реферат шланговые насосы. 1. Преимущества и недостатки шланговых насосов
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Содержание
Введение В настоящее время существует большое многообразие конструкций насосов, однако несмотря на это имеется ряд веществ, перекачка которых традиционными средствами в ряде случаев неэффективна, сопряжена с дополнительными затратами или различного рода сложностями. К таким веществам относятся высоковязкие, химически активные, газонасыщенные, токсичные, летучие, радиоактивные, содержащие большое количество твердой фазы, волокнистых включений и др. Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса, как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения её энергии. Когда насос работает, энергия, которую он получает от двигателя, преобразуется в потенциальную, кинетическую и в меньшей степени тепловую энергию потока жидкости. В нефтяной промышленности, в частности, актуальными являются проблемы, связанные с перекачиванием различного рода шламов, в том числе нефтесодержащих, из резервуаров и отстойников, перекачиванием высоковязких нефтепродуктов, дозированной подачей вредных или химически активных реагентов в различных технологических процессах, сбором разлитых нефтепродуктов с поверхности земли или воды и т.д. По принципу действия насосы подразделяются на две основные группы: динамические и объемные. К первой относятся насосные агрегаты, где жидкость под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере постоянно сообщающихся с входом и выходом насоса. В объёмных – перемещение рабочей среды осуществляется под воздействием поверхностного давления при периодическом изменении объема насосной камеры попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. В группу динамических относят: лопастные (центробежные и осевые насосы), насосы трения (вихревые, дисковые, червячные гидроструйные), инерционные (вибрационные). К объёмным – насосы возвратно-поступательного действия (поршневые, плунжерные), а также ротационные (шестеренчатые и винтовые). Для решения подобных задач во многих странах мира начинают получать все большее распространение перистальтические насосы, которые, по данным интернет-источников, представляют собой самый быстроразвивающийся тип современных насосов. Шланговый насос — разновидность насоса для перекачки жидкостей, в основном, жидкостей и пастообразных веществ. Принцип действия основан на передавливании эластичной трубки каким-либо механическим органом, например катящимися по окружности роликами, которые проталкивают жидкость на выход насоса. Конструктивно обычно состоит из эластичной трубки или шланга, двух или более роликов или башмаков и трека эластичной трубки, к которому ролики прижимают трубку, сужая её проходное сечение. Существуют конструкции и без опорной поверхности, в них трубка пережимается роликами благодаря её натяжению. Данные насосы отличаются простотой и имеют целый ряд преимуществ, позволяющих применять их для перекачивания практически любых веществ. При этом они полностью герметичны, что особенно важно, учитывая постоянно повышающиеся международные экологические стандарты. Преимущества и недостатки шланговых насосов Основным недостатком перистальтических насосов является низкий ресурс работы эластичного шланга, который подвергается многократным циклическим деформациям со стороны выжимных элементов при работе насоса. Ресурс работы шланга определяется стойкостью его материала к воздействию выжимных элементов и перекачиваемой среды, а также условиями его нагрузки, которые зависят от конструкции насоса. На рынке существует огромное многообразие шлангов, для выбора устраивающего нас шланга необходимо определить наиболее важные характеристики (гибкость, прочность, рабочее давление, температура и даже прозрачность). Поэтому для компенсации этого недостатка в конструкции перистальтического насоса должна быть возможность простой замены эластичного шланга. Также к недостаткам шланговых насосов можно отнести: ограничение по температуре перекачиваемой среды, обусловленной термостойкостью материала эластичной трубки, для распространённых силиконовых резин от 0 до 90 °С. Ограничение по давлению (для трубочного перистальтического насоса максимальное давление 7 атм, для шлангового перистальтического насоса — до 16 атм). Ограничения по перекачиваемым средам. Трубки для высокоагрессивных сред, например минеральных концентрированных кислот, дорогие. Падение производительности при работе с высоковязкими средами. При этом перистальтический насос имеет ряд преимуществ перед другими типами насосов: Простота конструкции и обслуживания; Герметичность; Отсутствие клапанов, отсутствие контакта перекачиваемого вещества с движущимися частями насоса; Стабильная работа с высоковязкими средами; Возможность реверсивной работы, в том числе с целью самоочистки; Отсутствие контакта металл по металлу; Среда не оказывает разрушающего влияния на насос; насос не воздействует на среду; Минимальное время простоя и сервисного обслуживания; Легкая установка, обслуживание, чистка; Единственная деталь, подверженная износу — трубка; Замена трубки — менее одной минуты; Работа всухую; Точность и неизменность дозирования ± 0,5 %; Высокое качество измерения: расход пропорционален скорости насоса; Не наносит ущерба средам, чувствительным к сдвигу; Низкий уровень шума. 2.Конструктивные особенности Сравнительно новой конструкцией, имеющей пока ограниченное применение, является шланговый насос. Принцип его работы заключается в заполнении разреженного пространства внутри эластичного шланга жидкостью, которая при сжатии шланга эксцентриком вытесняется в напорный патрубок. Использование этого принципа привело к нескольким конструктивным решениям, два из которых приведены на рисунке 1.  Рис. 1- Схемы устройства шланговых насосов а- с эксцентриком; б – с вращающимися роликами Шланговые насосы просты по конструкции и отличаются равномерной подачей. В обеих конструкциях эластичный (резиновый или пластмассовый) шланги, концами присоединённый к всасываемому и напорному штуцерами уложенный в направляющем канале, сжимается движущимся роликом (или системой роликов). В шланговых насосах два или несколько роликов, вращающихся в подшипниках, перемещаются вдоль шланга, установленного в цилиндрическом корпусе насоса. В точке контакта с роликом шланг перегибается, образуя уплотняющий контакт. При вращении этот контакт перемещается одновременно с роликом, происходит процесс всасывания. Второй ролик замыкает образовавшуюся рабочую полость, и начинается процесс подачи жидкости в сторону нагнетания. Ролик 1 на стороне нагнетания отделяется от шланга, а ролик 2 способствует вытеснению перекачиваемой среды в напорный трубопровод. Следовательно, перекачиваемая среда находится в контакте лишь со шлангом. Скважина, эксплуатируемая шланговыми насосами, должна оборудоваться арматурой, герметизирующей устье скважины и позволяющей отбирать газ из затрубного пространства. Для предупреждения буксования приводных ремней во время работы станка-качалки необходимо следить за их натяжением. В качестве заземлителя для электрооборудования насосной установки должен использоваться кондуктор скважины. Кондуктор следует соединить с рамой станка-качалки не менее чем двумя заземляющими проводниками, приваренными в разных местах к кондуктору и раме. Заземляющие проводники и места их приварки должны быть доступны для осмотра. Заземляющие проводники можно выполнять из стали круглой, полосовой, уголковой и стали другого профиля. Схема шлангового насоса изображена на рисунке 1.40.  Как указывалось выше, под точностью перистальтического насоса понимается подача заданного объема связующего материала в зону пропитки на каждом интервале времени (по длине ленты).  Точность ПН определяется количеством роликов, толщиной трубки. Чем больше роликов и тоньше трубка, тем точнее подача СМ, т.к. объем подаваемого материала определяется объемом материала в трубке насоса между роликами. Таким образом, чем меньше этот объем, тем точнее подача, а этот объем тем меньше чем больше роликов и тоньше трубка, однако уменьшается объем подаваемого связующего материала (рис.2).Рис.2- Графики зависимости коэффициента неравномерности (правый) и подачи насоса от количества роликов. Где, δн - коэффициент неравномерности, Q-подача (объем подаваемой СМ в единицу времени), nрол-количество роликов. Под равномерностью понимают подачу заданного объема СМ в каждый момент времени из трубки перистальтического насоса. Чем больше роликов, тем менее равномерный поток СМ (рис.2). 3.Паспорт шлангового насоса  Рассмотрим перистальтический шланговый насос Verderflex Dura 45. Компоновка перистальтического шлангового насоса: Смотровое окно Уплотнительная прокладка смотрового окна Передняя крышка Уплотнительное кольцо передней крышки Втулка скольжения Вставки Каблук ротора Ротор Шланг Корпус подшипника Корпус насоса Зажимное кольцо Фланцевая муфта Четвертьоборотный фланец Рама Технические характеристики насоса:  Далее приведены нормативные моменты затяжки резьбовых соединений:  Установочное расстояние ротора. Приладка ротора проводится на заводе, но при техническом обслуживании или при сборке из комплекта со свободным концом вала ротор следует подогнать, установив следующее расстояние.  Количество регулировочных прокладок не зависит от оборотов насоса. Толщина каждой прокладки — 0,5 мм.  Чистящие средства (после снятия шланга)- растворители воска, дизельные парафины, щелочные чистящие средства, теплая вода. Условия эксплуатации: •Температура воздуха: от -5 до +45 °C •Относительная влажность: – длительная ≤ 85% •Высота над уровнем моря, м ≤ 1000 Условия хранения: •Температура воздуха: от +10 до +50 °C •Относительная влажность – длительная ≤ 85% 4. Расчётная часть 4.1 Расчёт и подбор насосов Проектирование трубопроводов. Определение положений опор и фланцевых соединений. При проектировании трубопроводов необходимо как можно более полно учесть все условия эксплуатации: Холодная/теплая среда Пустой/полный Без давления/под давлением Изменения положений фланцев Убедиться, что опоры трубопроводов рассчитаны на любые возможные перемещения под воздействием сил, вызванных изменениями в окружающей среде или перепадами давления. Расчет номинальных диаметров. Трубопроводы должны обладать как можно меньшим гидравлическим сопротивлением. Трубы, подключенные непосредственно к входному и выходному портам насоса, должны иметь прямолинейные участки длиной не менее 1 м у насоса. Для уменьшения пульсации необходимо, чтобы диаметр условного прохода труб был как минимум в 1,5 раза больше номинального диаметра шланга насоса. Расчет длины трубопроводов. Трубопроводы должны иметь как можно более прямолинейную конфигурацию и как можно меньшую длину. Для облегчения доступа к насосу при замене шлангов необходимо предусмотреть короткие съемные секции, примыкающие к фланцам портов. Подбор оптимального поперечного сечения труб. Избегать радиусов изгиба менее 10R (где R — номинальный радиус трубопровода). Резкие изменения поперечного сечения труб в трубопроводах не допускаются.   Таблица 1- Правильные и неправильные варианты:Допустим, что система: 1. Давление на выходе, pв – 2 бар (0,02 кгс/мм²) 2. Расход насоса, Q (min, max) – 300-3000 мл/мин 3. Внутренний диаметр трубки, d – 9,6 мм 4. Диаметр головки, D – 100 мм 5. Напряжение питания, Uп – 60 В постоянного тока 6. Количество роликов – 3 7. КПД насоса, ηн – 10 % Располагая этими данными можно рассчитать некоторые параметры, которые потребуются для дальнейшего расчета основных параметров двигателя. Зная внутренний диаметр трубки d и диаметр головки D, можно рассчитать производительность насоса V (объем выталкиваемой жидкости за один оборот): V=S*l, где S – площадь сечения трубки, равная S=π*d²/4, l – длина дуги, равная 2/3 L, где L – длина трубки, равная L=π*D. Итак, получаем: S=π*d²/4=3,14*9,6²/4=72 (мм²) L=π*D=3,14*100=314 (мм) Отсюда, V=2/3 S*L=2/3*72*314=15072 мм³ (15 мл) Таким образом, за один оборот насос перекачивает приблизительно 15 мл жидкости. Теперь можно рассчитать минимальную и максимальную скорость вращения коромысла головки насоса. Если за один оборот насос прогоняет 15 мл, то чтобы обеспечить расход в 300 (min) и 3000 (max) мл/мин, коромысло головки должно вращаться со скоростью в 20 и 200 оборотов в минуту соответственно. Мощность насоса (Pн) можно получить как произведение давления на выходе и максимального расхода. Т.е. Рн=pв*Qmax=0,02 кгс/мм² * 3000000 мм³/мин = 60000 кгс*мм/мин = 1 кгс*м/с. Это составляет примерно 10 Ватт. Двигатель совершает работу перекачки жидкости. Однако значительная часть мощности расходуется на механическую деформацию трубки. Обычно КПД таких насосов приблизительно равен 0,1. Итак, если мощность насоса составляет 10 Вт, а КПД насоса не превышает 10 %, получаем, что наш двигатель должен быть рассчитан на мощность равную 100 Вт. Далее возникает два варианта: с одной стороны можно посчитать машину с прямым приводом без редуктора, и тогда скорость вращения двигателя будет равна 200 оборотов в минуту с диапазоном регулирования частоты вращения 1:10 (при неизменном моменте), с другой стороны – с редуктором. В этом случае при передаточном отношении редуктора 10, скорость вращения двигателя – 2000 оборотов в минуту, при том же диапазоне регулирования. Питание насоса осуществляется от бытовой однофазной сети 220В, 50Гц. Однако для питания двигателя необходимо преобразовать напряжение сети в 60В постоянного тока, т.е. применяется дополнительный внешний источник питания. Итак, решение задачи возможно путем использования двух вариантов двигателя. Запишем исходные данные для их расчета. Первый вариант (без редуктора): мощность – 100 Вт; скорость вращения – 200 об/мин; диапазон регулирования частоты вращения – 1:10 (при неизменном моменте); напряжение питания – 60 В постоянного тока. Выбор насосного оборудования – ответственный этап, от которого будут зависеть как технологические параметры, так и эксплуатационные качества проектируемой установки. При выборе типа насоса можно выделить три группы критериев: Технологические и конструктивные требования Характер перекачиваемой среды Основные расчетные параметры Технологические и конструктивные требования: В некоторых случаях выбор насоса может диктоваться какими-либо строгими требованиями по ряду конструктивных или технологических параметров. Центробежные насосы, в отличие от поршневых, могут обеспечивать равномерную подачу перекачиваемой среды, в то время как для выполнения условий равномерности на поршневом насосе приходится значительно усложнять его конструкцию, располагая на коленчатом вале несколько поршней, совершающих возвратно-поступательные движения с определенным отставанием друг от друга. В то же время подача перекачиваемой среды дискретными порциями заданного объема также может являться технологическим требованием. Примером определяющих конструктивных требований может служить использование погружных насосов в тех случаях, когда необходимо или единственно возможно расположить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости. Технологические и конструктивные требования к насосу редко являются определяющими, а диапазоны подходящих типов насосов для различных специфических случаев применения известны исходя из накопленного человечеством опыта, поэтому в доскональном их перечислении нет необходимости. Характер перекачиваемой среды: Характеристики перекачиваемой среды часто становятся определяющим фактором в выборе насосного оборудования. Различные типы насосов подходят для перекачки самых разнообразных сред, отличающихся по вязкости, токсичности, абразивности и множеству других параметров. Так винтовые насосы способны перекачивать вязкие среды с различными включениями, не повреждая структуру среды, и могут с успехом применяться в пищевой промышленности для перекачивания джемов и паст с различными наполнителями. Коррозионные свойства перекачиваемой среды определяют материальное исполнение выбираемого насоса, а токсичность – уровень его герметизации. Основные расчетные параметры: Требованиям по эксплуатации, предъявляемы различными отраслями, могут удовлетворять несколько типов насосов. В такой ситуации предпочтение отдается тому типу насосов, который наиболее применим при конкретных значениях основных расчетных параметров (производительность, напор и потребляемая мощность). Ниже приведены таблицы, в общих чертах отражающие границы применения наиболее распространенных типов насосов. Области применения (подбора) насосов по создаваемому напору  Области применения (подбора) насосов по производительности  :Только соответствующий всем трем группам критериев насос может гарантировать длительную и надежную эксплуатацию. Заключение Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса, как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения её энергии. Когда насос работает, энергия, которую он получает от двигателя, преобразуется в потенциальную, кинетическую и в меньшей степени тепловую энергию потока жидкости. Для решения подобных задач во многих странах мира начинают получать все большее распространение перистальтические насосы, которые, по данным интернет-источников, представляют собой самый быстроразвивающийся тип современных насосов. Перистальтические насосы относятся к насосам объёмного типа и имеют несколько преимуществ, отсутствующих в насосах другого принципа действия: Отсутствие трущихся пар металл по металлу. Перекачиваемая среда контактирует только с материалом эластичной трубки. Высокий коэффициент готовности, минимальное время простоя и обслуживания. Низкая трудоёмкость на установку, обслуживание, чистку. Высокая ремонтопригодность, наиболее подверженная износу деталь — легкозаменяемая эластичная трубка. Хорошая воспроизводимость зависимости расхода от скорости вращения ротора, лучше чем ±0,5 %. Относительно низкий уровень шума. В данной работе был рассмотрен перистальтический шланговый насос Verderflex Dura 45. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: ogbus.ru/files/ogbus/authors/Miheev/Miheev_1.pdf [Электронный ресурс]; Рудиков, Д. А. Проектирование систем приводов и управления путевых и транспортных машин : учебное пособие / Д. А. Рудиков, И. А. Яицков. — Ростов-на-Дону : РГУПС, 2021. — 156 с. — ISBN 978-5-88814-953-9. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/191045 (дата обращения: 19.04.2022). — Режим доступа: для авториз. пользователей www.ngpedia.ru/pg2580781G6fefXp0002179653/ [Электронный ресурс] wikipedia.org/wiki/Перистальтический_насос [Электронный ресурс]: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=705659#text [Электронный ресурс] www.verderliquids.com [Электронный ресурс]. https://studopedia.ru/8_122155_tehnicheskie-trebovaniya-k-dvigatelyam-dlya-peristalticheskih-nasosov.html [Электронный ресурс] |