Обзор,классификация насосов,насосы
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
Применяемые в химической технологии жидкости и газы часто необходимо транспортировать по трубопроводам как внутри предприятия (для подачи в аппараты и установки, из цеха в цех и т. п.), так и вне его (для подачи исходного сырья или готовой продукции и т, п.). Эту задачу можно решить довольно просто, если жидкость перемещается с более высокого уровня на более низкий самотеком. Но чаще в технике приходится решать обратную задачу транспортирования жидкости с более низкого уровня на более высокий. Для этой цели используют гидравлические машины — насосы в которых механическая энергия двигателя преобразуется в энергию транспор-тируемой жидкости в следствие повышения ее давления.
Классификация насосов.
По принципу действия насосы подразделяют на объемные и динамические.
В объемных насосах энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. В соответствии с этим по форме движения рабочих органов их подразделяют на возвратно-поступательные(поршневые,плунжерные,диафрагменные) и вращательные, или роторные (шестеренные, винтовые и др.).
В динамических насосах энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес (например, в центробежных и осевых насосах), или сил трения (например, в струйных и вихревых насосах). Поэтому по виду силового действия на жидкость динамические насосы подразделяют на лопастные и насосы трения.
Наиболее распространенными динамическими насосами являются лопастные. К данному виду насосов относятся центробежные и осевые. Работа этих насосов основана на общем принципе-силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаи-
модействия у центробежных и осевых насосов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.
Большое число конструкций насосов обусловлено многообразием задач транспортирования жидкостей, встречающихся в химической промышленности. Например, требуемая производительнос ть насоса может в одном случае составлять несколько литров в час (т.е. дм3/ч), а в другом-несколько десятков м3 в 1 с.
Основные параметры насосов.
К основным параметрам насосов относят производительность, напор, мощность.
Производительность Q насоса-объем жидкости, подаваемый насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени (м3/с, м3/ч). Обычно при подборе насоса для перекачивания жидкости по заданной системе трубопроводов и аппаратов величина Q известна. Если же требуется провести проектный или поверочный расчеты, то для этого используют специально для каждого типа насосов методики расчетов, рассмотренные ниже.
Напор Н (м) представляет собой избыточную удельную энергию, сообщаемую насосом единице массы жидкости. При подборе насоса напор определяют с помощью уравнения Бернулли. Примем за плоскость сравнения сечение по оси насоса 0-0.
Высота всасывания Лвс при перекачивании жидкостей из открытых резервуаров не может быть больше высоты столба перекачиваемой жидкости, соответствующего атмосферному давлению. Так, например, при перекачивании воды при 20 °С и атмосферном давлении на уровне моря она не может быть больше 10 м. Обычно для жидкостей при температуре окружающей среды 20°С не превышает 5-6 м. При перекачивании горячих жидкостей Лвс намного меньше. Поэтому горячие и очень вязкие жидкости (из-за высокого гидравлического сопротивления) подводят к насосу под некоторым избыточным давлением или с подпором на всасывающей линии насоса, т.е. в этом случае насос работает под заливом.
Зависимость справедлива для всех насосов, хотя сами процессы всасывания довольно сильно различаются у разных насосов. Поэтому при расчете высоты всасывания по уравнению вводятся соответствующие поправки. Например, при определении для поршневых насосов вводится поправка, учитывающая инерционные потери при расчете величины Апвс, и т.п.
Полезная мощность насоса, затрачиваемая им на сообщение жидкости энергии, равна произведению удельной энергии на массовый расход pgQ жидкости:
NB = pgQH.
Действительная мощность на валу насоса, т.е. мощность, потребляемая насосом, больше полезной мощности вследствие потерь в самом насосе (гидравлические потери, утечки жидкости через неплотности, потери вследствие трения в подшипниках и т. п.), которые учитываются коэффициентом полезного действия (к. п. д.) насоса:
Na = NBfaK = pgQH/4B.
Величина nH характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса, отражает относительные (по сравнению с Nn) потери мощности в насосе и является произведением трех сомножителей: nH=nvxnrxnмех.
nv-коэфициент подачи,учитывающий потери производительности насоса.
nr-учитывает потери напора при движении жидкости через насос.
nмех- характеризует потери мощности на механическое трение в насосе.
ОБЗОР МАШИН И НАСОСОВ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого оп-ределения приводит к пониманию насоса как установки,которая предназначенна для перемещений жидкости и увеличения ее энергии. При работе насоса или установки, получаемая энергия от двигателя, переходит в энергию,кинетическую и тепловую энергию потока жидкости. В современной промышленности распространены гидродвигатели-машины, превращающие энергию потока жидкости в механическую энергию (гидротурбины, гидромоторы). В последнее время в различных технических устройствах употребляются гидропередачи — конструктивные ком-бинации, служащие для передачи энергии механической с вала электродвигателя на вал приводимой машины гидравлическим способом. В состав гидропередачи входит, насос, гидродвигатель и система трубопровода с устройством распределения и регулирования потоков рабочей жидкости (энергоносителя). Насосы,двигатели гидравлические и гидропередачи, образуют класс гидравлических машин Классификация гидравлических машин по энергетическому и конструктивному признакам представлена на рис. ,ГОСТ 17398-72 разделяет насосы на два класса: динамические и объемные В классе динамических насосов, передача энергии потоку происходит под действием сил, действующих на жидкость в рабочей полости, соединенные с входом и выходом насоса . Характерным представителем этого класса является центробежный насос. В объемных насосах и установках энергия жидкой cреде передается в рабочей камере, периодически изменяющей объем и сообщающейся с входом ,выходом установки или насоса. Для этого класса типичным является поршневой,плунжерный насос. Виды насосов по принципу действия и конструкциям весьма многообразны; исчерпывающее представление о этом даст ГОСТ 17398-72 и прилагаемая к нему схема. Среди динамических насосов, применяемых в промышленности, распространены лопастные насосы, где жидкость перемещается под действием движущихся лопастей, и вихревые. В последних жидкость перемещается в тангенциальном направлении за счет действия радиальных лопастей, распологающихся по периферии рабочего колеса. Среди объемных насосов наиболее распространены поршневы,плунжерные и роторные. Насосы для подачи газовых сред аналогично насосам для жидкостей также подразделяют на динамические и объемные. 1.2. Динамические насосы Эти насосы представлены в современной промышленности тремя основными группами: центробежными н осееыми насосами, вентиляторами и компрессорами, вихревыми насосами. Машины первых двух групп являются лопастными, третью группу государственный стандарт относит к машинам трения. Большое распространение лопастных машин обусловлено удобством комбинирования их с приводными электродвигателями, компактностью при больших подачах, достаточно высоким КПД, возможностью достижения высоких давлений, Схема центробежного насоса дана на рис. Рабочие лопасти, соеденены с дисками, один из которых прикреплен на вал и соединенн с валом приводного электродвигателя и вращение происходит вокруг оси вала. Под влиянием центробежных сил, обусловленных массами жидкости, находящимися в межлопастных пространствах, жидкость повышает свою энергию и выбрасывается в спиральны канал, образованный корпусом и далее вы тесняется в напорный трубопровод . Через приемное отверстие происходит непрерывное всасывание жидкости. На рис.,дана схема осевого насоса. Лопасти насоса закреплены на втулке под углом к плоскости оси вала, образуя рабочее колесо. При вращение лопасть взаимодействует с потоком придавая жидкости энергию и перемещая ее вдоль оси насоса. Способ действия вихревого насоса поясняет рис. В корпусе насоса концентрично располагается работ колесо с плоскими радиальными лопастями . При работе насоса жидкость поступает во всасывающий патрубок , захватывается рабочим колесом совершая вихревое движение в кольцевом канале , выходит через напорный патрубок. В отличие от центробежных и осевых насосы в вихревом насосе вход и выход жидкости произ-водятся на периферии рабочего колеса.Работа машины для подачи газовых сред может осуществляться любым из рассмотренных способов. Объемные насосы Работа такого насоса происходит путем всасывания и вытеснения жидкости или газа, твердыми телами — поршнями,плунжерами перемещающимися в рабочих полости-цилиндра или корпуса. На рис.,дана схема простейшей объемной машины — плунжерного насоса одностороннего действия.Плунжер плотно соединен с клапанной коробкой , в гнездах которой расположены вертикально пере мешающиеся всасывающий и напорный клапаны. Движение плунжера в цилиндре носит возвратно-поступательный характер и происходит всасывание жидкости по трубе на ходу вправо и подачу по трубе на ходу влево. При этом открытие и закрытие всасывающего н напорного клапанов происходят автоматически. Периодичность движения плунжера может сказаться на неравномерности подачи . Этот фактор проявляется тем больше, чем больше изменяется скорость плунжера на полном. Поэтому привод таких машин высокооборотными двигателями недопустим. Эти обстоятельства вызвали появление объемных насосов вращательного типа, называемых роторными. Широко используемыми представителями этой группы насосов являются шестеренные к пластинчатые. На рис. представлена схема пластинчато-роторного насоса. Массивный ротор с радиальными резями постоянной ширины помещается эксцентрично в корпусе. Вал для соединения с двигателем через уплотнение выведен из корпуса . В прорезях ротора вставлены прямоугольные пластинки , отжимаемые от центра к периферии собственными центробежными силами. При вращении ротора жидкость всасывается через патрубок в полость и вытесняется из полости в напорный патрубок. Реверс насоса: изменении направления вращения вала насоса, насос будет всасывать через патрубок и подавать через патрубок 4. Частота вращения пластинчато-роторногонасоса высока поэтому вал насоса может соединяться с двигателем напрямую. 1.4.Пневматический подъемник для жидкости, струйный насос.Для перемещения жидкостей также используются насосы струйного типа. Поток жидкости, проходит через сопло 1. В сужающемся сопле скорость потока увеличивается и возрастает кинетическая энергия. По закону сохранения энергии увеличение кинетической энергии обусловлевает понижение давления в выходном сечении сопла и следовательно, в камере под действием разности давлений, жидкость поднимается в камеру 2, где струей рабочей жидкости захватывается и смешивается и далее направляется в патрубок 4 и по трубопроводам в емкость на высоту Н.Коэффициент полезного действия струйного насоса невысок но отсутствие движущихся деталей и простота конструкции ,позволяет применять в разных установках. Насосы струйного типа применяют и как эжекторы в вакуумных установках. Для подъема и перемещения жидкостей иногда применяют пневматические подъемники, у которых в качестве ра-бочей среды используют сжатый воздух или технический газ. Подъем жидкости нз емкости или резервуара на высоту Н в емкость 2 производится при помощи компрессора К и пневматического баллона 3. При отключенном компрессоре ,открытых задвижках ,баллон наполняется жидкостью из емкости или резервуара. При закрытии задвижек и включенном компрессоре ,жидкость вытесняется через открытую задвижку из баллона в емкость . Цикл подачи осуществляется периодически. Схема подъемника для жидкостей, называемого эрлифтом или газлифтом, дана на рис. 1.5. Подача и напор объемного и динамического насоса. Подача и напор насоса для перемещения жидкости или газа определяются в основном конструкцией насоса и скоростью движения ее рабочих органов, но зависят также от гидравлических свойств сис стем, в которые насосы вклю чены. Поршневые,плунжерные и роторные насосы конструктивно приспособлены для создания высокого давления их, определена размерами их рабочих органов, может быть очень малой. Эти насосы малых подач и высокого давления. Лопастные и центробежные насосы, перекрывают области значительных подач при широком диапазоне развиваемых напоров. Насосами развивающими малые подачи, являются осевые. Вихревые машины находятся между поршневыми, плунжерными и центробежными насосами. Области использования различных машин Наибольшее распространение получили лопастные насосы. Создаваемый ими напор может превышать 3500м3, а подача — 100 000 м3/ч в одном насосном агрегате.В теплоэнергетических установках для питания котлов, циркуляционная вода в конденсатор турбин. в системах теплофикации сетевой воды используются центробежные насосы. В последнее время в связи с ростом мощности паровых турбин в конденсационных установках иногда применяют осевые насосы. Центробежные и струнные насосы применяются на ТЭС,в системе гидрозолоудаления. Струйный насос применяется для удаления воздуха из конденсаторов турбин и в качестве смесителя прямой и обратной воды. Эрлифты иногда употребляют на ТЭС для подъема воды из скважин основного или резервного водоснабжения. Из объемных насосов в теплоэнергетике применяют поршневые,плунжерные насосы для питания паровых котлов малой паро производительности и в качестве насосов дозаторов реагентов для поддержания требуемого качества питательной и котловой воды крупных котлов. Роторные насосы используются на электростанциях в системах смазки и регулировании турбин. В технологическом цикле АЭС применяются центробежные и специальных насосы, конструкций обычного и герметичного исполнения. Еще более широко насосы всех видов применяются на промышленных предприятиях и водоснабжения городов. Центробежные насосы работают в системах хозяйственного и технического водоснабжения, а также для подачи различных растворов.Значительное применение центробежные и струйные насосы нашли в угольной,строительной промышленности при гидравлическом способе добычи. Торфяная промышленность использует лопастной насос для разработки залежей торфа и подачи смеси торфа с водой. Центробежные, струйные насосы,эрлифты и пневматические насосы применяются для различных целей в легкой, химической, пищевой, нефтяной промышленности.
