СВМ. Cудовые вспомогательные механизмы,. керченский государственный морской технологический университет судомеханический техникум
 Скачать 3.31 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля: 1. В чём заключается принцип действия роторных насосов? 2. Классификация роторных насосов? 3. Классификация шестерённых насосов? 4. Для чего применяются шестерённые насосы на судах? 5. Преимущества и недостатки шестерённых насосов? 6. Устройство винтовых насосов? 7. Классификация судовых винтовых насосов? 8. Преимущества и недостатки винтовых насосов? 1.4 Пластинчатые насосы Различают несколько типов пластинчатых машин. По количеству циклов изменения рабочей камеры: однократного действия двукратного действия По возможности регулирования: регулируемые нерегулируемые насосы Рассмотрим каждый из этих типов насосов подробнее. В нерегулируемых насосах отсутствует возможность изменения рабочего объема. Подачу таких насосов можно регулировать путем изменения частоты вращения приводного двигателя или использовать дроссельное регулирование гидропривода. 33 Рисунок 1.24 – Устройство пластинчатого насоса двукратного действия В пластинчатом насосе двукратного действия (см. рисунок 1.24) внутренняя поверхность статора 1 имеет овальную форму. Ротор 2 установлен соосно статору. В пазах 3 ротора установлены пластины 4, которые могут свободно перемещаться внутри пазов. При вращении ротора пластины за счет центробежной силы пластины прижимаются к поверхности статора образуя рабочие камеры. В связи с тем, что внутренняя поверхность статора имеет овальную форму при вращении ротора объем рабочих камер будет изменяться. В зонах 6 и 7 увеличения объема камеры выполнено отверстие для всасывания рабочей жидкости, в зонах 5 и 8 уменьшения объема камеры - отверстие для нагнетания. В насосах двойного действия устанавливается четное число пластин (не менее 8). Рисунок 1.25 – Устройство пластинчатого насоса однократного действия В пластинчатом насосе однократного действия (см. рисунок 1.25) ротор 1 установлен в статоре 2 с эксцентриситетом. В роторе 1 в радиальном направлении выполнены пазы 3, в которых установлены подвижные пластины 4. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к цилиндрической поверхности статора. За счет эксцентриситета между осями вращения ротора и статора обеспечивается изменение объемов рабочих камер. В зоне 6 увеличения объема камеры происходит всасывание рабочей жидкости, зоне 5 уменьшения - нагнетание. В конструкции регулируемых насосов (см. рисунок 1.26) предусмотрена возможность изменения рабочего объема. Подачу насосов этот типа можно регулировать объемным способом. 34 Рисунок 1.26 – Устройство регулируемого пластинчатого насоса однократного действия Статор 3 установлен в корпусе 2 с зазором. Винт 1 позволяет перемещать статор внутри корпуса, тем самым меняя эксцентриситет между ротором 4 и статором. Если эксцентриситет будет равен 0, то объем рабочих камер при вращении ротора меняться не будет, подача насоса будет равна 0. При максимальном эксцентриситете подача будет максимальной. Пружина 5 прижимает статор к регулировочному винту. Рисунок 1.27 – Разрез пластинчатого насоса: 1-Корпус, 2-пластины, 3-система уплотнения вала, 4-всасывающий патрубок, 5-нагнетательный патрубок, 6-внешний предохранительный патрубок 35 Водокольцевые насосы Водокольцевые насосы широко распространены благодаря способности создавать высокий вакуум. Устройство насоса приведено на рис. 1.28. Корпус цилиндрический и ротор в нем размещен эксцентрично. Ротор состоит из вала и насаженного на него барабана с рабочими лопастями. Лопасти прямые или изогнутые, изготовлены заодно с барабаном. Корпус насоса закрыт с торцов крышками. На одной крышке установлен всасывающий и нагнетательный патрубки. Рисунок 1.28 – Водокольцевой насос 1-крышка, 2-корпус, 3,5-всасывающее и нагнетательное отверстия, 4-ротор, 6-водяное кольцо Внутри насоса находится вода или другая жидкость, заливаемая в насос перед пуском. При вращении ротора лопасти воздействуют на воду, заставляя ее отбрасываться к поверхности корпуса. В результате этого образуется водяное кольцо и серповидное пространство, являющееся рабочей полостью насоса. На первой половине оборота ротора жидкость наподобие поршня отходит от ротора, образуя разрежение (правая часть рисунка), и перекачиваемая жидкость или газ засасывается в насос. Эта половина оборота ротора называется всасывающей. На второй половине оборота ротора кольцо приближается к нему, сжимая и выталкивая засосанную жидкость или газ в нагнетательное отверстие и патрубок. Эта половина оборота ротора – нагнетательная. Очень важно, чтобы при работе насоса не было утечек воды из него и чтобы толщина водяного кольца оставалась постоянной. В противном случае внутренний диаметр водяного кольца увеличится, оно отойдет от поверхности ротора в верхней части и перекачиваемый газ будет просачиваться из нагнетательной во всасывающую полость. Работа насоса резко ухудшится. Утечки жидкости из насоса происходят постоянно в результате вихре- и брызгообразования на внутренней поверхности водяного кольца и уноса брызг через нагнетательное отверстие. Кроме этого, от постоянного перемешивания и трения жидкость в кольце нагревается и ухудшает работу насоса. Поэтому насосы, предназначенные для длительной работы, оборудуются собственной системой с напорным бачком для постоянной замены части воды в кольце. Приведенный на рисунке насос одинарный простого действия. Кроме такой конструкции, водокольцевые насосы изготавливаются двухступенчатыми (см. рисунок 1. 29), двойного и двустороннего действия. 36 Рисунок 1.29 – Двухступенчатый водокольцевой насос 1-шарикоподшипник, 2-маслёнка, 3-кронштейн, 4-вал, 5-нажимная гайка, 6,13-крышки, 7-прокладка, 8-контргайка, 9,10-корпус и промежуточное кольцо первой ступени, 11,12- корпус и промежуточное кольцо второй ступени, 14,15-рабочие колёса, 16-фундаментная лапа Применяются водокольцевые насосы в качестве вакуумных насосов на судах. Иногда применяются для совместного удаления дистиллятно-воздушной смеси из вакуумных конденсаторов испарительных установок. Роторно-пластинчатые насосы просты в устройстве, обладают хорошим всасыванием и малопульсирующей подачей жидкости, компактны, могут выполняться как в одинарном, так и сдвоенном исполнении (два ротора на одном валу). Их недостатки: 1. Нерегулируемая производительность. 2. Сравнительно небольшие давления нагнетания. 3. Чувствительность к частоте перекачиваемой жидкости. 4. Сравнительно невысокое давление нагнетания. 5. Повышенная требовательность к зазорам. Вопросы для самоконтроля: 1. Классификация пластинчатых насосов? 2. Устройство пластинчатого насоса однократного действия? 3. Устройство пластинчатого насоса двукратного действия? 4. Какие насосы способны создавать высокий вакуум? 5. Устройство водокольцевого насоса? 6. Достоинства и недостатки пластинчатых насосов? 37 1.5 Центробежные насосы Центробежные насосы являются наиболее распространенными на судах типом лопастных насосов. Простота устройства, надежность, возможность получения больших подач и давлений, необходимость большой частоты вращения рабочих колес и использования для их привода быстроходных двигателей обеспечивали широкое распространение центробежных насосов на судах. Центробежный насос (см. рисунок 1.30) состоит из корпуса, имеющего спиральную форму, и расположенного внутри жестко закрепленного колеса, состоящего из двух дисков, с закрепленными между ними лопастями. Они отогнуты от радиального направления в сторону противоположную той, в какую направлено вращение колеса. Соединение насоса с трубопроводами, напорным и всасывающим, производится через патрубки. Принцип действия центробежных насосов заключается в следующем: в наполненном водой корпусе и всасывающем трубопроводе приводится во вращение рабочее колесо. Возникающая при его вращении центробежная сила приводит к вытеснению воды от центра колеса к его периферийным участкам. Там создается повышенное давление, которое начинает вытеснять жидкость в напорный трубопровод. Понижение давления в центре рабочего колеса вызывает поступление жидкости в насос через всасывающий водопровод. Таким образом осуществляется работа по непрерывной подаче жидкости центробежным насосом. Рисунок 1.30 – Схема работы центробежного насоса Некоторые центробежные насосы имеют дополнительное устройство, позволяющее приводить насос в действие без предварительного заливания жидкости. Центробежные насосы с электрическим приводом для перекачивания морской и пресной воды с температурой до 353°К (85°С) применяют в общесудовых системах. Распространение получили центробежные насосы следующих конструктивных типов: тип НЦГ – центробежный горизонтальный несамовсасывающий; тип НЦГС– центробежный горизонтальный самовсасывающий; тип НЦВ – центробежный вертикальный несамовсасывающий (назначение: обслуживание пожарной, охлаждающей или балластной систем); тип НЦВС – центробежный вертикальный самовсасывающий; тип ЭНЦ – центробежный вертикальный с двухсторонним всасыванием 38 электронасос (назначение: обслуживание охлаждающей, рассольной и конденсатной систем); тип ЭПжН – центробежный вертикальный двухступенчатый пожарный электронасос (назначение: обслуживание пожарной системы). На рисунке 1.31 представлен общий вид электронасоса типа НЦВ. Насосы этого типа широко применяются на судах в качестве пожарных. Рисунок 1.31 – Электронасос типа НЦВ Электронасос типа НЦВ состоит из электродвигателя постоянного или переменного тока 1, сварного фонаря 2 и опор для бокового, среднего или нижнего крепления. Гидравлическая часть состоит из корпуса 5, рабочего колеса 7, верхнего 6 и нижнего 10 уплотняющих колец, сальника с мягкой набивкой 4. В средней части сальника помещено резиновое кольцо гидравлического затвора, к которому подводится вода из напорной полости корпуса насоса по трубопроводу 14. Рабочее колесо 7 надето на удлиненный конец вала электродвигателя, закреплено шпонкой 15 и гайкой 8. Колесо разгружено от осевых усилий, так как отверстия в ступице выравнивают давление по обе стороны колеса. Вал электронасоса вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны электропривода. Удлиненный конец вала защищен от износа съемной втулкой, закрепленной на валу шпонкой 15. Подвод воды к рабочему колесу – осевой снизу, отвод – боковой. К нижней части корпуса насоса крепится всасывающий патрубок 9, снимаемый с помощью отжимных болтов 11, а к напорной полости в корпусе – напорный патрубок, имеющий форму расширяющегося конуса, что обеспечивает снижение скорости перекачиваемой воды. Просачивающаяся через уплотнение вода отводится из фонаря дренажной трубкой 13. Фильтрация воды от 1 до 12 л/ч считается нормальной. При поступлении большего количества воды набивка поджимается с помощью нажимной крышки 3. Затяжку сальника следует производить только во время работы насоса. Чтобы избежать нагрева воды в напорной полости насоса, работающего длительное время при нулевом расходе, предусмотрен кран нулевого расхода 12 с трубкой для отвода 39 воды в трюм или за борт в количестве до 1 м 3 /ч. На напорном и всасывающем патрубках имеются бобышки с резьбой для присоединения манометра и мановакуумметра. Корпус, рабочее колесо, уплотнительные кольца и другие элементы гидравлической части насоса, омываемые забортной водой, изготовлены из коррозионно-стойкой бронзы. На судах насосы устанавливаются ниже конструктивной ватерлинии KBЛ. Пуск осуществляется при закрытой задвижке на напорной магистрали. Ею же регулируется подача воды в магистраль во время работы насоса. На рисунке 1.32 показана схема трехступенчатого центробежного насоса. На валу 1, опирающемся на подшипники 2, с помощью шпонок 3 закреплены рабочие колеса 4, 5, 6, которые вместе с валом образуют ротор насоса. Из подводящего патрубка 7 (условно повернутого вниз) через подвод 8 жидкость поступает в колесо 4, где приобретает определенный запас потенциальной и скоростной энергии (статический и динамический напор). Из колеса 4, жидкость поступает в направляющий аппарат 9, где динамический напор частично преобразуется в статический напор. Далее жидкость подается в колесо 5 и снова получает приращение статического и динамического напора, который частично преобразуется в статический напор в следующем направляющем аппарате 10. Из последнего колеса 6 жидкость поступает в спиральный отвод 11 и через патрубок 12 - в напорный трубопровод насоса. В местах выхода из корпуса насоса вал уплотняется сальниковой пеньковой набивкой с прижимными втулками 13. Вал насоса соединяется с валом двигателя муфтой 14. Рисунок 1.32 – Схема трёхсекционногоцентробежного насоса Секционный корпус насоса соединен в общую конструкцию стяжными шпильками (болтами). Положительным качеством секционных насосов является возможность соединять одинаковые секции в необходимом количестве для получения насосов различных давлений. 40 К недостаткам насосов следует отнести малую доступность рабочих колес. Для замены колеса необходимо удалить стяжные болты и последовательно снять все секции при одновременной разборке ротора. Существуют также насосы, имеющие корпус с осевым разъемом. В таких насосах облегчены осмотр внутренних деталей, уход и контроль за насосом, хотя конструкция корпуса увеличивает размеры и массу насоса. Различают рабочие колеса насосов закрытые и открытые. В закрытых односторонних колесах (рис.1.33, а) имеются ведущий 1 ведомый 2 диски, между которыми расположены лопасти 3. В закрытых двусторонних колесах (рис. 1.33, б) ведомые диски 1 и 2 лопастями 3 связаны с втулкой 4. Диски, лопасти и втулка, с помощью которой колесо насаживается на вал, отливаются заодно. В открытых колесах (рис. 1.33, в) имеется только ведущий диск 1 с втулкой 2 и лопастями 3. Рисунок 1.33 – Рабочие колеса центробежных насосов: а - закрытое одностороннее; б - закрытое двустороннее; в - открытое Из условия прочности диски колеса утолщаются по направлению к втулке. Диаметр рабочего колеса обычно не превышает 800 мм. Окружная скорость на выходном диаметре литых чугунных колес 35 ... 40 м/с. К.п.д. насоса зависит от чистоты обработки поверхностей каналов колеса, числа и длины лопастей, закономерности изменения площади поперечного сечения межлопастного канала. Движение воды в колесе тем правильнее, чем больше лопастей, но при значительном их числе увеличиваются гидравлические потери. Обычно в одном колесе 6 ... 9 лопастей. Открытые колеса целесообразно применять для транспортирования загрязненных жидкостей. 41 Рисунок 1.34 – Состав односекционного горизонтального центробежного электронасоса Преимуществом центробежных насосов является: Высокая эффективность. Простота конструкции. Постоянство характеристик создаваемого потока: скорости и напора. Компактность и относительно малый вес. Простое техобслуживание. Достаточно общих навыков слесарных работ. Высокая надежность, большой срок наработки на отказ. Кроме достоинств, этим насосам свойственен ряд недостатков: Для запуска необходимо заполнить рабочую камеру жидкой средой. Нарушение этого правила приводит к быстрому износу и выходу из строя. Малый напор, создаваемый рабочим колесом. 42 Характеристики центробежных насосов и трубопроводов. В судовых условиях производительность насосов должна изменяться в довольно широких пределах. В отличие от объемных насосов, у которых изменение производительности почти не влияет на создаваемый ими напор, у лопастных и, в частности, у центробежных насосов производительность и напор зависят друг от друга. Для эффективной эксплуатации насосов и их оптимального подбора нужно знать, как меняется напор и другие параметры при изменении производительности. Характер изменения параметров обычно выражается графически в виде кривых, называемых характеристиками насоса. Характеристики могут быть теоретические или действительные, простые или универсальные. В системе прямоугольных координат характеристики можно построить с помощью двух основных способов регулирования производительности центробежных насосов: 1) Количественного – дросселированием через нагнетательный клапан, при постоянной частоте вращения; 2) качественного – изменением частоты вращения приводного двигателя (В некоторых случаях количество подаваемой жидкости изменяют путем байпасирования, т. е. перепуска части жидкости через клапан из напорной магистрали обратно во всасывающую. Этот способ применяется в основном для регулирования расхода в трубопроводе и используется в объемных насосах, где нельзя регулировать производительность дросселированием). Качественный способ регулирования мало влияет на КПД насоса, но не всегда может применяться (например, у насосов, навешенных на двигатель или имеющих электропривод переменного тока). Количественный способ регулирования режима наиболее прост и позволяет изменять производительность от нуля до максимума, но экономически менее выгоден, чем качественный, в связи с введением добавочного гидравлического сопротивления при дросселировании. В случае количественного регулирования теоретические характеристики центробежных насосов будут изображаться прямыми: I – при радиальных лопастях; II – при лопастях, отогнутых назад; III – при лопастях, загнутых вперед (рис.1.34). Точка В на линии ординат будет соответствовать нулевой подаче при полностью закрытом нагнетательном клапане. При этом в камере насоса будет статический напор Н ст , который можно замерить по манометру. Для получения действительной характеристики насоса необходимо учесть потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в самом насосе. Пусть кривая ОА на рис.34 выражает графическую зависимость напора, теряемого в насосе, h ɷ от его производительности Q. Действительный напор Н, развиваемый насосом, будет меньше теоретического на величину потерь в нем: Н = Н – h ɷ Откладывая ординаты кривой ОА вниз от прямой III, получим точки, которые при соединении дадут кривую ВС, представляющую собой действительную простую характеристику центробежного насоса с лопастями, загнутыми вперед. Очевидно, что подобным способом можно получить простые действительные характеристики и для насосов с радиальными лопастями и лопастями, отогнутыми назад. Рабочая характеристика рассмотренного насоса НЦВС 63/30 (рис.1.35), кроме зависимости напора нагнетания Н от производительности, включает зависимости от Q 43 вакуумметрической высоты всасывания H s , потребляемой мощности N, КПД ƞ, %, при частоте вращения n = 2890 об/мин. Для использования характеристики с целью подбора центробежного насоса для работы на данный трубопровод и определения требуемого режима его работы необходимо иметь и графическую характеристику трубопровода или сети. Характеристикой трубопровода называется кривая, показывающая функциональную зависимость между расходом жидкости и потребляемым (затрачиваемым) напором на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе. Рисунок 1.35 – Рабочая характеристика насоса НЦВС 63/30 |