Насосы гидравлических машин

Введение

    Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей (воды, шлама, масел и др.) под давлением. Насос совершает работу за счет энергии, получаемой от двигателя. Часть этой энергии теряется на преодоление гидравлических и механических сопротивлений, другая ее часть расходуется на создание избыточного давления, благодаря которому и обеспечивается движение жидкости от насоса к месту ее потребления.

Насосы самых различных  конструкций являются необходимой  частью оборудования почти каждого  современного производства. Наиболее распространены в народном хозяйстве  лопастные насосы, в частности, центробежные, ввиду простоты конструкции и  удобства эксплуатации Создаваемое  ими давление превышает 250 • 105 Н/м2, а производительность — 100 000 м3/ч  жидкости.

Они применяются для подачи как чистой воды, так и шлама (шламовые насосы) и устанавливаются на водоотливе в карьерах, при эксплуатации гидромониторов и на цементных заводах.

 

 

 

 

 

 

 

1.Устройство вихревых насосов

   Вихревой насос (рис. 1) состоит из рабочего колеса с лопастями, установленного на валу. Рабочее колесо эксцентрично расположено в корпусе, так что в верхней части между ним и корпусом оставлен минимальный (0,15—0,2 мм) зазор. Принципиальное отличие вихревого насоса от центробежного и осевого состоит в том, что жидкость поступает в кожух и выходит из него по касательной к рабочему колесу. При движении в корпусе жидкость находится под воздействием центробежной силы, возникающей вследствие ее вращения вместе с рабочим колесом, и всасывающим действием пазов между отдельными лопастями колеса.

 

Рис. 1. Схема вихревого  насоса:

1— рабочее колесо;  2 — кор­пус; 3 — лопасть; 4 — вал.

 

    Всасывающее действие пазов объясняется образованием в них разрежения вследствие перемещения воды под действием центробежной силы к периферии лопастей колеса. Когда сила всасывания превышает величин центробежной силы, жидкость начинает перемещаться к центру колеса и движется в этом направлении до наступления равновесия сил.

   Затем цикл многократно повторяется. Совершая таким образом сложное движение, жидкость образуют вихри на каждой лопасти, что приводит к повышению давления.

    Достоинством вихревых насосов является их высокий напор в 2—4 раза превышающий напор центробежных насосов при равных диаметрах колес, и обеспечение самовсасывания после одноразового залива. Самовсасывание происходит за счет наличия в насосе (после его остановки) жидкости, которая сохраняется в корпусе благодаря вертикальному расположению всасывающего и нагнетательного патрубков.

    Недостатками вихревых насосов являются низкие к. п. д. (0,2—0 5) и чувствительность к загрязнению перекачиваемой жидкости. При попадании жидкость твердых частиц колесо и корпус подвергаются интенсивному абразивному износу, и зазор между ними увеличивается. Это отрицательно сказывается на работе насоса, так как даже незначительное увеличение зазора между колесом и корпусом приводит к заметному снижению к. п. д.

 

   Корпус насоса и суппорт двигателя изготовленные из чугуна. Корпус насоса также может изготавливаться из бронзы.

    Рабочее колесо  изготовлено из латуни (бронзы). Особенность  вихревых насосов заключается  в том, что на периферии рабочего  колеса имеется радиальные лопатки  (на фото), передающие энергию  перекачиваемой жидкости. Специальный  профиль лопаток обеспечивает  радиальную циркуляцию поступающей  в насос жидкости между лопатками  рабочего колеса и корпусом  насоса. Эта особенность дает  возможность постепенно повышать  давление жидкости в процессе  ее передвижения от всасывающего  к напорному патрубку. Этим обеспечивается равномерный поток жидкости и отсутствие пульсаций, а также высокое давление и крутизна рабочей характеристики. У вихревых насосах используется цилиндрическая посадка рабочего колеса, позволяющая наиболее точно разместится колесу в рабочей камере насоса.

    Механическое  уплотнение состоит: неподвижная  часть – резина/керамика, подвижная  часть – нержавейка/графит.

    Вал ротора  – нержавеющая сталь.

    Электродвигатель  – асинхронный, двухполюсный, закрытого  типа с наружной вентиляцией, 2850 оборотов в минуту.

 

2. Отличие от центробежных насосов

   Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).

 

3.  Рабочий процесс вихревых насосов и область их применения

Вихревые насосы относятся  к машинам трения. Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает  ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.  
 
Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами.  
 
Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие.  
 
 
 
Рис. Общий вид колеса вихревого насоса СВН-80

 
Вихревой насос по сравнению с  центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз  больше при одинаковых размерах и  частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).  
 
Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.  
 
 
 
Рис. 1. Схема вихревого насоса1 - рабочее колесо; 2 - лопатка; 3 - корпус; 4 - всасывающее отверстие; 5 — выходное отверстие 
Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками (рис. 2), помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. В боковых и периферийной стенках корпуса имеется концентричный канал 2, начинающийся у всасывающего отверстия и кончающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 5 в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.  
 
Напор вихревого насоса в 3—7 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и числе оборотов. Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью, т. е. способностью при пуске засасывать жидкость без предварительного заполнения всасывающего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 45%. Наиболее распространенные конструкции имеют КПД 35-38%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Вихревые насосы изготовляют на подачу до 12 л/с. Напор вихревых насосов достигает 240 м , мощность доходит до 25 кВт, коэффициент быстроходности ns=6ч40. Число оборотов вихревого насоса так же, как и лопастного, ограничено только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем.  
 
 
Рис. 2. Схема вихревого насоса закрытого тип

Область применения1.

  В химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Здесь требуются обычно насосы с малыми подачами и высокими напорами (максимальная скорость протекания химических реакций, большие гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Благодаря простой конструкции рабочих органов вихревых насосов возможно применение химически стойких пластмасс, а также металлов, плохо поддающихся механической обработке и отливке;

 

2. Для перекачивания легколетучих жидкостей (бензина, спирта, эфира и т. д.). Испарение легких фракций этих жидкостей приводит к тому, что в насос засасывается смесь жидкости и пара. Вихревой насос в отличие от центробежного может работать на такой смеси. В частности, вихревые насосы применяют на аэродромных и автомобильных бензораздаточных станциях, а также в бензозаправщиках самолетов. В этих случаях требуется быстрая готовность насоса к пуску при частых остановках и надежность в работе при наличии в трубопроводе воздуха или пара. Вихревой насос, будучи самовсасывающим и способным работать на смеси жидкости и газа, удовлетворяет этим требованиям. Работа насоса в рассматриваемой области кратковременна, поэтому значение КПД несущественно;

 

3.Для подачи жидкостей, насыщенных газами, например жидкостей, содержащих большое количество растворенного газа, который выделяется при прохождении в области пониженного давления; для откачивания жидкости с высокой упругостью пара (например, пропан, бутан) при положительной высоте всасывания из емкости, в которой давление равно упругости насыщенного пара. В последнем случае при подъеме по всасывающему трубопроводу жидкость частично испаряется, ее температура понижается и, следовательно, уменьшается упругость насыщенного пара. Это замедляет процесс испарения, но в насос поступает смесь жидкости и пара;

4. В небольших автоматических насосных станциях например для сельского водоснабжения. Центробежные насосы здесь малопригодны, так как требуются обычно малая подача и большой напор; поршневые насосы дороги, громоздки и также не пригодны вследствие того, что условия эксплуатации препятствуют автоматизации;

  5. В насосных установках коммунального хозяйства, например, в качестве бустерных насосов для водоснабжения и автомоечных насосов. Здесь требуются малые подачи и большие напоры;

  6.Вместо водокольцевых компрессоров в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления;

    7. В качестве питательных насосов малых вспомогательных котельных установок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Насосы, компрессоры и  вентиляторы. Шлипченко З. С., «Техника», 1976.

2. Насосы, компрессоры, вентиляторы.  Семидуберский М. С., «Высшая школа», 1974

3. Насосные станции с  центробежными насосами. Карелин  В. Я., Новодережкин Р. А., «Стройиздат», 1983.