости кинетической и потенциальной энергии. Насосы бывают нескольких видов, и деление происходит исходя из их технических параметров. Основные отличия между разными типами насосов для воды является разный КПД, мощность, производительность, напор и давление выходящего потока.

Общая классификация

В настоящее время существует более трех тысяч видов насосов. Они отличаются строением и назначением, а также подходят разных сфер использования. Все это многообразие можно разделить на две большие группы: динамические и объемные насосы.

Объемные насосы -- это устройства, в которых вещество перемещается за счет постоянного изменения объема камеры, при этом она поочередно совмещается с входным и выходным отверстием. Их, в свою очередь, можно поделить на:

· мембранные;

· роторные;

· поршневые.

Динамические - это модели, в которых вода перемещается вместе с камерой за счет гидродинамических сил, при этом присутствует постоянное сообщение с входным и выходным патрубком насоса. Динамические насосы бывают струйные и лопастные, при этом последние в свою очередь делятся на центробежные, осевые и вихревые.

Ниже все эти виды насосов, а также их классификация будут рассмотрены более подробно.

Роторные устройства

Обзор водяных насосов открывают роторные устройства. Их принципиальное отличие -- отсутствие клапана. Иными словами, роторный насос для воды перемещает воду путем ее выталкивания. Осуществляет этот процесс специальный рабочий элемент -- ротор. Это реализуется следующим образом: вода поступает в рабочую камеру. Движение ротора вдоль внутренних стенок рабочей камеры образует изменение объема замкнутого пространства, и вода по законам физики выталкивается.

Достоинства роторных насосов:

o высокий КПД;

o самовсасывание воды;

o возможность обратной подачи воды;

o перекачивание веществ любой вязкости и температуры;

o низкий уровень шума;

o отсутствие вибрации.

Из минусов стоит отметить, что должна быть обеспечена чистота перекачиваемых жидкостей (без твердых вкраплений). Кроме того, сложная конструкция требует дорогостоящего ремонта.

За счет возможности работы с агрессивными и вязкими веществами роторные насосы используются в химической, нефтяной, пищевой, морской промышленности. Подвид роторных насосов - шнековые - активно применяют при добыче нефти. Еще одна сфера применения - коммунальный хозяйства, где с их помощью поддерживают давление в системе отопления, при этом насос не нуждается в смазке и охлаждении.

Поршневые модели

Устройство поршневого насоса основано на вытеснении воды механическим способом. Это один из самых старых типов насосов для воды, но в современном виде его устройство гораздо сложнее, чем раньше. В частности, данные насосы имеют эргономичный и прочный корпус, развитую базу входящих в него элементов, а также гибкие возможности подключения к водопроводу. В связи с этим они широко распространены, как в промышленности, так и в быту.

Мембранные устройства

Мембранный насос - это относительно новый вид оборудования для перекачивания жидкостей и прочих веществ. Данный тип оборудования способен работать с газообразной средой и делает это за счет специальной мембранный или диафрагмы. Она совершает возвратно-поступательные движения и с заданной цикличностью меняет объем рабочей камеры.



Конструкция устройства включает:

o мембрану;

o рабочую камеру;

o шток для соединения диафрагмы с валом привода;

o кривошипно -- шатунный механизм;

o клапаны для защиты от поступления вещества назад;

o входной и выходной патрубок.

Подобные насосы могут иметь одну или две рабочих камеры. Устройства с одной камерой более распространены, с двумя используются в тех местах, где требуется более высокая производительность.

Работа осуществляется следующим образом: при запуске шток выгибает мембрану, что увеличивает объем камеры и создает в ней эффект вакуума. Это явление обеспечивает всасывание перекачиваемой среды. После заполнения камеры шток возвращает мембрану на место, объем резко уменьшается, и вещество выталкивается через выходной патрубок. При этом для того, чтобы жидкость или газ не попали обратно в момент возвратного движения, вход автоматически перекрывается специальным клапаном.

Существуют модели с двумя клапанами, расположенными параллельно друг другу. Здесь процесс осуществляется аналогично, только рабочих камеры две, и при каждом движении из одного вода выходит, а в другой входит. Такие устройства считаются более эффективными.

Преимущества мембранных насосов:

o могут работать с любой средой;

o небольшой размер;

o тихая работа;

o отсутствие вибрации;

o простота и надежность конструкции;

o экономичность по энергопотреблению;

o поддержание высокой чистоты перекачиваемого вещества;

o невысокая цена;

o длительный срок службы;

o не требуют особого или частого ухода, им не нужна смазка;

o заменить испорченные детали сможет человек без специального образования;

o обладают высокой универсальностью.

При таком обилии плюсов существенных минусов не выявлено.

Мембранный насос широко применяется в медицине и фармацевтике, в фермерских хозяйствах (в доильных аппаратах). Их используют для производства продуктов питания, в атомной сфере. С их помощью делают насосы-дозаторы для использования на производстве лаков и красок, они применяются в полиграфии и в различных местах, где есть потребность работы с ядовитыми и опасными веществами. Работать с последними можно безопасно, так как мембранные насосы имеют высокую герметичность.

Струйные насосы

Струйные модели - это самые простые из всех возможных устройств. Были созданы еще в 19 веке, тогда использовались для откачки воды или воздуха из медицинских пробирок, позже их стали применять в шахтах. В настоящее время сфера применения еще более широка.



Конструкция струйного насоса очень проста, благодаря этому они практически не требуют какого-либо обслуживания. Она состоит из четырех частей: всасывающая камера, сопло, диффузор и смесительный резервуар. Вся работа устройства основана на передаче кинетической энергии, при этом здесь не используется механическая сила. Струйный насос обладает вакуумной камерой, в которую всасывается вода. Затем она двигается по специальной трубе, на конце которой находится сопло. За счет уменьшения диаметра скорость потока увеличивается, он поступает в диффузор, а из него в камеру смешивания. Здесь вода смешивается с функциональной жидкостью, за счет чего снижается скорость, но сохраняется напор.

Струйные насосы бывают нескольких типов: эжектор, инжектор, элеватор. центробежный насос предохранительный клапан

Эжекторный только перекачивает вещество. Работает с водой.

Принцип работы инжекторного насоса -- нагнетание вещества. Используется для выкачивания пара.

Элеваторный применяется с целью понизить температуру носителя, что достигается смешиванием с функциональной жидкостью.

Таким образом, струйные насосы используются для работы с водой, парой или газом. Также они могут выступать для смешивания разных веществ или для поднятия жидкостей (аэролифтовая функция).

Данный вид насосов распространен в различных областях промышленности. Их можно использовать отдельно или в комплексе с другими. Простота конструкция позволяет их использовать в аварийных ситуациях с отключением воды, а также для пожаротушения. Также они популярны в системах кондиционирования и канализации. Многие модели струйного типа продаются с различными соплами.

Плюсы:

o надежность;

o нет необходимости постоянного технического обслуживания;

o простая конструкция;

o широкая сфера применения.

Минус -- низкий КПД (не более 30%).

Центробежные насосы

В данном виде устройств основным рабочим элементом является диск, на котором зафиксированы лопатки. Они имеют наклон в сторону, противоположную направлению движения. Лопатка закрепляется на валу, который приводится в движение электрическим двигателем. В конструкции может быть использовано одно или два колеса. Во втором случае лопатки соединяют их между собой.

1.1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПАДБОРА НАСОСОВ

Выбор насосного оборудования - ответственный этап, от которого будут зависеть как технологические параметры, так и эксплуатационные качества проектируемой установки. При выборе типа насоса можно выделить три группы критериев:

1) Технологические и конструктивные требования

2) Характер перекачиваемой среды

3) Основные расчетные параметры

Технологические и конструктивные требования:

В некоторых случаях выбор насоса может диктоваться какими-либо строгими требованиями по ряду конструктивных или технологических параметров. Центробежные насосы, в отличие от поршневых, могут обеспечивать равномерную подачу перекачиваемой среды, в то время как для выполнения условий равномерности на поршневом насосе приходится значительно усложнять его конструкцию, располагая на коленчатом вале несколько поршней, совершающих возвратно-поступательные движения с определенным отставанием друг от друга. В то же время подача перекачиваемой среды дискретными порциями заданного объема также может являться технологическим требованием. Примером определяющих конструктивных требований может служить использование погружных насосов в тех случаях, когда необходимо или единственно возможно расположить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости.

Технологические и конструктивные требования к насосу редко являются определяющими, а диапазоны подходящих типов насосов для различных специфических случаев применения известны исходя из накопленного человечеством опыта, поэтому в доскональном их перечислении нет необходимости.

Характер перекачиваемой среды:

Характеристики перекачиваемой среды часто становятся определяющим фактором в выборе насосного оборудования. Различные типы насосов подходят для перекачки самых разнообразных сред, отличающихся по вязкости, токсичности, абразивности и множеству других параметров. Так винтовые насосы способны перекачивать вязкие среды с различными включениями, не повреждая структуру среды, и могут с успехом применяться в пищевой промышленности для перекачивания джемов и паст с различными наполнителями. Коррозионные свойства перекачиваемой среды определяют материальное исполнение выбираемого насоса, а токсичность - уровень его герметизации.

Основные расчетные параметры:

Требованиям по эксплуатации, предъявляемы различными отраслями, могут удовлетворять несколько типов насосов. В такой ситуации предпочтение отдается тому типу насосов, который наиболее применим при конкретных значениях основных расчетных параметров (производительность, напор и потребляемая мощность). Ниже приведены таблицы, в общих чертах отражающие границы применения наиболее распространенных типов насосов.

1.2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ

Несмотря на многообразие машин для перекачки жидкостей и газов, можно выделить ряд основных параметров, характеризующих их работу: производительность, потребляемая мощность и напор.

Производительность (подача, расход) - объем среды, перекачиваемый насосом в единицу времени. Обозначается буквой Q и имеет размерность м3/час, л/сек, и т.д. В величину расхода входит только фактический объем перемещаемой жидкости без учета обратных утечек. Отношение теоретического и фактического расходов выражается величиной объемного коэффициента полезного действия:

Однако в современных насосах, благодаря надежной герметизации трубопроводов и соединений, фактическая производительность совпадает с теоретической. В большинстве случаев подбор насоса идет под конкретную систему трубопроводов, и величина расхода задается заранее.

Напор - энергия, сообщаемая насосом перекачиваемой среде, отнесенная к единице массы перекачиваемой среды. Обозначается буквой H и имеет размерность метры. Стоит уточнить, что напор не является геометрической характеристикой и не является высотой, на которую насос может поднять перекачиваемую среду.

Потребляемая мощность (мощность на валу) - мощность, потребляемая насосом при работе. Потребляемая мощность отличается от полезной мощности насоса, которая затрачивается непосредственно на сообщение энергии перекачиваемой среде. Часть потребляемой мощности может теряться из-за протечек, трения в подшипниках и т.д. Коэффициент полезного действия определяет соотношение между этими величинами.

Для различных типов насосов расчет этих характеристик может отличаться, что связано с различиями в их конструкции и принципах действия.

1.3 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ НАСОСОВ

Все многообразие типов насосов можно разделить на две основные группы, расчет производительности которых имеет принципиальные отличия. По принципу действия насосы подразделяют на динамические и объемные. В первом случае перекачка среды происходит за счет воздействия на нее динамических сил, а во втором случае - за счет изменения объема рабочей камеры насоса.

К динамическим насосам относятся:

1) Насосы трения (вихревые, шнековые, дисковые, струйные и т.д.)

2) Лопастные (осевые, центробежные)

3) Электромагнитные

К объемным насосам относятся:

1) Возвратно-поступательные (поршневые и плунжерные, диафрагменные)

2) Роторные

3) Крыльчатые

Ниже будут приведены формулы расчета производительности для наиболее часто встречающихся типов.

Более подробная информация о поршневых насосах:

Поршневые насосы

Плунжерные насосы

Поршневые насосы (объемные насосы)

Основным рабочим элементом поршневого насоса является цилиндр, в котором двигается поршень. Поршень совершает возвратно-поступательные движения за счет кривошипно-шатунного механизма, чем обеспечивается последовательное изменение объема рабочей камеры. За один полный оборот кривошипа из крайнего положения поршень совершает полный ход вперед (нагнетание) и назад (всасывание). При нагнетании в цилиндре поршнем создается избыточное давление, под действием которого всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и перекачиваемая жидкость подается в нагнетательный трубопровод. При всасывании происходит обратный процесс, при котором в цилиндре создается разряжение за счет движения поршня назад, нагнетательный клапан закрывается, предотвращая обратный ток перекачиваемой среды, а всасывающий клапан открывается и через него происходит заполнение цилиндра. Реальная производительность поршневых насосов несколько отличается от теоретической, что связано с рядом факторов, таких как утечки жидкости, дегазация растворенных в перекачиваемой жидкости газов, запаздывание открытия и закрытия клапанов и т.д.

Для поршневого насоса простого действия формула расхода будет выглядеть следующим образом:

Q = F·S·n·зV

Q - расход (м3/с)

F - площадь поперечного сечения поршня, м2

S - длина хода поршня, м

n - частота вращения вала, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Для поршневого насоса двойного действия формула расчета производительности будет несколько отличаться, что связано наличием штока поршня, уменьшающего объем одной из рабочих камер цилиндра.

Q = F·S·n + (F-f)·S·n = (2F-f)·S·n

Q - расход, м3/с

F - площадь поперечного сечения поршня, м2

f - площадь поперечного сечения штока, м2

S - длина хода поршня, м

n - частота вращения вала, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Если пренебречь объемом штока, то общая формула производительности поршневого насоса будет выглядеть следующим образом:

Q = N·F·S·n·зV

Где N - число действий, совершаемых насосом за один оборот вала.

Шестеренчатые насосы (объемные насосы)

Шестеренные насосы

В случае шестеренчатых насосов роль рабочей камеры выполняет пространство, ограничиваемое двумя соседними зубьями шестерней. Две шестерни с внешним или внутренним зацеплением размещаются в корпусе. Всасывание перекачиваемой среды в насос происходит за счет разряжения, создаваемого между зубьями шестерен, выходящими из зацепления. Жидкость переносится зубьями в корпусе насоса, и затем выдавливается в нагнетательный патрубок в момент, когда зубья вновь входят в зацепление. Для протока перекачиваемой среды в шестеренных насосах предусмотрены торцевые и радиальные зазоры между корпусом и шестернями.

Производительность шестеренного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 2·f·z·n·b·зV

Q - производительность шестеренчатого насоса, м3/с

f - площадь поперечного сечения пространства между соседними зубьями шестерни, м2

z - число зубьев шестерни

b - длинна зуба шестерни, м

n - частота вращения зубьев, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Существует также альтернативная формула расчета производительности шестеренного насоса:

Q = 2·р·DН·m·b·n·зV

Q - производительность шестеренчатого насоса, м3/с

DН - начальный диаметр шестерни, м

m - модуль шестерни, м

b - ширина шестерни, м

n - частота вращения шестерни, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Винтовые насосы (объемные насосы)

В насосах данного типа перекачивание среды обеспечивается за счет работы винта (одновинтовой насос) или нескольких винтов, находящихся в зацеплении, если речь идет о многовинтовых насосах. Профиль винтов подбирается таким образом, чтобы область нагнетания насоса была изолирована от области всасывания. Винты располагаются в корпусе таким образом, чтобы при их работе образовывались заполненные перекачиваемой средой области замкнутого пространства, ограниченные профилем винтов и корпусом и движущиеся по направлению в области нагнетания.

Производительность одновинтового насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = 4·e·D·T·n·зV

Q - производительность винтового насоса, м3/с

e - эксцентриситет, м

D - диаметр винта ротора, м

Т - шаг винтовой поверхности статора, м

n - частота вращения ротора, сек-1

зV - объемный коэффициент полезного действия

Центробежные насосы

Рис 4.

Центробежные насосы

Центробежные насосы являются одним из наиболее многочисленных представителей динамических насосов и широко распространены. Рабочим органом в центробежных насосах является насаженное на вал колесо, имеющее лопасти, заключенные между дисками, и расположенное внутри спиралевидного корпуса.

За счет вращения колеса создается центробежная сила, воздействующая на массу перекачиваемой среды, находящейся внутри колеса, и передает ей часть кинетической энергии, которая затем переходит в потенциальную энергию напора. Создаваемое при этом в колесе разрежение обеспечивает непрерывную подачу перекачиваемой среды их всасывающего патрубка. Важно отметить, что перед началом эксплуатации центробежный насос должен быть предварительно заполнен перекачиваемой средой, так как в противном случае всасывающей силы будет недостаточно для нормальной работы насоса.

Центробежный насос может иметь не один рабочий орган, а несколько. В таком случае насос называется многоступенчатым. Конструктивно он отличается тем, что на его валу расположено сразу несколько рабочих колес, и жидкость последовательно проходит через каждое из них. Многоступенчатый насос при той же производительности будет создавать больший напор в сравнении с аналогичным ему одноступенчатым насосом.

Рис 5.

Производительность центробежного насоса может быть рассчитана следующим образом:

Q = b1·(р·D1-д·Z) ·c1 = b2·(р·D2-д·Z) ·c2

Q - производительность центробежного насоса, м3/с

b1,2 - ширины прохода колеса на диаметрах D1 и D2, м

D1,2 - внешний диаметр входного отверстия (1) и внешний диаметр колеса (2), м

д - толщина лопаток, м

Z - число лопаток

C1,2 - радиальные составляющие абсолютных скоростей на входе в колесо (1) и выходе из него (2), м/с



2. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ И ПРИНЦИП ИХ РАБОТЫ

Схематически центробежный насос (рис.) состоит из рабочего колеса, снабженного лопастями и установленного на валу в спиральном корпусе. Жидкость в рабочее колесо поступает в осевом направлении. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, жидкость прижимается к стенке корпуса и выталкивается в нагнетательное отверстие по касательной к рабочему колесу. При этом на входе в насос давление падает, и в рабочее колесо устремляется жидкость, находящаяся под более высоким давлением, например, под атмосферным давлением при выкачивании жидкости из открытого резервуара. Центробежные насосы широко распространены благодаря ряду преимуществ, которыми они обладают по сравнению с другими типами насосов. Их основными достоинствами являются непрерывность подачи жидкости, простота устройства и, следовательно, относительно низкая стоимость и высокая надежность, достаточно высокий КПД (порядка 0,6-0,8), большая высота всасывания. Они легко поддаются автоматизации управления. К недостаткам центробежных насосов следует отнести то, что их подача изменяется в широких пределах в зависимости от сопротивления сети, на которую они работают. Неудобство доставляет также то, что при пуске центробежного насоса в обычном исполнении его необходимо заливать водой, если уровень перекачиваемой жидкости находится, ниже входного патрубка. Центробежные насосы классифицируют по:

. числу колес (одноступенчатые (одноколесные), многоступенчатые (многоколесные); кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала - консольные;

. напору (низкого напора до 2 кгс/см2 (0,2 МН/м2), среднего напора от 2 до 6 кгс/см2 (от 0,2 до 0,6 МН/м2), высокого напора больше 6 кгс/см2 (0,6 МН/м2); Схема центробежной насосной установки.

Рис.

. способу подвода воды к рабочему колесу (с односторонним входом воды на рабочее колесо, с двусторонним входом воды (двойного всасывания);

. расположению вала (горизонтальные центробежные насосы, вертикальные центробежные насосы);

. способу разъема корпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса);

. способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральные и турбинные центробежные насосы). В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство - направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками);

. степени быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные центробежные насосы);

. роду перекачиваемой жидкости (водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и др. центробежные насосы);

. способу соединения с двигателем (приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт). Насосы со шкивным приводом встречаются в настоящее время редко.

Центробежные насосы должны быть оборудованы 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;

. 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 центробежный насос в обратном направлении при параллельной работе другого насоса;

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

. манометром на напорном патрубке для измерения напора, развиваемого центробежным насосом;

. предохранительным клапаном на напорном патрубке за задвижкой для защиты центробежного насоса, напорного патрубка и трубопровода от гидравлических ударов; устройством для залива насоса. В связи с тем, что центробежные насосы часто включаются в основной комплекс оборудования для регулирования режимов работы различного назначения, они могут быть оборудованы разнообразными приборами автоматики. Консольные насосы (насосы типа К) для воды - самые многочисленные из промышленных насосов. Рабочим органом консольного насоса является центробежное колесо, поэтому их еще называют - насос центробежный консольный (насосы К).

Насос К (рис.) - горизонтальный одноступенчатый консольный насос, с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Насосы типа к предназначены для перекачивания в стационарных условиях чистой воды (кроме морской), с рН = 7, температурой от 0 до 85°С, содержащей твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1 %, а также других жидкостей, сходных с водой по плотности, вязкости и химической активности. Номинальная подача насосов составляет от 6,7 до 290 м3/ч, при напорах от 12 до 85 м. Привод насосов типа К (консольных насосов) осуществляется от асинхронного электродвигателя через соединительную муфту. Существуют два основных вида уплотнений вала: сальниковое и торцовое уплотнения. Сальниковое уплотнения обозначаются буквой "С" к основной марке, если его нет, то она подразумевается. Утечка через сальниковое уплотнение не более 2 л/ч. для смазывания и охлаждения мягкой набивки. Одинарное торцовое уплотнение - в марке индекс "5". Внешняя утечка через торцовые уплотнения всего не более 0,03 л/ч. Насосы с торцовыми уплотнениями могут перекачивать жидкости с температурой от 0 до 115°С.

Рис. Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К. 1 - крышка корпуса; 2 - корпус; 3 - уплотняющие кольца; 4 - рабочее колесо; 5 - гайка; 6 - набивка сальника; 7 - защитная втулка; 8 - крышка сальника; 9 - вал насоса; 10 - опорный кронштейн; 11 - шарикоподшипник.

2.1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Исходными данными являются:

подача Q = 20 м3/час;

напор H = 25 м;

число оборотов n = 2900 об/мин;

жидкость - вода 20єС.

Для определения типа конструкции насоса рассчитываем коэффициент быстроходности ns:

Далее по формуле определяем объёмный КПД зо:

где коэффициент, а зависит от соотношения между диаметрами входа и выхода и составляет a=0,68 Затем вычисляем приведённый диаметр D1п

Гидравлический КПД зг вычисляем по формуле

Механический КПД змех принимаем за змех = 0,93

Находим полный КПД з по формуле

Определяем мощность насоса N по формуле

Момент M вычисляем по формуле

Диаметр вала dв определяем по формуле

где [ф] допустимое напряжение материала вала при кручении

Принимаем dв = 25 мм.

Вычисляем диаметр ступицы dст по формуле

Принимаем dст = 40 мм.

Диаметр входа в колесо D1 вычисляем по формуле (Рис.2.1)



Длину ступицы lст вычисляем по формуле

Рис.2.1. Схема рабочего колеса центробежного насоса.

Рис.2.2. Схема параллелограмных скоростей.

Окружную скорость на входе в рабочее колесо u1 определяем по формуле (Рис.2.2)

Скорость входа в рабочее колесо с1 вычисляем по формуле (Рис.2.2)

Из входного параллелограмма находим в1 по формуле (Рис.2.2)

При коэффициенте стеснения входного сечения меж лопастных каналов м1 =0,9 определяем ширину лопасти b1 на входе по формуле (Рис.2.1)

Принимаем в2=36є и определяем окружную скорость u2 на выходе из колеса

Определяем диаметр D2 на выходе из колеса по формуле (Рис. 2.1)

Ширину лопасти b2 на выходе определяем по формуле (Рис. 2.1)

Число лопастей Z определяем по формуле

2.2 ВЫБОР ПРОТОТИПА ПРОЕКТИРУЕМОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Для выбора прототипа для заданного насоса необходимо использовать поле характеристик выпускаемых промышленностью насосов К. Из этого рисунка находим, что при Q = 20 м3/с и H = 25 м, прототипом является насос марки 2К-6а. Габаритный рисунок насосного агрегата приведён на рис. 3.3 для которого основные размеры следующие.

Размеры L = 831 мм, L1 = 561 мм, L3 = 193 мм, B = 331 мм, B2 = 270 мм, B4 = 174 мм, С =98 мм, C2 = 346 мм, С4 = 290 мм, H = 375 мм, H1 =339 мм, n =225 мм, масса агрегата 99 кг.

Размеры всасывающего патрубка: D = 50 мм, D1 =90 мм, D2 = 110 мм, D3 = 140 мм.

Размеры нагнетательного патрубка: D4 = 40 мм, D5 =80 мм, D6 = 100 мм, D7 = 130 мм.

Технические данные насоса: диаметр рабочего колеса 148 мм, подача Q = 20 м3/ч, 5,5 л/с; полный напор H = 25,2 м. ст. жидк; допустимая вакуумметрическая высота всасывания Ндоп = 6 м. вод. ст; допустимый подпор 2 кгс/см2; КПД насоса 65,6 %; мощность на валу насоса 2,1 кВт; частота вращения 2900 об/мин; масса ЛО 2-31-2 - 31 кг; ЛОЛ 2-31-2 - 26 кг, тип электродвигателя 4А90LA; мощность N =3 кВт; частота вращения 2840 об/мин; масса 28,7 кг.

Тип электродвигателя у этого насоса АОЛ 2-31-2.

Рис.3.1 Сводный график полей H-Q для консольных насосов

Рис.3.2 Центробежный насос 2К-6а.



Рис. 3.3. Характеристика центробежного насоса типа К.,

Рис 3.4. Габаритные размеры центробежного насоса типа К.



2.3 ПОДБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

От правильного выбора электродвигателя зависят надежность его работы в электроприводе и энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижаются. Электродвигатель подбирается по частоте вращения, по рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения.

При выборе типа электродвигателя основных насосов придерживаются примерно следующего принципа. До мощности 250 кВт устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если мощности превышают 250 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения.

Мощность необходимая для привода насоса, определяется по формуле

где к - коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации. Так как мощность, данного нам электродвигателя, меньше 20 кВт, то к принимаем за к=1,25.

с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g - ускорение силы тяжести, м/с2; Qм - подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции; Нм - напор, соответствующий максимально возможной подаче Qм; зп - КПД передачи.

Для P = 2,3 кВт принимаем трёхфазный электродвигатель АО 2-31 со следующими параметрами: переменный ток, число оборотов - n = 2880 об/мин;

; масса - G = 35 кг.

2.4 ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Согласно указаниям инструкции завода-изготовителя по обслуживанию и уходу за насосами и в соответствии с местными условиями эксплуатации должны быть разработаны собственные инструкции и указания по техническому обслуживанию и уходу. В них устанавливают сроки проведения регулярных проверок и ревизий, а также работ по техническому обслуживанию и ремонту. Для каждого насоса заводят эксплуатационный журнал или книгу, по которым можно было бы определить состояние насоса, установить необходимость проведения ревизии и соответствующего вида ремонта. Следует также регулярно проверять эксплуатационную готовность резервных насосов, чтобы IB любое время гарантировать ввод их в эксплуатацию. При установке агрегатов на открытой площадке следует обратить внимание на необходимость постоянного прогрева при низких температурах (мороз), во время стоянки, а также на своевременное опорожнение от жидкости насосов и трубопроводов. Пуск насоса в холодном состоянии при перекачивании жидкости с различной вязкостью недопустим, так как это может привести к повреждению насоса. Кроме того, необходимо дать указания для проведения работ по техническому обслуживанию агрегатов.

Первую смену масла и чистку масляных полостей в подшипниках с жидкой смазкой проводят после 200 ч эксплуатации, следующую смену масла - после 1500-2000 ч, но не реже одного раза в год. При использовании высококачественных сортов масла (турбинное) допускают большую продолжительность работы.

При использовании муфт с масляной смазкой через 500-600 ч эксплуатации проверяют масло на шлакообразование, а при необходимости его доливают. Масло меняют по истечении 3000 ч эксплуатации.

В практике наибольшее распространение получил метод регулирования работы центробежных насосов с помощью обточки рабочего колеса. Как известно напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса и, поэтому уменьшая диаметр колеса с помощью обточки можно существенно менять и характеристики насоса.

Для получения расчётной величины нужного напора центробежного насоса при обточке колеса, необходимо номинальную величину напора умножить на квадрат отношения диаметра обточенного колеса к номинальному диаметру. Регулировать работу центробежного насоса можно и с помощью изменения сопротивления в потребительской сети. Изменение условий работы насоса на сеть позволяет регулировать работу насоса в широком диапазоне. Из графической напорной характеристики центробежных насосов, представляющей собой пологую кривую, видно, что с увеличением подачи уменьшается напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется зона оптимальной работы, представляющая собой энергетическую характеристику, определяющая крутизну и максимальную величину КПД. Рабочая точка на кривые характеристики соответствует максимальному значению КПД насоса.

Местоположение рабочей точки на характеристике определяется "сопротивлением сети". Если менять сопротивление сети, например, закрывая задвижку на напорной линии, то рабочая точка будет смещаться по кривой влево в пределах рабочей зоны, т.е. центробежный насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как "вынужден" работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки.

Другим способом изменения условий работы насоса на сеть является байпасирование, представляющее собой установку регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание.

В потребительской сети байпасирование приводит к снижению подачи. В результате в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс). Снижение напора с помощью перепуска жидкости с напорной линии во всасывающую обеспечивает снижение напора на 10…30 % в зависимости от крутизны напорной характеристики насоса.

2.5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА

В соответствии с действующими инструкциями к эксплуатации в ремонте насосного оборудования должны допускаться квалифицированные механики и слесари, знающие конструкции центробежных и приводных плунжерных насосов и обладающие определенным опытом обслуживанию, ревизии (сборка, разборка), ремонту, а при необходимости и проверки или испытанию этих насосов. Кроме того, рабочие ремонтирующие насосы, должны быть инструктированы в соответствии с правилами по технике безопасности, действующими на данной перекаченной станции магистрального продуктопровода или нефтепровода.

Вращающиеся или движущиеся механизмы, или отдельные детали насосов, двигателей трансмиссий должны иметь надежные ограждения, исключающие опасность для персонала, обслуживающего насосные агрегаты. Рабочие помещения насосной перекачечной станции должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией, обеспечивающей взрывобезопасность условий ее эксплуатации. Исправление или ремонт вращающихся, или движущихся частей или деталей во время работы насоса деталей не допускается.

Останавливать насос на ремонт с его разборкой можно только по разрешению начальника перекачечной станции. Насос, подвергаемый ревизии, должен быть остановлен и отключен от трубопроводов, а оставшаяся в нем жидкость должна быть с дренирована.

При ремонте насоса в помещении насосной (если, кроме ремонтируемого, здесь работают и другие насосы, перекачивающие нефть или нефтепродукты) необходимо принимать меры, предотвращающие появление искр. Например, инструмент, которым здесь разрешается пользоваться, должен быть обязательно покрыт медью (омеднен). Персоналу, занятому ремонтом (равно как и обслуживающему действующие насосные агрегаты), категорически запрещается вести какие-либо огневые работы, зажигать огонь, курить и т.п. Во избежание несчастных случаев из-за прорыва прокладок горизонтальных фланцевых разъемов корпусов центробежных насосов, последние должны иметь ограждения в виде козырьков из железа толщиной 1,5-2 мм. При ремонте центробежного или приводного плунжерного насоса с приводом от электродвигателя последний обесточивают, а на его пусковом устройстве вывешивают плакат "Не включать”.

Обслуживающий персонал станции и ремонтные рабочие должны спецодежду, рукавицы, а в отдельных случаях предохранительные очки.

Набивку сальников, а также торцовые уплотнения вала разрешается заменять только при остановленном насосе. во время разборки насоса нефть или нефтепродукты следует немедленно убрать.

Выявление и устранение неисправностей.

. Насос работает нормально, но процесс дозирования прерван:

а) закупоривание клапана - прочистите клапаны или замените их, если невозможно устранить засор;

б) чрезмерная высота всасывания - расположите насос или резервуар таким образом, чтобы снизить высоту всасывания (насос под водоприёмником);

в) чрезмерно вязкая жидкость - уменьшите высоту всасывания или используйте насос с большей пропускной способностью.

. Недостаточная пропускная способность насоса: а) утечка клапана - убедитесь, что кольцевые гайки затянуты правильно;

б) чрезмерно вязкая жидкость - используйте насос с большей пропускной способностью или уменьшите высоту всасывания (насос под водоприёмником);

в) частичное закупоривание клапана - прочистите клапаны или замените их, если невозможно устранить засор.

. Чрезмерная или нерегулярная пропускная способность насоса:

а) сифонный эффект при нагнетании - проверьте монтаж инжекционного клапана. Установите клапан обратного давления, если этого недостаточно;

б) прозрачная полихлорвиниловая трубка при нагнетании - используйте непрозрачную полиэтиленовую трубку при нагнетании;

в) насос откалиброван неверно - проверьте пропускную способность насоса, связанную с давлением системы.

. Нарушена диафрагма:

а) чрезмерное обратное давление - проверьте давление системы. Проверьте не заблокирован ли инжекционный клапан. Проверьте, присутствует ли засорение между нагнетательными клапанами и точкой нагнетания;

б) работа при отсутствии жидкости - проверьте наличие фильтра (клапана) основания. Используйте датчик уровня, который, останавливает насос, когда химический продукт в резервуаре израсходован;

в) мембрана эксплуатировалась неправильно - если была произведена замена мембраны, убедитесь, что она натянута правильно.

. Насос не запускается:

а) недостаточное электропитание - убедитесь, что данные заводской таблички насоса соответствуют параметрам электрической сети.



3. ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИДРОКЛАПАНА ДАВЛЕНИЯ

Гидравлические клапаны давления могут применяться:

- для предохранения объемного гидропривода от давления, превышающего установленное, путем слива клапаном в бак расхода жидкости, подаваемой насосом;

- поддержания определенного требуемого давления путем непрерывного слива рабочей жидкости, не пропускаемой дросселем, при дроссельном регулировании с выполнением переливной функции;

? поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом или управляющих потоках и пропускания потока рабочей жидкости при достижении заданной величины давления в этих потоках с выполнением функции разности давлений и последовательности.

Таким образом, в зависимости от назначения и схемы включения гидравлические клапаны давления могут выполнять различные функции и применяться в качестве:

? предохранительных клапанов;

? переливных клапанов;

? клапанов разности давлений;

? клапанов последовательности.

Гидроклапаны давления имеют конструкцию (рис. 1.2, а), обеспечивающую их подключение по требуемой схеме в зависимости от выполняемых функций (рис. 1.2, б, в, г, д), для чего в соответствующие каналы устанавливаются пробки (см. рис. 1.2, б, в, г, д). Этим достигается необходимое соединение гидравлических линий внутри корпуса клапана (см. рис. 1.2, а) и последовательное или параллельное подключение клапана в гидравлическую схему.



Гидроклапан давления (см. рис. 1.2, а) состоит из корпуса 1, вкотором находится золотник 2, поджатый с торца расположенной в корпусе 3 пружиной 4, усилие которой регулируется винтом 5, и имеет полости подвода Р и отвода А в гидравлическую систему привода или Т ? на слив в бак. Кроме того, в клапане имеются вспомогательные полости, а под золотником и б - над золотником, каналы управления в, г, д, е, ж, з и демпферное отверстие и.

В нормальном состоянии, если сила от давления рабочей жидкости на нижний торец золотника 2 в полости a не превышает усилие регулируемой пружины 4 и силу от давления рабочей жидкости на верхний торец золотника в полости б, золотник 2 находится в нижнем положении (см. рис. 1.2, а). В этом положении полости подвода Р и отвода А и Т разъединены. В случае превышения давления в полости a золотник 2 перемещается вверх и полость подвода Р через проточку на золотнике соединяется с полостью отвода А или Т. Таков принцип работы гидроклапана давления в общем случае.

Однако в зависимости от способа управления, т. е. каналы управления используются независимо или соединяются с основными линиями и как они соединяются, могут быть четыре способа подключения гидроклапана давления (см. рис. 1.2, б, в, г, д), имеющие различное функциональное назначение.

3.1 ВИДЫ ФУНКЦИЙ И СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЙ ГИДРОКЛАПАНОВ ДАВЛЕНИЯ

Гидроклапан давления первого исполнения (см. рис. 1.2, б) может применяться в качестве предохранительного или переливного клапана, подсоединяемого параллельно напорной линии на слив, а также клапана разности давлений, подсоединяемого последовательно. При работе гидроклапана давления по схеме первого исполнения (см. рис. 1.2, б) рабочая жидкость подводится в полость Р и поступает по каналам управления е, ж, з (см. рис.1.2, а) и демпферному отверстию и во вспомогательную полость а, в которой создается давление на нижний торец золотника 2. Полость отвода Т предохранительных и переливных клапанов соединяется со сливом, а полость А клапанов разности давления и последовательности ? с гидросистемой.

Переливной и предохранительный гидроклапаны давления устанавливаются в гидросистемах приводов параллельно напорной магистрали и насосу. Переливной клапан давления при дроссельном регулировании расхода рабочей жидкости при максимальном давлении в системе, превышающем настроенное, переходит в качество предохранительного. При объемном регулировании расхода подключенный параллельно предохранительный клапан давления становится переливным в случае, когда давление в системе достаточное для смещения запирающего золотника и слива части рабочей жидкости в бак.

Примеры применения гидроклапанов давления в гидросистемах в качестве предохранительного или переливного, а также разности давления и последовательности приведены на рис. 1.3 и 1.4.



3.2 ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОКЛАПАНА ДАВЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО

При применении гидроклапана давления КД1 в качестве предохранительного, преимущественно в системе с объемным гидроприводом (см. рис. 1.2, б и 1.3, а), в нормальных условиях при давлении в системе, меньшем давления минимального открытия клапана, он закрыт и поток рабочей жидкости через него не проходит. При достижении давления настройки клапана часть расхода насоса можетпереливаться через него в бак и давление в напорной магистрали не будет превышать давления настройки клапана.

Клапан срабатывает и полностью открывается при достижениимаксимального давления в гидросистеме по каким-либо причинам, например, превышения допустимой нагрузки на цилиндр, остановки на упоре и т. д. В этом случае давление в подводящей линии Р, а, следовательно, и в полости, а на нижнем торце золотника 2 возрастает (см. рис. 1.2, а). При этом сила давления на нижний торец золотника 2 может превысить усилие регулируемой пружины 5 и сместить золотник 2 на величину, которая через выточку на золотникеобеспечивает соединение напорной линии Р со сливной линией T и перелив в бак всего расхода жидкости насоса.

3.3 ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОКЛАПАНА ДАВЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПЕРЕЛИВНОГО

При применении гидроклапанов давления КД3, КД4, КД6, КД8 и КД11 в качестве переливных клапанов (см. рис. 1.2, б, 1.3 и 1.4), преимущественно в системах с дроссельным регулированием при установке дросселя последовательно на входе или выходе, через клапан рабочая жидкость постоянно переливается в бак ввиду ограничения расхода жидкости в систему дросселирующим аппаратом.

Рабочая жидкость, которая не прошла в систему, в полости, а (см. рис. 1.2, а) создает на золотник 2 такое давление, которое преодолевает усилие жесткости настроенной пружины 5. При этом золотник 2 смещается на некоторую величину до равновесного состояния, образуется дросселирующая щель определенных размеров и полости Р и Т клапана соединяются. В результате этого гидроклапана постоянно находится в приоткрытом состоянии при равновесном положением золотнике 2 и часть жидкости переливает в бак, обеспечивая поддержание постоянным требуемого настроенного давления в системе.

3.4 ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОКЛАПАНА ДАВЛЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

При применении гидроклапанов давления КД2 и КД5 в качестве клапанов разности давлений (см. рис. 1.2, б и 1.3) полость Р соединяется с напорной линией, а полость отвода А ? с какой-либо другой гидравлической линией системы (см. рис. 1.2, б), кроме сливной, т. е. клапан подсоединяется в систему последовательно. Так как полость, а нижнего торца золотника соединена с полостью Р, а полость б верхнего торца золотника ? с полостью А, то разность давлений в подводящем и отводящем потоках будет определяться усилием регулируемой пружины и поддерживаться постоянной независимо от изменения давленая в гидравлической системе.

3.5 ГИДРОКЛАПАН ДАВЛЕНИЯ КАК КЛАПАН ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

При применении гидроклапанов давления КД7, КД9 и КД10 в качестве клапанов последовательности (см. рис. 1.3, б и 1.4) используются второе, третье и четвертое исполнения (см. рис. 1.2, в, г, д). При работе гидроклапана давления по второй схеме исполнения (см. рис. 1.2, в) в канал е устанавливается пробка (см. рис. 1.2, а), а через канал з под нижний торец золотника подводится управляющий поток х. Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода Р в полость отвода А или Т обеспечивается только при достижении в линии управления х соответствующей величины давления, определяемой настройкой регулируемой пружины 5 и величиной давления в отводимом потоке. В этом случае усилие на нижний торец золотника от давления в управляющем потоке превышает усилие пружины и усилие от давления в полости б на верхний торец, золотник 2 поднимается и соединяет полости Р и А или Т. При этом обеспечивается постоянная разность давлений в специально управляющем х и отводимом в систему А потоках.