Спеціальні типи поршневих і відцентрових насосів

Для переміщення хімічно активних і токсичних рідин, а також рідин, які містять тверді домішки, застосовують поршневі і відцентрові насоси спеціальних конструкцій наведені нижче.

Діафрагмові (мембранні) насоси. Ці насоси (рис.1.7) відносяться до поршневих насосів простої дії і застосовуються для перекачування суспензій і хімічно агресивних рідин. Циліндр 1 і плунжер 2 насоса відділені від перекачуючої рідини еластичною перегородкою 3 – діафрагмою (мембраною) з м’якої резини чи спеціальної сталі, внаслідок чого плунжер не стикаєтьсяз перекачуваною рідиною і не піддається впливу хімічно активних середовищ або ерозії. Під час руху плунжера вверх діафрагма під дією різниці тисків по обидві сторони прогинається вправо і рідина всмоктується в насос через шаровий клапан 4. Під час руху плунжера вниз діафрагма прогинається вліво і рідина через нагнітальний клапан 5 витісняється в напірний трубопровід. Усі частини насоса, які стикаються з перекачуючою рідиною – корпус, клапанні коробки, шарові клапани, виготовляють із кислотостійких матеріалів або захищають кислотостійкими покриттями.

Безсальникові насоси. Для відцентрових насосів велике значення має надійна конструкція сальників – ущільнень валу, забезпечуюче усування витоку перекачуваної рідини. Незадовільна робота сальників приводить також до підвищеного зношування вала, тривалих і частих простоїв насоса, різкого збільшення експлуатаційних витрат.

Повне усунення витоку перекачуючої рідини, неминуче під час експлуатації насоса з сальниковим ущільненням, досягається в безсальниковому насосі (рис.1.8). У корпусі 1 встановлюється робоче колесо 2, на якому встановлене додаткове колесо 3, обладнане радіальними лопатками, що відкачує протікшу за колесо рідину в порожнину нагнітання насоса, усуваючи тим самим витік перекачуючої рідини через проміжок між валом і корпусом під час роботи насоса. Під час зупинки насоса витік рідини запобігається спеціальним (стояночним) ущільненням, яке запирає зазор між корпусом і валом у момент виключення насоса. Герметичність цього ущільнення досягається за допомогою двох конічних поверхонь – подовженої втулки робочого колеса 2 і втулки 5. Щільне прилягання конічних поверхонь цих втулок забезпечується за допомогою пружини 4. У момент пуску насоса вал трохи переміщується вліво і ущільнюючі поверхні відходять одна від одної, розмикаючи стояночне ущільнення.

Рисунок. 1.7. Схема діафрагмового (мембранного) насоса: 1 – циліндр; 2 – плунжер;

3 – діафрагма (мембрана); 4 – всмоктуючий клапан; 5 – нагнітальний клапан

 

Рисунок. 1.8. Схема без сальникового насоса: 1 – корпус; 2 – робоче колесо;

3 – додаткове колесо; 4 – пружина; 5 – втулка

 

Всі деталі насоса, які стикаються з перекачуючою рідиною, виготовляються з антикорозійних матеріалів.

Заглибні насоси. Різновидністю безсальникового відцентрового насоса можна вважати заглибний насос (рис.1.9). Робоче колесо 1 укріплене на нижньому кінці вертикального вала 2 і занурено в перекачуючу рідину. Привід насоса розміщений значно вище рівня рідини в приймальній ємкості. Рідина засмоктується через патрубок 3 і подається по напірних трубах 4, на яких підвішений корпус насоса.

 

Рисунок. 1.9. Схема заглибного насоса: 1 – робоче колесо; 2 – вал; 3 – всмоктуючий патрубок; 4 – напірні труби; 5 – підшипник

 

Герметичні насоси. Ці насоси застосовують для перекачування хімічно агресивних і токсичних рідин. Робоче колесо 1 такого насоса (рис. 1.10) встановлене безпосередньо на валу асинхронного електродвигуна (який розміщений в корпусі 6), ротор 2 якого занурений в перекачуючу рідину. Ротор відділений від статора 3 герметичним екраном 4 – циліндровою обгорткою з немагнітної нержавіючої сталі. Перекачуюча рідина слугує змазкою для підшипників 5 ротора і одночасно охолоджує його.

Рисунок. 1.10. Схема герметичного насоса: 1 – робоче колесо; 2 – ротор електродвигуна; 3 – статор електродвигуна; 4 – екран; 5 – підчипники; 6 – корпус

 

У герметичних насосах із екранованим електродвигуном збільшуються електричні втрати і знижується ККД двигуна, проте досягається повна герметичність, яка неможлива в насосів із сальниковими ущільненнями. Герметичні насоси надійні в експлуатації (особливо при підвищених тисках на стороні всмоктування) і знаходять все більш широке застосування в хімічній промисловості.

Насоси з екранованим електродвигуном відносяться до насосів із герметизацією по внутрішньому контуру, в яких у робочу рідину занурений тільки ротор електродвигуна.

Існують конструкції герметичних насосів, у яких герметизація здійснюється по зовнішньому контуру шляхом заповнення всієї порожнини електродвигуна рідиною. У насосів цього типу ротор і статор занурені в перекачуюче середовище. Інколи порожнину ротора і статора заповнюють нейтральним газом, а зануреним і рідину залишають тільки робоче колесо. Застосування інертного газу запобігає руйнуванню ізоляції статора і ротора, проте погіршує відведення виділяючого під час роботи електродвигуна тепла.

 

Насоси інших типів

Пропелерні (осьові) насоси. Ці насоси застосовують для перекачування великих кількостей рідин при невеликих напорах. Пропелерні насоси застосовують головним чином для створення циркуляції рідин у різних апаратах, наприклад, під час випарювання. Робоче колесо 1 насоса (рис.1.11), за формою близьке до гребного гвинта, розміщене в корпусі 2, рідина захоплюється лопатями робочого колеса і переміщується в осьовому напрямку, одночасно приймаючи участь в обертовому русі. За насосом встановлений направляючий апарат 3 для перетворення обертального руху рідини в поступальний.

Рисунок. 1.11. Схема пропелерного насоса: 1 – робоче колесо; 2 – корпус; 3 – направляючий апарат

 

Вихрові насоси. У цих насосів для передачі енергії від робочого колеса до рідини і створення напору застосовується енергія вихрового руху рідини. Створюючий напір частково забезпечується відцентровими силами, проте більша його частина визначається енергією вихрів, які утворюються в рідині під час обертання робочого колеса.

На рис. 1.12 схематично показана одна з конструкцій вихрового насоса. У корпусі 1 обертається робоче колесо 2 з вифрезерованими лопатями. По периферії колеса в корпусі насоса є кільцевий канал 3, який закінчується нагнітальним патрубком 4. Область вхідного вікна А і напірний патрубок відділяються ущільнюючою ділянкою корпуса В. На цій ділянці зазор між корпусом і колесом не перевищує 0,2 мм. Таким чином створюється ущільнення, яке запобігає перетік рідини з порожними нагнітання в порожнину всмоктування насоса. Рідина надходить через вікно А до основи лопатей, відкидається відцентровою силою в кільцевий канал, у якому отримує вихровий рух, і переміщується вздовж каналу до вихідного патрубка. На цьому шляху рідина неодноразово потрапляє в простір між лопатями, де їй додатково надається механічна енергія. У результаті багаторазового контакту між перекачуючою рідиною і робочим колесом досягаються більш високі напори, ніж у відцентрових насосів.

Рисунок. 1.12. Схема вихрового насоса: А – вхідне вікно; В – ущільнююча ділянка; 1 – корпус, 2 – робоче колесо, 3 – кільцевий канал, 4 – нагнітальний патрубок

 

У вихрових насосах деяких конструкцій (зі спеціальними пристосуваннями) можливе засмоктування рідини. Особливою відмінністю вихрових насосів є також різке збільшення напору і споживаючої потужності зі зменшенням продуктивності.

Лабіринтні насоси. У цих насосах у напір перетворюється вихровий рух рідини. Основним робочим органом лабіринтного насосу є гвинт із багатозаходною нарізкою, який обертається в нерухомій втулці з такою ж нарізкою, проте протилежного напряму. Лабіринтні насоси відрізняються простотою форм робочих органів і відсутністю механічного тертя між гвинтом і втулкою, що дозволяє виготовляти ці насоси з різноманітних матеріалів (пластмас, кераміки, графіту, резини і т.п.) і застосовувати їх для перекачування різних хімічно активних середовищ.

Шестеренні насоси (рис. 1.13). У корпусі 1 такого насосу встановлені дві шестерні 2, одна з яких (ведуча) приводиться в рух від електродвигуна. Коли зуби шестерен виходять із зачеплення, утворюється розрідження, під дією якого відбувається всмоктування рідини. Вона надходить в корпус, захоплюється зубами шестерен і переміщується вздовж стінок корпуса в напрямку обертання. В області, де зуби знову входять в зачеплення, рідина витісняється і надходить в напірний трубопровід.

 

Рисунок. 1.13. Схема шестерного насоса: 1 — корпус; 2 — шестерні.

Гвинтові насоси. Робочим органом гвинтового насоса (рис.1.14) є ведучий гвинт 1 і декілька ведомих гвинтів 2, розміщених в обоймі 3, встановленій всередині корпуса 4.

Переважне застосування в промисловості отримали насоси, які мають три гвинта – один ведучий і два ведомих (як показано на рисунку). Обойма 3 має порожнину, всередині якої обертаються три гвинта, які мають паралельні вісі: середній – ведучий – і два однакових ведомих гвинта меншого зовнішнього діаметра. Гвинти знаходяться з зачепленні. Нарізка гвинтів має спеціальну форму і утворює в місцях взаємного торкання гвинтів герметичні ущільнення, які розділяють насос по довжині на ряд замкнутих порожнин. Напрям нарізки кожного ведомого гвинта протилежний напряму нарізки ведучого. Так, наприклад, якщо ведучий гвинт має праву нарізку, то – ведомий – ліву. Усі гвинти зазвичай виконуються двозаходними. Співвідношення розмірів гвинтів вибрані такими, що ведомі гвинти отримують обертання не від ведучого гвинта, а під дією тиску перекачуючої рідини. Тому немає необхідності в установці зубчатої передачі між ведучим і ведомим гвинтами.

Під час обертання гвинтів рідина, заповнюючи впадини в нарізках, переміщується за один оберт вздовж осі насоса на відстань, яка дорівнює кроку гвинта. Ведомі гвинти при цьому відіграють роль герметизуючих ущільнюючих обгорток, які перешкоджають перетіканню рідини з камери нагнітання в камеру всмоктування. З камери нагнітання рідина витісняється в напірний трубопровід. Як видно з описаного принципу дії гвинтових насосів, вони повинні бути віднесені до об'ємних насосів.

Тиск, що розвивається гвинтовими насосами, залежить від кількості кроків гвинтової нарізки і збільшується зі зростанням відношення довжини гвинта до його діаметра.

Рисунок. 1.14. Схема гвинтового насоса: 1- ведучий гвинт; 2 – ведомий гвинт; 3 – обойма; 4 – корпус

 

Одногвинтові (героторні) насоси (рис.1.15). У корпусі 1 насоса, в якому укладений циліндр 2з внутрішньою профільованою гвинтовою поверхнею, названою обоймою, встановлюється однозахідний гвинт 3. Між обоймою і гвинтом утворюються замкнуті порожнини, які заповнюються під час роботи насоса рідиною; при обертанні гвинта вони переміщуються уздовж осі насоса.

Рисунок. 1.15. Схема одногвинтового (героторного) насоса:

1 — корпус; 2 — циліндр; 3 — гвинт; 4— всмоктувальна порожнина; 5 — напірний трубопровід.

 

У довільному січенні насоса, у тому числі і в січенні, відповідному входу рідини в насос, при обертанні гвинта об'єм порожнини 4 не залишається постійним, змінюючись від 0 до деякого максимального значення (при визначеному вузлі повороту гвинта). Зі збільшенням об’єму порожнини 4відбувається всмоктування рідини, яка захоплюється гвинтом і переміщується в осьовому напрямку до напірного трубопроводу 5.

Обойми одногвинтових насосів і гвинти можуть бути виготовлені з різних корозійностійких матеріалів, що дозволяє використовувати ці насоси для перекачування агресивних рідин.

Пластинчаті насоси (рис.1.16). Такий насос являє собою масивний циліндр 1з прорізами постійної ширини (ротор), який розташований ексцентрично в корпусі 2. Вал ротора через сальник у торцевій кришці виводиться з корпусу для з'єднання з валом електродвигуна. У прорізі циліндра вставляються прямокутні пластини 3, які під час обертання ротора під дією відцентрової сили щільно притискаються до внутрішньої поверхні циліндра, розділяючи серповидний робочий простір 4 між корпусом і ротором на камери. Об'єм кожної камери збільшується під час руху пластини від всмоктуючого патрубка 5 до вертикальної осі насоса, у результаті чого в камері створюється розрідження, і відбувається всмоктування рідини через патрубок 5.Під час руху пластини від вертикальної осі у напрямку обертання об'єм камери зменшується і рідина витісняється з насоса в напірний трубопровід 6.

Струменеві насоси (рис.1.17). У цих насосах для переміщення рідин і створення напору використовують кінетичну енергію іншої рідини, яку називають робочою. Як робочі рідини застосовують пар або воду.

Робоча рідина І надходить з великою швидкістю з сопла 1через камеру змішення 2в дифузор 3, захоплюючи за рахунок поверхневого тертя перекачуючу рідину ІІ. У найвужчій частині дифузора швидкість суміші робочої і перекачуючої рідин досягає найбільшого значення, а статичний тиск потоку, відповідно до рівняння Бернуллі, стає якнайменшим. Перепад тиску в камері змішення і дифузорі забезпечує подачу рідини ІІ в камеру змішення зі всмоктуючої лінії. У дифузорі швидкість потоку зменшується, але збільшується потенційна енергія тиску, і рідина під тиском надходить в нагнітальний трубопровід.

Пароструменеві насоси застосовують у тих випадках, коли допустиме змішування перекачуючої рідини з водою, що утворюється під час конденсації пари, і одночасне її нагрівання. Такі насоси часто використовують для подачі води в парові казани.

Рисунок. 1.16. Схемапластинчатого ротаційного насоса: 1– ротор; 2 – корпус; 3 – платини; 4 – робочий простір; 5 – всмоктувальний патрубок; 6 — нагнітальний патрубок.

Рисунок. 1.17. Струменевий насос: І - робоча рідина; ІІ - перекачуюча рідина; ІІІ – суміш; 1 – сопло; 2 – корпус насоса; 3 – дифузор.

Монтежю (рис. 1.18) являє собою горизонтальний чи вертикальний резервуар 1, в якому для перекачування рідини використовується енергія стисненого повітря або інертного газу. Монтежю працює періодично.

Рідина надходить у монтежю по трубі наповнення через відкритий кран 2, для чого відкривають кран-повітряник 3 (якщо наповнення відбувається під атмосферним тиском) або кран 4, сполучаючи монтежю з вакуум-лінією (якщо наповнення відбувається під вакуумом). При перетискуванні рідини закривають крани2, 3 і 4 і відкривають кран 6 на нагнітальній трубі 7 і кран 5 подачі стисненого газу, тиск якого контролюють за манометром. Після спорожнення монтежю закривають крани 5 і 6 і відкривають кран 3 для контакту монтежю з атмосферою.

Особливістю монтежю є відсутність в них рухаючих частин, які найбільш швидко руйнуються через стирання і корозію. Тому монтежю застосовують для перекачування забруднених, хімічно агресивних і радіоактивних рідин не дивлячись на низький ККД (10-20%).

Рисунок. 1.18. Монтежю: 1 – корпус; 2—6 — крани; 7 — труба для передавлювання.

Рисунок. 1.19. Повітряний підйомник: 1 – труба для подачі стислого повітря; 2 – змішувач; 3 – підйомна труба; 4 – відбійник; 5 – збірка.

Повітряні підйомники (ерліфти). Підйомник складається з труби 1для подачі стисненого повітря і змішувача 2(рис.1.19), де утворюється газорідинна суміш, яка внаслідок меншої питомої ваги підіймається по трубі 3.Навиході з неї газорідинна суміш обгинає відбійник 4.При цьомуз суміші виділяється повітря, а рідинапоступає в збірник 5.

Повітряні підйомники мають порівняно низький ККД (25-35%). Особливістю їх є відсутність рухаючих частин.