:

Расчеты

Продукция

Поршневые насосы

Принцип действия и типы насосов

В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создаётся разрежение. Под действием разности давлений в приёмной ёмкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан. Нагнетательный клапан при ходе поршня вправо закрыт, т.к. на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан и открывается нагнетательный клапан. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную ёмкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом происходит неравномерно: всасывание - при движении поршня слева направо, нагнетание – при обратном направлении движения поршня. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня.

По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые иплунжерные (скальчатые) насосы.

В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень, снабжённый уплотнительными кольцами, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Плунжер, или скалка, не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня большим отношением длины к диаметру.

Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра, как поршневые, а неплотности легко устраняются подтягиванием или заменой набивки сальника без демонтажа насоса. В связи с тем, что для плунжерных насосов нет необходимости в тщательной пригонке поршня и цилиндра, их применяют для перекачивания загрязнённых и вязких жидкостей, а также для создания более высоких давлений.

Более равномерной подачей обладают насосы двойного и тройного действия. В насосах двойного действия всасывание и нагнетание происходят при каждом ходе поршня. Кривошипы триплекс-насосов расположены под углом 120о друг относительно друга, за один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

По роду привода поршневые насосы делятся на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины). Прямодействующие насосы используют на огне- и взрывоопасных производствах, а также при наличии дешёвого отбросного пара.

По числу оборотов кривошипа (числу двойных ходов поршня) различают тихоходные (n= 45-60 мин-1), нормальные (n= 60-120 мин-1) ибыстроходные (n = 120-180 мин-1) поршневые насосы.

Производительность.

В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объём, освобождаемый поршнем. Теоретическая производительность насоса простого действия

Qт = FХLХnм3/сек

где

F – площадь сечения поршня, м2,

L – длина хода поршня, м,

n – число оборотов, мин-1.

Теоретическая производительность насоса двойного действия

Qт = FХLХn + (Ff)хLХn = Ln (2ХF –f), м3/сек

где

f – площадь поперечного сечения штока, м2.

Т.к. f << F, то производительность насоса двойного действия вдвое выше производительности насоса простого действия.

Действительная производительность насоса

Q Qт 

где

 - коэффициент подачи или объёмный к.п.д., учитывающий утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах, местах стыковки трубопроводов, образование в цилиндре воздушных «мешков».

 = 0,97 – 0,99 для насосов большой производительности,

 = 0,9 – 0,95 для насосов средней производительности (Q = 20 -300 м3),

 = 0,85 – 0,9 для насосов малой производительности.

Производительность поршневого насоса – величина постоянная, независящая от напора.

Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения гидравлических ударов (например, при быстром закрытии вентиля на напорном трубопроводе) поршневые насосы снабжаются воздушными колпаками, которые устанавливают на входе жидкости в насос и выходе её из насоса. Воздушный колпак представляет собой буферный промежуточный сосуд, около 50% ёмкости которого занимает воздух. При ускорении движения поршня, т.е. когда в воздушный колпак поступает наибольшее количество жидкости, воздух сжимается. Избыток жидкости поступает в колпак и удаляется из него, когда подача становится ниже средней. При этом давление воздуха, находящегося в колпаке, изменяется незначительно (поскольку его объём гораздо больше объёма поступающей жидкости) и движение жидкости в нагнетательном или всасывающем трубопроводе становится близким к равномерному.

Диафрагмовые (мембранные) насосы относятся к поршневым насосом простого действия и применяются для перекачивания суспензий и химически агрессивных жидкостей. Цилиндр и плунжер насоса отделены от перекачиваемой жидкости эластичной перегородкой - диафрагмой (мембраной) из мягкой резины или специальной стали, вследствие чего плунжер не соприкасается с перекачиваемой жидкостью и не подвергается воздействию химически активных сред или эрозии. При движении плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе её стороны прогибается вправо, и жидкость всасывается в насос через шаровой клапан. При движении плунжера вниз диафрагма прогибается влево и жидкость через нагнетательный клапан вытесняется в напорный трубопровод. Все части насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью – корпус, клапанные коробки, шаровые клапаны, изготавливают из кислотостойких материалов или защищают кислотостойкими покрытиями.

Мембранные насосы с воздушным приводом. Две мембраны, соединённые валом, перемещаются вперёд и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана. На всасывании: первая мембрана создаёт разрежение, когда она движется от стенки корпуса. На выпуске: вторая мембрана одновременно передаёт давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая её по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Преимущества мембранных насосов:

-         безопасная работа всухую,

-         тонкая регулировка потока,

-         самовсасывание до 8 метров водяного столба,

-         способность к перекачиванию реактивных жидкостей, благодаря плавному, неротационному принципу действия,

-   способность перекачивать химические, агрессивные жидкости с высокой вязкостью, абразивы, твёрдые фрагменты, чувствительные к расслоению и вязкие жидкости.

В бессальниковых насосах достигается полное устранение утечки перекачиваемой жидкости. В корпусе насоса помещается рабочее колесо, на котором укреплено добавочное колесо, снабжённое радиальными лопатками, которое откачивает протекшую за колесо жидкость в полость нагнетания насоса., устраняя тем самым утечку перекачиваемой жидкости через зазоры между валом и корпусом при работе насоса. При остановке насоса утечка жидкости предотвращается специальным (стояночным) уплотнением, которое запирает зазор между корпусом и валом в момент выключения насоса. Герметичность этого уплотнения достигается с помощью двух конических поверхностей – удлинённой втулки рабочего колеса и втулки, плотно прилегающих с помощью пружины. В момент пуска насоса вал несколько перемещается влево, и уплотняющие поверхности отходят друг от друга, размыкая стояночное уплотнение.

Все детали насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью, изготовляются из антикоррозионных материалов.

Разновидностью бессальникового центробежного насоса можно считать погружной насос, рабочее колесо которого укреплено на нижнем конце вертикального вала и погружено в перекачиваемую жидкость. Привод насоса размещён значительно выше уровня жидкости в приёмной ёмкости. Жидкость засасывается через патрубок и подаётся по напорным трубам, на которых подвешен корпус насоса.

Герметические насосы применяют для перекачивания химически агрессивных и токсичных жидкостей. Рабочее колесо такого насоса установлено непосредственно на валу асинхронного электродвигателя, ротор которого погружён в перекачиваемую жидкость. Ротор отделён от статора герметическим экраном – цилиндрической оболочкой из немагнитной нержавеющей стали. Перекачиваемая жидкость служит смазкой для подшипников ротора и одновременно охлаждает его.

В герметических насосах с экранированным электродвигателем увеличиваются электрические потери, и снижается к.п.д. двигателя, однако достигается полная герметичность, которая невозможна у насосов с сальниковыми уплотнениями. Герметические насосы надёжны в эксплуатации (особенно при повышенных давлениях на стороне всасывания).

Насосы с экранированным электродвигателем относятся к насосам с герметизацией по внутреннему контуру, у которых в рабочую жидкость погружён только ротор электродвигателя.

Существуют конструкции герметических насосов, в которых герметизация осуществляется по внешнему контуру путём заполнения всей полости электродвигателя жидкостью. В насосах этого типа ротор и статор погружены в перекачиваемую среду. Иногда полость ротора и статора заполняют нейтральным газом, а погружённым в жидкость оставляют только рабочее колесо. Применение инертного газа предохраняет от разрушения изоляции статора и ротора, но ухудшает отвод выделяемого при работе электродвигателя тепла.

Пропеллерные (осевые) насосы применяют для перекачивания больших количеств жидкостей при небольших напорах, главным образом, для создания циркуляции жидкостей в различных аппаратах, например, при выпаривании. Рабочее колесо насоса, по форме близкое к гребному винту расположено в корпусе. Жидкость захватывается лопастями рабочего колеса и перемещается в осевом направлении, одновременно участвуя во вращательном движении. За насосом установлен направляющий аппарат для преобразования вращательного движения жидкости в поступательное.

В вихревых насосах для передачи энергии от рабочего колеса к жидкости и создания напора используется энергия вихревого движения жидкости. Создаваемый напор частично обеспечивается центробежными силами, но большая его часть определяется энергией вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса.

Рабочее колесо с выфрезерованными лопастями вращается в корпусе насоса. По периферии колеса расположен кольцевой канал, заканчивающийся нагнетательным патрубком. Область входного окна и напорный патрубок отделяются уплотняющим участком, где зазор между корпусом и колесом не превышает 0,2 мм. Таким образом, создаётся уплотнение, предотвращающее переток жидкости из полости нагнетания в полость всасывания насоса. Жидкость поступает через окно к основаниям лопастей, отбрасывается центробежной силой в кольцевой канал, в котором приобретает вихревое движение и перемещается вдоль канала к выходному патрубку. На этом пути жидкость неоднократно попадает в пространство между лопастями, где ей дополнительно сообщается механическая энергия. В результате многократного контакта между перекачиваемой жидкостью и рабочим колесом достигаются более высокие напоры, чем у центробежных насосов.

В вихревых насосах некоторых конструкций (со специальными приспособлениями) возможно самовсасывание жидкости. Отличительной особенностью вихревых насосов является также резкое возрастание напора и потребляемой мощности с уменьшением производительности.

В лабиринтных насосах вихревое движение жидкости преобразуется в напор. Основным рабочим органом лабиринтного насоса служит винт с многозаходной нарезкой, вращающийся в неподвижной втулке с такой же нарезкой, но противоположного направления. Лабиринтные насосы отличаются простотой форм рабочих органов и отсутствием механического трения между винтом и втулкой, что позволяет изготавливать эти насосы из различных материалов (пластмасс, керамики, графита, резины и т.п.) и применять их для перекачивания различных химически активных сред (например, плавиковой кислоты).

В корпусе шестерённого насоса заключены две шестерни, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в напорный трубопровод.

Рабочим органом винтового насоса являются ведущий винт и несколько ведомых винтов, заключённых в обойму, расположенную внутри корпуса.

Преимущественное распространение в промышленности получили насосы, имеющие три винта – один ведущий и два ведомых. Обойма такого насоса имеет полость, внутри которой вращаются три винта, имеющие параллельные оси: средний – ведущий и два одинаковых ведомых винта меньшего наружного диаметра. Винты находятся в зацеплении. Нарезка винтов имеет специальную форму и образует в местах взаимного касания винтов герметические уплотнения, которые разделяют насос по длине на ряд замкнутых полостей. Направление нарезки каждого ведомого винта противоположно направлению нарезки ведущего. Все винты обычно выполняются двухзаходными. Соотношения размеров винтов выбраны такие, что ведомые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в установке зубчатой передачи между ведущим и ведомыми винтами.

При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на расстояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих уплотняющих обкладок, препятствующих перетеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания. Из камеры нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод.

Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки и увеличивается с возрастанием отношения длины винта к его диаметру.

Одновинтовые (героторные) насосы. В корпусе насоса, в котором заключен цилиндр с внутренней профилированной винтовой поверхностью, называемый обоймой, устанавливается однозаходный винт. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, заполняемые при работе насоса жидкостью, при вращении винта они перемещаются вдоль оси насоса. Проточная часть насоса может быть изготовлена из различных коррозионностойких материалов, что позволяет использовать эти насосы для перекачивания агрессивных жидкостей.

Пластинчатый насос представляет собой массивный цилиндр с прорезями постоянной ширины (ротор), который расположен эксцентрично в корпусе. Вал ротора через сальник в торцевой крышке выводится из корпуса для соединения с валом электродвигателя. В прорези цилиндра вставляются прямоугольные пластины, которые при вращении ротора под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренне поверхности цилиндра, разделяя серповидное рабочее пространство между ротором и корпусом на камеры. Объём каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка к вертикальной оси насоса, в результате чего в камере образуется разрежение и происходит всасывание жидкости через патрубок. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объём камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод.

В струйных насосах для перемещения жидкостей и создания напора используют кинетическую энергию другой жидкости, которую называют рабочей (пар, вода). Рабочая жидкость поступает с большой скоростью из сопла через камеру смешения в диффузор, увлекая за счёт поверхностного трения перекачиваемую жидкость. В наиболее узкой части диффузора скорость смеси рабочей и перекачиваемой жидкостей достигает наибольшего значения, а статическое давление потока становится наименьшим. Перепад давлений в камере смешения и диффузоре обеспечивает подачу жидкости в камеру смешения из всасывающей линии. В диффузоре скорость потока уменьшается, но увеличивается потенциальная энергия давления, и жидкость под напором поступает в нагнетательный трубопровод.

Пароструйные насосы применяют в тех случаях, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с водой, образующейся при конденсации пара и одновременно её нагревание. Такие насосы часто используют для подачи воды в паровые котлы.

Монтежю представляет собой горизонтальный или вертикальный резервуар, в котором для перекачивания жидкости используется энергия сжатого воздуха или инертного газа. Монтежю работает периодически. Жидкость поступает в монтежю по трубе наполнения через открытый кран, для чего открывают кран-воздушник (если наполнение происходит под атмосферным давлением) или кран, соединяющий монтежю с вакуум-линией (если наполнение происходит под вакуумом). При передавливании жидкости все эти краны закрывают и открывают кран на нагнетательной трубе и кран подачи сжатого газа, давление которого контролируют по манометру. После опорожнения монтежю закрывают эти краны и открывают кран для сообщения монтежю с атмосферой.

Достоинством монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются из-за истирания и коррозии. Поэтому монежю применяют для перекачивания загрязнённых, химически агрессивных и радиоактивных жидкостей, несмотря на низкий к.п.д. (10-20%).

Воздушный подъёмник (эрлифт) состоит из трубы для подачи сжатого воздуха и смесителя, где образуется газо-жидкостная смесь, которая вследствие меньшего удельного веса поднимается по трубе. На выходе из неё газо-жидкостная смесь огибает отбойник. При этом из смеси выделяется воздух, а жидкость поступает в сборник. Воздушные подъёмники имеют сравнительно низкий к.п.д. (25-35%). Достоинством их является отсутствие движущихся частей.

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. | Карта сайта

142400 Московская обл, г. Ногинск, а/я 825

Московская обл, г. Ногинск, ул. Климова, 50