 |
Тема: Машины для перемещения жидкостей (насосы)
|
|
|
|
Перемещение жидкостей по трубопроводам и аппаратам связано с преодолением сил трения, местных сопротивлений, а также затратой энергии на подъем жидкости с низшего на высший уровень.
Дня этой цели применяют насосы - гидравлические машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости.
Конструкции насосов классифицируются в соответствии со способами передачи энергии жидкости на четыр5е большие группы:
а) динамические (центробежные, осевые, вихревые и др.) насосы - кинетическая энергия сообщается жидкости с помощью вращающихся лопастей;
б) объемные (поршневые, пластинчатые, шестеренчатые, винтовые и др.) насосы - энергия передается путем периодического изменения объема рабочих камер;
в) струйные (эжекторы, инжекторы) насосы - для передачи энергии используется кинетическая энергия струи газа (пара), воды.
г) пневматические (эрлифты (air - воздух и lift - поднимать), газлифты, пневматические подъемники (монтежю) и др.) движение жидкости в которых создается давлением газа.
К основным параметрам, характеризующим работу гидравлических машин, относятся:
· Подача – количество среды, перемещаемое машиной в единицу времени. Различают объемную Q, м³/с и массовую подачу G кг/с.;
· Напор (Н, м) – характеризует удельную энергию, сообщаемую насосом единице веса перекачиваемой среды. С помощью уравнения Бернулли напор можно представить, как высоту, на которую может быть поднять 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.
Поршневые насосы.
Подразделяются на несколько типов - простого и двойного действия, а также собственно поршневые и плунжерные насосы.
Поршневой насос простого действия состоит из корпуса-6, в котором имеется цилиндр-7, соединенный с клапанной коробкой-2. Внутри цилиндра находится поршень, или плунжер-9, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом-10. Всасывающий-8 и нагнетательный-3 клапаны помещаются в клапанной коробке. В верхней части, на линии нагнетания, расположен воздушный колпак-5. Всасывающий трубопровод-1 присоединён к нижней части клапанной коробки.
|
|
|
Поршневой насос работает следующим образом: при движении поршня слева направо в пространстве клапанной коробки создается разряжение, всасывающий клалан-8 открывается и по всасывающему трубопроводу жидкость поступает в цилиндр-7. При движении поршня справа налево открывается нагнетательный клапан-3 и жидкость за счет уменьшения объема цилиндра подается в нагнетательный трубопровод-4. Таким образом, в в насосе простого действия за один оборот вала происходит одно возвратно-поступательное движение поршня, т.е. одно всасывание и одно нагнетание. Вследствие этого во всасывающем и нагнетательном трубопроводах поток жидкости имеет пульсирующий характер.
Сглаживание неровности подачи осуществляют воздушные клапаны, установленные на нагнетательной линии-4. При работе насоса часть вытесненного объема жидкости подается в нагнетательную линию, а часть за счет сжатия газа поступает в воздушный колпак-5. При закрытии нагнетательного клапана-3 за счет увеличенного давления в воздушном колпаке жидкость продолжает поступать в нагнетательную линию, вследствие чего увеличивается равномерность потока. Высота всасывания не превышает 10 м вод.ст., 0,1 МПа.
Для обеспечения более равномерного движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводах применяют насосы двойного действия.
В таком насосе имеются две клапанные коробки, в которых заключены два всасывающих и два нагнетательных клапана. При движении поршня вправо и влево происходит всасывание и нагнетание жидкости, что в значительной мере повышает равномерность движения жидкости в трубопроводах. Однако наличие четырех клапанов снижает их надежность, т.к. отказ в работе любого клапана уже нарушает нормальную работу насоса.
|
|
|
Производительность поршневых насосов
Для насоса простого действия Q=F S n ή (
/мин);
Где F – площадь сечения поршня или плунжера, ;
S – ход поршня или плунжера, м;
N – число оборотов привода в минуту;
ή – обьемный коэффициент полезного действия, изменяющийся в пределах: для малых и средних насосов – 0,8-0,9, для больших насосов – 0,85-0,95.
Для насосов двойного действия производительность выражается формулой:
Q=(2F – f) S n ή;
где f – площадь сечения штока, 
.
Полная высота напора Н складывается из высоты всасывания Н 1и высоты нагнетания 
:
H =Н1 + ;
Центробежные насосы ЦБН
Центробежные насосы относятся к группе динамических насосов. В них жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.
По числу рабочих колес, устанавливаемых последовательно на одном валу в корпусе, центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.
По величине развиваемого напора ЦБН классифицируют:
1) низкого давления (20-25 м вод.ст. или Н <0,2 МПа);
2) среднего давления (25-60 м вод.ст. или 0,2 МПа<Н>0,5 МПа);
3) высокого давления (выше 60 м вод.ст. или Н> 0,5 МПа).
В центробежном одноступенчатом насосе на валу имеется 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 в напорный трубопроводе. При этом на входе в корпус насоса создается пониженное давление и, вследствие разности давлений, жидкость из приемного резервуара непрерывно поступает в насос. Обратный клатан-5 предназначен для того, чтобы насос все время был залит жидкостью (при временных отключениях) иначе насос не сможет работать (не сможет создать разности давлений).
Совместная работа центробежных насосов
|
|
|
При параллельном соединении насосы всасывают жидкость из общего трубопровода или одного резервуара и нагнетают в общий напорный трубопровод. Совместную параллельную работу центробежных насосов применяют для увеличения подачи.
При последовательном соединении насосов вся жидкость проходит через каждый насос, т.е. всасывающий патрубок второго насоса соединен с нагнетательным первого насоса, а
всасывающий патрубок третьего насоса с нагнетательным второго и т.д. Последовательную работу насосов применяют главным образом для увеличения напора, если заданный напор не может быть создан одним насосом.
Неполадки в процессе работы центробежных насосов. В процессе работы центробежных насосов могут возникнуть неисправности, которые машинист должен устранить. Насос может отказать в работе после пуска из - за: неплотности всасывающей линии - осмотреть трубопровод и устранить неплотности; наличия в корпусе насоса воздуха или паров жидкости - повторно залить насос; засорения труб и сосудов - осмотреть, прочистить трубы и сосуды.
Подача в процессе работы может снизиться по следующим причинам: уменьшилась частота вращения - проверить напряжение сети и двигатель, устранить обнаруженные дефекты; во всасывающую линию или в корпус насоса через сальники просачивается воздух
- проверить трубопровод, подтянуть или сменить набивку сальника;
в нагнетательном и всасывающем трубопроводах увеличились сопротивления -проверить все задвижки и места возможных засорений трубопроводов, прочистить их;
засорилось рабочее колесо - осмотреть и прочистить его.
Напор в процессе работы может снизиться из - за:
уменьшения частоты вращения - проверить двигатель и при обнаружении неисправностей устранить их;
попадания воздуха в перекачиваемую жидкость - проверить всасывающую трубу;
утечки жидкости - подтянуть или заменить набивку сальника;
повреждения напорного трубопровода - закрыть задвижку на напорном трубопроводе, осмотреть его и устранить повреждения;
|
|
|
износа уплотняющих колец или повреждения рабочего колеса - заменить поврежденные детали.
Перегрузка двигателя возникает: при слишком большом разбеге вала, когда колесо трется о неподвижные части насоса - уменьшить разбег вала; при большом осевом давлении - проверить исправность разгрузочных устройств и устранить обнаруженные дефекты; при засорении внутренних частей - остановить насос, прочистить и промыть корпус и рабочие колеса; при увеличении подачи насоса выше допустимой нормы и напоре меньше расчетного - прикрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе.
Вибрацию и шум насоса вызывают: ослабление фундаментальных болтов - подтянуть болты; установка вала насоса и электромотора не на одной прямой -произвести правильную центровку; частичное засорение рабочих колес - осмотреть и прочистить насос; прогиб вала, заедание вращающихся частей, износ подшипников - заменить поврежденные детали; кавитация - остановить насос и принять меры к уменьшению высоты всасывания.
Производительность насоса
Q = π 
( /сек, 
, 
, л/мин)
где: 
- ширина колеса;
- радиальная составляющая абсолютной скорости;
-наибольший диаметр колеса.
Фактический напор
Н = 
;
где: - теоретический напор;
– гидравлический КПД равный (0,8 ÷ 0,95);
– поправочный коэффициент (0,56 ÷ 0,84).
Ротационные насосы
Наиболее распространенным насосом ротационного типа является шестеренчатый насос. В корпусе 1 вращаются навстречу друг другу две шестерни 2, одна из которых приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, в полости со стороны всасывающего патрубка создается разрежение. Жидкость поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается в направлении их вращения. Когда зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется через «полость в нагнетательный трубопровод.
Струйные насосы
В струйном насосе струя рабочей жидкости — пара или воды — вытекает с большой скоростью из сопла 2 в камеру смешения 2 и увлекает путем поверхностного трения засасываемую жидкость или газ. При этом в камере 2 создается разрежение, достаточное для подъема жидкости из приемного резервуара в насос. Засасываемая жидкость быстро смешивается с рабочей, и смесь их поступает в конически расширяющуюся трубу - диффузор 3. В диффузоре скорость потока уменьшается, и, в соответствии с уравнением Бернулли, кинетическая энергия потока переходит в потенциальную энергию давления, что приводит к сжатию засасываемого вещества до требуемого конечного давления.
|
|
|
В пароструйных насосах, помимо смешения жидкостей и передачи энергии перекачиваемой жидкости, происходит конденсация пара. Поэтому такие насосы применимы только в тех случаях, когда допустимо смешение перемещаемой жидкости с водой, образующейся при конденсации пара.
Струйные насосы применяются не только для нагнетания (инжекторы), но и для отсасывания жидкостей (эжекторы). Пароструйные и водоструйные насосы применяются также для смешения и нагревания жидкостей.
Монтежю
Монтежю представляет собой вертикальный или горизонтальный резервуар, в который жидкость подается самотеком и вытесняется сжатым воэдухом. Монтежю работает периодически. При заполнении корпуса 1 открывают кран-воздушник 6 и кран 2, через который поступает жидкость. При передавливании жидкости краны 2 и 6 закрывают и открывают кран 5 на нагнетательной трубе 7, после чего через кран 3 подают сжатый воздух, вытесняющий жидкость. По окончании передавливания закрывают кран 3 и сообщают монтежю с атмосферой, открывая кран 4.
Монтежю часто используют для перемещения химически активных и загрязненных жидкостей.
Воздушные подъемники (аэрлифт)
В воздушных подъемниках; или эрлифтах, сжатый воздух по трубе 1 подводится снизу к подъемной трубе 2 и, поступая через смеситель 5, распределяется в жидкости в виде пузырьков. Смесь жидкости и воздуха имеет меньший удельный вес, чем жидкость, окружающая трубу 2, и по закону сообщающихся сосудов поднимается вверх по этой трубе. На выходе из трубы 2 смесь огибает зонт-отражатель 4; при этом из смеси выделяется воздух, а жидкость сливается в резервуар 5.
Мощность
Мощность равна энергии, сообщаемой 1 кг жидкости, умноженной на массовый расход жидкости 0.
= Q p g н; (вт)
где: Q – обьемная производительность, /сек;
р – плотность жидкости, м/ ;
g – ускорение силы тяжести 
.
ή = 
Лекция №3
|
|
|
