Классификация насосов

 

 

 

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения  жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя  в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в  какой-либо  замкнутой  системе.

 

Выполняя одну или несколько  упомянутых функций, насосы в любом  случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации. В этой схеме для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.

 

Основными параметрами насосов, определяющими  диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.

 

Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке  от входа в насос до   выхода   из   него.   Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости

 

Подача характеризуется объемом  жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с  или м3/ч.

 

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

 

Коэффициент полезного действия учитывает  все виды потерь связанных с преобразованием  насосом механической .энергии двигателя  в энергию движущейся жидкости. КПД  определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности). История возникновения и развития насосов показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачивания воды было бы односторонним. Помимо водоснабжения и канализации городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулирования энергии, транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, откачивание воды из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и ъ П.), при разработке месторождений и транспортировании полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении отходов производственных предприятий» & качестве вспомогательных устройств насосы служат для обеспечения" смизки и охлаждения машин.

 

Таким образом, насосы являются одним  из наиболее распространенных видов машин, прлчем их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико, поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами. В зависимости от вида силового воздействия на жадкость динамические насосы в свою очередь, делятся на логгастные насосы и насосы трения.

 

Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из камеры за счет уменьшения ее объема. Периодическое  изменение объема камеры происходит за счет возвратно-поступательного  или вращательного движения рабочего органа насоса. Попеременное заполнение камеры перекачиваемой жидкостью и ее опорожнение обеспечиваются клапанными устройствами входного и выходного патрубков насоса.

 

 Конструктивное исполнение  насосов различных типов определяется  в основном видом их рабочих  органов.

 

Кроме классификаций, существует также разделение насосов по виду перекачиваемой жидкости, по виду привода и по другим классификационным признакам.

 

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

 

надежность и долговечность  работы;

 

экономичность и удобство эксплуатации;

 

изменение рабочих параметров в  широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

 

минимальные размеры и масса;

 

простота устройства, заключающаяся  в минимальном числе деталей  и  полной  их взаимозаменяемости;

 

удобство монтажа и демонтажа.

 

Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.

 

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

 

Под насосами в общем случае понимают энергетические машины или установки, которые для перемещения перекачиваемой среды (жидкой, твердой и газообразной) при статическом или динамическом воздействии увеличивают ее давление или кинетическую энергию.

 

Историческое развитие насосостроения как способа транспортирования  химических и физических веществ, а также постоянно возрастающие требования к параметрам износостойкости, всасывающей способности и специальные условия монтажа привели к большому количеству типов, которые обусловили разные определения понятий и типов насосов. В результате возникали случаи, когда заказчик, разработчик и поставщик применяли три различных определения для одного и того же насоса.

 

Для устранения этого очевидного недостатка была разработана система классификации  насосов, по конструктивным признакам  и принципу действия, а также по виду перекачиваемой жидкости.

Насосы по принципу действия подающего  элемента подразделяют на насосы возвратно-поступательного  действия, роторные и динамические.

НАСОСЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО  ДЕЙСТВИЯ

 

Перемещение жидкости происходит в результате осевого двиижения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.

По виду вытеснителя насосы подразделяют на поршневые и мембранные (рис. 1). 

 

Признаками  классификации поршневых насосов  могут служить:

 

а) способ действия поршня (рис. 2);

б) положение  поршня и цилиндра (рис. 3);

в) форма  поршня (рис. 4);

г) вид привода (рис. 5).

 

Соответственно  этому различают насосы простого или двойного действия, горизонтальные или вертикальные, радиальные или аксиальные, клапанные, крыльчатые, дисковые, плунжерные многоступенчатые с рычажным, кулачковым приводом или с качающимся приводным диском, а также прямодействующие.

 

Мембранные насосы классифицируют по расположению и колиичеству мембранных цилиндров, а также по типу привода.

РОТОРНЫЕ  НАСОСЫ

 

Роторные насосы работают главным образом по принципу вытеснения, причем один или несколько вращающихся поршней или винтов образуют друг с другом в цилиндре насоса рабочие полости, причем размеры полости всасывания наибольшие, а наапорной полости - наименьшие; поэтому жидкость из полости всасывания и выталкивается в напорную полость. Однако некоторые роторные насосы имеют постоянные рабочие полости (объем вытеснения) как на входе, так и на выходе.

 

Принципиальные различия и некоторые  преимущества роторных насосов над  поршневыми заключаются:

 

а) во вращающихся поршнях;

б) в отсутствии клапанов в цилиндрах;

в) в уравновешивании масс или  моментов.

 

По конструктивному исполнению рабочих органов все роторные насосы делят на пять основных типов, а именно: шестеренные, винтовые, коловратные, пластинчатые, роликовые. На рис. 6 приведены эти типы роторных насосов.

 

Шестеренные насосы (рис. 7) подразделяют в основном по числу шестерен (на двух- и многошестеренные), по типу зацепления (с наружным и внутренним зацеплением) и по числу потоков жидкости (на одно- и многопоточные насосы).

 

Как видно по рисункам, жидкость, попадая  в межзубчатые пространства зубчатых колес, перемещается от входной к  напорной полости насоса. Взаимное зацепление зубьев, а также малые  радиальные и торцовые зазоры между шестернями и корпусом уменьшают протечки перекачиваемой жидкости.

 

Винтовые насосы подразделяют в  основном по количеству рабочих органов  на одно- и многовинтовые, а по направлению  потока жидкости на одно- и двухпоточные винтовые (рис. 8). В противоположность шестеренным насосам процесс перемещения жидкости в винтовых насосах происходит в осевом направлении по свободным межвинтовым полостям от стороны всасывания к напорной стороне.

 

Коловратные насосы выпускают в  настоящее время самых различных конструкций. Для конструкции этого вида xapaктерны так называемые двухвальные насосы с одно- или многоопрофильными роторами различной формы поперечного сечения (рис. 9). Почти все коловратные насосы перемещают перекачиваемую жидкость от стороны всасывания к напорной стороне без изменения объема полости вытеснения.

 

Пластинчатые насосы - типичные представители  одновальных насосов, по принципу действия подразделяют на простого и двойного действия (рис. 10), а по виду ротора на одно- и многоопластинчатые насосы (шиберные).

 

Рабочий процесс этих типов характеризуется  изменяющимся (серповидным) рабочим  объемом полостей всасывания и напора. Уплотнение между входным и напорным патрубками осуществляется плоскими пластинами или лопатками, помещенными в  пазах ротора, при минимальных радиальных и торцовых зазоорах между ротором и корпусом.

 

Роликовые насосы подразделяют только по принципу действия на одно- и двукратного  действия (рис. 11). В данном случае эффект нагнетания обусловливается вращающимися поршнями, эксцентрично расположенными в корпусе, которые приводят эластичную оболочку в колебательное движение и перемещают жидкость вследствие быстрого изменения (пропорционально частоте вращения) рабочего объема полостей всасывания и напора.

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

 

В отличие от поршневых и роторных эти насосы работают по динамическому принципу. В результате вращения рабочих колес внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, которая в последующих элементах (диффузоре, направляющем аппарате, спирали) в большей части преобразуется в энергию давления.

 

По принципу действия насосы прежде всего подразделяют на лопастные  и вихревые (рис. 12). Если лопастной  насос не обладает, как правило, свойством  самовсасывания, то вихревой - обычно работает по принципу самовсасывания. Кроме того в вихревых насосах в подавляющей степени происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале корпуса насоса.

 

Лопастные насосы подразделяют:

по направлению потока на выходе из рабочего колеса - на центробежные насосы радиального, диагонального типов  и на осевые (рис. 13);

по прохожденио жидкости за рабочим  колесом - с направляяющим аппаратом, спиральным или кольцевым отводом;

по направлению потока жидкости в рабочем колесе или между  рабочими колесами - на одно- и двухпоточные (рис. 14).

 

В многооступенчатых насосах применяют  одностороннее или симметричное расположение рабочих колес (рис. 15).

 

В заключение следует еще указать на деление, или классифиикацию, насосов по всасывающей способности:

 

самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенными ступенями  всасыывания или всасывающими устройствами) и не самовсасывающие.

 

Вихревые насосы по форме рабочего колеса можно классифиицировать на открытые (звездообразные), закрытые (с периферийнообоковым каналом) и чисто вихревые (рис. 16), а по прохождению потока на одно- и многоступенчатые насосы.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАСОСЫ

 

К этой группе относятся прежде всего небольшие насосы, которыe по классическим признакам (наличие вращающегося или перемещающегося вдоль оси рабочего органа) нельзя отнести к обычным насосам.

 

Струйные насосы (рис. 17) характеризуются  наличием трубы Вентури, в центр  которой подводится струя рабочей среды (вода, пар или газ). Рабочая струя образует пограничный слой и вследствие высокой скорости вначале захватывает частички окружающего воздуха, а затем вследствие обменных процессов всасывает перекачиваеемую жидкость из подводящего трубопровода. Пневматические насосы (газлифты) подают жидкость в результате образования водовоздушной смеси малой плотности при поступлении воздуха под давлением в зааглубленную под уровень жидкости трубу. Окружающая жидкость большей плотности проникает во всасывающую трубу, обеспечивая тем самым процесс подъема жидкости (рис. 18).

 

Электромагнитный  насос (рис. 19), предназначенный главным  образом для перекачивания жидкого  металла, создает по так называемому  правилу правой руки осевую силу в  перекачиваемой жидкости, которую можно рассматривать в качестве движущегося проводника в магнитном поле. Вследствие этого создаются услоовия для перемещения жидкости.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ВИДУ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ СРЕДЫ

 

От физических и химических свойств перекачиваемой среды неизбежно зависят конструкции насоса, принцип его работы, а также выбор материала. На этом основании вид перекачиваемой среды пелесообразно принять в качестве второго признака для классификации насосов. Поэтому определены шесть типичных перекачиваемых сред для насосов. В соответствии с этим насосы предназначены для чистых и слегка загрязненных жидкостей, загрязненных жидкостей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей, агресссивных жидкостей, жидких металлов.