Принципиальная Схема действия насосной установки и

НАСОСЫ И КОМПРЕССОРЫ

(курс лекций)

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОМАШИНАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ...................... 3

1.1 Общие сведения о гидромашинах........................................................................3

1.2 Перемещение жидкостей......................................................................................5

1.3 Классификация машин по принципу действия и степени сжатия....................6

1.4 Основные термины и определения насосов........................................................8

1.5. Классификация насосов.......................................................................................9

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ДЕЙСТВИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ И

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ............................................................................. 14

2.1 Принципиальная схема действия насосной установки....................................14

2.2 Основные параметры насосов: производительность, напор, мощность.

КПД.......................................................................................................................15

3 ТЕОРИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ................................ 19

3.1 Основное уравнение центробежных машин.....................................................19

3.2 Высота всасывания..............................................................................................23

3.3 Кавитация.............................................................................................................25

3.4 Характеристики центробежных насосов...........................................................25

3.5 Характеристика сети. Рабочая точка насоса.....................................................27

4 ЛОПОСТНЫЕ НАСОСЫ......................................................................................................... 29

4.1 Центробежные насосы........................................................................................29

4.1.1 Принцип действия центробежных насосов....................................................29

4.1.2 Основные узлы и детали центробежных насосов.........................................31

4.1.3 Типы центробежных насосов..........................................................................39

4.2 Осевые насосы.....................................................................................................43

4.3 Насосы для химически активных жидкостей...................................................47

5 НАСОСЫ ТРЕНИЯ И ГИДРОСТРУЙНЫЕ НАСОСЫ................................................ 49

5.1 Вихревые и центробежно-вихревые насосы.....................................................49

5.2 Лабиринтные насосы...........................................................................................54

5.3 Струйные насосы.................................................................................................55

5.4 Подъем жидкости эрлифтом...............................................................................56

5.5 Сифоны.................................................................................................................58

5.6 Монтежю..............................................................................................................59

6 ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ............................................................................................................ 62

6.1 Поршневые насосы. Типы поршневых насосов...............................................62

6.2 Теория и характеристики поршневых насосов.................................................67

6.2.1 Производительность.........................................................................................67

6.2.2 Характеристика поршневого насоса...............................................................69

6.2.3 Неравномерность подачи и воздушные колпаки...........................................69

6.2.4 Индикаторная диаграмма.................................................................................71

6.3 Ротационные насосы...........................................................................................72

6.3.1 Общая характеристика ротационных насосов...............................................72

6.3.2 Винтовые насосы..............................................................................................73

6.3.3 Шестеренные насосы.......................................................................................77

6.3.4 Самовсасывающие водоколь­цевые насосы....................................................78

6.3.5 Пластинчатые насосы.......................................................................................80

6.3.6 Радиально- и аксиально-поршневые насосы................................................82

6.3.7 Диафрагменные и шланговые насосы............................................................84

6.4 Сравнительная оценка центробежных и поршневых насосов........................87

7 КОМПРЕССОРЫ....................................................................................................................... 90

7.1 Сжатие газов. Общие сведения..........................................................................90

7.2 Классификация компрессорных машин............................................................92

7.3 Процессы сжатия газов в компрессорах............................................................95

7.3.1 Энтропийная (тепловая) T-S-диаграмма........................................................95

7.3.2 Уравнения состояния газа................................................................................97

7.4Основные характеристики работы компрессоров..........................................102

7.4.1 Индикаторная диаграмма, индикаторная мощность и индикаторное

давление поршневого компрессора.............................................................102

7.4.2 Производительность и коэффициент подачи...............................................106

7.4.3 Мощность компрессора. КПД.......................................................................107

7.5 Типы поршневых компрессоров......................................................................109

7.5.1 Одноступенчатые поршневые компрессоры простого и двойного

действия..........................................................................................................109

7.5.2 Многоступенчатые поршневые компрессоры.............................................111

7.5.3 Многоступенчатое сжатие.............................................................................112

7.5.4 Регулирование и обслуживание поршневых компрессоров.......................115

7.6 Ротационные компрессоры...............................................................................116

7.6.1 Пластинчатый ротационный компрессор.....................................................117

7.6.2 Ротационный водокольцевой компрессор....................................................118

7.7 Лопастные компрессоры...................................................................................120

7.7.1 Мощность и КПД лопастных компрессоров........................................121

7.7.2 Рабочая характеристика лопастных компрессоров. Помпаж................123

7.7.3 Регулирование лопастных компрессоров..............................................125

7.7.4 Особенности эксплуатации лопастных компрессоров....................125

8 ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ........................................................... 127

8.1 Типы вентиляторов............................................................................................127

8.2 Характеристика вентиляторов..........................................................................127

8.3 Выбор вентилятора...........................................................................................129

8.4 Турбогазодувки и турбокомпрессоры............................................................131

8.5 Осевые вентиляторы и компрессоры...............................................................133

8.6 Сравнение и выбор компрессорных машин...................................................135

9 ВАКУУМ-НАСОСЫ................................................................................................................ 136

ОБЩ ИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОМАШИНАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

 

Роль гидравлических машин в целенаправленной деятельности человека, как в прошлом, так и в настоящее время, очень велика. Известно, что люди еще в далеком прошлом применяли различные приспособления и механизмы для нужд водоснабжения, орошения и др., также известно применение различных водяных и ветряных двигателей для преобразования энергии потока воды (воздуха) в энергию двигателя.

В настоящее время можно сказать, нет отрасли промышленности, в которой не использовались бы гидравлические машины. Гидравлические машины, в частности насосы самых различных конструкций и типоразмеров, широко применяются в нефтяной промышленности при бурении скважин, добыче нефти, сборе, транспорте и подготовке нефти.

 

Перемещение жидкостей

 

Перемещение жидкостей осуществляется по трубопроводам; при этом движущая сила определяется разностью давлений в начальном и конечном пунктах трубопровода. С высшего уровня к низшему жидкость перемещается самостоятельно (самотеком): разность уровней жидкости должна быть достаточной для достижения заданной скорости преодоления всех сопротивлений.

В тех случаях, когда жидкость необходимость перемещать с низшего уровня на высший или по горизонтали, применяют насосы – гидравлические машины, которые сообщают жидкости энергию и повышают давление.

В зависимости от принципа действия насоса увеличение энергии и давления жидкости может быть осуществлено:

1) в объемных насосах – путем вытеснения жидкости из замкнутого пространства насоса телами, движущимися возвратно – поступательно или вращающимися;

2) в лопастных или центробежных насосах – центробежной силой, возникающей в жидкости при вращении лопастных колес;

3) в вихревых насосах – интенсивным образованием и разрушением вихрей, возникающих при вращении рабочих колес;

4) в струйчатых насосах – движущейся струей воздуха, пара или воды;

5) в глазлифтах – образованием пены при подаче воздуха или газа в жидкость;

6) в монтежю и сифонах – давлением воздуха, газа или пара на жидкость.

Удельное давление измеряют в атмосферах (ат), миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.), в метрах или миллиметрах водяного столба (м вод. ст. или мм вод. ст.). Различают атмосферы физическую и техническую. Физическая атмосфера соответствует давлению столба ртути высотой 760 мм при 0°С или давлению столба высотой 10,33 м при 4°С и равна давлению 1,033 кгс на 1 см² поверхности. В технике для удобства вычислений принимают так называемую техническую атмосферу, равную давлению 1 кгс на 1 см² поверхности или 981 00 дин.

Таким образом, между единицами давления существует зависимость:

Давление в системе СИ измеряется в Паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Учитывая, что в технике измерения давления еще широко применяются приборы, градуированные кгс/см², мм. рт. ст., барах, приведем соотношение этих величин:

Приборы, служащие для измерения давления жидкостей и газов в трубопроводах и сосудах (манометры), обычно показывают разность между абсолютным давлением внутри сосуда и давлением атмосферы. Это давлением называют избыточным и выражают в ати. Абсолютное давление (в атмосферах) равно избыточному плюс барометрическое давление (обычно            1 ат) выражают в ата.

 

Классификация насосов

 

Классификация насосов – это сложная и неоднозначная задача. Насосы классифицируют по ряду признаков: принципу действия, назначению, отраслевому применению, величине подачи и напора, исполнению и т. п.

Классификация насосов по принципу действия дана в ГОСТ 17398 – 72 и в сжатом виде приведена в § 2.

Классификация насосов по основным параметрам включает в себя такие показатели, как номинальная полезная мощность насоса, номинальная подача и напор. Таким образом, насосы классифицируют по крупности. Условное деление насосов по крупности приведено в таблице 1.1.

По развиваемому напору различают насосы с низким (до 10 м), средним (до 70 м) и высоким (более 70 м) напором при соответствующих давлениях до 0,1 МПа, 0,7 МПа и более 0,7 МПа.

 

 

Таблица 1.1

Показатель крупности насоса	Полезная мощность, кВт	Подача, м^3/с
Микро	0 – 0,4
Мелкий	0,4 – 4
Малый	4 – 100
Средний	100 – 400	До 0,5
Крупный	400 и более	Более 0,5

Таблица 1.2

Группа	Общее назначение	Непосредственное назначение для конструктивных особенностей	Марка
	Общего назначения для пресной воды и других не корродирующих черные металлы жидкостей	Центробежные консольные (ГОСТ 22247 – 76Е)	К
		Центробежные двустороннего входа (ГОСТ 10272 – 77)	КМ
		Центробежные вертикальные нерегулируемые (ГОСТ 19740 – 74)	В
		То же, регулируемые Центробежные диагональные регулируемые
		Осевые вертикальные нерегулируемые (ГОСТ 9366 – 80)	ОВ
		То же, регулируемые	ОПВ
		Осевые горизонтальные регулируемые	ОПГ
		Вихревые (ГОСТ 10392 – 80Е)	ВС, ВК, ВКО, ВКС
		Центробежно – вихревые (ГОСТ 10392 – 80Е)	ЦВ, ЦВС
		Многоступенчатые (ГОСТ 10407 – 70)	ЦНС, МС
2	Скважинные	Скважинные с электродвигателем над скважиной (ГОСТ 14835 – 75)   Скважинные с погружным электродвигателем (ГОСТ 10428 – 79Е)	А, НА, УЦТВ     ЭЦВ
3	Для энергосистем	Питательный (ГОСТ 22337 – 77)   Конденсаторные (ГОСТ 6000 – 79)   Сетевые (ГОСТ 22465 – 77)	ПЭ, ПТ, ПТН КС, КсД     СЭ
4	Для сточных жидкостей (факельные)	Горизонтальные (ГОСТ 11379 – 80Е)   Вертикальные	СГ (ФГ)     СГВ (ФВ)
	Для абразивных гидросмесей	Грунтовые вертикальные однокорпусные с нормальным проходным сечением (ГОСТ 9075 – 75)   То, же с увеличенным проходным сечением   Грунтовые   Песковые горизонтальные с осевым подводом (ГОСТ 8388 – 77)   Песковые вертикальные (ГОСТ 8388 – 77)	Гр (ГрВ)   ГрУ     ГрТ   П (Пс)
	Для волокнистых масс	Центробежные для бумажной массы (ГОСТ 11377 – 80Е)	БМ
	Для химических производств	Центробежные консоньевые для жидкостей с объемной концентрацией твердых включений не более 0,1%   То же, для жидкостей с объемной концентрацией твердых включений не более 1,5%   Центробежные герметичные горизонтальные и вертикальные (ГОСТ 20791 – 75Е)   Осевые горизонтальные нерегулируемы   То же, встроенные	Х (ХМ), ХО   ХГ, ХГ8   ОХГ     ОХ
8	Опускные	Моноблочные для загрязнённых вод (ГОСТ 20783 – 75)	ГНОМ
9	Дозировочные	Плужерные   Поршневые   Сильфонные	НД, НДР, НД-Э

 

На практике чаще всего применяют так называемые так называемые классификации насосов, базирующиеся на существующих типах насосов и разрабатываемые для оценки технических условий насосов, маркировки, установки цен, разработки цен, разработки норм на ремонт и запасные части и для других целей.

В таблице 1.2 по данным ВНИИгидромаш, приведена классификация насосов, используемых в коммунальном хозяйстве, водоснабжения и канализации промышленных предприятий, в энергосистемах, а также для мелиорации. 

Следует отметить, что приведенная классификация не охватывает все типы насосов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, но она поможет ориентироваться в достаточно широкой номенклатуре насосов, применяемых в системах водоснабжения и канализации.

В настоящее время в нашей стране принята маркировка насосов по основным техническим показателям: подаче и напору. Большинство насосов маркируется следующим образом: после буквенного обозначения (марки) ставят через тире и косую черту две цифры – номинальную подачу, м³/ч, и номинальный напор, м столба жидкости. Например, консольный насос с подачей 125 м³/ч и напором 30 м обозначается так: К 125 – 30 или К 125/30, а горизонтальный фекальный насос с такими же показателями – ФГ 125 – 30 или ФГ 125/30. Более детально маркировка насосов рассмотрена при описании различных типов насосов.

 

Высота всасывания

Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности внешнего давления р ₀ в приёмном резервуаре и давления р ₁ на входе в насос или разности напоров  Согласно уравнению Бернулли, разность напоров  затрачивается на подъём жидкости на высоту всасывания (см. рис. 2,а), на движение жидкости со скоростью , т.е. создание скоростного напора , и на преодоление гидравлических потерь во всасывающей трубе. Если жидкость засасывается из открытого бака, то внешнее давление равно атмосферному и можно записать равенство:

(13)

Чтобы происходило всасывание, давление р ₁ должно быть больше давления р _t насыщенных паров жидкости при данной температуре. Тогда с учётом приведённого выше равенства условие нормальной работы насоса выразится следующим образом:

(14)

откуда

(15)

Из выражения (15) следует, что высота всасывания насоса уменьшается со снижением барометрического давления р _а и с увеличением давления паров р _t. Величина р _t возрастает с повышением температуры, поэтому при повышении температуры жидкости допустимая высота всасывания уменьшается. Когда давление р ₁ становится равным р _t, из жидкости начинают интенсивно выделяться пары и растворённые в ней газы. При этом под действием противодавления р _t паров и газов высота всасывания снижается и может достигнуть нуля.

Высота всасывания уменьшается также при увеличении скорости жидкости во всасывающей трубе и соответствующем возрастании потерь h _вс. Обычно высота всасывания при перекачивании холодных жидкостей не превышает 5-6 м; при перемещении нагретых жидкостей она может быть значительно меньше. Поэтому горячие, а также вязкие жидкости подводят к насосу под некоторым избыточным давлением или с подпором на стороне всасывания (рис. 2,б). Зависимость (15) является общей для всех насосов, хотя процессы всасывания и нагнетания существенно отличаются для насосов различных типов.

Кавитация

В случае местных падений давления в насосе ниже давления насыщенного пара жидкости при данной температуре из жидкости начинают выделяться пары и растворенные в ней газы. Пузырьки пара, увлекаемые жидкостью по каналам колеса в область более высоких давлений, быстро конденсируются. Жидкость мгновенно проникает в пустоты, образующиеся при конденсации пузырьков, что приводит к многочисленным мелким гидравлическим ударам, сопровождающимся шумом и сотрясениями насоса. Производительность, напор и к. п. д. насоса при этом резко падают. Описанное явление носит название кавитации и приводит к быстрому механическому и химическому (от действия выделяющихся газов) разрушению насоса.

Чтобы избежать кавитации, повышают давление жидкости на входе в насос, уменьшая высоту всасывания или работая с подпором. Кроме того, для повышения стойкости к кавитации колеса насосов изготовляют из высокопрочных материалов.

 

ЛОПАСТНЫЕ  НАСОСЫ

 

К группе лопастных насосов, как известно, относятся центробежные, диагональные и осевые насосы. Наиболее распространенными во всех отрослях техники, в том числе и в системах водоснабжения и канализации, являются центробежные насосы. Поэтому принцип действия и основные уравнения, описывающие явления, проходящие в процессе работы лопастных насосов, описаны в основном применительно к центро­бежным насосам. Знание основных уравнений работы центробежных насосов поможет грамотно решать чис­то практические задачи, встречающиеся в процессе проектирования и эксплуатации насосных станций и насосных установок (например, регулирование пода­чи, обрезка рабочих колес и т. п.).

 

Центробежные насосы

Типы центробежных насосов

 

Центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.

На рис. 7-4 показан одноступенчатый насос. Центробежный насос имеет рабочее колесо 1 с загнутыми назад лопатками, ко­торое с большой скоростью вращается в корпусе 2 спиралеоб­разной формы. Жидкость из всасывающего трубопровода 3 по­ступает по оси колеса и, попадая на лопатки, приобретает вра­щательное движение. Под действием центробежной силы давле­ние жидкости увеличивается и она выбрасывается из колеса в неподвижный корпус 2 и напорный трубопровод 4. При этом на входе в колесо создается пониженное давление и, вследствие разности давлений, жидкость из приемного резервуара непре­рывно поступает в насос.

Без заполнения корпуса жидкостью колесо насоса при вра­щении не может создать достаточной разности давлений, необ­ходимой для подъема жидкости по всасывающей трубе. Поэтому перед пуском в ход центробежный насос должен быть залит жидкостью (если она не поступает в насос под напором). Чтобы жидкость не выливалась из насоса и всасывающей трубы при заливке насоса или его остановке, на конце всасывающей трубы устанавливают приемный (обратный) клапан 5 с всасывающей сеткой. Одноступенчатые насосы предназначены для создания небольших напоров — до 50 м.

Для высоких давлений применяются многоступенчатые насо­сы (рис. 7-5), имеющие несколько колес 2, соединенных последо­вательно в корпусе /. Напор, раз­виваемый многоступенчатым на­сосом, равен напору одного ко­леса, умноженному на число ко­лес. Жидкость из колеса попадает в кольцо из двух дисков 3 с лопатками, изогнутыми в сто­рону, противоположную лопаткам рабочего колеса. Такое устрой­ство называется направляющим аппаратом и предназначено для уменьшения скорости (кинетической энергии) жидкости, которая переходит при этом в потенциальную энергию давления.

 

Рис. 7-4. Схема центробежного одно- Рис. 7-5. Схема центробежного

ступенчатого насоса:                             многоступенчатого    насоса:

1 – рабочее колесо; 2 – корпус; 3 – всасы- 1 – корпус; 2 – рабочие колеса; трубопровод; 4 — напорный труба-                3 – направляющие аппараты

провод; 5— приемный клапан с всасыва-

ющей сеткой

 

Во многих насосах современных конструкций преобразование скорости в энергию давления осуществляется без направляюще­го аппарата — путем придания плавных очертаний спиральному отводному каналу корпуса.

Центробежные насосы большой производительности изгото­вляются с двухсторонним вводом жидкости в корпус насоса.

В химической промышленности насосы широко применяются для перекачивания кислот, щелочей, рассолов и других вязких жидкостей, часто содержащих твердые взвеси. Такие насосы из­готовляются из коррозионностойких и износоустойчивых метал­лических сплавов (например, хромоникелевые сплавы с присад­кой титана или молибдена, кремнистые и высокохромистые чугуны), для изготовления насосов применяются также пластиче­ские массы (например, фаолит) и керамика.

Чтобы свести к минимуму утечку перекачиваемой жидкости, при конструировании таких насосов уделяется большое внима­ние обеспечению надежного уплотнения вала. Для увеличения срока службы сальниковых набивок их выполняют из специаль­ных материалов (стеклянное волокно, фторопласт и др.), а так­же стремятся более равномерно распределить нагрузку на коль­ца набивки путем установки (в середине слоя набивки) пружины или втулки (фонаря) с отверстием. Через это отверстие подают под давлением жидкость, утечка которой допустима (вода, мас­ло). Эта жидкость поступает в сальник под давлением, превы­шающим давление жидкости, перекачиваемой насосом. Таким способом предотвращают утечку рабочей жидкости, но часть по­даваемой в сальник жидкости попадает внутрь насоса и смеши­вается с перекачиваемой жидкостью. Применяют также торцо­вые уплотнения вала в виде пары трения, например металличе­ского и графитового колец, прижатых друг к другу пружиной.

Разработаны и применяются также бессальниковые насосы. Утечка перекачиваемой жидкости устранена так­же в погружном насосе (рис. 7-7). Рабочее коле­со 1 укреплено на ниж­нем конце вертикального вала 5, привод которого размещен значительно выше уровня жидкости в резервуаре. Корпус 3 на­соса погружен под уровень жидкости в этом резервуаре, из которого перекачивается жидкость. Жидкость поступает в насос через патрубок 2, по­дается в две симметричные напорные трубы 6, на которых подвешен корпус насоса, и далее отводится в патрубок 1. Насос описанной конструкции предназначен для перекачивания сер­ной кислоты; его подшипники 4 смазываются и охлаждаются перекачиваемой жидкостью (кислотой).

1 – рабочее колесо; 2 – всасывающий патрубок; 3 – корпус; 4 – подшипники; 5— вертикальный вал; 6 – напорные трубы: 7 – нагнетательный патрубок.

Рисунок – 7-7 Погружной насос

 

Для перекачивания жидкостей, утечка которых недопустима вследствие их химической агрессивности, токсичности или высо­кой стоимости, например для перекачивания жидкого хлора, разбавленной азотной кислоты, радиоактивных жидкостей при­меняют герметические насосы (рис. 7-8). Их используют также в случае необходимости работать при повышенном давлении на стороне всасывания.

 

Осевые насосы

 

Осевыми называются лопастные насосы, в которых жидкость движется через рабочее колесо в направлении его оси. Основные технические характеристики осевых насосов указаны в ГОСТ 9366-80 с изм. Насосы осевые. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу, осевые насосы изготовляют двух типов: с жестко закрепленными лопастями колеса – жестколопастные насосы (типа О) и с поворотными лопастями колеса – поворотно-лопастные насосы (типа ОП). Возможность изменения угла установки лопастей в насосах типа ОП позволяет регулировать подачу и напор насоса в гораздо более широких пределах, чем в насосах типа О с жестко закрепленными лопастями колеса. Высокий КПД насоса типа ОП при этом сохраняется.

Рабочее колесо осевого насоса состоит из втулки обтекаемой формы, на которой укреплены лопасти. Втулки и лопасти осевого насоса в основном исполнении отливаются из чугуна или стали, а в морском исполнении – из бронзы. Жидкость поступает в насос через входной патрубок. Во входных патрубках насосов некоторых типов имеются направляющие аппараты в виде неподвижных лопастей обтекаемой формы. Непосредственно за рабочим колесом (по ходу жидкости) расположен выправляющий аппарат для устранения вращательного движения жидкости.

В осевых насосах типа О и ОП в основном исполнении (рисунок 1) жидкость отводится под углом 60° к вертикали. В малогабаритных осевых насосах жидкость отводится пол углом 90°. Вал осевых насосов типа ОП полый, внутри него проходит шток механизма разворота лопастей. Механизм разворота лопастей может иметь ручной, электрический или гидравлический привод. Следует иметь в виду, что в случае ручного привода угол установки лопастей можно изменять только при неработающем насосе. Конструкция рабочего колеса осевого насоса предопределяет особенности его работы: такие насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140000 м3/ч) при относительно небольших напорах (4÷20 м). Большой коэффициент быстроходности обусловливает и другую особенность осевых насосов – в большинстве случаев они рассчитаны на работу под заливом. Поэтому при проектировании насосных установок осевые насосы устанавливаются так, чтобы рабочее колесо размещалось ниже уровня воды в приемной камере.

Осевые насосы отличаются простотой конструкции и компактностью, меньшей по сравнению с центробежными насосами массой, имеют возможность подачи загрязненных жидкостей. Благодаря компактности конструкции при подаче больших расходов жидкости появляется возможность значительно сократить размеры насосной станции. Осевые насосы применяют в оросительных установках и насосных станциях первого подъема систем водоснабжения, а также для перекачки сточной жидкости и активного ила на канализационных очистных сооружениях.

 

1 – рабочее колесо; 2 – камера; 3 – нижний подшипник; 4 – выправляющий аппарат; 5 – диффузор; 6 – отвод; 7 – вал; 8 – шток управления поворотом лопастей; 9 – верхний подшипник; 10 – электропривод механизма поворота лопастей; 11 – указатель угла разворота лопастей

Рисунок 1 – Осевой насос типа ОП

В корпусе 1 осевого насоса (рисунок 2) жидкость перемещается вдоль оси вала 2 с помощью рабочего колеса 3, по форме близкого к гребному винту. По выходе из колеса жидкость движется через направляющий аппарат 4, преобразующий ее вращательное движение в осевое. Гидравлические потери в таких насосах невелики.

Осевые насосы быстроходны, компактны, просты по устройству и пригодны для перекачивания очень больших количеств жидкостей (в том числе загрязненных) при небольших напорах.

В химической промышленности горизонтальные осевые насосы применяются для создания циркуляции растворов в выпарных установках.

Осевые насосы имеют характеристику, отличающуюся от характеристики центробежных насосов (при Q=0 потребляемая осевым насосом мощность максимальная).

Пуск осевых насосов производится при открытой задвижке.

 

1 – корпус; 2 – вал; 3 – рабочее колесо; 4 – направляющий аппарат

Рисунок 2 – Осевой насос

Лабиринтные насосы

 

Лабиринтными назы­вают насосы во шнеком к обоймой, имеющими нарезку (каналы) противо­положного направления рисунок 1. Основными деталями лабиринтных насосов являются шнек (ротор) к обойма корпуса; шнек расположен относительно обоймы с некоторым зазором. При вращении шнека жидкость получает многократное приращение кинетической энергии и движется по винтовым каналам обоймы от всасывающего патрубка к нагнетательному. Коэффициент полезного действия этих насосов невелик до 0,3—0,35. При малой подаче (2—4 м²/ч) они способны развивать значительные напоры (до 80—80 м).

1 – ротор;2 – статор;3 – канавки статор;4 – канавки ротор

Рисунок 1 – Схема лабиринтного насоса

 

Детали проточное части лабиринтных насосов изготовляют из материалов, стойких по отношению к химически активным жидкостям, поэтому они находят применение преимущественно в химической промышленности, но могут использоваться и для подачи различных реагентов в системах водоподготовки.

 

Струйные насосы

 

Струйные насосы (гидроэлеваторы или эжекторы) относятся к группе насосов-аппаратов, т. е. насосов, не имеющих движущихся частей. Они действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости, при этом передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно без промежуточных механизмов (рисунок 2).

Струйные насосы применяются не только для нагнетания (инжекторы), но и для отсасывания жидкостей (эжекторы). Пароструйные и водоструйные насосы применяют также для смешения и нагревания жидкостей.

1 – камера смешения; 2– сопло; 3 – патрубок для эжектируемой среды;

4 – горловина; 5 – диффузор

Рисунок 2 – Схема струйного насоса

Струйный насос состоит из четырех основных узлов: сопла, вса­сывающей камеры, камеры смешения и диффузора. Рабочая среда (пар или жидкость) под давлением подается в сопло (суживающую насадку), а оттуда в смесительную камеру.

В сопле жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия ее возрастает, а потенциальная, следовательно, уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающее камере возникает вакуум. Под действием вакуума вода из приемного резервуара по всасывающее трубе поступает во всасывающую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потока рабочей и засасываемое жидкости, при этом рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившее из приемного резервуара.

Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статические напор увеличивается. Далее по напорному трубопроводу жидкость с расходом Q_o +Q₁, (см. рисунок 2) попадает в сборный резервуар.

Расчет струйных насосов при заданных Qo и Qi, Н о н Н, сводится к нахождению оптимального диаметра отверстии сопла, диаметра и длины камеры смешения, а также размеров диффузора.

Существует несколько методов расчета струйных насосов, ко­торые освещены в специальной литературе.

Струйные насосы используются для подъема воды из артезианских скважин, для водоотлива и водопонижения при производстве строительных работ, для подмешивания горячей воды в системах отопления. На канализационных сооружениях их используют, например, для удаления осадка из песколовок и перемешивания или в метамтенках. Струйные насосы можно применять также для откачивания воздуха из центробежных насосов перед их пуском.

Достоинствами струйных насосов являются простота конструкции, надежность в работе, небольшие габаритные размеры и невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести низкий КПД и необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением [8].

Подъем жидкости эрлифтом

 

Работа эрлифта основана на создании разности удельных весов в сообщающихся сосудах.

Схема устройства и работы эрлифта показана на фиг. 21. В резервуаре 1,из которого откачивается жидкость, опущена труба 6, заканчивается смесителем 7. Смеситель снизу открыт. По трубе в него вводится сжатый воздух, газ или пар, который, поднимаясь по трубе 6, увлекает за собой жидкость. В воздухоотделителей 5 жидкость освобождается от воздуха и отводится по трубопроводу 4 в приёмной резервуар. Отделившийся от жидкости воздух выходит в атмосферу по трубе 3.

1 – резервуар; 2 – труба для наполнения резервуара; 3 – воздушник;

4 – отводная линия; 5 – воздухоотделитель; 6 – заборная труба;

7 – смеситель

Рисунок 21 – Схема эрлифта

 

При откачке жидкостей из скважин применяют обычно кольцевую схему, при которой трубы для подачи воздуха и для откачки жидкости располагают концентрично.

Достоинствами эрлифта являются простота устройства и отсутствие движущихся частей, что позволяет изготавливать их в небольшой механической мастерской. Детали эрлифтов могут выполняться из различных антикоррозионных материалов. К недостаткам эрлифтов относятся: 1) низкой К.П.Д. (25:35%); 2)неполное опорожнение емкостей.

Эрлифты применяются иногда для выкачки агрессивных сред из резервуаров – хранилищ, однако основная область применения эрлифтов – откачка растворов солей и нефти из буровых скважин. В этом случае вместо воздуха обычно применяют природный газ, и такой подъемник называют газлифтом. Эрлифты довольно широко применяются в системе артезианского водоснабжения.

Сифоны

 

Простейшим устройством для перелива жидкости из резервуаров является сифон (рисунок 1). Подъем или всасывание жидкости при помощи сифона производится за счет атмосферного давления.

1 – резервуар; 2 – сифонная труба; 3, 4, 5 – краны; 6 – смотровой фонарь

Рисунок 1 – Сифон

Если в резервуар 1 погрузить один конец предварительно заполненной жидкостью трубы 2, то при открытии крана 3 на другом конце трубы, находящемся ниже уровня жидкости в резервуаре, жидкость из трубы под действием силы тяжести будет непрерывно вытекать, вследствие чего в сифонной трубе 2 образуется разреженное пространство. Так как жидкость в резервуаре находится под атмосферным давлением, то она будет непрерывно поступать из резервуара в сифон и вытекать из него через кран 3.

Как уже указывалось, для приведения сифона в действие необходимо предварительно заполнить его жидкостью. Сифон заливают либо вручную, либо при помощи вакуум-насоса через кран 4, соединенный с вакуум-трубопроводом.