Тема 1. Гідромеханічні процеси

ТЕМА 1. ГІДРОМЕХАНІЧНІ ПРОЦЕСИ

Практичне заняття № 1

Тема 1. Переміщення рідин. Насоси

Мета: ознайомитися з основними видами і конструкціями насосів

Загальні відомості про насоси

Відцентрові насоси

Поршневі насоси

Спеціальні типи поршневих і відцентрових насосів

Насоси інших типів

6. Порівняння і області застосування насосів різних типів

Теоретичні відомості

1. Загальні відомості про насоси

У промисловості важливе значення має транспортування рідких або газоподібних продуктів по трубопроводах як усередині підприємства між окремими апаратами й установками, так і поза ним. При переміщенні рідини по горизонтальних трубопроводах і з нижчого рівня на вищий застосовують насоси. Крім цього, в промисловості застосовують пристосування для транспортування рідин за допомогою стисненого газу (повітря) – гарліфти і монтежю.

Насоси — гідравлічні машини, що перетворюють механічну енергію двигуна в енергію перемішуючої рідини, підвищуючи її тиск. Різниця тисків рідини в насосі і трубопроводі обумовлює її переміщення.

Розрізняють насоси двох типів: динамічні і об’ємні.

У динамічних насосах рідина переміщується під дією сил на незамкнений об’єм рідини, який безперервно сполучається з входом у насос і виходом із нього.

В об’ємних насосах рідина переміщується (витісняється) при періодичній зміні замкненого об’єму рідини, який періодично сполучається з входом у насос і виходом із нього.

Динамічні насоси за видом сил, діючих на рідину, поділяються на: лопасні і насоси тертя.

До лопасних відносяться динамічні насоси, в яких енергія передається рідині під час обтікання лопатей обертаючого робочого колеса (чи декількох колес) насоса.

Лопасні насоси, в свою чергу, поділяються на: відцентрові і осьові, причому у відцентрових насосах рідина рухається через робоче колесо від його центра до периферії, а в осьових – у напрямку вісі колеса.

Насоси тертя являють собою динамічні насоси, в яких рідина переміщується переважно під дією сил тертя. До насосів тертя відносяться, зокрема, вихрові і струменеві насоси.

Група об’ємних насосів включає насоси, в яких рідина витісняється з замкненого простору тілом, яке рухається зворотно-поступально (поршневі, плунжерні, діафрагмові насоси) чи які мають обертовий рух (шестеренні, пластинчаті, гвинтові насоси).

Насоси кожної з вказаних груп розрізняються за конструктивними ознаками.

Основні параметри насосів

Основними параметрами насоса будь-якого типу є продуктивність, напір і потужність.

Продуктивність, чи подача, Q (м³/сек) визначається обсягом рідини, яка подається насосом у нагнітальний трубопровід за одиницю часу.

Напір Н (м) характеризує питому енергію, яку насос надає одиниці ваги рідини, що перекачується. Напір можна представити як висоту, на яку може бути піднятий 1 кг рідини, що перекачується, за рахунок енергії, що надається їй насосом.

Корисна потужність N_п, яка затрачається насосом на надання рідині енергії тиску, дорівнює добутку питомої енергії H на витрату gQ рідини:

де g – питома вага рідини, Q – продуктивність, H – напір.

Потужність на валу N_e більше корисної потужності в зв’язку з втратами енергії в насосі, які враховуються коефіцієнтом корисної дії (ККД) насоса h_н:

.

Коефіцієнт корисної дії h_н характеризує досконалість конструкції і економічність експлуатації насоса. Величина h_н відображає відносні втрати потужності в самому насосі і виражається добутком

,

 

де h_v=Q/Q_Т – коефіцієнт подачі, чи об’ємний ККД, являючий собою відношення дійсної продуктивності насоса Q до теоретичної Q_Т (враховує втрати продуктивності при витіканні рідини через зазори і сальники насоса, а також внаслідок неодночасного перекриття клапанів і виділення повітря з перекачуючої рідини при тиску нижче атмосферного – під час всмоктування);

h_г – гідравлічний ККД – відношення дійсного напору насоса до теоретичного (враховує втрати напору під час руху рідини через насос);

h_мех – механічний ККД, характеризуючий втрати потужності на механічне тертя в насосі (в підшипниках, сальниках та ін.).

Значення h_н залежить від конструкції і ступеня зношеності і в середньому становить: для відцентрових насосів 0,6-0,7; для поршневих насосів 0,8-0,9; для найбільш досконалих відцентрових насосів великої продуктивності 0,93-0,95.

Потужність, яка споживається двигуном, чи номінальна потужність двигуна N_дв, більше потужності на валу внаслідок механічних втрат у передачі від електродвигуна до насосу і в самому електродвигуні. Ці втрати враховуються введенням у останнє рівняння ККД передачі h_пер і ККД двигуна h_дв:

.

Добуток h_нh_перh_дв являє собою повний ККД насосної установки h, який визначається як відношення корисної потужності N_т до номінальної потужності двигуна N_дв і характеризує повні втрати потужності насосною установкою:

.

З рівнянь для визначення коефіцієнта корисної дії h_н і повного ККД насосної установки слідує, що повний ККД насосної установки може бути виражений добутком п’яти величин:

.

Установочна потужність двигуна N_уст розраховується за величиною N_дв з врахуванням можливих перевантажень у момент пуску насоса, виникаючих у зв’язку з необхідністю подолання інерції перебуваючої в спокоїмаси рідини:

,

де b - коефіцієнт запасу потужності; його значення визначають у залежності від номінальної потужності двигуна N_дв, табл. 1.

 

Таблиця 1. Коефіцієнт запасу потужності

Nдв, кВт	Менше 1	1-5	5-50	Більше 50
b	2-1,5	1,5-1,2	1,2-1,15	1,1

 

Відцентрові насоси

У відцентрових насосах всмоктування і нагнітання рідини відбувається рівномірно і безперервно під дією відцентрової сили, що виникає під час обертання робочого колеса з лопатками, вмонтованого в спіралеподібному корпусі.

В одноступінчатому відцентровому насосі (рис. 1.1) рідина із всмоктувального трубопроводу 1 надходить вздовж осі робочого колеса 2 у корпус 3 насоса і, потрапляючи на лопатки 4, здобуває обертальний рух. Відцентрова сила відкидає рідину в канал перемінного січення між корпусом і робочим колесом, у якому швидкість рідини зменшується до значення, рівного швидкості в нагнітальному трубопроводі 5. При цьому, як випливає з рівняння Бернуллі, відбувається перетворення кінетичної енергії потоку рідини в статичний напір, що забезпечує підвищення тиску рідини. На вході в колесо створюється знижений тиск, і рідина з приймальної ємності безперервно надходить у насос.

Тиск, що розвивається відцентровим насосом, залежить від швидкості обертання робочого колеса. Внаслідок значних зазорів між колесом і корпусом насоса розрідження, що виникає під час обертання колеса, недостатнє для підйому рідини по всмоктувальному трубопроводі, якщо він і корпус насоса не залиті рідиною. Тому перед пуском відцентровий насос заливають рідиною, що перекачується. Щоб рідина не виливалася з насоса і всмоктувального трубопровода при заливанні чи насоса при короткочасних зупинках його, на кінці всмоктувальної труби, зануреному в рідину, встановлюють зворотний клапан, оснащений сіткою (на малюнку не показаний).

Рисунок. 1.1. Схема відцентрового насоса: 1 – всмоктувальний трубопровід; 2 – робоче колесо; 3 – корпус; 4 – лопатки; 5 – нагнітальний трубопровід.

 

Напір одноступінчатих відцентрових насосів (з одним робочим колесом) обмежений і не перевищує 50 м. Для створення більш високих напорів застосовують багатоступінчасті насоси (рис. 1.2) які мають кілька робочих коліс 1 в загальному корпусі 2, розташованих послідовно на одному валу 3. Рідина, що виходить з першого колеса, надходить по спеціальному відвідному каналу 4 у корпусі насоса в друге колесо (де їй надається додаткова енергія), із другого колеса через відвідний канал у третє колесо і т.д. Таким чином, орієнтовно (без врахування втрат) можна вважати, що напір багатоступінчастого насоса дорівнює напору одного колеса, помноженому на кількість коліс. Число робочих коліс у багатоступінчастому насосі звичайно не перевищує п'яти.

Рисунок. 1.2. Схема багатоступінчастого насоса: 1 – робоче колесо; 2 – корпус; 3 – вал; 4 – відвідний канал

 

Відцентрові насоси мають ряд важливих переваг. До них відносяться: 1) висока продуктивність і рівномірна подача; 2) компактність і швидкохідність (можливість безпосереднього приєднання до електродвигуна); 3) простота пристрою, що дозволяє виготовляти їх з хімічно стійких, що важко піддаються механічній обробці матеріалів (наприклад, ферросиліду, кераміки і т.п.); 4) можливість перекачування рідин, що містять тверді зважені частинки, завдяки великим зазорам між лопатками і відсутності клапанів; 5) можливість установки на легких фундаментах.

До недоліків відцентрових насосів варто віднести відносно низькі напори, а також зменшення продуктивності при збільшенні опору мережі і різке зниження ККД при зменшенні продуктивності.

 

Поршневі насоси

У поршневому насосі (рис. 1.3) всмоктування і нагнітання рідини відбувається при прямопоступальному русі поршня 1 у циліндрі 2 насоса. Під час руху поршня вправо в замкнутому просторі між кришкою 3 циліндра і поршнем створюється розрідження. Під дією різниці тисків у приймальній ємності і циліндрі рідина піднімається по всмоктувальному трубопроводі і надходить у циліндр через всмоктувальний клапан 4, який при цьому відкривається. Нагнітальний клапан 5 при ході поршня вправо закритий, тому що на нього діє сила тиску рідини, що знаходиться в нагнітальному трубопроводі.

Під час руху поршня вліво в циліндрі виникає тиск, під дією якого закривається клапан 4 і відкривається клапан 5. Рідина через нагнітальний клапан надходить у напірний трубопровід і далі в напірну ємність. Таким чином, всмоктування і нагнітання рідини поршневим насосом простої дії

 

Рисунок.1.3. Схема горизонтального поршневого насоса простої дії:

1 — поршень; 2 — циліндр; 3 — кришка циліндра; 4 — всмоктувальний клапан; 5 — нагнітальний клапан; 6 — кривошипно-шатунний механізм; 7 — ущільнювальні кільця.

 

відбувається нерівномірно: всмоктування — при русі поршня зліва направо, нагнітання — при зворотному напрямку руху поршня. У даному випадку за два ходи поршня рідина один раз всмоктується й один раз нагнітається. Поршень насоса приводиться в рух кривошипно-шатунним механізмом 6, що перетворює обертовий рух вала в зворотно-поступальний рух поршня.

За кількістю всмоктувань чи нагнітань, здійснюючих за один оберт кривошипа або за два ходи поршня, поршневі насоси поділяються на насоси простої і подвійної дії. У залежності від конструкції поршня розрізняють власне поршневі і плунжерні (прямодіючі) насоси.

У поршневих насосах основним робочим органом є поршень 1, оснащений ущільнюючими кільцями 7 (див. рис. 1.3), які пришліфовані до внутрішньої дзеркальної поверхні циліндра. Плунжер, чи скалка, не має ущільнюючих кілець і відрізняється від поршня значним відношенням довжини до діаметра.

На рис. 1.4 представлений плунжерний горизонтальний насос простої дії, у якому роль поршня здійснює плунжер 1, що рухається поступально в циліндрі 2, плунжер ущільнюється за допомогою сальника 3. Плунжерні насоси не вимагають такої ретельної обробки внутрішньої поверхні циліндра, як поршневі, а нещільності легко усуваються підтягуванням або заміною набивки сальника без демонтажу насоса. У зв’язку з тим що для плунжерних насосів немає необхідності в ретельному прогоні поршня і циліндра, їх застосовують для перекачування забруднених і в’язких рідин, а також для створення більш високих тисків. У промисловості плунжерні насоси більш поширені, ніж поршневі.

 

Рисунок. 1.4. Схема горизонтального плунжерного насоса простої дії: 1 - плунжер (скалка); 2 – циліндр; 3 — сальник; 4 — усмоктувальний клапан; 5 — нагнітальний клапан.

 

Більш рівномірною подачею, ніж насоси простої дії, володіють поршневі і плунжерні насоси подвійної дії. Горизонтальний плунжерний насос подвійної дії (рис. 1.5) можна розглядати як сукупність двох насосів простої дії. Він має чотири клапани — два всмоктувальних і два нагнітальних.

 

Рисунок. 1.5. Схема горизонтального плунжерного насоса подвійної дії: 1 – плунжер; 2 – циліндри; 3, 4 – всмоктувальні канали; 5, 6 – нагнітальні канали.

 

Під час руху плунжера 1 вправо рідина всмоктується в ліву частину циліндра 2 через всмоктуючий клапан 3 і одночасно через нагнітальний клапан 6 надходить з правої частини циліндра в напірний трубопровід; при зворотному ході поршня всмоктування відбувається в правій частині циліндра через всмоктувальний клапан 4, а нагнітання — у лівій частині циліндра через клапан 5. Таким чином, у насосах подвійної дії всмоктування і нагнітання відбуваються при кожнім ході поршня, внаслідок чого, продуктивність насосів цього типу більше і подача прямодіючих, ніж у насосів простої дії.

Ще більш рівномірною є подача насоса потрійної дії, чи триплекс-насоса (рис. 1.6). Триплекс-насоси являють собою потрійні насоси простої дії, кривошипи яких розташовані під кутом 120° один від одного. Загальна подача триплекс-насоса складається з подач насосів простої дії, при цьому за один оберт колінчастого вала рідина три рази всмоктується і три рази нагнітається.

Рисунок. 1.6. Схема насоса потрійної дії (триплекс-насоса): 1 – циліндри; 2 – плунжери; 3 – колінчастий вал; 4 – шатун

 

За типом приводу поршневі насоси поділяються на приводні (від електродвигуна) і прямодіючі (від парової машини).

Прямодіючі парові насоси мають привід безпосередньо від парової машини, поршень якої знаходиться на одному штоку з поршнем насоса. Насоси цього типу використовують головним чином на установках, де за умовами безпеки застосування насосів з електричним приводом неприпустимо (вогне- і вибухонебезпечні виробництва), а також при наявності дешевої викидної пари (подача води в парові казани і т.п.).

За кількістю обертів кривошипа (кількості подвійних ходів поршня) розрізняють тихохідні (n=45-60 хв^-1), нормальні (n = 60-120 хв^-1) і швидкохідні (n=120-180 хв^-1) поршневі насоси. У прямодіючих насосів кількість подвійних ходів складає 50-120 за хвилину.

 

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.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Законспектувати теоретичні відомості.

2. Зобразити схеми і законспектувати конструкцію відцентрових насосів: відцентрового, багатоступінчастого, горизонтального поршневого насоса простої дії, горизонтального плунжерного насоса простої дії, горизонтального плунжерного насоса подвійної дії, насоса потрійної дії (триплекс-насоса)

3. Зобразити схеми і законспектувати конструкцію насосів: гвинтового, одногвинтового (героторного), пластинчатого ротаційного, струменевого, монтежю, повітряного підйомника

4. Зробити висновки.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Дайте визначення насосів
2. Які існують типи насосів?
3. Охарактеризуйте типи насосів
4. Що собою являють лопатні насоси і насоси тертя?
5. Вкажіть основні параметри насосів
6. Конструкція і принцип роботи відцентрового насоса
7. Конструкція і принцип роботи багатоступінчатого насоса
8. Конструкція і принцип роботи горизонтального поршневого насоса простої дії
9. Конструкція і принцип роботи горизонтального плунжерного насоса простої дії
10. Конструкція і принцип роботи плунжерного насоса подвійної дії
11. Конструкція і принцип роботи насоса потрійної дії (триплекс-насоса)
12. Конструкція і принцип роботи діафрагмового (мембранного) насоса
13. Конструкція і принцип роботи безсальникового насоса
14. Конструкція і принцип роботи заглибного насоса
15. Конструкція і принцип роботи герметичного насоса
16. Конструкція і принцип роботи пропелерного насоса
17. Конструкція і принцип роботи вихрового насоса
18. Конструкція і принцип роботи шестеренного насоса
19. Конструкція і принцип роботи гвинтового насоса
20. Конструкція і принцип роботи одногвинтового (героторного) насоса
21. Конструкція і принцип роботи пластинчатого ротаційного насоса
22. Конструкція і принцип роботи струменевого насоса
23. Конструкція і принцип роботи Монтежю
24. Конструкція і принцип роботи повітряного підйомника
25. Порівняйте насоси різних типів
26. Області застосування насосів різних типів.

 

 

Практичне заняття № 2

Компресорні машини

Теоретичні відомості

До гідромеханічних процесів відносяться:

1. переміщення рідин і газів;

2. змішування рідин;

3. відстоювання рідких систем;

4. центрифугування рідких систем;

5. фільтрування рідких і газових систем;

6. очищення газів.

Компресорні машини

Поршневі компресори

Типи компресорів. Поршневі компресори поділяються за кількістю всмоктувань і нагнітань за один подвійний хід поршня на компресори простої (одинарної) і подвійної дії. За один подвійний хід поршня компресор простої дії здійснює одне всмоктування і одне нагнітання, компресор подвійної дії – два всмоктування і два нагнітання.

Ступінь стиснення називається частиною компресорної машини, де газ стискається до кінцевого чи проміжного (перед надходженням на наступну ступінь) тиску.

За кількістю ступенів поршневі компресори поділяються на одноступінчаті, які в свою чергу, можуть бути горизонтальними і вертикальними.

Одноступеневе стиснення. В одноступінчатому компресорі газ стискається до кінцевого тиску в одному чи декількох циліндрах, які працюють паралельно. В останньому випадку одноступінчаті компресори називаються багатоциліндровими.

Одноступінчатий горизонтальний компресор простої дії (рис.2.1, а) має циліндр 1, в якому пересувається поршень 2, обладнаний ущільненими поршневими кільцями (на рисунку не показані). Циліндр закритий з однієї сторони кришкою, в якій розміщені всмоктуючий клапан 3 і нагнітальний клапан 4. Поршень з’єднаний безпосередньо з шатуном 5 і кривошипом 6, на валу якого встановлений маховик 7. При такому з’єднанні поршня з шатуном відпадає необхідність у встановленні повзуна (крейцкопфа). Компресори з безпосереднім з’єднанням шатуна з поршнем називають безкрейцкопфними.

Під час руху поршня зліва направо в просторі між кришкою циліндра і поршнем створюється розрідження. Під дією різниці тисків у всмоктуючій лінії і циліндрі відкривається клапан 3 і газ надходить у циліндр. Під час руху поршня справа наліво всмоктуючий клапан закривається, і газ який знаходиться в циліндрі стискається поршнем до деякого тиску, при якому відкривається клапан 4 і газ виштовхується в нагнітальний трубопровід. Потім цикл повторюється знову.

В одноступінчатому компресорі подвійної дії (рис.2.1, б) газ у циліндрі 1 поперемінно стискається з обох сторін поршня 2. За один подвійний хід поршня відбувається два рази всмоктування і два рази нагнітання. Циліндр обладнаний двома всмоктуючими клапанами 3 і двома нагнітальними клапанами 4. Компресори подвійної дії мають більш складну конструкцію, але мають майже вдвічі більшу продуктивність, ніж компресори простої дії тих же габаритних розмірів і тої ж ваги.

 

 

 

Рисунок. 2.1. Одноступінчатий горизонтальний компресор простої дії: а – одноциліндровий простої дії; б – одноциліндровий подвійної дії; в – двоциліндровий простої дії; 1 – циліндр, 2 – поршень; 3 – всмоктуючий клапан; 4 – нагнітальний клапан; 5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – повзун (крейцкопф)

 

Збільшення продуктивності досягається також у багатоциліндрових компресорах простої чи подвійної дії.

Двохциліндровий компресор простої дії (рис.2.1, в) являє собою по сутності два компресора простої дії з приводом від одного колінного вала до кривошипів, зсунутими один відносно одного на кут 180º чи 90º.

Для відведення виділяючого під час стиснення газу тепла стінки циліндрів компресорів, а інколи і кришки циліндрів обладнуються рубашками, через які пропускають охолоджуючу воду. Хоча таким шляхом і не вдається повністю відвести виділяюче під час стиснення тепло, охолодження суттєво зменшує затрати енергії на стиснення газу.

Вертикальні одноступеневі компресори мають переваги перед горизонтальними: вони більш швидкохідні (для горизонтальних компресорів n=100-240 об/хв, для вертикальних n=300-500 об/хв і більше), і відповідно, більш продуктивні, займають меншу виробничу площу; поршні і циліндри вертикальних машин зношуються значно менше. При горизонтальному розміщенні циліндра, особливо великого діаметра, відбувається нерівномірне одностороннє зношування поршня під дією сили ваги. Це приводить до необхідності зменшувати швидкість руху поршня.

Для зменшення нерівномірності подачі і пом’якшення поштовхів газ після стиснення в поршневих компресорах попередньо направляють у збірник (ресивер), де він одночасно очищується від масла і вологи.

Ротаційні компресори

Пластинчасті компресори. У корпусі 1 компресора (рис. 2.2) обертається ротор 2, ексцентрично розташований щодо внутрішньої поверхні корпуса. Пластини 3 вільно переміщуються в пазах ротора і при його обертанні викидаються відцентровою силою з пазів. Ця ж сила щільно притискає пластини до внутрішньої поверхні корпуса. Таким чином, серповидний робочий простір між ротором і корпусом розділяється за допомогою пластин на ряд нерівних за обсягом камер.

Газ надходить із всмоктувального патрубка й заповнює порожнини камер. У камері, що перебуває в положенні В, усмоктування припиняється (тому що вона роз'єднана з всмоктувальним простором) і починається стиснення газу. При обертанні камери вправо обсяг її зменшується й газ, який знаходиться в ній, стискається. Стиснення закінчується, коли камера досягає положення С. У цьому положенні порожнина камери з’єднується з нагнітальним трубопроводом, після чого відбувається нагнітання газу. У положенні D газ повністю витісняється з робочої камери. Зазор між ротором і циліндром у нижній частині утворить мертвий простір Е. Від положення E до A відбувається розширення газу в мертвому просторі. В точці А починається всмоктування газу. Потім цикл повторюється. Процес стиснення газу в пластинчастому ротаційному компресорі ілюструється індикаторною діаграмою, яка наведена на рис. 4.8. Вона не може бути знята за допомогою індикатора, тому що для цього довелося б обертати індикатор разом із ротором, і є тому умовною. Для зручності побудови діаграма повернена на 90°.

Рисунок. 2.2. Схема ротаційного пластинчастого компресора: 1 - корпус; 2 - ротор; 3 - ковзні пластини.

 

Ротаційні пластинчасті компресори виготовляють одно- і двоступінчатими. В одноступінчатих компресорах тиск нагнітання не перевищує (2,5 -4)10⁵ Н/м² (2,5 - 5 ат), у двоступінчатих - (8 - 15)10⁵ н/м² (8 - 15 ат).

Водокільцеві компресори. У корпусі 1 компресора (рис. 2.3) ексцентрично розташований ротор 2 з лопатками плоскої форми. Перед пуском компресор заповнюється приблизно наполовину водою, яка під час обертання ротора відкидається до периферії й утворить водяне кільце, співвісне з корпусом компресора й ексцентричне стосовно ротора. Кількість рідини, що заливається в компресор, повинна бути