Применение поршневых насосов на судах

В условиях эксплуатации на судах поршневые насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с насосами других типов. К достоинствам поршневых насосов относятся:

- способность самовсасывания («сухого» всасывания);

- возможность достижения высоких давлений;

- способность перекачивания разнообразных жидкостей при различ­ных температурах, в том числе многокомпонентных сред большой вяз­кости;

- высокий к. п. д.;

- простота конструкции и надежная работа прямодействующих насосов, которые при наличии на судне парового котла не требуют специальных двигателей.;

- саморегулирование числа ходов при повышении давления в тру­бопроводе у прямодействующих насосов.

К недостаткам поршневых насосов относятся:

- неравномерность подачи и колебание давления;

- большие габариты и масса;

- большой расход пара (20—60 кг/ч на 736 Вт) у прямодействующих насосов;

- необходимость применения воздушных колпаков и контроля ра­боты;

- резкое снижение подачи при работе на жидкостях, отличающихся высоким давлением насыщенных паров.

В последние годы область применения поршневых насосов на су­дах резко сузилась. Этому способствовали:

- значительное сокращение числа судов, оборудованных паровыми котлами;

- необходимость уве­личения подачи насосов на нефтеналивном флоте (свыше 500 м³/ч);

- возможность использования более экономичных погружных насосов других типов для работы на вязких жидкостях;

- требования в отноше­нии уменьшения массы и габаритов судовых насосных установок и т. д.

. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

Каждый головной насос (первый данного типа) и один из серийных подвергают стендовым испытаниям для проверки соответствия их показателей расчетным. Определяют подачу, давление, разрежение, число двойных ходов поршня в единицу времени (у прямодействующих насосов), мощность, расход пара, параметры пара и перекачиваемой жидкости (ГОСТ 17335—71). Результаты испытаний представляют в табличной форме и в виде характеристик - графических зависимостей основных технических показателей от давления при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос. Подача поршневого насоса теоретически не зависит от давления. Поэтому поршневые насосы относят к гидравлическим машинам с жесткой характеристикой, позволяющей использовать их для пе­рекачивания жидкости повышенной вязкости, например для перекачивания вязких нефтепродуктов. Однако, отмеченные выше недостатки, препятствуют их распространению на судах.

На рис. 64 пунктирной линией показана действительная зависи­мость р = f (Q) поршневого насоса. На рис. 65 приведена характери­стика поршневого насоса. Как видно из характеристики, в широком диапазоне изменения давления к. п. д. меняется мало, несколько сни­жаясь при малых и больших его значениях. При малых значениях подачи снижение к. п. д. происходит в результате уменьшения нагруз­ки и, следовательно, мощности, а при больших значениях — в резуль­тате увеличения утечек. С возрастанием нагрузки мощность сущест­венно увеличивается, а подача незначительно снижается.

Одним из достоинств поршневых насосов является большая допус­каемая вакуумметрическая высота всасывания. Путем изменения ча­стоты вращения (числа двойных ходов) регулируют подачу насоса в широком диапазоне при практически неизменном значении к. п. д.

КОНСТРУКЦИИ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

На судах используют поршневые насосы трех типов: вальные, паровые прямодействующие (в основном на судах нефтеналивного флота) и ручные. Рассмотрим их конструкции.

На рис. 66 приведена конструктивная схема двухпоршневого на­соса двустороннего действия марки ЭНП-7 (Э — электроприводной; Н — насос; П — поршневой; 7 — номер модели), предназначенного для перекачивания нефтепродуктов с температурой до 100 °С (в том числе бензина с температурой до 25 °С) и забортной или подсланевой воды. Подача насоса может достигать 78 м³/ч при давлении 0,5—1 МПа. Имеются три варианта привода: электродвигатели переменного тока, постоянного тока и дизель.

Привод и гидравлическая часть насоса монтируются на общей свар­ной раме из листовой стали. Нижняя 11 и верхняя 1 части рамы соеди­нены болтами. Колонны 6 обеспечивают необходимую жесткость верх­ней рамы при соединении ее с нижней частью. Насос крепится к ниж­ней раме через амортизаторы; его гидравлическая часть собрана из чугунного блока цилиндров 10 с четырьмя всасывающими 8 и четырьмя нагнетательными 7 кольцевыми клапанами. Цилиндры 10 имеют латун­ные втулки 12. Камера воздушного колпака 14 находится между ци­линдрами. В нижней части блока цилиндров с передней стороны на­ходится входное отверстие, а с боковых сторон блока — нагнетатель­ные. Одно нагнетательное отверстие используется для присоединения напорной магистрали, а второе— для установки предохранительного (перепускного) клапана. В зависимости от рода перекачиваемой жид­кости детали поршня 9 изготовляются из наиболее стойких материа­лов (для воды — из латуни, для нефтепродуктов — из чугуна). Порш­невые кольца изготовляются для воды из эбонита, а для нефтепродук­тов — из текстолита. Стальные шатуны 3, связанные с чугунными ползунами 4, служат для передачи движения поршням от коленчато­го вала.

К торцам ползунов клином 5 крепятся штоки 13. Задняя стен­ка верхней рамы имеет плоские чугунные направляющие2, по которым ходят ползуны 4. С левой стороны блока цилиндров к раме крепится привод насоса. При использовании дизеля или необходимости, распо­ложения привода в отдельном помещении насос соединяется с двига­телем удлиненным валом. Электродвигатель, установленный на спе­циальной площадке нижней рамы, связан с ведущим валом с помощью цилиндрического редуктора с косозубыми шестернями. Эластичная муф­та связывает редуктор с электродвигателем. Для смазывания механиз­ма привода используется шестеренный насос, смонтированный на кор­пусе редуктора. Масло всасывается этим насосом из блока через фильтр и направляется в бачок, находящийся на верхней раме насоса, откуда подается в распределительную коробку, от которой по трем маслопро­водам поступает в бак, к редуктору и к коленчатому валу

На рис. 67 показана конструктивная схема парового горизонталь­ного насоса типа ПНП-12 (П — поршневой; Н — насос; П — прямодействующий; 12 — номер модели), предназначенного для перекачи­вания различных жидкостей (в том числе нефтепродуктов — мазута, сырой нефти, масла и др. с температурой до 100 °С). Двухпоршневые насосы типа ПНП имеют два цилиндра, каждый двустороннего действия. Они обычно используются в зависимости от параметров свежего пара и противодавления.

Подача насосов ПНП может изменяться в пределах 0,09—500 м³/ч при давлении 0,4—2,25 МПа.

Насосы типа ПНП могут работать на перегретом и на насыщен­ном паре. Они состоят из двух основных частей: блока 19 паровых и блока 5 гидравлических цилиндров, соединенных промежуточной частью, отлитой за одно целое с паровым блоком. Чугунные блоки па­ровых и гидравлических цилиндров имеют литые чугунные опоры, с помощью которых насос устанавливается на фундамент. Паровая часть состоит из двух паровых цилиндров и двух золотниковых коро­бок, отлитых из чугуна в одном блоке. Блок и крышки паровых ци­линдров снабжены асбестовой термоизоляцией и обшиты листовой сталью. Поршни паровых цилиндров 17 горизонтальных насосов типа ПНП — чугунные, снабжены чугунными уплотняющими кольцами 18 и закреплены на штоках корончатыми гайками. Штоки 14 паро­вого блока и 12 — гидравлического выполнены раздельно и соединяются резьбовыми муфтами /5. Штоки парового блока изготовлены из качественной конструкционной стали. Золотники 1 цилиндрические, снабжены уплотняющими кольцами и работают в чугунных втулках, запрессованных в золотниковые коробки. Сальники главных и золот­никовых штоков 4 и 16 имеют асбестовую с медной основой прографиченную набивку 3 и 15. Гидравлическая часть состоит из двух гидравличе­ских цилиндров и клапанной коробки, отлитых в одном блоке. Клапа­ны 6 гидравлической части бронзовые тарельчатые. В гидравличе­ские цилиндры вставлены втулки 7: латунные — для воды или чугун­ные — для нефтепродуктов. Гидравлические поршни 9 для воды ла­тунные, для нефтепродукта — чугунные.

Уплотняющие кольца 8 гидравлических поршней для воды — текстолитовые, для нефтепро­дуктов — чугунные. Штоки гидравлических цилиндров насосов, ис­пользуемых для перекачивания воды, выполнены из нержавеющей ста­ли, а используемые на нефти — из качественной конструкционной стали. Сальники гидравлического блока 10 снабжены просаленной хлопчатобумажной набивкой 11. Смазка трущихся поверхностей вну­три парового блока производится паровой масленкой 2; все шарнир­ные соединения смазывают вручную или колпачковыми масленками.

Ш ирокое распространение на речных судах получил ручной порш­невой насос типа ГН-200 для перекачивания воды и нефтепродуктов в небольших количествах (рис. 68). Ручные поршневые насосы приме­няются на судах и на берегу, в стационарных установках. В стацио­нарных установках насос крепится лапами корпуса к фундаменту, а на судах — к щиту или к доске. Насосы обычно имеют два поршня: один из них служит для цилиндра низкого давления, диаметром 50 мм, а также для цилиндра высокого давления; второй — только для ци­линдра высокого давления. В нижней части чугунного корпуса 19 одновременно являющегося опорной стойкой, находится цилиндр низкого давления 11. Чугунная крышка 10 крепится к корпусу насо­са. Плунжер (поршень) 7 цилиндра низкого давления изготовлен из стали и одновременно служит цилиндром высокого давления, в кото­ром движется стальной плунжер 6. Узел уплотнения плунжера ци­линдра низкого давления состоит из бронзовой втулки 12 и двух чу­гунных нажимных колец 14 с кожаными манжетами 13. Крышка саль­ника 15 закрепляет манжетное уплотнение плунжера цилиндра низкого давления в корпусе насоса. В нижнем конце плунжера ци­линдра низкого давления закреплен стальной корпус клапана 8, в ко­тором находится бронзовый клапан 9. Плунжер 6 цилиндра высоко­го давления представляет собой стальной стержень с каналом для про­хода перекачиваемой жидкости. Своим верхним концом плунжер не­подвижно закреплен в специальной втулке-гнезде 20, находящейся в верхней части корпуса. В конце плунжера на бронзовом седле на­ходится клапан 3. Рукоятка насоса представляет собой стержень 1, приваренный к вилке 2, вращающейся на валике 18. Вилка 2 с помо­щью двух стяжек соединена с плунжером цилиндра низкого давления и сообщает ему возвратно-поступательное движение при маятниковом качании рукоятки. Узел уплотнения плунжера цилиндра высокого давления состоит из двух кожаных манжет 5, распорной стальной втулки 16, стального кольца 17 и стальной гайки сальника 4. Ци­линдр высокого давления имеет отверстие 21 во втулке-гнезде 20 и входное отверстие в корпусе 8 приемного клапана.

При низких давлениях насосы ГН-200М и ГН-500 работают двумя поршнями и подают около 0,175 л за один двойной ход. При достиже­нии предельного давления 0,3—1,0 МПа (в зависимости от регулиров­ки пружины приемного клапана) работа выполняется только плунже­ром цилиндра высокого давления, при этом за один двойной ход насос подает 0,007—0,015 л.

В случае перекачивания масла кожаные манжеты узлов уплот­нения заменяют манжетами из специальной резины.

Мембранные насосы отличаются простотой и надёжностью в эксплуа­тации. Они могут иметь либо гидравлический (рис. 2.29), либо пневмати­ческий привод. Это достигается использованием двустороннего ограниче­ния деформирования мембраны, исключающим перегрузку мембраны при ошибках управления, а также применением многослойной мембраны при давлениях до 12 бар. Мембранные насосные агрегаты являются надежной и герметичной альтернативой для насосов вытеснения среднего и высокого давления. Поршень передает вытесняющие усилия через гидравлическую жидкость на мембрану, а последняя, в свою очередь, на перекачиваемую жидкость. Мембрана отделяет гидравлическую жидкость от перекачивае­мой рабочей среды, обеспечивая надежную герметичность между перека­чиваемой жидкостью и гидравлической. Предохранительный клапан пре­дотвращает перегрузку насосного агрегата. Внутренние утечки на поршне компенсируются клапаном перепуска, вследствие чего мембрана постоян­но работает в оптимальном рабочем диапазоне.

Система управления положением мембраны, обеспечивающая высокую эксплуатационную надежность мембранных насосов. Например, насосы типа М900 фирмы LEWA (давление до 400 бар, перекачиваемая подача от 1 л/ч до 8 м³/ч, температура от -20 °С до +150 °С), представляют собой экономичное решение многих задач дозирования рабочих жидкостей.

Загрязняющие окружающую среду опасные, чувствительные или абра­зивные жидкости перекачиваются исключительно при помощи мембранных насосных агрегатов, исключающих утечки. Повреждение мембраны (напри­мер, в результате износа) надежно определяется и сигнализируется. Насос остается при этом герметичным и может эксплуатироваться в течение про­должительного времени.

Преимущества мембранных насосов фирмы LEWA:

- высокая экономичность;

• герметичность, отсутствие утечек, защита от перегрузок при помощи регулируемого клапана ограничения давления;

• многослойная мембрана с системой контроля мембраны в качестве стандартного исполнения;

• низкие затраты на техническое обслуживание вследствие использо­вания долговечных мембран;

- абсолютная надежность при работе вхолостую;

- высокая точность дозирования;

- разделение гидравлической жидкости и системы смазки приводного механизма;

- перекачивание различных жидкостей (загрязнённых, с высокой вязко­стью, химически агрессивных и взрывоопасных).

Механизм управления положением мембраны в гидравлической части насоса обеспечивает высокую эксплуатационную надежность. Схема дейст­вия мембранного насоса с пневматическим приводом приведена на рис. 2.30.

Рис. 2.30. Схема действия мембранного насоса с пневматическим приводом: А, В - при движении влево пневматического поршня, соответственно, камера всасывания и нагнетания; С, £> - впускной, выпускной фланец, соответственно; Е - распределительный клапан для рабочего сжатого воздуха; 1,2,3,4 - всасывающие и нагнетательные шариковые клапаны

Практическом работа № 2.

Изучение конструкции роторных насосов