Об’ємні насоси - студопедія
Найбільш поширеним типом об'ємних насосів є поршневі. Насос складається з циліндра 1 (рисунок 3.22), в якому за допомогою кривошипно-шатунного механізму рухається зворотно-поступально поршень 2; при русі поршня зліва направо (з крайнього лівого положення (а) в циліндрі виникає розрідження, внаслідок чого всмоктувальний клапан 4 піднімається і рідина з резервуара по всмоктуючому трубопроводу 6 надходить в циліндр 1 і рухається за поршнем. Нагнітальний клапан 5 при цьому закритий, так як на нього діє сила тиску рідини, що знаходиться в нагнітальному трубопроводі 7. При ході поршня справа наліво (з крайнього правого положення (в)) в циліндрі створюється надлишковий тиск, під дією якого закривається (опускається) всас вающий клапан, а нагнітальний клапан 5 відкривається, і рідина надходить в нагнітальний трубопровід.
Мал. 3.22 - Горизонтальний поршневий насос простої дії:
1 - циліндр; 2 - поршень (l x - хід поршня); 3 - кривошип-шатунний
механізм; 4 - всмоктувальний клапани; 5 - нагнітач-ний клапани;
6 - усмок-вающий трубопроводи 7 - нагнітальний трубопроводи
Таким чином, за один подвійний хід поршня l x відбувається одне всмоктування і одне нагнітання, тобто процес перекачування рідини таким насосом, який називають насосом простої дії. здійснюється нерівномірно.
Залежно від числа всмоктування і нагнітання за один оборот валу кривошипно-шатунного механізму або за один подвійний хід поршня l x поршневі насоси підрозділяють на насоси простого і багаторазового дії. У останніх досягається більш рівномірна подача і більш висока подача, ніж у насосів простої дії.
По розташуванню поршня розрізняють горизонтальні і вертикальні поршневі насоси.
для створення високих тисків поршень замінюють порожнистим або суцільним плунжером (качалкою). Тому в залежності від конструкції поршня насоси підрозділяють на власне поршневі і плунжерні (скальчатие).
За частотою обертання валу кривошипа поршневі насоси підрозділяють на тихохідні (40-60 об / хв), нормальні (60-120 об / хв) і швидкохідні (120-180 об / хв і більше).
Різновидом поршневого насоса простої дії є діафрагмовий (мембранний) насос (рисунок 3.24), який застосовують для перекачування забруднених і хімічно агресивних рідин.
1 - корпус; 2 - клапани; 3 - циліндр; 4 - плунжер; 5 - діафрагма
У цьому насосі циліндр 3 і плунжер 4 відокремлені від рідини гнучкою перегородкою-діафрагмою 5 з гуми або спеціальної сталі. При ході плунжера вгору діафрагма під дією різниці тисків по обидві її сторони прогинається вправо, відкривається нижній клапан 2. і рідина надходить в насос. При ході плунжера вниз діафрагма прогинається вліво, відкривається верхній клапан 2 (нижній клапан при цьому закривається), і рідина надходить в нагнітальний трубопровід.
Серйозним недоліком поршневих насосів простої дії є нерівномірність їх роботи. Істотно знижується нерівномірність в насосах багаторазового дії.
На малюнку 3.25 наведена схема насоса подвійної, а на малюнку. Насоси подвійної дії (рисунок 3.25) мають два всмоктуючих (7 і 2) і два нагнітальних (3 і 4) клапана
Мал. 3.25 - Горизонтальний плунжерний насос подвійної дії:
1, 2 - усмоктувальні клапани; 3, 4 - нагнітальні клапани;
5 - плунжер; 6 - сальник
Продуктивність поршневого насоса простої дії визначається наступним чином.
де - теоретична подача поршневого насоса, м 3 / с
Sп - площа поперечного перерізу поршня, м 2;
- частота обертання валу кривошипно-шатунного механізму, хв -1.
Дійсна подача насоса буде менше теоретичної внаслідок витоку рідини через нещільності в сальники, клапанах і запізнювання відкриття і закриття клапанів.
дійсна подача насоса простої дії визначається за формулою:
де - дійсна подача поршневого насоса, м 3 / с;
- об'ємний коефіцієнт корисної дії, або коефіцієнт подачі.
У диференціальному насосі (рисунок 3.27) поршень 4 переміщається в гладко обробленому циліндрі 5. Ущільненням поршня служить сальник 3. Насос має два клапани: усмоктувальний 7 і нагнітальний 6. а також допоміжну камеру 1. Всмоктування відбувається за один хід поршня, а нагнітання за обидва ходу.
Мал. 3.27 - Схема поршневого насоса з диференціальним поршнем:
1 камера; 2 - нагнітальний трубопровід; 3 - сальник; 4 - поршень;
5 - циліндр; 6 - нагнітальний клапан; 7 - всмоктувальний клапан
Графічну залежність між напором Н і подачею насоса Q при постійній частоті обертання валу кривошипно-шатунного механізму n називається характеристикою поршневого насоса. Так як поршневі насоси відносяться до об'ємним насосів, принцип дії яких заснований на витіснення замкнутих об'ємів рідини, то характеристика поршневого насоса є вертикальною прямою лінією, тобто подача є величина постійна, яка не залежить від напору. Однак в реальних умови роботи насоса, внаслідок витоків рідини через ущільнення, що зростають зі збільшенням тиску, дійсна (робоча) характеристика відрізняється від теоретичної (рисунок 3.35). Точка перетину характеристики мережі та характеристики поршневого насоса, що працює на цю мережу, називається робочою точкою поршневого насоса (точка А на малюнку 3.35).
Мал. 3.35 - Спільна характеристика поршневого насоса і мережі:
1 -характеристика мережі; 2 - основна теоретична характеристика
поршневого насоса; 3 - основна дійсна характеристика
У корпусі 1 насоса (рисунок 3.36) встановлені дві шестерні 2 і3, одна з яких - провідна приводиться в обертання від електродвигуна. Між корпусом і шестернями є невеликі радіальні і торцеві зазори. При обертанні шестерень в напрямку, зазначеному стрілками, внаслідок створюваного при виході зубів із зачеплення розрідження рідина з всмоктуючого патрубка 4 надходить в корпус. У корпусі рідина захоплюється зубами шестерень, переміщується вздовж стінки корпусу у напрямку обертання і надходить в нагнітальний патрубок 5.
Мал. 3.36 - Шестеренний насос:
1 корпус; 2, 4 шестерні; 3 усмоктувальний патрубок;
5 - нагнітальний патрубок
Подача шестерневого насоса визначається виразом:
де - подача шестерневого насоса, м 3 / с;
- площа поперечного перерізу западини між зубами, м 2;
- довжина зуба шестеро-ні, м;
- частота обертання шестерень, об / хв;
- об'ємний коефіцієнт корисної дії, або коефіцієнт подачі.
шестеренні насоси мають реверсивністю. тобто при зміні напрямку обертання шестерень, області всмоктування і нагнітання міняються місцями.
Об'ємний коефіцієнт корисної дії, або коефіцієнт подачі шестерневого насоса враховує часткове перенесення рідини назад в порожнину всмоктування, а також протікання рідини через зазори і зазвичай становить від 70 до 90%.
Ці насоси мають провідний гвинт 1 (рисунок 3.37) і кілька ведених гвинтів 2, розташованих усередині кожуха 3. Гвинти мають спеціальний профіль - такий, що лінія зачеплення між ними забезпечує повну герметизацію області нагнітання від області всмоктування. Напрямок нарізки ведених гвинтів протилежно напрямку нарізки ведучого.
1 ведучий гвинт; 2 - ведені гвинти; 3 кожух
Найбільшого поширення в промисловості отримали гвинтові насоси з трьома гвинтами, з яких середній - провідний, а два бічних - меншого діаметру - ведені. Гвинти поміщені в кожух з гладкою циліндричною поверхнею. При обертанні гвинтів рідина, що заповнює западини в нарізках, переміщається уздовж осі насоса і витісняється в лінію нагнітання.
Тиск, що розвивається гвинтовими насосами, залежить від числа кроків гвинтової нарізки. Воно збільшується зі зростанням відношення довжини витка до його діаметру. Подача цих насосів збільшується зі збільшенням частоти обертання гвинтів, при цьому тиск, що створюється насосом, залишається без зміни.
3.2.4 Пластинчасті насоси
Насос складається з ротора 1 (рисунок 3.38), розташованого ексцентрично в корпусі 2. У роторі є радіальні прорізи, в яких вільно можуть ковзати пластини 3 При обертанні ротора пластини під дією відцентрової сили щільно притискаються до внутрішньої поверхні корпусу. При цьому серповидное робочий простір 4 розділяється на камери - всмоктування і нагнітання. Обсяг камери всмоктування при русі пластини від всмоктувального патрубка 5 збільшується, в результаті чого в цій камері створюється розрідження, і рідина всмоктується в корпус насоса через патрубок 5. Після проходження пластиною точки а обсяг камери всмоктування зменшується, і рідина надходить з насоса в нагнітальний патрубок 6 .
Мал. 3.38 - Пластинчастий ротаційний насос:
1 - ротор, 2 - корпус; 3 - пластини; 4 - робочий простір;
5 - всмоктуючий патрубок; 6 - нагнітальний патрубок
Подача рідини роторними насосами, в тому числі і пластинчастими, вельми рівномірна, її можна регулювати зміною числа обертів вала (ротора). Теоретично подача роторних насосів, як і всіх об'ємних насосів, що не залежить від створюваного ними напору. Насправді виникає незначно знижений-ня подачі при підвищенні напору внаслідок протікання рідини через зазори всередині насоса.
До об'ємних насосів, які перекачують рідину за допомогою витісняє середовища, відносяться монтежю (рисунок 3.39). Зазвичай монтежю представляють собою резервуар 1. заповнюється самопливом рідиною, що перекачується за допомогою трубопроводу 2 (таким резервуаром може бути апарат, в якому здійснюва-ється той чи інший процес); при цьому вентиль на лінії 4 відкритий. Якщо рідина самопливом подавати в корпус не можна, відкривається вакуумна лінія 5; при цьому всі інші лінії, крім лінії 2 (т. Е. 3, 4, 6), природно, повинні бути закриті.
1 - корпус; 2 - лінія подачі рідини; 3 - лінія подачі стисненого газу; 4 - воздуш-ник; 5 - лінія вакууму; 6 - нагнітальний
Для перекачування рідини за допомогою монтежю використовують стиснений газ (зазвичай повітря), що надходить в резервуар через трубопровід 3 При цьому перекриваються лінії 2, 4, 5. Під дією тиску стисненого газу рідина перетікає з корпусу в нагнітальний трубопровід 6. Після спорожнення монтежю перекриваються лінії 3, 5, 6 іоткри-ється лінія 4 для повідомлення резервуара з атмосферою. Таким чином, монтежю працює періодично. Тиск, необхідне для перекачування рідини з допомогою монтежю, визначають за рівнянням Бернуллі.
До переваг монтежю слід віднести простоту пристрою, відсутність рухомих деталей, легкість чищення. Тому монте-жю можна застосовувати для перекачування порівняно невеликих обсягів хімічно агресивних і забруднених рідин.
До недоліків монтежю відносяться періодичність роботи, низ-кий коефіцієнт корисної дії (від 10 до 25%), громіздкість, необхідність постійного спостереження за їх роботою.
3.3 Переваги і недоліки насосів різних типів
Відцентрові і осьові насоси забезпечують плавну і безперервну подачу рідини при досить високих значеннях коефіцієнта корисної дії. Щодо простий пристрій забезпечує їх високу надійність і достатню довговічність. Відсутність поверхонь тертя, клапанів створює можливості для перекачування забруднених рідин. Простота безпосереднього з'єднання з високооборотними двигунами сприяє компактності насосної установки і підвищення її к. П. Д. Всі ці достоїнства лопатевих насосів, перш за все відцентрових, привели до того, що вони є основними насосами в хімічній промисловості.
До недоліків відцентрових насосів відноситься обмеженість їх застосування в області малих продуктивностей і великих напорів, що пояснюється зниженням коефіцієнта корисної дії, при збільшенні числа ступенів для досягнення високих значень Н.
Ці недоліки відсутні у вихрових насосів. Однак внаслідок невисоких ККД вони знаходять обмежене застосування.
До недоліків струменевих насосів відносяться низький ККД і необхідність подачі великої кількості робочої рідини під тиском. Крім того, струменеві насоси можна застосовувати тільки в тому випадку, якщо допустимо змішання рідини з робочої.
Простота пристрою і обслуговування, надійність роботи повітряних (газових) підйомників дозволяють їм в ряді випадків успішно конкурувати з відцентровими насосами, наприклад при підйомі води з глибоких свердловин, подачі агресивних рідин і т.д. Однак необхідність великого заглиблення форсунки і низький ККД цих насосів істотно обмежують області їх застосування.
Основними достоїнствами поршневих і плунжерних насосів є високий коефіцієнт корисної дії і можливість подачі незначних обсягів рідин, в тому числі високов'язких, під будь-яким заданим тиском. Однак нерівномірність подачі, наявність легко зношуються клапанів, складність з'єднань з двигуном, тихохідність, а отже, великі розміри і маса істотно обмежують сфери застосування поршневих і плунжерних насосів в хімічній промисловості. Слід зазначити, що в експлуатації плунжерні насоси дещо простіше, так як у них менше зношуються деталей (відсутні поршневі кільця і т.п.).
На закінчення слід зазначити, що вибір типу насоса в кожному конкретному випадку проводиться з урахуванням його експлуатаційних і конструктивних характеристик, найбільш повно задовольняють вимогам даного технологічного процесу.