СЭУ-последний Кирис Учебное пособие. Н. А. Козьминых Судовые энергетические установки и электрооборудование судов учебник

• Название: Н. А. Козьминых Судовые энергетические установки и электрооборудование судов учебник
• Анкор: СЭУ-последний Кирис Учебное пособие.doc
• Дата: 08.05.2017
• Размер: 11.94 Mb.
• Имя файла: СЭУ-последний Кирис Учебное пособие.doc
• Тип: Учебник; #7258
• страница: 25 из 35

5.7. Насосы объемного принципа действия

5.7.1. Поршневые насосы

Поршневые насосы используются в системах общесудового назначения, системах обслуживающих главный двигатель, а также в гидроприводе как палубных устройств и механизмов, так и рулевых машин.

Разнообразное применение этих насосов обусловлено рядом их достоинств: надежностью, способностью всасывания без предварительного заполнения жидкостью, возможностью регулировать подачу независимо от напора, простотой обслуживания, достаточно высоким КПД

Недостатками поршневых насосов являются большие габаритные размеры, масса и усложнение конструкции, связанное с наличием клапанных механизмов.

Поршневые насосы классифицируются следующим образом:

– по кратности действия (числу полостей или цилиндров) – насосы простого, двойного и многократного действия;

– по давлению нагнетания – насосы низкого давления (до 0,5 мПа), среднего давления (от 0.5 до 5,0 мПа) , высокого давления – (свыше 5,0 мПа );

– по подаче – насосы малой подачи (до 20 м³/ч), средней подачи (от 20 до 60 м³/ч), большой подачи (свыше 60 м³/ч);

– по быстроходности – тихоходные (с частотой вращения вала до 80 об/мин), нормальные (с частотой вращения вала от 80 до 150 об/мин), быстроходные (выше 150 об/мин);

– по роду перекачиваемой жидкости – насосы водяные, масляные и пр.;

– по конструктивному исполнению – насосы собственно поршневые, плунжерные, вертикальные, горизонтальные и т.п.;

– по типу соединения с двигателем – прямодействующие и приводные;

– по типу привода – электрические, паровые и с ручным приводом.

Принцип действия поршневого насоса состоит в следующем (рис. 43).

Поршень движется в рабочей полости, при движении поршня от крайнего правого положения в рабочeй полости (цилиндре) создается разряжение, закрываются нагнетательные клапаны и открываются всасывающие, жидкость поступает в цилиндр, при нормальной работе насоса жидкость безотрывно следует за поршнем. После достижения крайнего левого положения поршень начинает сжимать жидкость, перемещаясь вправо. Давление в цилиндре начинает увеличиваться, всасывающие клапана закрываются, а нагнетательные открываются.

Рис. 53. Принцип действия поршневого насоса
Путь x, который проходит поршень от крайнего левого положения, с достаточной точностью определится:

x = r – r cos φ.
Объем жидкостей, подаваемый в нагнетательный трубопровод при перемещении поршня dx будет:
dV = Fc dτ,
где с – скорость поршня , м/с;

F – площадьпоршня , м²;

τ – время за которое осуществляется подача, с.

С учетом того, что линейная скорость с может быть определена через угловую как
с = ωrsinφ,
dV = Frsinφ dφ.
Таким образом очевидно, что мгновенная подача поршневого насоса простого действия изменяется по синусоиде (рис. 54).

Рис. 54. Подача поршневого насоса простого действия
Для уменьшения неравномерности подачи используют увеличение кратности действия путем применения насосов с двумя, четырьмя а иногда и шестью цилиндрами.

Для стабилизации давления в трубопроводе устанавливают воздушные колпаки (рис. 55).


Рис. 55. Использование воздушных колпаков
Обмен жидкостью между колпаком и насосом приводит к тому, что в воздушном колпаке изменяется уровень жидкости, т.е. происходит изменение объема воздуха и его давление. При неизменном уровне жидкости в колпаке в трубопроводе устанавливается постоянное давление, которое выше давления, характерного для начала всасывания либо нагнетания без воздушного колпака. Новые условия движения жидкости в трубопроводе при наличии воздушного колпака приводят к тому, что жидкость с переменной скоростью движется только на участке между колпаком и насосом, а в трубопроводе с постоянной скоростью.

На рис. 56 представлена конструкция электроприводного насоса большой производительности.

Это вертикальный насос четверного действия, т.е. насос с четырьмя цилиндрами. Цилиндры насоса 2 отлиты из чугуна, цилиндровые втулки 3 – из бронзы. В насосе используется зубчатый редуктор, расположенный на верхней части рамы, в которой уложен вал насоса. Электродвигатель установлен на нижней части рамы. Верхняя 6 и нижняя 1 части рамы соединены болтами. В цилиндровом блоке расположены клапанные коробки.

Каждая полость насоса обслуживается одним всасывающим 12 и одним нагнетательным 11 клапаном. Между цилиндрами насоса размещен всасывающий воздушный колпак, соединенный с приемным патрубком 5. Поршень 13 перемещается шатуном 8, шарнирно соединенным с ползуном 9, который движется по параллели 7. Ползун имеет шпоночное соединение 10 со штоком 4.

Рис. 56. Поршневой насос четверного действия:

1,6 – рама, 2– цилиндр, 3– цилиндровая втулка, 4– шток, 5– приемный патрубок воздушного колпака, 7– параллель ползуна, 8 – шатун, 9 – ползун, 10 – шпоночное соединение, 11 – нагнетательный клапан, 12– всасывающий клапан, 13 – поршень
По бокам насоса расположены нагнетательные патрубки на одном из которых устанавливается предохранительный клапан. Для смазки подшипников, ползунов и редуктора используется шестеренный насос, принцип действия шестеренных насосов описан в разделе 7.2.2. Насосы такого типа применяются в качестве осушительных и балластных, а также для перекачивания нефтепродуктов.

В качестве насосов систем гидропривода палубных и рулевых механизмов и рулевых машин часто используются радиально и аксиально-поршневые насосы переменной подачи. В насосах таких конструкций изменяется ход поршней насоса и подача жидкости изменяется от нуля до определенного значения. Это достигается применением в конструкции регулировочного кольца, наклонной плиты или скользящих лопастей. Конструкция радиально-поршневого насоса показана на рис. 57.



Рис. 57. Радиально-поршневой насос переменной подачи:

1, 3, 15 – отверстия и каналы неподвижного золотника, 2– приводной вал, 4– поршень, 5 – палец, 6 – ползун, 7, 9– крышки, 8 – корпус, 10 – регулировочный блок, 11, 12 – подшипники, 13, 14 – отверстия для присоединения трубопроводов, 16 – блок цилиндров, 17 – регулировочное кольцо, 18 – разъем для подсоединения системы управления ,19 – тяга.
Внутри корпуса насоса короткий приводной вал вращает блок цилиндров, посаженный на подшипниках. Внутри блока помещен неподвижный золотник. Радиально расположенные цилиндры соединены отверстиями с каналами неподвижного золотника, которые сообщаются с каналами подвода и отвода жидкости к насосу. В цилиндрах движутся поршни, соединенные с ползуном пальцами. Ползуны находятся в круговом пазе регулировочного кольца. Кольцо может вращаться в шарикоподшипниках, а так же перемещается в стороны от своего среднего положения. Боковое смещение регулировочного кольца осуществляется с помощью двух тяг, выходящих из корпуса насоса.

Рис. 58 иллюстрирует принцип действия насоса.

Когда регулировочное кольцо расположено концентрично относительно неподвижного золотника (рис. 58а), подача будет равна нулю, так как поршни не совершают поступательного движения в цилиндрах. Если регулировочное кольцо сдвигается вправо, поршни получают возможность двигаться поступательно (рис. 58 б.). Поршень, оказавшийся в нижней полуокружности, будет перемещаться к центру блока и нагнетать жидкость в нижнее отверстие неподвижного золотника. После прохождения цилиндром в процессе вращения горизонтального положения, поршень начнет двигаться от центра, всасывая жидкость из верхнего отверстия. Пройдя горизонтальное положение на противоположной стороне, поршень начнет нагнетать жидкость. Если регулировочное кольцо сдвинуть влево от его среднего положения (рис. 58 в), всасывающие и нагнетательные отверстия поменяются местами.

Рис. 58. Схема работы радиально-поршневого насоса:

1 – неподвижный золотник, 2 – цилиндр, 3 – регулировочное кольцо, 4 – тяга управления, 5 – всасывающие и нагнетательные отверстия, 6 – поршень, 7 – ползун и палец, 8,11 – всасывающие отверстия, 9,10 – нагнетательные отверстия.

Таким образом при постоянной частоте вращения вала насоса подача может изменяться от «нулевой» до максимальной с противоположными направлениями движения жидкости.

Устройство аксиально-поршневого насоса с наклонной регулировочной плитой показано на рис. 59.

Рис. 59. Аксиально-поршневой насос:

1– сальникк,2 ,7,14– масляные уплотнения, 3,20 – игольчатые подшипники, 4 – манжета вала, 5 – кольцо, 6 – приводной вал, 8 – крышка уплотнения, 9,10 – кольца, 11 – пробка, 12 – поршень, 13,26 – крышки, 15 – верхняя цапфа, 16 – рычаг управления, 17,27 – роликовые подшипники, 18 – соединительные болты, 19 – ползун, 21 – узел связи с системой управления, 22 – стальной шарик, 23 – крышка подшипника, 24 – наклонная регулировочная плита, 25 – корпус, 28 – удерживающее кольцо, 29 – нижняя цапфа, 30 – плунжер, 31 – пружина, 32 – блок цилиндров, 33 – клапанная плита.

Приводной вал вращает круглый цилиндровый блок, регулировочную плиту и поршни.

Выходящая наружу цапфа поворачивает регулировочную плиту относительно осей поршней и блока цилиндров. При вращении цилиндры сообщаются с двумя пазами, выполненных в виде полуокружностей в клапанной плите. Каждый из пазов имеет отверстия для подвода и отвода масла. При вертикальном положении регулировочной плиты подача насоса равна нулю. При наклоне плиты насос перекачивает жидкость. При этом длина хода поршня, а следовательно и подача, зависят от угла наклона плиты. В зависимости от направления наклона, отверстия в клапанной плите будут всасывающими или нагнетательными.

При эксплуатации поршневых насосов необходимо точно выполнять требования инструкций по их обслуживанию. Пуску насоса должен предшествовать его осмотр, проворачивается на полный оборот вал насоса с целью проверки его работоспособности. Перед этим необходимо открыть спускные краны. Проверяются, а при необходимости очищаются и заполняются свежим маслом, все устройства системы смазки насоса. Смазываются штоки насоса и осматриваются сальниковые уплотнения. Проверяется исправность предохранительных клапанов.

После подготовки к пуску непосредственно насоса, открывают все клапаны на всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

При пуске насоса выполняются следующие действия:

– включается в работу система смазки насоса и его привода;

– включается система охлаждения насоса и привода, если таковая имеется;

– производится пуск насоса.

При пуске электроприводного насоса следует контролировать величину потребляемой мощности.

Особенностью пуска насосов высокого давления является его осуществление в два этапа: вначале насос пускается на байпасный (обводной) трубопровод, а затем постепенно переходят на рабочий трубопровод, что позволяет снизить перегрузку электродвигателя.

При возникновении неполадок в работе поршневого насоса осуществляется его немедленная остановка.

5.7.2. Роторные насосы

Разновидностью насосов объемного принципа действия являются роторные насосы. К ним относятся шестеренные, винтовые и пластинчатые насосы. В насосах этих конструкций перекачивание жидкости осуществляется за счет изменения объема рабочей полости при вращательном движении рабочего органа.

Насосы, осуществляющие подачу перекачиваемой жидкости за счет вращения шестерен находящихся в зацеплении, называются шестеренными. Они применяются для перекачивания вязких жидкостей и используются в системах смазки и топливных системах. Шестеренные насосы обеспечивают подачу от 0,5 до 250 м³/ч при давлении нагнетания от 0,2 до 4,0 мПа и частоте вращения 400 — 500 об/мин. Насосы могут иметь внешнее и внутреннее зацепление шестерен. На рис. 60 показано принципиальное устройство двухшестеренного насоса с внешним зацеплением шестерен.

Рис. 60. Шестеренный насос:

1, 3 – шестерни, 2 – полость нагнетания, 4– корпус, 5 -полость всасывания
Шестерни 1 и 3 вращаются в корпусе 4. Одна из шестерен является ведущей, другая ведомой.

В полости всасывания 5 зубья шестерен выходят из зацепления, освобождается объем впадин, который заполняется жидкостью. В полости нагнетания 2 зубья входят в зацепление вытесняя жидкость из впадин. Жидкость переносится во впадинах зубьев при вращении шестерен из полости всасывания вдоль стенок корпуса в полость нагнетания.

Шестеренные насосы нашли распространение благодаря ряду положительных свойств: простота устройства; малые массы и габариты; достаточно высокая равномерность подачи; надежность и отсутствие зависимости между напором и подачей.

Винтовыми насосами называются насосы, подающие жидкость вращающимися винтами.

Винтовые насосы используются для перекачивания любых жидкостей и применяются в гидроприводе, в циркуляционных водяных и масляных системах главных и вспомогательных двигателей, используются как топливные и даже как грузовые насосы танкеров.

Винтовые насосы выпускаются с подачей от 0,5 до 1200 м³/ч при напоре от 0,3 до 20,0 мПа и частоте вращения винтов 480 — 3000 об/мин.

Винтовые насосы могут быть герметичными и негерметичными. Насос называется герметичным, если его винтами обеспечивается полное разобщение напорной и всасывающей камер. Винтовые насосы могут иметь от одного до пяти винтов, один из которых является ведущим, а остальные ведомыми. Конструкция пятивинтового насоса вертикального исполнения показана на рис. 61.


Рис. 61. Пятивинтовой вертикальный насос:

1– гребни, 2– клапан, 3– уплотнение, 4, 14 – крышки, 5, 10– втулки, 6, 11 – подшипники, 7– ведущий винт, 8 – ведомые винты, 9 – цилиндрическая обойма, 12 – упорная пята, 13 – подпятник.
Рабочий орган включает в себя пять двухзаходных винтов одинакового диаметра. Винт 7 является ведущим, винты 8 – ведомыми уплотняющими. Ведомые уплотняющие винты примыкают к цилиндрической поверхности обоймы 9. Имея одинаковые профили, винты различаются шириной впадин и направлением нарезки. Гребни 1 фиксируют положение винтов в осевом направлении. Винты вместе с обоймой образуют рабочую часть насоса, которая через камеры “А” и “В” соединяется с патрубками “С” и “Д”. В корпус запрессованы втулки 5 и 10, в которых находятся подшипники 6 и 11. Корпус имеет крышки 4 и 14. Полость “Е” используется для подачи перекачиваемой жидкости на смазку подшипников при работе насоса. Подшипник, состоящий из упорной пяты 12, подпятника 13, воспринимает осевое усилие возникающее на винтах под воздействием разности между давлениями всасывания и нагнетания. В верхней крышке насоса установлено уплотнение 3 и клапан 2.

При работе насоса жидкость поступает во впадины винтов, при повороте винтов жидкость заполняет рабочую часть насоса и оказывается отсеченной от полости всасывания. При вращении винтов жидкость переносится в полость нагнетания.

К достоинствам винтовых насосов следует отнести: возможность создавать высокие давления нагнетания, большую высоту всасывания, равномерность подачи, простоту устройства, малые массу и габариты, высокую надежность и большой моторесурс, отсутствие зависимости между напором и подачей.

Пластинчатыми насосами называются роторные насосы, осуществляющие подачу жидкости ее переносом в полостях между выдвижными пластинами ротора. Пластинчатые насосы применяются в топливных и масляных системах главных и вспомогательных двигателей, а так же в гидроприводе, обеспечивают подачу от 0.5 до 50 м³/ч и напор 0.2— 7.0 мПа при частоте вращения 300 — 3000об/мин.

На рис. 62 показана конструкция пластинчатого насоса двойного действия.

Рис. 62. Лопастной насос двойного действия:

1, 13 – распределительные диски, 2 – всасывающие окна, 3 – уплотнительное кольцо, 4 – крышки, 5 – статорное кольцо, 6 – корпус, 7 – ротор, 8 – нагнетательное отверстие, 9– фланец, 10 – вал, 11 – манжета, 12 – пружины, 14 – пластины-лопасти, 15 – рабочее пространство.
Насос состоит из чугунного корпуса 6, крышки 4 и статорного кольца 5.

Стальной ротор 7 имеет двенадцать пазов, в которых помещены лопасти-пластины 14, изготовленные из легированной стали. Шлицевым соединением ротор связан с валом 10. При вращении ротора в направлении стрелки пластины выдвигаются, перемещаясь в пазах, и скользят по профилированной поверхности статорного кольца. К торцевым поверхностям статорного кольца и ротора прижаты распределительные диски 13 и 1, в которых имеется по два окна для всасывания 2 и нагнетания 8. Плотность прилегания пластин к поверхности статорного кольца обеспечивается центробежной силой и давлением масла внутри паза, которое подводится из полости нагнетания через отверстие 8. При вращении ротора пластины, в соответствии с профилем статорного кольца, выдвигаются против всасывающего окна, при этом происходит всасывание. Против нагнетательного окна они уходят внутрь ротора, рабочий объем 15 уменьшается и происходит нагнетание. За один оборот насоса цикл повторяется дважды. Уплотнение между крышкой, корпусом и статорным кольцом обеспечивает резиновое кольцо 3. Для устранения утечек фланец 9 снабжен манжетой 11 из маслостойкой резины. Диск 13 выполнен плавающим и прижимается пружинами 12, что обеспечивает безопасный пуск насоса. В процессе работы диск прижимается полным давлением нагнетания, уменьшая до минимума перетекание жидкости.

Достоинствами пластинчатых насосов являются: простота устройства; незначительные масса и габариты; сравнительно низкая стоимость; надежность; отсутствие взаимосвязи между напором и подачей. Серьезным недостатком насосов такого типа являются значительные потери мощности на трение при высоких давлениях и , как следствие, низкие значения КПД

Пуск роторных насосов производится так же, как и поршневых. В конструкции насосной установки предусмотрена байпасная линия между нагнетательной и всасывающей полостями с предохранительным клапаном. При пуске насоса всасывающий и нагнетательный клапаны должны быть открытыми. Все клапаны на нагнетательном трубопроводе обязательно должны быть открыты, иначе при пуске насоса сработает предохранительный клапан либо могут возникнуть повреждения в насосе.