Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Конструкции насосов
Диафрагмовые (мембранные) насосы. Эти насосы (рис. 111-18) относятся к поршневым насосам простого действия и применяются для перекачива ния суспензий и химически агрессивных жидкостей. Цилиндр 1 и плун жер 2 насоса отделены от перекачиваемой жидкости эластичной перего родкой 3 — диафрагмой (мембраной) из мягкой резины или специальной стали, вследствие чего плунжер не соприкасается с перекачиваемой жид костью и не подвергается воздействию химически активных сред или эрозии. При движении плунжера вверх диафрагма под действием раз ности давлений по обе ее стороны прогибается вправо и жидкость всасы вается в насос через шаровой клапан 4. При движении плунжера вниз диафрагма прогибается влево и жидкость через нагнетательный клапан 5 вытесняется в напорный трубопровод. Все части насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью — корпус, клапанные коробки, шаровые клапаны, изготовляют из кислотостойких материалов или защищают кислотостойкими покрытиями.
Рис. 111-18. Схема диафрагмового (мембранного) насоса:
1 — цилиндр; 2 —плунжер; 3 — диа фрагма (мембрана); 4 — всасывающий клапан; 5 — нагнетательный клапан.
Рис. 111-19. Схема бессальни кового насоса:
I—корпус; 2—рабочее колесо; • 3—
добавочное колесо; 4 — пружина;
5 — втулка.
Бессальниковые насосы. Для центробежных насосов большое значе ние имеет надежная конструкция сальников — уплотнений вала, обеспе чивающих устранение утечек перекачиваемой жидкости. Неудовлетвори тельная работа сальников влечет за собой также повышенный износ вала, длительные и частые простои насоса, резкое увеличение эксплуатацион ных расходов.
Полное устранение утечки перекачиваемой жидкости, неизбежной при эксплуатации насоса с сальниковым уплотнением, достигается в бессальниковом насосе (рис. 111-19). В корпусе 1 помеща ется рабочее колесо 2. На нем укреплено добавочное колесо 3, снабжен ное радиальными лопатками, которое откачивает протекшую за колесо жидкость в полость нагнетания насоса, устраняя тем самым утечку пе рекачиваемой жидкости через зазоры между валом и корпусом при работе насоса. При остановке насоса утечка жидкости предотвращается специаль ным (стояночным) уплотнением, которое запирает зазор между корпусом и валом в момент выключения насоса. Герметичность этого уплотнения достигается с помощью двух конических поверхностей — удлиненной втулки рабочего колеса 2 и втулки 5. Плотное прилегание конических по верхностей этих втулок обеспечивается посредством пружины 4. В мо мент 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.
Погружные насосы. Разновидно стью бессальникового центробежного насоса можно считать погружной насос (рис. 111-20). Рабочее коле со 1 укреплено на нижнем конце вер тикального вала 2 и погружено в пе рекачиваемую жидкость. Привод насо са размещен значительно выше уровня жидкости в приемной емкости. Жид кость засасывается через патрубок 3 и подается по напорным трубам 4, на которых подвешен корпус насоса.
Рис. 111-20. Схема погружного насоса:
1 — рабочее колесо; 2 — зал; 3 — всасывающий патрубок; 4 — напор ные трубы; 5 — подшипник.
Герметические насосы. Эти насо сы применяют для перекачивания химически агрессивных и токсичных жидкостей. Рабочее колесо 1 такого насоса (рис. 111-21) установлено непосредственно на валу асинхронного электродвигателя (находящегося в корпусе 6), ротор 2 которого погружен в перекачиваемую жидкость. Ротор отделен от статора 3 герметическим экраном 4 — цилиндрической оболочкой из немагнитной нержавеющей стали. Перекачиваемая жидкость служит смазкой для подшипников 5 ротора и одновременно охлаждает его.
В герметических насосах с экранированным электродвигателем увели чиваются электрические потери, и снижается к. п. д. двигателя, однако достигается полная герметичность, которая невозможна у насосов с саль никовыми уплотнениями. Герметические насосы надежны в эксплуатации (особенно при повышенных давлениях на стороне всасывания) и находят все более широкое применение в химической промышленности.
Насосы с экранированным электродвигателем относятся к насосам с герметизацией по внутреннему контуру, у которых в рабочую жидкость погружен только ротор электродвигателя.
Существуют конструкции герметических насосов, в которых гермети зация осуществляется по внешнему контуру путем заполнения всей полости электродвигателя жидкостью. В насосах этого типа ротор и ста тор погружены в перекачиваемую среду. Иногда полость ротора и статора заполняют нейтральным газом, а погруженным в жидкость оставляют только рабочее колесо. Применение инертного газа предохраняет от разрушения изоляции статора и ротора, но ухудшает отвод выделяемого при работе электродвигателя тепла
Рис. 111-21. Схема герметического насоса:
1 — рабочее колесо; 2 — ротор электродвигателя; 3 — статор электродвигателя; 4 — экран; 5 — под шипники; 6 — корпус.
Насосы других типов
Пропеллерные (осевые) насосы. Эти насосы применяют для перекачи вания больших количеств жидкостей при небольших напорах. Пропел лерные насосы используют главным образом для создания циркуляции жидкостей в различных аппаратах, например, при выпаривании. Рабочее колесо 1 насоса (рис. 111-22), по форме близкое к гребному винту, расположено в корпусе 2. Жидкость захватывается лопастями рабочего колеса и перемещается в осевом направ лении, одновременно участвуя во вращательном движении. За насосом установлен направляющий аппарат 3 для преобразования вращательного движения жидкости в поступательное.
Рис. 111-22. Схема про пеллерного насоса: / — рабочее колесо; 2—корпус; 3 — направляющий аппарат.
Вихревые насосы. В этих насосах для пере дачи энергии от рабочего колеса к жидкости и создания напора используется энергия вихре вого движения жидкости. Создаваемый напор частично обеспечивается центробежными силами, но большая его часть определяется энергией вихрей, образующихся в жидкости при враще нии рабочего колеса.
На рис. 111-23 схематично показана одна из конструкций вихревого насоса. В корпусе 1 вра щается рабочее колесо 2 с выфрезерованными ло пастями. По периферии колеса в корпусе насоса имеется кольцевой канал 3, заканчивающийся нагнетательным патрубком 4. Область входного
окна А и напорный патрубок отделяются уплотняющим участком кор пуса В. На этом участке зазор между корпусом и колесом не превышает 0,2 мм. Таким образом, создается уплотнение, предотвращающее переток жидкости из полости нагнетания в полость всасывания насоса. Жидкость поступает через окно А к основаниям лопастей, отбрасывается центробеж ной 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 при способлениями) возможно самовсасывание жидкости. Отличительной осо бенностью вихревых насосов является также резкое возрастание напора и потребляемой мощности с уменьшением производительности.
Рис. 111-23. Схема вихревого насоса:
А — входное окно; В — уплотняющий участок. 1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — кольцевой канал; 4 — нагнетательный патрубок.
Лабиринтные насосы. В этих насосах в напор преобразуется вихревое движение жидкости. 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).
Шестеренчатые насосы (рис. 111-24). В корпусе 1 такого насоса заклю чены две шестерни 2, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, обра зуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жид кости. 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 на порный трубопровод.
Рис. 111-24. Схема шестеренчатого насоса: / — корпус; 2 — шестерни.
Винтовые насосы. Рабочим органом винтового насоса (рис. 111-25) являются ведущий винт 1 и несколько ведомых винтов 2, заключенных в обойму 3, расположенную внутри корпуса 4. Преимущественное распространение в про мышленности получили насосы, имеющие три винта—один ведущий и два ведомых (как по казано на рисунке 111-25).
Обойма 3 состоит из трех смыкающихся между собой параллельных цилиндрических полостей, внутри которых вращаются винты: средний—ведущий—и два одинаковых ведомых винта меньшего наружного диаметра. Винты на ходятся в зацеплении. Нарезка винтов имеет специальную форму и образует в местах взаимного касания винтов герметические уп лотнения, которые разделяют насос по длине на ряд замкнутых полостей. Направление на резки каждого ведомого винта противоположно направлению нарезки ведущего. Так, например, если ведущий винт имеет правую нарезку, то ведомые — левую. Все винты обычно выполняются двухзаходными. Соотношения размеров винтов выбраны такими, что ве домые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в уста новке 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 вытес няется в напорный трубопровод. Как видно из описания принципа дейст вия винтовых насосов, они должны быть отнесены к объемным насосам.
Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки и увеличивается с возрастанием отношения длины винта к его диаметру.
Рис. 111-25. Схема винтового насоса:
/ — ведущий винт; 2 — ведомый винт; 3 — обойма; 4 — корпус,
Одновинтовые (героторные) насосы (рис. 111-26). В корпусе 1 насоса,, в котором заключен цилиндр 2 с внутренней профилированной винтовой поверхностью, называемый обоймой, устанавливается однозаходный винт 3. Между обоймой и винтом образуются замкнутые полости, запол няемые при работе насоса жидкостью; при вращении винта они переме щаются вдоль оси насоса.
В произвольном сечении насоса, в том числе и в сечении, соответствую щем входу жидкости в насос, при вращении винта объем полости 4 не остается постоянным, изменяясь от 0 до некоторого максимального значе ния (при определенном угле поворота винта). С увеличением объема по лости 4 происходит всасывание жидкости, которая захватывается винтом и перемещается в осевом направлении к напорному трубопроводу 5.
Обоймы одновинтовых насосов и винты могут быть изготовлены из различных коррозионностойких материалов, что позволяет использовать эти насосы для перекачивания агрессивных жидкостей.
Рис. 111-26. Схема одновинтового (героторного) насоса:
/ — корпус; 2 — цилиндр; 3 — винт; 4 — всасывающая полость; 5 — напорный трубопровод. ,
Пластинчатые насосы (рис. 111-27). Такой насос представляет собой массивный цилиндр 1 с прорезями постоянной ширины (ротор), который расположен эксцентрично в корпусе 2. Вал ротора через сальник в торце вой крышке выводится из корпуса для соединения с валом электродвига теля. В прорези цилиндра вставляются прямоугольные пластины 3, которые при вращении ротора под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренней поверхности цилиндра, разделяя серповид ное рабочее пространство 4 между корпусом и ротором на камеры. Объем каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка 5 к вертикальной оси насоса, в результате чего в камере обра зуется разрежение и происходит всасывание жидкости через патрубок 5. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объем камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод 6.
Рис. 111-27. Схема пластинча того ротационного насоса:
/ — ротор; 2 — корпус; 3 — пласти ны; 4 — рабочее пространство; 5 — всасывающий патрубок; 6 — нагне тательный патрубок.
Струйные насосы (рис. 111-28). В этих насосах для перемещения жидкостей и создания напора используют кинетическую энергию другой жидкости, которую называют рабочей. В качестве рабочих жидкостей обычно применяют пар или воду.
Рабочая жидкость I поступает с большой скоростью из сопла 1 через камеру смешения 2 в диффузор 3, увлекая за счет поверхностного трения перекачиваемую жидкость II. В наиболее узкой части конфузора, выпол ненного по типу трубы Вентури, скорость смеси рабочей и перекачиваемой жидкостей достигает наибольшего значения, а статическое давление по тока, в соответствии с уравнением Бернулли, становится наименьшим. Перепад давлений в камере смешения и конфузоре обеспечивает подачу жидкости II из всасывающей линии в камеру смешения, а затем в конфузор и диффузор. В диффузоре скорость потока уменьшается, но увеличивается потен циальная энергия давления, и жидкость под напором поступает в нагне тательный трубопровод.
Пароструйные насосы применяют в тех случаях, когда допустимо сме шение перекачиваемой жидкости с водой, образующейся при конден сации пара, и одновременно ее нагревание. Такие насосы часто исполь зуют для подачи воды в паровые котлы.
Рис. 111-28. Струйный насос:
I — рабочая жидкость; II — перекачиваемая жидкость;
III — смесь. 1 — сопло; 2 — камера смешения; 3 — конфузор, переходящий в диффузор.
Монтежю (рис. 111-29) представляет собой горизонтальный или вер тикальный резервуар 1, в котором для перекачивания жидкости исполь зуется энергия сжатого воздуха или инертного газа. Монтежю работает периодически.
Жидкость поступает в монтежю по трубе наполнения через открытый кран 2, для чего открывают кран-воздушник 3 (если наполнение проис ходит под атмосферным давлением) или кран 4, соединяющий монтежю с вакуум линией (если наполнение происходит под вакуумом). При передавливании жидкости закрывают краны 2, 3 и 4 и открывают кран 6 на нагнетательной трубе 7 и кран 5 подачи сжатого газа, давление которо го контролируют по манометру. После опорожнения монтежю закрывают краны 5 и 6 и открывают кран 3 для сообщения монтежю с атмосферой, или кран 4 для соединения с вакуум линией.
Достоинством монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются из-за истирания и коррозии. По этому монтежю применяют для перекачивания загрязненных, химически агрессивных и радиоактивных жидкостей, несмотря на низкий к. п. д. < 10—20%).
Рис. 111-29. Монтежю:
I — корпус; 2— 6 — краны; 7 — труба для передавливания.
Воздушные подъемники (эрлифты). Подъемник состоит из трубы 1 для подачи сжатого воздуха и смесителя 2 (рис. 111-30), где образуется газо жидкостная смесь, которая вследствие меньшего удельного веса подни мается по трубе 3. На выходе из нее газо-жидкостная смесь огибает от бойник 4. При этом из смеси выделяется воздух, а жидкость поступает в сборник 5.
Воздушные подъемники имеют сравнительно низкий к. п. д. (25— 35%). Достоинством их является отсутствие движущихся частей.
Рис. 111-30. Воздушный подъемник:
/ — труба для подачи сжа того воздуха; 2 — смеси тель: 3 — подъемная труба; 4 — отбойник; 5 — сборник.
Сравнение и области применения насосов различных типов
Данные о насосах, выпускаемых отечественной промышленностью, собраны в специальные каталоги. Выбор насоса производят по заданной производительности и напору, который рассчитывают в соответствии со схемой трубопровода. Двигатель к насосу подбирают по установочной мощности, определяемой из соответствующих уравне ний, и числу оборотов.
Наибольшее распространение в химической промышленности получили центробежные насосы, которые имеют перед поршневыми ряд важных преимуществ. К ним относятся: 1) высокая производительность и равно мерная подача; 2) компактность и быстроходность (возможность непосред ственного присоединения к электродвигателю); 3) простота устройства, что позволяет изготавливать их из химически стойких, трудно поддаю щихся механической обработке материалов (например, ферросилида, керамики и т. п.); 4) возможность перекачивания жидкостей, содержа щих твердые взвешенные частицы, благодаря большим зазорам между лопатками и отсутствию клапанов; 5) возможность установки на лег ких фундаментах.
К. п. д. наиболее крупных и тщательно изготовленных центробежных насосов составляет 0,75—0,90; к. п. д. поршневых насосов 0,65—0,85. Однако центробежные насосы небольшой и средней производительности имеют к. п. д. на 10—15% ниже, чем поршневые, а у малых насосов оно может составлять до 10 %. Это обусловлено на личием больших зазоров между полостями всасывания и нагнетания, через которые возможен переток жидкости, а также затратами энергии на неизбежное вихреобразование вблизи кромок лопаток вращающегося с большой скоростью рабочего колеса, которая преобразуется в тепло и рассеивается в окружающей среде. Такие потери резко возрастают для высоковязких жидкостей, перекачивание которых центробежными насосами, вследствие резкого снижения к. п. д., экономически невыгодно.
К недостаткам центробежных насосов следует отнести относительно низкие напоры, а также уменьшение производительности при увеличении сопротивления сети и резкое снижение к. п. д. при уменьшении про изводительности.
Поршневые насосы целесообразно применять лишь при сравнительно небольших подачах и высоких давлениях (в диапазоне 50—1000 ат и выше) для перекачивания высоковязких, огне- и взрывоопасных жид костей (паровые насосы), а также при дозировании жидких сред.
В области больших подач (до 1500 м3/мин) при небольших напорах (до 10—15 м) применяют пропеллерные насосы, отличающиеся высоким гидравлическим к. п. д., компактностью и быстроходностью. Эти насосы пригодны для перемещения загрязненных и кристаллизующихся жидко стей.
Винтовые насосы могут быть использованы для перекачивания высо ковязких жидкостей, топлив, нефтепродуктов и т. п. Эти насосы приме няют в области подач до 300 м3/ч и давлений до 175 ат при скорости вра щения до 3000 об/мин. Винтовые насосы обладают рядом достоинств: быстроходностью, компактностью, бесшумностью. Производительность винтовых насосов практически не изменяется при изменении давления. К. п. д. этих насосов достаточно высок и достигает 0,75—0,80.
Область применения одновинтовых (героторных) насосов ограничена производительностью 3,6—7 м3/ч и давлением 10—25 ат. По стоимости изготовления и эксплуатационным расходам эти насосы близки к центро бежным насосам малой производительности, работающих при давлениях 3—5 ат, и значительно экономичнее последних, если давление нагнета ния превышает 10 ат. Одновинтовые насосы используют для перекачи вания загрязненных и агрессивных жидкостей, растворов и пластмасс с высокой вязкостью.
Пластинчатые насосы применяют для перемещения чистых, не содер жащих твердых примесей жидкостей при умеренных производительностях и напорах.
Для перекачивания вязких жидкостей, не содержащих твердых при месей, при небольших подачах (не выше 5—б м3/мин) и высоких давле ниях (100—150 ат) используют шестеренчатые насосы.
Вихревые насосы применяют для перемещения чистых маловязких жидкостей с небольшими подачами (до 40 м3/ч) и сравнительно высокими напорами (до 250м), в несколько раз превышающими напоры центробеж ных насосов. К достоинствам вихревых насосов следует отнести простоту конструкции, компактность и возможность получения более высоких на поров, чем в центробежных насосах. Недостатком вихревых насосов является низкий к. п. д. (20—50%), что обусловлено значительными потерями при переносе энергии вихрями, а также непригодность для пере качивания вязких жидкостей и жидкостей, содержащих твердые взвеси. Струйные насосы, монтежю и воздушные подъемники используют в производствах, где наличие движущихся и трущихся частей недопусти мо. Как указывалось, струйные насосы можно применять лишь в тех случаях, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с рабочей.
Струйные насосы, монтежю и подъемники могут быть изготовлены из химически стойких материалов, но обладают низким к. п. д., как правило не превышающим 10 – 15 %.