насосы и компрессоры. 1. 1 Классификация гидравлических машин по принципу превращения энергии, по принципу действия, по виду перекачиваемой среды
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
1.1 Классификация гидравлических машин по принципу превращения энергии, по принципу действия, по виду перекачиваемой среды. По принципу действия гидромашины делятся на два класса: динамические и объемные. Преобразование энергии в динамических гидромашинах происходит при изменении количества движения жидкости. В объемных гидромашинах энергия преобразуется в результате периодического изменения объема рабочих камер, герметично отделенных друг от друга. 1.2 Основные технические параметры гидравлических машин. 2.1Классификация лопастных (динамических) насосов и компрессоров. Лопастными называют насосы, в которых жидкость перемещается за счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные насосы подразделяются на: центробежные (радиальные и диагональные) осевые Центробежные насосы: горизонтальные и вертикальные с осевым входом, боковым входом, двухсторонним входом одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые самовсасывающие, с предвлюченной ступенью и с предвключенным колесом герметичный, взрывозащищённый, обычного исполнения Вихревые насосы: открыто и закрыто — вихревые погружные и поверхностные комбинированные Компрессоры лопастного типа представляют собой машины динамического действия, рабочие органы которых – лопатки, усиливают давление газа в непрерывном потоке. Виды лопастных компрессоров или, как их ещё называют, турбокомпрессоров: центробежные (радиальные), радиально-осевые (диагональные), осевые, вихревые, струйные Компрессоры лопастного типа могут различаться: однороторный турбокомпрессор, оснащенный только одним ротором; многороторный турбокомпрессор, имеет два или более роторов (двух-, трёхроторный и т.д.). однокорпусные компрессоры, конструктивно реализованные в одном корпусе; многокорпусные компрессоры могут быть двух-, трёхкорпусные и т.д.: центростремительные компрессоры, представляющие собой компрессор радиального типа, в котором при вращении лопаточных решеток в меридиональной плоскости поток рабочей среды стремится от периферии к центру; вихревые компрессоры, которые являются центробежными компрессорами, в которых многократно циркулирует сжимаемый газ через вращающуюся лопаточную решетку; струйные компрессоры – это компрессоры динамического действия, в которых на поток сжимаемого газа идет воздействие потока, имеющего большую удельную энергию; центробежно-центростремительные компрессоры – это комбинированный тип турбокомпрессоров, имеющий ступени центробежного и центростремительного типов. 2.2 Устройство и принцип действия ЦНБ осевого насосов 1 ЦНБ 1.1 Принцип работы Действие центробежного насоса основано на законах гидродинамики, на придании жидкости, поступающей в замкнутый корпус спиралевидной формы, динамического воздействия через вращающиеся лопасти ротора. Эти лопасти имеют сложную форму с изгибом в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Они закреплены между двумя дисками, насаженными на ось, и сообщают динамику жидкости, заполняющей пространство между ними. Возникающая при этом центробежная сила относит её из центральной части корпуса, расположенной в районе оси вращения рабочего колеса к его периферии, и дальше - в отводящую трубу. В результате действия центробежной силы в центре корпуса создаётся разреженная область пониженного гидравлического давления, которая заполняется новой партией жидкости из подающего патрубка. Необходимый напор в трубопроводе создаётся разницей давлений: атмосферного и внутреннего, в центральной части рабочего колеса. Работа насоса возможна только при полном заполнении корпуса водой, в "сухом" состоянии колесо будет вращаться, но необходимой разницы давления не возникнет и перемещения жидкости из подающего трубопровода не будет. 1.2 Устройство Любой центробежный насос состоит из двух основных узлов: мотор и рабочая камера или проточная часть. В зависимости от назначения, типа перекачиваемой жидкости конструкция и применяемые материалы могут меняться, но состав основных элементов одинаков: двигатель спиральный корпус - "улитка" рабочее колесо - крыльчатка рабочий вал уплотнение вала подшипник вала входной патрубок (фланец) выходной патрубок (фланец)  2 Осевой насос 2.1 устройство осевого насса. На рисунке изображен осевой насос типа ОП и обозначено: 1 – лопасти; 2 – камера рабочего колеса; 3 – лопасти направляющего аппарата; 4 – подвод воды для смазки нижнего подшипника; 5,10 – нижняя и верхняя опоры вала; 6 – диффузор; 7 – опора верхнего подшипника; 8 – уплотнение вала; 9 – шток; 11 – привод механизма; 12 – отвод; 13 – корпус камеры рабочего колеса; 14 – закладное кольцо.  Осевое колесо насоса состоит из втулки с закрепленными на ней профилированными лопастями (число лопастей принимается от 3 до 6). Внутри втулки размещается механизм разворота лопастей, состоящий из рычагов и крестовины, осевое перемещение которой приводит к повороту рычагов и лопастей. Лопастное колесо размещается с сферической камере, установленной на закладном фундаментном кольце. Вода к рабочему колесу подводится по плавно изогнутому подводу или по камере, которая значительно проще в исполнении. У малогабаритных насосов с камерным подводом КПД снижается на 2-3%. К камере на фланцах присоединен корпус насоса, выполненный в виде цилиндрической трубы, изогнутой под углом. Такая форма проточной части обусловливает максимальную конструктивную простоту осевого насоса по сравнению с другими типами лопастных насосов и обеспечивает минимальные габариты насосной установки при больших подачах. 2.2 Принцип действия осевого насоса Принцип действия осевого насоса основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим её потоком. По большому счету по такому же принципу работает и центробежный насос. Общность процессов передачи механической энергии от рабочего колеса к потоку ведет к общей области использования этих двух типов оборудования. Различие заключается в направлении течения: если в центробежном агрегате поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление, и поэтому создаются условия для работы центробежных сил, а в осевых насосах поток жидкости движется параллельно оси вращения лопастного колеса. В общем случае центробежно-осевой насос состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости образуется разность давлений по обе стороны каждой лопасти, а значит образуется силовое взаимодействие потока с рабочим колесом. Силы взаимодействия лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательно движение жидкости, тем самым увеличивая ей скорость и давление, заставляя поток жидкости перемещаться по трубопроводу. 2.3 Основные рабочие органы ЦБН. К основным деталям центробежного насоса (рис. 1) относятся: рабочее колесо 4, вал 1, спиральным отвод (диффузор) 5, корпус 6 с подводящим и отводящим патрубками, подшипники, концевые уплотнения вала 2, уплотняющие кольца 7 и разгрузочные устройства 3.  Рабочее колесо состоит из дисков: ведущего 1 со ступицей (втулкой) в центре для крепления на валу и ведомого 2 с входным отверстием. Между дисками находятся профилированные лопатки, отогнутые назад по направлению вращения колеса и образующие проточные каналы. Лопаток в колесе бывает от 6 до 12, чаще 6...8, редко менее 6. С целью уменьшения гидравлического сопротивления на входе жидкости в каналы применяют лопатки неравной длины, укороченные через одну. В зависимости от входа жидкости в каналы рабочего колеса различают рабочие колеса с односторонним и двусторонним входом. Вал насоса. Он предназначен для передачи вращающего момента от двигателя рабочему колесу, неподвижно закрепленному на валу при помощи шпонки, резьбы или неподвижной посадки. Вал и рабочее колесо (колеса) в собранном виде образуют вращающуюся часть насоса, называемую ротором. Корпус насоса. В корпусе насоса объединены все неподвижные детали проточной части: всасывающий (приемный) и напорный патрубки, каналы подвода и отвода жидкости, переводные каналы в многоступенчатых насосах. Всасывающий патрубок, как правило, больше нагнетательного, что обеспечивает меньшее гидравлическое сопротивление на всасывании. Спиральная камера. Она служит для сбора и направления потока жидкости, выходящего из каналов рабочего колеса в нагнетательный патрубок насоса, а также для преобразования скоростного напора в потенциальный (давление). Постоянно увеличивающееся сечение спиральной камеры способствует плавному уменьшению скорости жидкости по направлению к нагнетательному патрубку насоса с одновременным увеличением давления. Для компенсации возникающих радиальных сил спиральная камера может иметь два и более завитков. Спиральная камера выполняется в корпусе насоса спирального типа. 2.4. Способы разгрузки осевой силы. Во время работы одноступенчатых насосов с односторонним входом и многоступенчатых насосов турбинного типа возникает осевое давление, которое при отсутствии разгрузочных устройств может вызвать осевое смещение вала с рабочим колесом в сторону всасывания. Осевой сдвиг в эксплуатационных условиях может произойти и при наличии разгрузочных устройств из-за износа уплотнений. Поэтому устройства для разгрузки осевого давления в насосе должны обеспечивать надежную работу, как в нормальных условиях эксплуатации, так и в случае значительного износа уплотнений. В противном случае износ уплотнений будет приводить к аварии устройств, уравновешивающих осевое давление. Осевая сила в центробежных насосах может достигать больших значений. Для уравновешивания этой силы в одноступенчатых насосах: - применяют рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости (рис. 8,а) Вследствие симметрии рабочего колеса относительно плоскости, перпендикулярной оси ротора, теоретически осевое усилие должно быть полностью уравновешенным. Однако из-за погрешностей изготовления или неравномерного износа уплотнений может возникнуть осевое усилие. Поэтому ротор насоса двустороннего входа должен быть зафиксированным в осевом направлении упорным двусторонним подшипником, рассчитанным на усилие. - выполняют уплотнения на заднем диске колеса (рис. 8, б); - располагают радиальные ребра на заднем диске колеса (рис. 8, в).  а. Рабочее колесо с двусторонним подводом жидкости  б. Уплотнение на заднем диске колеса  в. Радиальные ребра на заднем диске колеса 2.5Уплотнения ЦБН. Принцип действия уплотнений центробежных насосов Конструктивная особенность центробежных насосов – лопастное устройство рабочего узла. Вал насоса с установленной на нём крыльчаткой передаёт механическую энергию на рабочее колесо через муфту. При этом сам вал выступает из корпуса насоса через технологическое отверстие. Чтобы перекачиваемая жидкость не утекала через это отверстие, используют различные уплотнительные элементы. Действуют они по принципу, который основан на создании гидравлического сопротивления в местах возможных утечек жидкости. Классификация уплотнений центробежных насосов Уплотнительные устройства для центробежных насосов можно квалифицировать по нескольким признакам. Основные типы используемых уплотнений для валов насосов подразделяются на: сальниковые – первое поколение герметизирующих устройств; манжетные – второе поколение уплотнителей; торцевые – третье, современное поколение. Каждый из типов имеет свои особенности конструкции и способ применения. Для чего нужны в насосах сальниковые уплотнения Один из первых способов герметизации отверстий разного предназначения не только в насосном и помповом оборудовании – использование сальниковой набивки. Несложное приспособление для обеспечения влагонепроницаемости чего-либо было в ходу до открытия резины и используется по настоящее время. По сути, сальниковая набивка – это плетенная бичевка, пропитанный вязким составом. Манжетное уплотнение для центробежных насосов Принцип действия у манжетных уплотнений схож с сальниковыми набивками. По конструкции – это эластичная манжета, изготовленная из резины различных марок. Типоразмеры манжетных уплотнений регламентируются ГОСТом 8752-79. Изготавливаются манжеты с защитой от пыли или без неё, кромкой, полученной с помощью формовки литьём или механической обработкой. Устанавливаются манжетные герметизирующие элементы на вал насоса. При этом уплотнитель прижимается к корпусу пружинным кольцом. Герметичность достигается за счёт давления жидкой рабочей среды, которое воздействует на манжетный элемент изнутри агрегата. Торцевые уплотнения для насосного оборудования центробежного типа Более совершенные и эффективные устройства для герметизации корпуса агрегата – торцевые уплотнения для центробежного насоса. Непроницаемые элементы выполнены в виде сборной конструкции, которая состоит из: статичной части – в неё входит кольцо и компонент для компрессии. подвижной зоны – составные части этого элемента – резиновая гофра, кольцо и пружина; промежуточного устройства – керамические или композитные кольцевые элементы. Статичная половина устанавливается в корпусе насоса и выполняет функцию герметизации отверстия, а подвижная часть укрепляется на валу и уплотняет то место, которое соприкасается с технологическим проёмом. Между двумя частями торцевого устройства присутствуют промежуточное звено. Его кольца создают уплотнение между подвижными и неподвижными деталями за счёт прецизионных поверхностей. 2.6 Схема проточной части, кинематика потока. Уравнение Эйлера для теоретического напора ЦБН. Проточная часть многоступенчатой турбины выполняется расширяющейся. Объясняется это тем, что плотность газа при его расширении в СА и РК понижается от ступени к ступени, а удельный объем газа увеличивается. Поэтому, чтобы не допустить значительного роста скорости потока и, следовательно, потерь, площадь проточной части турбины необходимо увеличивать. При этом угол уширения между поверхностью втулки и корпусом турбины не должен быть более 15—20°. При большем угле уширения может произойти отрыв потока от стенок канала, что приведет к возрастанию потерь. В существующих двигателях наибольшее распространение получили следующие схемы проточной части: с постоянным наружным диаметром (рис.8,а); с постоянным средним диаметром (рис.8,б) с постоянным внутренним диаметром (рис.8, в); с возрастающими внутренним и наружным диаметрами (рис.8, г).  Кинематика жидкости устанавливает законы движения частиц жидкости независимо от действующих на них сил. Таким образом, законы кинематики устанавливаются на основе подхода Лагранжа. Основные законы кинематики жидкости устанавливает теорема Коши-Гельмгольца «Скорость любой частицы жидкости имеет в общем случае 3 составляющие: - поступательную; - вращательную; - деформационную». Кинематика жидкости устанавливает законы её движения, независимо от сил, действующих на жидкость. Кинематика потока жидкости в лопастных гидравлических насосах изучает законы движения жидкости в полости лопастного колеса насоса, независимо от сил, действующих на жидкость со стороны лопастей. Жидкость, двигаясь в полости лопастного колеса центробежного насоса, участвует в двух движениях: перемещается вдоль лопасти с относительной скоростью  и вращается с окружной (переносной) скоростью  вокруг оси вращения вала, то вектор  абсолютной скорости частицы жидкости, равен векторной сумме двух её скоростей и согласно равенству:     |