4 Гидравлические машины
4.1 Лабораторное занятие «Конструкция и параметры динамических насосов» Центробежные насосы
Центробежные насосы по классификации относятся к лопастным динамическим насосам.
У динамических насосов рабочая камера, в которой происходят преобразование энергии в гидравлическую, постоянно свободно соединяется со входом из насоса. Поэтому, если наливать жидкость в верхний патрубок неработающего, отдельно стоящего насоса, то она практически беспрепятственно будет вытекать из нижнего.
Лопастные насосы воздействуют на жидкость при помощи лопастей, которыми снабжены рабочие органы насоса.
Название центробежный указывает направление, по которому перемещается жидкость в рабочем органе насоса: по радиусу от оси насоса («бежит от центра»).
Консольные насосы, тип к или км, гост 22247–76
Маркировка, область применения.
В настоящее время используется маркировка в соответствии с ГОСТ 22247–76. Она состоит из букв и цифр, например КМ 20/30–УЗ, где обозначено:
К — консольный, рабочее колесо закреплено на конце вала вне зоны, защемленной подшипниками, т. е. на консоли;
М — моноблочный. Если исполнение обычное, то буква М отсутствует;
20 — подача насоса, м3/ч;
30 — напор, м;
У — для районов с умеренным климатом;
3 — для работы в закрытых помещениях без регулируемых климатических условий.
Насосы по требованию заказчика могут выполняться с уменьшенным диаметром рабочего колеса. В этом случае после числа, указывающего напор насоса, ставятся буквы а или б.
Консольные насосы типа К или КМ нашли самое широкое применение в сельском хозяйстве, в промышленности, на транспорте, в городском хозяйстве для небольших стационарных и передвижных установок. Они применяются в системах водоснабжения, а также в качестве циркуляционных установок в системах центрального отопления жилых районов, мастерских, животноводческих ферм и других объектов.
Консольные насосы предназначены для перекачивания питьевой и промышленно-хозяйственной воды с содержанием примесей не более 0,05 % по массе, размеры загрязняющих частиц не должны превышать 0,2 мм. Температура воды должна быть в пределах от 4 до 85˚С. Насосы могут применяться для перекачки и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности. По специальному заказу изготавливаются насосы для перекачки жидкости, имеющей температуру до 105˚С. Не допускается перекачивать жидкость, содержащую волокнистые материалы.
Консольные насосы в сравнении с другими имеют меньшую стоимость при достаточно высокой надежности.
Основные элементы конструкции консольных насосов
Основным рабочим органом консольного насоса (рисунок 4.1) является рабочее колесо 3, закрепленное на валу шпонкой и гайкой. Рабочее колесо выполнено из двух дисков, между которыми расположены криволинейные
|
|
Рисунок 4.1 — Насос типа К: 1 — крышка с подводящим патрубком; 2 — корпус насоса; 3 — рабочее колесо; 4 — щелевые уплотнения; 5 — сальниковая х.б. набивка; 6 — защитная втулка;7 — крышка сальника; 8 — опорная стойка |
лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения. Передний диск в центре имеет входное отверстие, задний диск у больших насосов — разгрузочные отверстия для выравнивания давления, действующего на диски. В результате чего уменьшается осевое усилие, действующее на подшипники. Для снижения количества жидкости, поступающей из области высокого давления в зону низкого, применены щелевые уплотнения 4, которые представляют собой уплотняющие пояски вокруг входного и разгрузочных отверстий на рабочем колесе, а также уплотняющие кольца, запрессованные в примыкающих к колесу деталей насоса. Щелевые уплотнения повышают объемный КПД насоса.
Рабочее колесо помещено в корпусе насоса 2, который одновременно выполняет роль спирального отвода воды, заканчивающегося напорным патрубком. Насос поставляется с напорным патрубком, направленным вверх, но в случае необходимости патрубок может быть повернут в любое положение через 90°.
В корпусе сделаны отверстия для залива и выпуска воды. При повороте корпуса эти отверстия надо сделать в новом месте. Корпус насоса закрывается крышкой, которая отлита из чугуна совместно с подводящим (всасывающим) патрубком 1. С противоположной стороны корпус крепится к опорной стойке 8 или к опорному кронштейну (в зависимости от завода-изготовителя).
В опоре установлены также два шариковых подшипника, в которых крепится вал. Шариковые подшипники смазываются консистентными смазками 1–13 или литолом, у некоторых насосов — моторным маслом.
Некоторые маломощные насосы могут быть снабжены только одним шариковым подшипником, установленным в стойке. В этом случае подшипник, установленный со стороны колеса, является подшипником скольжения и представляет собой бронзовую втулку. Этот подшипник смазывается перекачиваемой жидкостью. Для чего в корпусе имеется канал, соединяющий напорную полость насоса с опорной втулкой.
Для предотвращения утечки жидкости через щель между валом и корпусом предусмотрено сальниковое уплотненнее. Оно состоит из корпуса, отлитого заодно с корпусом насоса, крышки 7, затягиваемой болтами, уплотнительного кольца и хлопчатобумажной сальниковой набивки 5, которая выполнится из колец, соединенных по косому срезу. Кольца поворачиваются по отношению друг другу на угол 120º.
Для предотвращения износа вала на него одевается защитная втулка 6. Крышка затягивается таким образом, чтобы через сальник для его охлаждения и смазки протекало 15–20 капель жидкости в минуту. У насосов, имеющих рабочее колесо с разгрузочными отверстиями, сальниковое уплотнение находится в зоне разрежения, т. е. через него возможен прорыв воздуха в рабочее колесо и прекращение подачи. Поэтому в среднюю часть сальника подается по специальному каналу (на рисунке 4.1 не показан) из камеры высокого давления вода, которая создает гидравлическую завесу и предотвращает попадание воздуха, обеспечивает смазку и охлаждение сальника. Вал насосов типа К соединяется с валом двигателя через упругую муфту или с помощью шкива, если используется ременная передача.
Насосы типа КМ (рисунок 4.2) — консольные моноблочные отличаются от насосов типа К тем, что не имеют своего вала, опорной стойки и подшипников. Детали насосов типа КМ монтируются на фланце и валу 5 электродвигателя. В гидравлическом отношении насосы типов К и КМ одинаковы.
Моноблочные насосы занимают меньше места, они удобнее при монтаже и эксплуатации, но требуют двигатель специального исполнения: с удлиненным валом.
|
|
Рисунок 4.2 — Насос типа КМ: 1 — рабочее колесо; 2 — крышка с подводящим патрубком; 3 — гайка; 4 — сальниковая х.б. набивка; 5 — вал; 6 — крышка сальникового уплотнителя; 7 — фонарь для крепления насоса к электродвигателю; 8 — шпонка |
Монтаж насоса
Насос устанавливается на жестком фундаменте, масса которого должна быть в 5–6 раз больше массы агрегата, с тем, чтобы при его работе не наблюдалось вибрации. Допускается устанавливать насос без фундамента при условии выполнения на рабочем месте норм по шуму и вибрации. Вал насоса должен находиться в горизонтальном положении.
При центровке валов, соединяемых втулочно-пальцевыми муфтами, необходимо учитывать, что смещение осей насоса и двигателя не должно превышать 0,15 мм, а разность расстояний между торцами полумуфт, определяющая излом осей — 0,3 мм.
Для муфт с резиновыми пальцами радиальный зазор между полумуфтами должен быть в пределах 0,2–0,5 мм.
Всасывающий и напорный трубопроводы должны иметь опоры, исключающие передачу усилий на насос.
Всасывающий трубопровод должен быть герметичным, поэтому муфтовые соединения не допускаются, максимально коротким, без резких изгибов. На горизонтальных участках для предотвращения образования воздушных полостей всасывающий трубопровод укладывается наклонно с постепенным подъемом к насосу. Для заполнения насоса и всасывающего трубопровода, имеющего диаметр менее 250 мм, водой на входе в трубопровод устанавливается приемный (обратный) клапан с защитной сеткой, предотвращающей попадание мусора в насос. Для заполнения водой крупных насосов применяются вакуум-насосы.
Превышение оси насоса над динамическим (минимальным) уровнем воды в приемном колодце (резервуаре) не должно быть больше допустимой геометрической высоты всасывания и во всяком случае не более 5 м.
На нагнетательном трубопроводе устанавливается задвижка для регулирования подачи и обратный клапан. Регулировать подачу насоса закрытием задвижки, установленной на всасывающем трубопроводе, категорически запрещается из-за возможности возникновения кавитации. Для контроля за работой насоса устанавливаются приборы: манометр — для измерения давления в нагнетательном патрубке; вакуумметр или мановакуумметр — для измерения давления во всасывающем патрубке; расходомер — на нагнетательном трубопроводе — для измерения подачи насоса.
Пуск и остановка консольного насоса
Перед пуском необходимо проверить:
– имеется ли масло для смазки шариковых подшипников;
– правильность затяжки крышки сальника: она должна быть затянута не слишком туго, но не слишком слабо;
– отсутствие заедания вращающихся частей насоса путем проворачивания вала за муфту от руки.
После проверки исправного состояния насоса:
а) закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе — для уменьшения пускового момента двигателя;
б) залить водой (жидкостью) всасывающий трубопровод и корпус насоса;
в) включить двигатель (при появлении резких звуков и вибрации немедленно выключить и устранить неисправность) и плавно открыть задвижку (во избежание перегрева насоса долго работать при закрытой задвижке запрещается);
г) по приборам проверить режим работы насоса.
При остановке насоса вначале закрывается задвижка, а затем отключается двигатель. При температуре окружающего воздуха меньше 3 ºС после остановки насоса необходимо выпустить воду из насоса и трубопроводов.
Возможные неисправности насосов и способы их устранения представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 — Неисправности в работе и способы их устранения
|
Характер неисправности, причина и признаки |
Способ устранения неисправности |
|
I Насос не подает жидкость | |
|
1. Насос и всасывающая линия при пуске не залиты перекачиваемой жидкостью |
1. Залить насос и всасывающий трубопровод |
|
2. Приемный клапан не герметичен (после заливки уровень жидкости падает) |
2. Разобрать приемный клапан, собрать и проверить его герметичность (плотность посадки) |
|
3. Всасывающая линия не герметична |
3. Уплотнить всасывающую линию в местах пропуска. Проверка плотности может быть осуществлена гидравлическим испытанием всасывающего трубопровода |
|
4. Через сальник проходит воздух |
4. Уплотнить сальник, при необходимости заменить набивку сальника |
|
5. Рабочее колесо насоса вращается в обратную сторону |
5. Изменить направление вращения вала колеса |
|
II Подача жидкости неравномерна, постепенно уменьшается или совершенно прекращается | |
|
1. Уровень жидкости в откачиваемой емкости падает быстрее предусмотренного |
1. Уменьшить подачу насоса |
|
2. Уровень жидкости падает настолько, что возможен подсос воздуха |
2. То же |
|
3. Приемная сетка недостаточно глубоко опущена |
3. Удлинить всасывающую трубу |
|
4. Насос подает жидкость неравномерно. Негерметичность всасывающего трубопровода или сальника |
4. Уплотнить соединения труб, сальник подтянуть или сменить набивку |
|
5. Приемная сетка, трубопровод и насос забиты грязью |
5. Очистить сетку от грязи |
|
6. Напряжение электрического тока упало. Электродвигатель не развивает полного числа оборотов |
6. Поднять напряжение до номинального |
|
7. Насос совершенно прекратил подачу жидкости вследствие резкого увеличения высоты всасывания |
7. Уменьшить подачу или углубить насос |
|
III Увеличение мощности | |
|
1. Мощность сильно возросла и мотор греется. Одновременно возросла производительность |
1. Уменьшить производительность регулировкой вентиля на нагнетательном трубопроводе, остановить мотор и дать ему остыть |
|
2. Полный манометрический напор ниже первоначально принятого |
2. Уменьшить подачу вентилем |