Конструкция центробежного и струйного насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструкция центробежного насоса

Корпус, состоящий из 2х частей верхней и нижней, которые соединены шпилькой

а) Прокладка

б) Вал

в) Рабочее колесо

г) Подшипник ротора

д) полумуфта

Классификация насоса

1) По величине производительности м3\ч

2) По развиваемому давлению (м.вод.ст.)

а) Низкого до 50

б) Среднего от 50 до 300

в) Высокого Свыше 300

3) По типу рабочего колеса

Нормальное Диагональное

4) По количеству ступеней

центробежный струйный насос кавитация

2. Теоретические и действительные характеристики

Теоретические характеристики - характеристики , которые применимы к насосу в теории без учета погрешностей на сопротивления ,а действительные - те, которые написаны в паспорте и применимы к нашему насосу, с учетом всех сопротивлений.

3. Кавитация в насосах

В результате эксплуатации насосной системы в условиях низких атмосферных давлений, либо при перекачивании высокотемпературных жидкостей, либо при высоте всасывания выше допустимой, в трубопроводе может возникнуть явление кавитации, сопровождаемое характерной вибрацией, потрескиванием, шипением и прочими шумами внутри насоса и ведущее к быстрому износу его рабочего колеса.

В перекачиваемой рабочей жидкости в некоторых участках трубопровода давление потока может понизиться до критического, из-за чего в сплошном потоке образуются множественные пузырьки паров и газов, выделяемых жидкостью, которые под действием разряжения разрастаются до больших пузырей-каверн. Попадая затем в области с давлением выше критического, эти каверны лопаются и бесследно исчезают в результате конденсации. Захлопывание пузырей происходит очень быстро и сопровождается гидравлическими ударами, ведущими к кавитационной эрозии, механически разрушающей поверхности рабочих деталей насосного оборудования и затрудняет его дальнейшую эксплуатацию.

Задачей отводящего устройства является сбор выходящей из рабочего колеса жидкости и частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Кроме спирального отвода, применяют кольцевые и лопаточные отводящие устройства. Вследствие особенностей кинематики потока в спиральных и кольцевых отводах течение жидкой среды в них сопровождается существенными потерями. Поэтому для повышения эффективности центробежного насоса за спиральным отводом устанавливают диффузор, в котором происходит основное преобразование кинетической энергии потока в потенциальную.

Спиральный отвод представляет собой канал, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса, из которого жидкость уходит в напорный патрубок . Осевые сечения этого канала увеличиваются, начиная от языка , соответственно изменению расхода жидкости, протекающей через сечение отвода. Спиральный канал переходит в прямоосный диффузор

Кольцевой отвод -- это канал постоянного сечения, который охватывает рабочее колесо так же, как и спиральный отвод. Кольцевой отвод применяют обычно в насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей. Гидравлические потери в кольцевых отводах значительно больше, чем в спиральных.

Лопаточный отвод представляет собой систему нескольких диффузорных каналов, окружающих рабочее колесо

4. Струйные насосы

Струйные насосы представляют собой разновидность динамического насоса трения. Данные агрегаты не имеют вращающихся частей, в следствие чего жидкость перемещается из-за трения, которое происходит между нею и потоками рабочей жидкости. Основным предназначением струйных насосов является перекачка вязких жидкостей и газов посредством кинетической энергии, создаваемой паром или водой.

Водоструйный насос использует в качестве рабочей жидкости воду. Она с огромной скоростью подается из сопла в камеру смешения, затем поступает в диффузор. В процессе, рабочая жидкость посредством силы трения увлекает за собой перекачиваемую жидкость.

Жидкость поступает в камеру смешения из всасывающей линии за счет перепада давлений непосредственно в камере смешения, а также диффузоре. В последнем, скорость потока падает, а энергия давления растет. В результате этих процессов вещество под напором подается в нагнетательный патрубок.

Выделяют три вида струйных насосов, в зависимости от типов веществ, которые они перекачивают, и какую используют рабочую жидкость:

Ежектор (рабочее и перекачиваемое вещество являются жидкостями);

Элеватор (рабочей жидкостью является вещество, перекачивающее пульпу либо жидкость с другим уровнем температуры);

Инжектор (рабочее вещество является паром, а перекачиваемое вещество жидкостью).

Струйный насос имеет простую конструкцию, вследствие чего практически не требует ремонта и обладает высокой степенью надежности. Принцип действия основан на движении жидкости, пара или газа по трубе с соплом, которое сужается (благодаря этому жидкость движется с большой скоростью). В подводящей камере поддерживается уровень давления ниже атмосферного. Всасывание осуществляется из трубопровода, который соединен с камерой. Затем, жидкости объединяются и смешиваются во второй камере, после чего смесь попадает в диффузор и далее в резервуар.

Основным параметром струйного насоса является коэффициент подсоса, который определяется соотношением объема рабочей жидкости и перекачиваемого вещества. У данного типа насосов невысокий коэффициент полезного действия, но не смотря на это, они абсолютно незаменимы в ряде случаев. Так, в пищевой промышленности струйные насосы используются, когда нужно откачать жидкость из резервуара и невозможно применить агрегаты другого типа.

Струйные насосы часто используются в качестве дополнительного оборудования, благодаря тому, что они легко монтируются с другими видами насосов:

в системах канализации;

пожаротушения;

в единой системе с лопастными насосами для повышения уровня эффективности;

в единой системе с центробежными насосами для откачивания в них воздуха перед запуском в работу.

Помимо этого, струйные насосы применяются в областях, где использование лопастных насосных установок неэффективно (на пример в процессе перекачивания загрязненных или агрессивных веществ) а также в единой системе с лопастными насосами для повышения уровня эффективности работы.

Данные насосы чаще монтируются друг с другом последовательно, очень редко - параллельно. Агрегаты производятся с изменяемым соплом, что позволяет манипулировать характеристиками насоса в заданном диапазоне.

В редких случаях, струйные насосы работают с резервуаром высокого давления, где находится активное вещество. Данные агрегаты могут рассматриваться также как часть тепловых насосов, т.к. при подаче пара под низким давлением происходит снижение уровня температуры в сопле, а при подаче под высоким давлением - диффузор нагревается. Благодаря этому, струйные насосы применяются в системах кондиционирования.

Струйные насосы: преимущества

К основным преимуществам струйных насосов перед остальными видами насосных аппаратов можно отнести простоту конструкции, долговечность в использовании, надежность, малую чувствительность к агрессивным веществам. Во многом, перечисленные выше плюсы конструкции можно объяснить отсутствием в ней вращающихся частей. Струйные насосы обладают небольшими габаритами, размерами и массой. Они требуют минимальных эксплуатационных расходов.

Струйные насосы: область применения

Струйные насосы обладают наиболее широким разнообразием конструкций, вследствие чего широко используются в самых разных отраслях промышленности как самостоятельные аппараты, так и в составе других насосных установок. Данные насосы незаменимы при работе с щелочами и кислотами, жидкостями содержащими мазут и примеси, солями. Они функционируют в областях, где необходимо дозированное смешивание и растворение различных типов сред. Струйные насосы безотказно работают в экстремальных ситуациях, связанных с аварийным отключением воды на промышленных объектах, предотвращением кавитации, перекачиванием опасных жидкостей, а также при работах на реакторах.

Шестеренный насос имеет две шестерни, которые располагаются в корпусе. Одна из шестерен активируется при помощи электродвигателя расположенного на оси, а вторая вращается в результате плотного зацепления зубьев. В процессе работы зубья колес захватывают жидкость, отжимают ее к стенкам корпуса и перемещают на сторону нагнетания, прочь от стороны всасывания. Благодаря тому, что зубья плотно сцеплены, переток рабочей жидкости в обратном направлении практически исключен.

Число зубьев может быть сокращено до двух, но при этом элементы совершающие вращения будут иметь очертания, напоминающие восьмерку.

В нагнетателе данного типа должен быть обеспечен привод от двигателя обоих элементов, т.к. они не имеют зацепления в отличие от зубчатых насосов.

По характеру вытеснения шестеренные насосы относятся к роторно-вращательным машинам и являются традиционными представителями роторных гидромашин с вытеснителями в форме зубчатых колес. В таких насосах вытесняемая жидкость двигается в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения и переносится из всасывающей в нагнетательную полость. Вытеснители, при этом, совершают исключительно вращательные движения.

Насос внешнего типа зацепления шестерен получил наибольшее распространение. Такой насос имеет две одинаковые цилиндрические шестерни, одна из которых выполняет функцию ведущей, вторая является ведомой. Обе шестерни расположены в плотном корпусе (статоре). По мере того, как шестерни вращаются, жидкость, находящаяся во впадинах зубьев, перекачивается из полости всасывания в полость нагнетания. Насосы с шестернями внешнего зацепления имеют несложную и одновременно надежную конструкцию, обладают небольшой массой.

Насосы с шестернями внутреннего зацепления являются компактными, но сложными в изготовлении конструкциями.

При необходимости увеличить подачу, используются трех и более шестеренные насосы. В таком насосе шестерни располагаются вокруг одной центральной ведущей шестерни. Для того, чтобы повысить уровень давления рабочей жидкости, используются многоступенчатые шестеренные насосы. Подача каждой следующей ступени таких насосов меньше подачи предыдущей. Перепускной клапан обеспечивает отвод излишка жидкости.

Преимущества шестеренного насоса

Шестеренные насосы получили широкое распространение в самых различных отраслях промышленности благодаря ряду преимуществ перед насосами прочих типов. Ключевыми преимуществами таких насосов являются надежность, компактность, простота конструкции, относительно высокий показатель КПД. Кроме того, в шестеренных насосах нет рабочих органов, которые подвергаются воздействию центробежной силы, что делает возможным их эксплуатацию при частоте вращения 20 с-1. Помимо этого, шестеренные насосы способны создавать высокий уровень давления, перекачивать вязкие и горячие вещества, а также изменять направление перекачки жидкости.

Достоинства такого типа нагнетателя заключается в простоте и компактности конструкции, отсутствии клапанов, а также возможности использования в качестве приводов высокоскоростных электродвигателей, риверсивность, возможность получения высокого уровня давления (5 МПа для шестеренных насосов и 0.5 МПа для насосов «восьмерочного» типа).

5. Поршневой насос

В поршневом насосе простого действия вытеснитель соединяется посредством штока с кривошипно-шатунным механизмом и таким образом, двигается возвратно-поступательно внутри цилиндра. При движении поршня вправо, в рабочей камере создается пустота. Как результат, клапан всасывает рабочую жидкость в камеру через трубопровод. При совершении поршнем обратного хода (влево) нагнетательный клапан находится в открытом положении, всасывающий, соответственно, в закрытом положении. Так, жидкость нагнетается в напорный трубопровод. Чтобы повысить показатель производительности поршневых насосов, их зачастую изготавливают двойными, тройными и т.д. Поршни в таких насосах активируются посредством одного коленчатого вала.

Преимущества поршневых насосов

Преимуществами поршневых насосов, перед другими видами насосных установок являются:

Независимость подачи жидкости от напора, что делает возможным их применение как насосов дозаторов;

Сравнительно высокий показатель КПД (выше, чем на пример у центробежных агрегатов);

Тихоходность

Поршневые насосы подают жидкость прерывисто и обладают значительными габаритами в сравнении, на пример, с центробежными насосами. Они сложны в конструкции, но при этом могут создавать большие напоры. Данный вид насосов используют для работы с чистыми жидкостями, т.к. они оснащены клапанами. Примеси в рабочей жидкости способны привести к поломке.

6. Винтовой насос

Винтовой насос -- насос, в котором напор нагнетаемой жидкости достигается посредством вытеснения жидкости винтовыми роторами (одним или несколькими), совершающими обороты внутри статора соответствующей формы. По характеру воздействия рабочих органов, винтовые насосы относятся к объемным.

Винтовые насосы относятся к роторно-зубчатым и могут быть изготовлены из шестеренных насосов через сокращение числа и увеличение угла наклона зубьев шестерен.

Винтовой насос состоит из ротора (единственной движущейся детали, число заходов «m») и статора (внутренней спирали, число заходов «m+1»). Жидкость перекачивается путем перемещения вдоль оси винта, не имея возможности перемещаться назад благодаря замкнутому пространству, которое создают винты при вхождении винтовыми выступами в канавки смежного винта.

Температура.

Тип статора насоса определяет максимальный уровень рабочей температуры жидкости.

Помимо этого, температура может определяться природой жидкости и условиями функционирования насосной установки.

Параметры забора жидкости.

Винтовая насосная установка является самовсасывающей, в том числе, при небольших объемах подачи, а при работе с водой с такими показателями температуры как 20 °C, удельным весом 1 и уровнем вязкости 1°, создаваемый ею напор составляет 7 м водного столба.

Характеристики подачи.

Винтовые насосы функционируют по объемному принципу с прямым вытеснением жидкости, что способствует постоянной, ровной и не подверженной резким колебаниям подачи потока вещества.

Допустимые для работы жидкости.

Винтовые насосы имеют повышенный уровень химической и механической устойчивости благодаря тому, что статор выполнен из эластомерного материала. Данные насосы используются для перекачки любых жидкостей, обладающих аномальной (неньютоновской) вязкостью. Помимо этого, винтовые насосы способны перекачивать жидкости, содержащие твердые частицы (кроме абразивных) без ущерба для уровня производительности.

Пусконаладка и регулировка

В целях защиты статора насоса необходимо залить в насос жидкость для перекачки. После этого, необходимо проверить, что запорные клапаны входного и выходного патрубков насоса открыты. В случае, если насос имеет двигатель постоянного действия с регулируемой частотой вращения, для регулировки скорости потока вещества, непосредственно на насосе необходимо установить нужную скорость подачи или установить регулировочный клапан между его входом и выходом.

Меры безопасности.

При включении насоса, необходимо соблюдать ряд мер безопасности. Включение насоса без заливки среды может привести к деформации статора, поэтому запрещается включение насоса без жидкости!

Следует, также, избегать регулировки величины подачи насоса путем закрытия подающего клапана, т.к. это приводит к деформации приводного механизма и двигателя, в случае, если они не имеют реле защиты от перегрузок.

Долговечность. Винт приводится в движение электродвигателем и при вращении не контактирует с внутренней поверхностью корпуса насоса. Это снижает трение до минимума, за счёт чего и обеспечивается длительный срок службы.

Среда перемещается в насосе с постоянным осевым направлением течения. Благодаря этому на выходе насос будет выдавать продукт ровным потоком, без пульсаций. Насос имеет низкие показатели шумового загрязнения. Так же, поскольку движущиеся части насоса обладают низкой инерцией, то пусковой момент и вибрация будут иметь низкие значения.

Насос имеет высокую всасывающую способность.

В целях обеспечения безопасной работы насоса, двигателя, системы трубопроводов, все насосы повышенной мощности оснащены предохранительными клапанами. В случае, если рабочее давление превышает максимальное давление, на которое рассчитана система (например, нагнетающий трубопровод), срабатывает предохранительный клапан и излишки продукта будут направлены через байпас обратно в камеру всасывания.

Преимущества винтового насоса

Винтовые насосы обладают рядом преимуществ перед насосными установками других типов. Так, в отличие от центробежных, винтовые насосы перекачивают жидкость ровным, не пульсирующим потоком, что позволяет не перемешивать жидкость и сохранять ее структуры.

В отличие от импеллерных, самовсасывающие винтовые насосы лучше работают с более густыми веществами, а так же на выходе имеют показатели давления вплоть до 4-24 бар.

Перед поршневыми и плунжерными насосами, преимущество винтовых насосов заключается в равномерной подаче жидкости, а также способность перекачивать смеси из жидкой и твердой фаз, не повреждая твердые включения.

Среди ряда преимуществ винтовых насосов, следует отметить высокую способность данных установок к самовсасыванию, а также простоту конструкции, которая делает удобным обслуживание насоса. Насос состоит из трех главных частей: нержавеющего винта, резиновой обоймы и уплотнения вала. Подача жидкости в винтовом насосе пропорциональна скорости вращения, что обеспечивает несложную регулировку параметров насоса при наличии частотного привода. Конструкция обоймы с саморегулируемым зазором обеспечивает высокое давление насоса при небольшом габарите. При увеличении давления зазор между рабочей поверхность винта и обоймы остается постоянным.

Как и прочие виды объемных насосов, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости с глубины до 10 метров. Кроме того, винтовые насосные установки имеют оптимально сбалансированный механизм и, как результат, низкий уровень шума. Данные типы насосов неприхотливы в эксплуатации.

7. Вихревой насос

Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами.

Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие. Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).
Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.

Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками ,помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. В боковых и периферийной стенках корпуса имеется концентричный канал 2, начинающийся у всасывающего отверстия и кончающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 5 в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.

Напор вихревого насоса в 3--7 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и числе оборотов. Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью, т. е. способностью при пуске засасывать жидкость без предварительного заполнения всасывающего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 45%. Наиболее распространенные конструкции имеют КПД 35-38%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Вихревые насосы изготовляют на подачу до 12 л/с. Напор вихревых насосов достигает 240 м, мощность доходит до 25 кВт, коэффициент быстроходности ns=6?40. Число оборотов вихревого насоса так же, как и лопастного, ограничено только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем.

Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью. Для самовсасывания насос должен быть заполнен перед пуском небольшим количеством жидкости. Достаточно даже количества жидкости, какое остается в насосе после предыдущего пуска.
Условия входа жидкости на лопатки колеса вихревого насоса открытого типа и лопастного насоса мало отличаются. Поэтому теория кавитации лопастных насосов применима и для вихревых насосов открытого типа.

У насосов закрытого типа жидкость подводится непосредственно в канал. Следовательно, на рабочее колесо она поступает на большем радиусе, при больших окружных и относительных скоростях. Поэтому кавитационные качества вихревых насосов закрытого типа очень низки. Движение на входном участке канала насоса закрытого типа сложное, так как на движение жидкости из всасывающего патрубка в канал накладывается продольный вихрь. Поэтому аналитический расчет кавитационных качеств насоса закрытого типа в настоящее время невозможен. Для улучшения кавитационных качеств насоса закрытого типа перед вихревым рабочим колесом подключают центробежную ступень. Такой насос называется центробежно-вихревым

Размещено на Allbest.ur