Основные конструкции насосов. 5. 6 Конструкции насосов 1 Осевой (пропеллерный) насос
 Скачать 352.37 Kb.
|
|
5.6 Конструкции насосов 5.6.1 Осевой (пропеллерный) насос Осевые насосы применяется для перемещения больших расходов жидкости при сравнительно невысоких (до 10 – 12 м столба жидкости) напорах. Используется для обеспечения циркуляции жидкости в аппаратах, а также в качестве движителей судов. Устройство осевого насоса показано на рис.5.11. Корпус насоса 1 представляет трубу, соосно которой установлено рабочее колесо 2 с приводным валом 3. Для уменьшения потерь энергии, вызываемых закруткой потока жидкости, насосы могут быть снабжены направляющими аппаратами 4 и 5 на входе в рабочее колесо и после него. Рабочее колесо имеет форму гребного винта, т.е. лопасти повернуты под некоторым углом к плоскости, перпендикулярной его оси. Направляющий аппарат выполнен в виде неподвижно закрепленных внутри корпуса изогнутых пластин. Рис. 5.11 – Осевой насос 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – вал; 4 и 5 – направляющие аппараты При вращении рабочего колеса жидкость лопастями увлекается в осевом направлении. Она при этом также приобретает вращательное движение. Направляющий аппарат 4 на входе в рабочее колесо создает оптимальные условия входа жидкости в него. Направляющий аппарат на выходе из рабочего колеса раскручивает поток, что уменьшает потери на трение в трубопроводе после насоса. Достоинства вихревого насоса: высокий КПД, большая производительность при малых размерах, простота и надежность в работе. Его основной недостаток – невысокий создаваемый напор. 5.6.2 Вихревой насос Применяется для перекачивания жидкостей, не включающих абразивных частиц. В нем используется энергия вихревого движения жидкости, он способен к самовсасыванию. По сравнению с центробежным при одинаковых размерах и частотах вращения рабочего колеса обеспечивает достижение более высокого напора. Устройство вихревого насоса показано на рис.5.12. Насос имеет корпус 1 с цилиндрической полостью, несколько расширенной в виде тора по периферии. Рабочее колесо 2 его представляет диск с выфрезерованными по обоим торцам его по периферии пазами 3. Нагнетательный патрубок 4 насоса отходит с боковой поверхности корпуса по касательной. Всасывающий патрубок 5 сообщается с полостью корпуса через отверстие (окно), выполненное в боковой стенке корпуса в области, прилегающей к нагнетательному патрубку (по направлению вращения рабочего колеса). Окно проецируется на пазы рабочего колеса. Между всасывающим и нагнетательным патрубками выполнено уплотнение, зазор между рабочим колесом и корпусом в области уплотнения не более 0,2 мм. Рис. 5.12 – Вихревой насос 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – пазы; 4 – нагнетательный патрубок; 5 – всасывающий патрубок; 6 – уплотнение; 7 – вал При вращении рабочего колеса жидкость под его воздействием приобретает значительную кинетическую энергию и центробежными силами отбрасывается в кольцевой канал. В канале жидкость приобретает вихревое движение. За счет вихревого движения она обратно попадает в паз рабочего колеса, где приобретает дополнительную кинетическую энергию. За счет многократного контакта вихря с рабочим колесом скорость жидкости в насосе перед нагнетательным патрубком достигает больших значений, что и обеспечивает высокий напор насоса. Вихрь, достигнув уплотнения, разрушается, кинетическая энергия жидкости преобразуется в энергию статического давления. Всасывание жидкости осуществляется за счет пониженного статического давления в вихре жидкости. 5.6.3 Струйный насос В струйных насосах для перекачивания одной жидкости используют кинетическую энергию потока другой (рабочей) жидкости. В отдельных случаях в качестве рабочей среды в этих насосах используют водяной пар, сжатый газ. Для перекачивания жидкостей струйные насосы применяют в тех случаях, когда допустимо смешение рабочей жидкости с перекачиваемой. Также их применяют в также в качестве вакуумных насосов. Струйный насос (см. рис. 5.13) состоит из корпуса 1 с всасывающим патрубком 2. В корпусе насоса установлены сопло 3 и труба Вентури, включающая конфузор 4, горловину 5 и диффузор 6. Рабочую жидкость с большой скоростью подают через сопло 3 в трубу Вентури. За счет сил трения рабочая жидкость увлекает из корпуса (камеры смешения) перекачиваемую жидкость. Смесь рабочей и перекачиваемой жидкостей достигает наибольшей скорости в горловине трубы Вентури. В расширяющейся части трубы Вентури (диффузоре) скорость смеси падает, а статическое давление ее повышается. Рис. 5.13 – Струйный насос 1 – корпус; 2 – всасывающий патрубок; 3 – сопло; 4 – конфузор; 5 – горловина; 6 – диффузор Достоинства струйного насоса: простота, отсутствие рабочих органов, движущихся частей. Недостатки: низкая производительность, низкий КПД, быстрый эрозионный износ сопел, необходимость наличия высокопотенциальных чистых рабочих жидкостей. 5.6.4 Поршневые насосы Устройство поршневого насоса простого действия показано на рис. 5.14. Рабочей камерой насоса является цилиндр 1. Цилиндр имеет всасывающий 2 и нагнетательный 3 патрубки с клапанами 4. В цилиндре находится поршень 5, уплотняемый кольцами или манжетами. Шток 6 поршня связан с шатуном 7, который в свою очередь шарнирно соединен с кривошипом 8. При вращении кривошипа поршень приобретает возвратно- поступательное движение. При обратном ходе поршня (по направлению к кривошипу) в цилиндре создается разрежение, за счет этого закрывается клапан в нагнетательном патрубке, а клапан во всасывающем патрубке открывается. При обратном ходе поршня жидкость поступает в цилиндр. При прямом ходе поршня в цилиндре создается избыточное давление. За счет этого закрывается клапан во всасывающем патрубке и открывается клапан в нагнетательном патрубке, и жидкость подается в нагнетательный трубопровод. Рис. 5.14 – Поршневой насос простого действия 1 – цилиндр; 2 – всасывающий патрубок; 3 – нагнетательный патрубок; 4 – клапаны; 5 – поршень; 6 – ползун; 7 – шатун; 8 – кривошип Мгновенное значение расхода жидкости – текущая производительность (мгновенная подача) поршневого насоса V , м 3 /с, определяется по уравнению: п п V S w , (5.33) где п S – площадь поперечного сечения поршня, м 2 ; п w – скорость его движения, м/с. Так как для привода поршня используется кривошипно-шатунный механизм, скорость движения поршня определяется по зависимости: sin п к w l n , (5.34) где к l – длина кривошипа, м; n – число оборотов (частота вращения) кривошипа, с -1 ; – угол между осью штока и кривошипом. Из (5.33) следует, что мгновенная подача насоса V изменяется во времени по синусоидальному закону: sin к п V l S n , (5.35) При этом при обратном ходе поршня (в фазе всасывания) подача отсутствует (см. рис. 5.15). Пульсация подачи является основным недостатком поршневого насоса. Производительность поршневого насоса простого действия Q , м 3 /с, вычисляется по формуле: п п Q h S n , (5.36) где 2 п к h l – ход поршня, м. Рис. 5.15 – График подачи поршневого насоса простого действия Производительность поршневого насоса мало зависит от развиваемого напора. Напор насоса ограничен прочностью его конструктивных элементов (в первую очередь, уплотнений, клапанов, шатуна, кривошипа) и мощностью привода. Теоретически на выходе из поршневого насоса можно получить бесконечно большой напор (см. рис. 5.16). Снижение производительности насоса при увеличении напора обусловлено утечками (обратными перетоками) жидкости через уплотнения и клапаны. Рис. 5.16 – Расходно-напорные характеристики поршневого насоса Недостатками поршневого насоса, кроме пульсации подачи, являются также наличие большого количества движущихся частей, низкий механический КПД, трудность регулирования производительности, повышенный износ уплотнений. Поэтому они малопригодны для перекачивания жидкостей с механическими включениями, высоковязких. Регулирование производительности возможно за счет изменения частоты вращения кривошипа и его длины, а также байпасирования потока . Неравномерность подачи частично устраняется в поршневых насосах двойного действия, а также в насосах с несколькими параллельно соединенными рабочими камерами – цилиндрами. В насосе двойного действия жидкость попеременно всасывается и нагнетается при прямом и обратном ходе в рабочие камеры цилиндра, расположенные по обе стороны поршня. В многоцилиндровых насосах ступени работают на всасывание и нагнетание со сдвигом по фазе. Рис. 5.17 представляет график подачи для насоса двойного действия, рис. 5.18 – график подачи для триплекс-насоса (трехцилиндрового). Во многих случаях эффективно снижают пульсации подачи поршневых насосов воздушные колпаки, которые устанавливают на начальном участке нагнетательных трубопроводов (см. рис. 5.19). Рис. 5.17 – График подачи поршневого насоса двойного действия Рис. 5.18 – График подачи поршневого триплекс-насоса Рис. 5.19 – Схема применения воздушного колпака при эксплуатации поршневого насоса 1 – поршневой насос; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – нагнетательный трубопровод; 4 – воздушный колпак 5.6.5 Плунжерные насосы Плунжерные (скалочные) насосы являются разновидностью поршневых насосов. Им присуще большое отношение длины поршня 1 (плунжера, скалки) к собственному диаметру (см. рис. 5.20). Плунжер 1 и цилиндр 2 изготавливают с большой точностью. Поэтому на плунжере нет уплотнительных колец, манжет. В плунжерных насосах цилиндр является лишь направляющим устройством для движения плунжера, всасывание и нагнетание жидкости осуществляется в камере 3, примыкающей к цилиндру 2. Вследствие этого плунжерный насос пригоден для работы с высоковязкими, агрессивными жидкостями, а также с жидкостями, содержащими механические включения. Плунжерные насосы. как и поршневые, бывают двойного действия, многоступенчатыми, дифференциальными. Привод плунжеров обычно осуществляют с использованием кривошипно-шатунных и кулачковых механизмов. Плунжерные насосы часто применяют в качестве дозировочных. Рис. 5.20 – Плунжерный насос 1 – плунжер; 2 – цилиндр; 3 – камера; 4 – всасывающий патрубок; 4 – нагнетательный патрубок 5.6.6 Мембранный насос Мембранные (диафрагмовые) насосы применяют для перекачивания высоковязких, агрессивных жидкостей, а также суспензий. Рабочим органом насоса (см.рис. 5.21) является мембрана (диафрагма) 2, выполненная из эластичного (гибкого) материала. При прогибе мембраны происходит изменение объема рабочей камеры 3 и осуществляется всасывание или нагнетание. Привод мембраны осуществляется напрямую от кривошипно- шатунного механизма, либо, как показано на рисунке, за счет воздействия плунжера 5 на замкнутый объем жидкости в камере 4 между мембраной и плунжером. Недостатками мембранного насоса являются быстрый выход из строя мембран и невысокие создаваемые давления. Рис. 5.21 – Мембранный насос 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – рабочая камера; 4 – камера; 5 – плунжер; 6 – всасывающий патрубок; 7 – нагнетательный патрубок 5.6.7 Пластинчатый насос Пластинчатые насосы применяются для перекачивания чистых невязких жидкостей. Они относятся к насосам высокого давления. Корпус насоса 1, как показано на рис. 5.22, имеет цилиндрическую полость, сообщающуюся с всасывающим 2 и нагнетательным 3 патрубками. В полости корпуса эксцентрично расположен цилиндрический ротор 4. В роторе выполнены два или более диаметрально расположенных паза 5. В пазах ротора установлены пластины 6, которые могут свободно перемещаться в радиальном направлении. При вращении ротора пластины плотно прижимаются центробежными силами к внутренней поверхности стенки корпуса и образуют замкнутые объемы. Объем, прилегающий к всасывающему патрубку, при вращении ротора увеличивается, за счет чего в нем создается разрежение и происходит всасывание жидкости. При этом объем, примыкающий к нагнетательному патрубку уменьшается, в нем создается избыточное давление, и жидкость вытесняется в нагнетательный патрубок. Рис. 5.22 – Пластинчатый насос 1 – корпус; 2 – всасывающий патрубок; 3 – нагнетательный патрубок; 4 – ротор; 5 – паз; 6 – пластина Для предотвращения заклинивания и поломки пластин и привода насос следует пускать при открытой нагнетательной линии. Подача жидкости пластинчатыми насосами осуществляется равномернее, чем поршневыми. Кроме того они компактнее и более высокопроизводительны. Недостатки пластинчатых насосов: чувствительны к загрязнениям жидкости твердыми частицами, невозможность применения для перекачивания агрессивных жидкостей (быстрый износ пластин, потеря герметичности). 5.6.8 Шестеренчатый насос Шестеренчатый насос (см. рис. 5.23) является насосом высокого давления (полное давление его может достигать 40 МПа и выше) и применяется для перекачивания вязких чистых жидкостей. Корпус насоса 1 имеет полость в виде двух взаимно пересекающихся цилиндров, геометрические оси которых параллельны. Внутри полости установлены две находящихся в зацеплении шестерни: ведущая 2 и ведомая 3. Ведущая шестерня связана с приводом. Зазор между стенками корпуса и шестернями невелик (порядка 10мкм), что обеспечивает достаточную герметичность полостей между зубьями шестерен. В плоскости зацепления шестерен расположены всасывающий 5 и нагнетательный 5 патрубки. Рис. 5.23 – Шестеренчатый насос 1 – корпус; 2 – ведущая шестерня; 3 – ведомая шестерня; 4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок При вращении шестерен их зубья периодически входят в зацепление и выходят из него. При выходе зубьев из зацепления в зазорах между ними создается область пониженного давления. За счет этого в зазоры через всасывающий патрубок поступает жидкость. Далее жидкость в зазорах вместе с шестерней перемещается вдоль стенки корпуса к нагнетательному патрубку. При входе зубьев в зацепление жидкость вытесняется из зазоров в нагнетательный патрубок. Достоинства шестеренчатых насосов: незначительная неравномерность подачи, нечувствительность к перегрузкам по давлению вследствие возникающих обратных перетоков жидкости. Их недостатки: высокие требования к точности изготовления узлов и деталей, быстрый износ механическими включениями, низкий механический КПД. |