1. Устройство и принцип действия насосов
Движение жидкости по трубопроводам и через аппараты связано с затратами энергии. При перемещении жидкости по горизонтальным трубопроводам и с низшего уровня на высший применяют насосы.
Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и в трубопроводе обусловливают ее перемещение.
Производительность или подача насоса Q (м3/с) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.
Напор H (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.
Полезная мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии давления, равна произведению удельной энергии (напора) на расход жидкости (удельный вес на производительность).
По принципу действия различают насосы:
-
Лопастные (центробежные);
-
Объемные (поршневые, шестеренчатые, пластинчатые, винтовые);
-
Вихревые;
-
Осевые;
-
Струйные;
-
Газлифт;
-
Монтежю.
|
|
Рис.4.3.Схема центробежного насоса: 1 – спиральный корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – вал; 5 – всасывающий трубопровод; 6 – приемный клапан; 7 – сетка; 8 – водозаборный колодец; 9 – нагнетательный трубопровод.
|
В центробежных насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенного в спиралеобразном корпусе.
В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости происходят при возвратно-поступательном движении поршня 1 в цилиндре 2 насоса.
|
|
|
Рис.4.4. Поршневой насос
Плунжерном насосе роль поршня играет плунжер 1, двигающийся возвратно-поступательно в цилиндре 2, плунжер уплотняется при помощи сальника 3.
|
|
|
Рис.4.5. Плунжерные насосы
|
|
|
Рис.4.6.Различие между поршневым и плунжерным насосами.
Пропеллерные (осевые) насосы. Применяют для перекачивания больших количеств жидкостей при небольших напорах. Они используют главным образом для создания циркуляции жидкостей в различных аппаратах, например, при выпаривании.
Рабочее колесо 3 насоса по форме близкое к гребному винту, расположено в корпусе1. Жидкость захватывается лопастями рабочего колеса и перемещается в осевом направлении. За насосом установлен направляющий аппарат 2 для преобразования вращательного движения жидкости в поступательное.
Рис.4.7. Схема осевого насоса:
1 — корпус; 2 — выправляющий аппарат; 3 — рабочее колесо;
4 — лопасти.
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.
|
|
|
Рис.4.8. Вихровый насос
Шестеренчатые насосы – в корпусе насоса заключены две шестерни 2, 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 вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в напорный трубопровод.
|
|
|
Рис.4.9. Шестеренчатый насос
Винтовые насосы. Рабочим органом являются ведущий винт 1 и несколько ведомых винтов 2, заключенных в обойму 3, расположенную внутри корпуса 4.
|
|
|
Рис.4.9. Винтовой насос
Рис.4.10. Пластинчатый насос
Принцип действия пластинчатого насосаприведен на рис.4.10. При вращении ротора, расположенного эксцентрично по отношению к цилиндрическому корпусу наcoca, под действием центробежной силы пластины частично выдвигаются из пазов в роторе 1 и прижимаются к корпусу, образуя замкнутые объемы. За счет увеличения объема между двумя соседними пластинами в этом пространстве создается разрежение, и жидкость из всасывающего трубопровода 2 заполняет замкнутый объем между пластинами, корпусом и ротором. Затем эта порция жидкости перемещается вместе с пластинами, рабочий объем уменьшается и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод 3.
Устройство эрлифта показано на рис 4.11. Он состоит из трубы 1 для подачи сжатого воздуха и смесителя 2, где образуется газожидкостная смесь, которая вследствие меньшей плотности поднимается по трубе 3. На выходе из неё газожидкостная смесь огибает тбойник4. При этом из смеси выделяется воздух, а жидкость поступает в сборник 5. Можно сказать, что эрлифт обеспечивает создание напора (и подъём жидкости) за счёт введения в жидкость практически неподвижного газа.
В струйных (рис. 4.12) насосах рабочая жидкость I поступает с большой скоростью из сопла 1 через камеру смешения 2 и диффузор 3. При этом за счёт поверхностного трения она увлекает перекачиваемую жидкость II. В наиболее узкой части диффузора скорость движения смеси достигает наибольшего значения, а давление потока становится меньшим. За счёт этого создаётся перепад давлений между камерой смешения и диффузором. В результате этого жидкость непрерывно поступает из камеры смешения в диффузор. В последнем скорость потока уменьшается, а давление увеличивается, и смесь III под напором поступает в нагнетательный трубопровод.
Рис.4.11. Схема эрлифта
Рис.4.12. Схема струйного насоса
Центробежные насосы.Преимущества: высокая производительность, равномерная подача, возможность изготовления из химически стойких материалов, возможность перекачивания жидкостей, содержащих твердые взвешенные частицы.
Недостатки: снижение КПД при перекачке высоковязких жидкостей, уменьшение производительности при увеличении сопротивления в сети.
Поршневые насосы целесообразно применять лишь при сравнительно небольших подачах и высоких давлениях (50-1000 атм) для перекачивания высоковязких, огне- и взрывоопасных жидкостей, а также при дозировании жидких сред.
Пропеллерные насосы применяют при больших подач (до 1500 м3/мин) и небольших напорах (до 10-15 м) для перемещения загрязненных и кристаллизующихся жидкостей.
Винтовые насосы могут быть использованы для перекачивания высоковязких жидкостей, топлив и нефтепродуктов.
Шестеренчатые насосы используют для перекачивания вязких жидкостей, не содержащих твердых примесей при небольших подачах (5-6 м3/мин) и высоких давлениях (100-150 атм).
Вихревые насосы применяют для перемещения чистых маловязких жидкостей.