 |
Определение, устройство, принцип действия и сравнительные характеристики простейших насосов (поршневых, ротационных, струйных и центробежных).
|
|
|
|
У поршневых (плунжерных) насосов в закрытом цилиндре ходит поршень (плунжер), совершая возвратно-поступательное движение. Так как в поршневых насосах процессы всасывания и нагнетания попеременно чередуются в одном и том же пространстве, то поршневые насосы снабжают распределительными механизмами – клапанами, назначение которых попеременно соединять всасывающую и нагнетательную полость насоса с внутренним пространством.
Поршневые насосы подразделяются на насосы простого, двойного и дифференциального действия (см. рис. 3.1).
Принцип действия поршневых насосов основан на том, что во время всасывания вследствие возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре рабочий объём камеры увеличивается, создаётся разряжение, и в неё под действием атмосферного давления через всасывающий клапан поступает перекачиваемая среда (газ или жидкость). Во время нагнетания объём камеры уменьшается, перекачивающей среде сообщается энергия движения, и она выдавливается через нагнетательный клапан в напорную линию.
У поршневых насосов простого действия за два хода поршня (один цикл) происходит один раз всасывание и один раз нагнетание.
В поршневых насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходит при каждом ходе поршня. Эти насосы по существу являются соединением двух насосов простого действия в одном агрегате.
У поршневых насосов дифференциального действия всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за два хода, то есть всасывание происходит периодически, а нагнетание непрерывно. Так при движении поршня вправо в левой полости происходит всасывание жидкости, одновременно из правой полости вытесняется определённое количество перекачивающей среды. При обратном ходе из левой полости жидкость или газ выталкивается через нагнетательный клапан в нагнетательную трубу, соединяющую обе полости цилиндра. В это же время в правой полости освобождается пространство. Таким образом, подача будет одинакова за оба хода. Этот тип поршневых насосов обладает такой же равномерностью подачи, как и поршневые насосы двойного действия, выгодно отличаясь от последних меньшим числом клапанов.
|
|
|
У пластинчатого (шиберного) насоса (см. рис. 3.2) при вращении ротора 1, эксцентрично расположенного в корпусе насоса 4, объём 3 между двумя смежными шиберами в первый полупериод увеличивается, а затем уменьшается. Происходит постоянное всасывание жидкости или газа (на данном рисунке справа снизу) и нагнетание (влево наверх).
Шиберы в таких насосах выполнены в виде пластин, которые радиально перемещаются в специальных пазах ротора.
Аналогично шиберным насосам работают роликовые насосы, только вместо шиберов применяются ролики, которые также расположены в специальных профилированных пазах ротора.
Струйные насосы
Насосы струйного типа работают на принципе эжекции, то есть передачи энергии от рабочей среды к нагнетаемой. Они отличаются от других насосов тем, что у них нет подвижных частей, а рабочим органом является сама рабочая среда, в качестве которой могут служить жидкости и газы. В зависимости от рабочей среды струйные насосы разделяются на газоструйные и водоструйные.
Работа струйного насоса основана на законе сохранения энергии потока:
Ек + Еп = соnst,
где: Ек – кинетическая энергия;
Еп – потенциальная энергия.
На основании этого закона Бернулли вывел формулу для движения потока жидкости в определённом сечении трубопровода:
Р/γ + V2/2g + Z = соnst,
где: Р/γ – пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия давления);
|
|
|
Р – рабочее давление потока;
γ – удельный вес жидкости;
V2/2g – скоростной напор (удельная кинетическая энергия давления);
V – средняя скорость потока;
g – ускорение свободного падения;
Z – энергия положения.
Схема струйного насоса, основными конструктивными элементами которого являются сопло, вакуумная камера и диффузор, представлена на рис. 3.5.
При работе струйного насоса рабочая среда Q1 (жидкость или газ) подходит к насадку с некоторым запасом потенциальной Р/γ и кинетической V2/2g энергии. Уменьшаясь в сечении, насадок увеличивает скорость потока V и, тем самым, кинетическую энергию потока. Тогда, в соответствии с законом сохранения энергии потока, пропорционально уменьшается потенциальная энергия потока, а именно рабочее давление потока Р. Увеличивая скорость потока можно получить такое уменьшение давления, что в вакуумной камере у сопла создастся разряжение (давление ниже атмосферного). Под действием атмосферного давления в вакуумную камеру поступает эжектируемая среда Q2 и далее струёй рабочей среды Q1 уносится в диффузор. В расширяющемся диффузоре скорость движения потока рабочей и подсасываемой среды уменьшается, а напор увеличивается, т. е. происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную. Таким образом, в струйном насосе при увеличении скорости потока на выходе из сопла увеличивается разряжения в вакуумной камере, и соответственно возрастает количество эжектируемой (подсасываемой) среды.
Основным преимуществом струйных насосов является простота конструкции, за счёт чего область их применения в пожарной технике весьма широка. Их используют в качестве пеносмесителей, а в насосных установках в качестве вакуумных насосов. В пожарной технике эжектирующая способность данных насосов находит своё применение в работе гидроэлеваторов, пеногенераторов и другого оборудования.
Центробежные насосы
В центробежных насосах движение перекачиваемой жидкости осуществляется за счёт возникающей при работе насоса центробежной силы частиц жидкости, т.о. центробежные насосы работают по принципу использования центробежной силы:
F = m . а = m . w2 . R,
где: F – центробежная сила;
m – масса жидкости;
|
|
|
а – ускорение движения жидкости;
w - угловая скорость;
R – радиус рабочего колеса.
Центробежный насос (см. рис. 3.6) состоит из следующих основных конструктивных элементов: вал, рабочее колесо, всасывающий патрубок, напорный патрубок (спиральный отвод), корпус, спиральная камера.
Основной частью насоса является рабочее колесо 2 с профилированными лопатками. При вращении колеса, посаженного на вал 1, вода, находящаяся в каналах колеса (корпус насоса предварительно заполняется жидкостью), также начинает вращаться, под действием центробежной силы перемещаться от центра рабочего колеса к периферии и собираться в напорном патрубке (спиральном отводе) 4. В результате перемещения воды в центре рабочего колеса создаётся разрежение, куда через всасывающий патрубок 3 под действием атмосферного давления непрерывно поступает вода. В расширяющемся напорном патрубке 4 и в расположенном за ним диффузоре скорость движения потока жидкости уменьшается, и кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную (энергию давления).
Характерными признаками центробежного насоса является общее направление потока жидкости от центра к периферии.
Обязательное условие работы центробежных насосов – предварительная заливка их водой перед пуском в работу. При наличии внутри корпуса и рабочего колеса воздуха центробежная сила будет недостаточной для перемещения его по каналам рабочего колеса и создания разрежения, т.к. масса воздуха в 775 раз меньше массы воды.
|
|
|
