варя. Ведёрников 2. Основные сведения из гидравлики

• Название: Основные сведения из гидравлики
• Дата: 07.02.2023
• Размер: 4.59 Mb.
• Имя файла: Ведёрников 2.doc
• Тип: Глава; #924312
• страница: 10 из 21

§ 34. Уравнение Эйлера для определения теоретического и действительного напоров центробежного насоса

При работе центробежного насоса рабочее колесо, вращаясь в корпусе, залитом жидкостью, раскручивает жидкость, и каждая частица ее получает некоторую порцию энергии. Для определения значения полученной энергии рассмотрим движение частицы жид­кости через колесо. Каждая частица жидкости, вращаясь вместе с колесом, находится под воздействием различных сил: центробеж­ной, тяжести, трения и т. д., которые вызывают соответствующее движение жидкости с определенной скоростью. Находясь на входе в колесо, частица жидкости стремится двигаться по касательной к окружности со скоростью v1, которая называется окружной ско­ростью. Одновременно частица жидкости откатывается по лопатке назад, т. е. участвует в относительном движении со скоростью v2. Окружную скорость на входе в колесо можно определить по фор­муле v1 = πD1n/60, где D1—диаметр входного отверстия, м/мин; п — частота вращения колеса, об/мин.

Относительная скорость v2 направлена по касательной к ло­патке в той точке, где находится частица жидкости.

Окружная н относительная скорости складываются по правилу параллелограмма. При этом получаем абсолютную скорость, ко­торую имеет частица жидкости, находясь на входе в колесо (рис. 45). На выходе из колеса будут окружная v2 и относительная скорости v2', абсолютные скорости соответственно обозначаются с1 и с2.

Окружную скорость на выходе частицы жидкости из колеса определяют по формуле v2=πD2n/60, где D2— диаметр рабочего-колеса, м; n — частота вращения колеса, об/мин.

Чтобы определить на­пор, который может раз­вить колесо, необходимо найти разность между мо­ментами количества дви­жения жидкости на вхо­де в колесо и на выходе из него.

Рассмотрев соотноше­ние скоростей и энергий частиц жидкости на вхо­де и выходе из колеса, Леонард Эйлер вывел уравнение для определения напора колеса всех центробежных машин:

HТ = c2v2 cos а'2 — c1v1 cos a1/g

где g — ускорение свободного падения.

При входе жидкости на колесо для получения большого напора необходимо, чтобы направление абсолютной скорости совпадало с радиусом, тогда а1 = 90о, a cos а1 = 0. Поэтому HТ = c2v2 cos a2/g.

Из этой формулы следует, что для увеличения напора необхо­димо увеличить окружную скорость на выходе из колеса и умень­шить угол а2. Обычно лопатки конструируют таким образом, что­бы угол а2 был 10—15°.

При выводе формулы для определения теоретического напора Эйлер рассматривал идеальное течение жидкости. В действитель­ности напор получается меньшим по следующим причинам:

а) внутри колеса есть гидравлические сопротивления, на прео-
доление которых тратится часть напора, эта потеря учитывается
гидравлическим КПД ηг;

б) так как внешняя и внутренняя поверхности лопаток не па-
раллельны, то не все частицы жидкости отклоняются одинаково,
поэтому возникает циркуляция жидкости в пространстве между
лопатками, уменьшающая напор. Эту потерю напора учитывают
коэффициентом К, равным 0,3—0,4.

С учетом потерь формула для определения размера действи­тельного напора будет иметь вид НД=( c2v2 cos a2/g)ηTK.

В эту формулу не входит плотность жидкости, а это значит, что

напор, создаваемый насосом, если он выражен в метрах, не зави­сит от вида перекачиваемой жидкости, т. е. будет одинаков для любой жидкости.

§ 35. Характеристики центробежного насоса и трубопровода



На заводах-изготовителях все центробежные насосы проходят испытания, на которых определяют их подачу, напор, мощность и КПД. Испытания проводят на специальных стендах, снабженных необходимыми приборами, приспособлениями и силовой установ­кой.

Подачу определяют с по­мощью мерного резервуара или расходомера. Напор вы­числяют по показаниям ваку­умметра и манометра. Мощ­ность устанавливают по пока­заниям вольтметра и ампер­метра или ваттметра. Мощ­ность насоса можно опреде­лить и с помощью динамомет­ра, который измеряет крутя­щий момент на валу насоса. Частоту вращения вала опре­деляют по тахометру, а КПД насоса — по формуле.

Изготовленный насос уста­навливают на стенд и при по­дачах от нулевого значения до максимального и определенной частоте вращения измеряют соот­ветствующие значения напора, мощности и вычисляют по этим данным КПД.

По полученным значениям параметров строят графики в коор­динатах Q — H, Q — N, Q — η|. Графики служат рабочими харак­теристиками данного типа насоса при определенной частоте вра­щения вала и диаметре рабочего колеса. Рабочие характеристики помещают в паспорт насоса и каталоги-справочники.

По рабочим характеристикам можно установить различные ре­жимы работы насоса. Рассматривая графики (рис. 46), определя­ем наиболее экономичный режим работы насоса — это будет ре­жим, соответствующий максимальному значению КПД. Точка A характеристики Q — H, соответствующая этому значению КПД, называется оптимальной точкой, а режим—оптимальным режи­мом.

Наиболее устойчивая работа насоса будет на всех режимах, со­ответствующих непрерывно снижающейся части характеристики Q — H. На других режимах работа насоса будет неустойчивой и поэтому недопустимой.



Характеристики насосов кроме выбора оптимальных режимов используют н в проценте проектирования технологических устано­вок. При этом берут сводные графики, помещенные в соответствую­щих каталогах. На графиках в координатах Q и Я нанесены поля (клетки), соответствующие устойчивой работе насоса (рабочая зо­на насоса). Если заданные значения подачи и напора будут на­ходиться в любой точке внутри рабочего поля насосов, то насос, обозначенный на поле, будет для заданной работы приемлем. Пос­ле этого записывают сведения, необходимые для установки и ра­боты насоса (КПД, мощность, частоту вращения, высоту всасы­вания, габаритные размеры и др.).

Нередко возникает необходи­мость в определении пригодности насоса для подключения к тру­бопроводу заданного диаметра.

Как мы знаем, полная высота подъема жидкости (напор насо­са) складывается из общей гео­метрической высоты подъема HГ

и потерь напора HC для преодоления сопротивления во всасыва­ющем и напорном трубопроводах: H=HГ+HC

Гидравлические сопротивления зависят от диаметра и длины трубопровода, а также от подачи и могут быть определены по фор­муле Hc=KСQ2, где Q — подача насоса; КС — коэффициент, ха­рактеризующий сопротивление трубопровода заданной длины и диаметра.

Следовательно, полная высота подъема насоса зависит от рас­хода: H = HГ+(KcQ2).

Используя эту зависимость, строят характеристику трубопрово­да, соединяющего насос с приемником и потребителем жидкости.

На оси ординат в принятом масштабе откладывают полную гео­метрическую высоту подъема жидкости HГ и проводят линию БГ параллельно оси абсцисс Q (рис. 47). Прибавляя к величине HГ -величину потерь напора HC при значениях подачи от нулевого до» максимального, получаем кривую БД, которая и служит характе­ристикой трубопровода. На этот же график наносят характеристи­ки насоса Q—H, Q—N, Q—η. Точка А, в которой характеристи­ка трубопровода БД пересекается с рабочей характеристикой Q — Я насоса, называется предельной точкой работы насоса на данном трубопроводе. Этой точкой А определяют предельный режим рабо­ты насоса: подачу QA, напор HА, мощность NA, КПД ηА- Насос, работающий на данную систему, большую подачу, чем QA, развить не может. Для получения меньшей подачи прикрывают задвижку на напорном трубопроводе, т. е. вводят в систему добавочное со­противление h3, на преодоление которого затрачивается напор. При

этом рабочая точка сместится влево, в точку В, которой соответст­вует подача QB. Таким образом, полная высота подъема насоса Hв соответствующая точке В, состоит: Hв = Hг + Hс + h3.

Перенеся точку В на кривые Q — ηи Q — N, получаем точки d и К, характеризующие КПД и мощность насоса при данном режиме работы.
§ 36. Совместная работа центробежных насосов
В производственных условиях часто работают несколько одина­ковых или разных центробежных насосов, соединенных параллель­но или последовательно.



При параллельном соединении (рис. 48, а) насосы всасывают жидкость из общего трубопровода или одного резервуа­ра и нагнетают в общий напор­ный трубопровод. Совместную параллельную работу центро­бежных насосов применяют для увеличения подачи.

При последовательном соединении (рис. 48, б) на­сосов вся жидкость проходит че­рез каждый насос, т. е. всасыва­ющий патрубок второго насоса соединен с нагнетательным пер­вого насоса, а всасывающий па­трубок третьего насоса с нагне­тательным второго, и т. д. После­довательную работу насосов при­меняют главным образом для увеличения напора, если заданный напор не может быть создан одним насосом.

Для построения суммарной характеристики насосов, работа­ющих параллельно, складывают их подачи при одинаковых напо­рах. На рис. 49 дано построение суммарной рабочей характеристи­ки двух одинаковых параллельно работающих насосов, каждый из которых имеет рабочую характеристику Q—H. Для построения сум­марной характеристики проводят ряд прямых, параллельных оси абцсисс, а затем на них откладывают удвоенные подачи одного насоса. Таким образом отрезок а'а" равен удвоенному отрезку а'а. Точка а — пересечение характеристики Q—H каждого насоса с характеристикой сети дает параметры предельного режима для каждого отдельного насоса. Точка б определяет параметры пре­дельного режима для двух параллельно работающих насосов. Сум­марная подача параллельно работающих насосов Q—H(1+2) мень­ше, чем сумма подачи двух насосов. Несколько увеличивается и общий напор. Суммарная характеристика показывает, что наибо­лее целесообразно использовать параллельную работу насосов при пологой характеристике сети, так как только в этом случае можно получить суммарную подачу, приближающуюся по значению к сум­ме подач двух отдельно работающих насосов.

Суммарную характеристику насосов, работающих последова­тельно, получают сложением их напоров при одинаковой подаче {рис. 50). Для сложения напоров проводят ряд прямых, параллель-



ных оси ординат, и на них откладывают удвоенные напоры, соот­ветствующие данной подаче. Отрезок а'а" равен удвоенному отрез­ку а'а. Точка а — пересечение характеристики насоса Q—H с ха­рактеристикой сети дает параметры предельного режима для от­дельного насоса, а точка б— параметры предельного режима для двух последовательно работающих насосов. Суммарный напор больше напора каждого насоса, увеличивается также и суммарная подача. Наиболее целесообразна последовательная работа насосов при крутой характеристике сети, так как в этом случае суммарный напор можно получить большим, т. е. полнее используется напор каждого насоса, что и требуется при возрастающем сопротивлении сети.
§ 37. Осевая сила и способы ее разгрузки

При работе центробежного насоса давление перед входом в ра­бочее колесо повышается до давления на выходе. Перекачиваемая жидкость с давлением нагнетания проникает через зазоры между вращающимся рабочим колесом и неподвижным корпусом в коль­цевые пространства. Таким образом на внешнюю поверхность ко­леса действуют определенные силы, равные произведению давления «а площадь. Со стороны всасывающего патрубка (слева) жидкость давит на поверхность колеса с силой F1, а с противоположной сто-

ропы (справа) жидкость в кольцевом пространстве давит с си­лой F2.

Так как площадь покрывного диска колеса меньше, чем пло­щадь основного диска, то F2>F1 и F—F2—F1.



С ледовательно, в центробежном колесе с односторонним входом жидкости при вращении колеса возникает неуравновешенная сила F, направленная в сторону всасывания. Эта сила называется осевой, так как действует вдоль оси. Осевая сила стремится сдвинуть вал с колесами, и она должна быть урав­новешена, так как в противном случае ко­леса будут задевать за стенки корпуса, что приведет к ускоренному износу или полом­ке колеса.

Для уравновешивания осевой силы есть несколько способов: вал укладывают в опорно-упорные подшипники; использует колеса с двусторонним входом жидкости; симметрично по линии всасывания располагают колеса или группы колес на валу.

Для уравновешивания осевой силы делают сквозные разгрузоч­ные отверстия в основном диске рабочего колеса вблизи ступицы (рис. 51), колесо и корпус изготовляют с концентрическими уплот­няющими выступами. Концентрические выступы на колесе 2 и в корпусе 1 устанавливают с минимальными зазорами, что умень­шает утечку жидкости из пространства А в пространство Б. Жид­кость с давлением р2 проникает через отверстия 3 на вход колеса. Вследствие этого давление в пространстве Б поддерживается близ­ким к давлению всасывания р1 В современных насосах не приме­няют разгрузочные отверстия в колесах, а отводят жидкость из пространства Б по особой разгрузочной трубе в полость всасывания насоса.

На рис. 52 показан способ уравновешивания осевой сил с по­мощью гидравлического диска, установленного со стороны всасы­вания или за рабочим колесом.

На конце вала со стороны всасывания установлен диск 2 (рис. 52, а). На левую сторону этого диска по каналу 1 подводится жид­кость под давлением р2, которая в небольшом количестве протекает на правую сторону диска через щель между ним и корпусом насо­са. Правая сторона диска каналом 3 сообщается с атмосферой или с всасывающим трубопроводом. Диаметр диска выбирают таким, чтобы избыточная сила, действующая на диск слева направо, урав­новешивала осевую силу. При уменьшении осевой силы диск слег­ка передвигается вправо, при этом щель по окружности диска уве­личивается, жидкость начинает протекать через нее в большем ко­личестве, избыточная сила на левой стороне диска уменьшается.

В конструкции, показанной на рис. 52, б, разгрузочный диск 1 установлен за рабочим колесом, и специальный подводящий канал не требуется.

§ 38. Основные сборочные единицы центробежных насосов

Рабочие колеса. Предназначены для передачи энергии жидко­сти. Они бывают закрытыми, открытыми и полуоткрытыми. Рабо­чее колесо, имеющее два диска, называют закрытым. В настоящее время большей частью из­готовляют закрытые колеса с отлитыми, выфрезерован-ными в основном диске, кле­паными и сварными лопат­ками.

Рабочие колеса могут быть с односторонним или двусторонним входом жидко­сти. Рабочее колесо закры­того типа с односторонним входом жидкости (рис. 53) состоит из основного дис­ка 1 с втулкой, которая имеет шпоночную канавку, и покрывного диска 2 в ви­де широкого кольца. Между дисками находятся лопатки 3, отогнутые назад по направлению вращения колеса. Диски с лопатками изготовляют точным литьем.

Число лопаток колеса может быть от 6 до 12, чаще всего их бывает 8—9. При перекачивании жидкости со взвешенными твер­дыми частицами число лопаток бывает менее 6. Если между вса-

сывающим отверстием и внешним диаметром колеса большая раз­ница, то применяют чередующиеся лопатки: длинные, доходящие до всасывающего отверстия, и короткие.



В колесах открытого типа покрывного диска нет. Они имеют ос­новной диск с втулкой для крепления колеса на валу. Вместе с диском отлиты лопатки, образующие каналы. На обратной стороне колеса расположены большие и малые разгрузочные лопатки. Ко­леса открытого типа применяют при перекачивании веществ, со­держащих механические взвеси.

Колесо закрытого типа с двусторонним входом жидкости (рис. 54) имеет три диска: два покрывных 1 и 2 и один основной 3 с втулкой для крепления ко­леса на валу. Между диска­ми расположены лопатки 4.

Рабочие колеса отливают из различных сортов чугу­на, углеродистых и легиро­ванных сталей, сплавов цветных металлов и кера­мических материалов. При­менение того или иного материала определяется условиями ра­боты, размерами и частотой вращения колеса.

Корпус. Жидкость выходит из рабочего колеса со значительной скоростью. Необходимо собрать жидкость, отвести ее к выходному штуцеру, а также преобразовать с наименьшими потерями скоро­стной напор в давление. Эту задачу выполняют корпус и направля­ющие аппараты насосов.

Корпуса насосов бывают различных конструкций. Секционный корпус состоит из ряда одинаковых секций, число которых на еди­ницу меньше числа ступеней давления насоса. Последняя ступень давления обычно расположена в замыкающей секции, несущей на­порный патрубок насоса. Каждая секция представляет собой ци­линдрическую, литую из чугуна или стали толстостенную оболоч­ку, включающую разделительную диафрагму, а также прямой и обратный направляющие аппараты.

Для осмотра и ремонта колес секционного корпуса насоса необ­ходимо удалить стяжные болты и последовательно снять все сек­ции при одновременной разборке ротора.

Корпус с горизонтальным разъемом состоит из двух цельно­литых чугунных или стальных половин, из которых нижняя несет всасывающий и напорный патрубки.

В одноступенчатых консольных насосах применяют корпуса с вертикальным разъемом. В современных одноступенчатых насосах делают корпуса спирального типа. Жидкость, покидая рабочее ко­лесо, поступает в спиральную камеру, которая обычно заканчива­ется плавным раструбом для снижения скорости. Этот раструб на­зывают диффузором, он служит для преобразования кинетической энергии в потенциальную.

В многоступенчатых насосах секционного типа жидкость из рабочего колеса попадает в направляющий аппарат, который состо­ит из двух кольцевых диском, охватывающих с небольшим зазором рабочее колесо по внешней его окружности. Между дисками рас­положены лопатки, изгиб которых противоположен изгибу лопаток рабочего колеса.

В некоторых насосах большой подачи установлены направля­ющие аппараты с подвижными лопатками, поворотом которых ре­гулируют подачу.

Корпуса многоступенчатых насосов могут иметь диафрагмы и лопасти прямых и обратных направляющих аппаратов, уплотни-тельные кольца.

Применяются также многоступенчатые насосы с корпусом, со­стоящим из двух половин, с безлопастными направляющими аппа­ратами. В таких случаях цельнолитые половины корпусов выпол­няют со спиральными направляющими каналами. Обе половины корпуса оснащены фланцами. Примыкающие одна к другой плос­кости фланцев притерты друг к другу. Преимущество такой кон­струкции корпуса состоит в том, что, сняв верхнюю часть корпуса (крышку), не нарушая соединения насоса с трубопроводами, мож­но осмотреть все рабочие колеса и вынуть ротор из корпуса для ре­монта.

Кроме рассмотренных видов корпусов в нефтеперерабатыва­ющей и химической промышленности применяют цельнокорпусные насосы. Применение таких конструкций обусловлено особыми тре­бованиями в отношении надежности и безопасности эксплуатации.

Валы. Предназначены для передачи крутящего момента рабо­чим колесам. Вал вместе с посаженными на него деталями называ­ют ротором. Валы, работая при большой частоте вращения, под­вергаются действию поперечных сил, поэтому они должны быть прочными и обладать гибкостью. Материалом для валов служат углеродистая конструкционная и специальная легированная стали. Валы изготовляют прокатом или отковывают, а затем подвергают механической обработке. К изготовлению валов, их сборке и уста­новке предъявляют высокие требования.

Подшипники. В центробежных насосах применяют подшипники скольжения и качения.

Насосы малой мощности оснащают шарикоподшипниками и под­пятниками нормальных образцов, большой мощности — роликопод­шипниками с цилиндрическими и коническими роликами.

Смазку подшипников качения густую (консистентную) или жид­кую разбрызгивают кольцами.

Насосы с большой подачей выполняют также с подшипниками скольжения. Подача смазки на такие подшипники может быть коль­цевая разбрызгиванием или под давлением по циркуляционной смазочной системе.

Уплотнения валов. В насосах уплотнения могут быть: сальники, манжеты, торцовые уплотнения. Все уплотнения устанавливают в-местах выхода вала из корпуса насоса, они служат для предотвра­щения вытекания жидкости из корпуса насоса наружу.

Сальники с мягкой набивкой в центробежных насосах по уст­ройству такие же, как и сальники в поршневых насосах.

Применяют сальники с гидравлическим уплотнением. В этих сальниках между кольцами мягкой набивки расположено метал­лическое кольцо (фонарное кольцо), имеющее радиальные сверле­ния. Подаваемая в фонарное кольцо жидкость (вода, масло) со­здает гидравлический затвор, охлаждает и смазывает вал насоса.

В качестве набивки сальника применяют асбестовые шнуры, проваренные в масле с графитом, асбоалюминиевые и асбосвинсо-вые набивки. В последнее время в качестве набивок используют также графит, фторопласт-4, стекловолокно и др.

Важное значение для нормальной работы сальникового уплотне­ния имеют правильное изготовление набивки, укладка ее в гнездо, затяжка нажимной втулкой.

Из набивки изготовляют отдельные кольца. Предварительно в каждом кольце заделывают замок, набивка должна иметь гладкую поверхность. Сечение мягкой набивки подбирают, исходя из диа­метра вала и сальниковой камеры. В гнездо камеры следует за­кладывать по одному кольцу, смазав их маслом. При этом нужно хорошо заделывать замок каждого кольца сальника, следить за тем, чтобы замки соседних колец были смещены относительно друг друга на 180° для предотвращения утечки жидкости.

В насосах, сальники которых работают с подачей уплотняющей жидкости, особенно внимательно надо следить за установкой про­межуточного кольца.

Торцовое уплотнение представляет собой конструкцию, в кото-рой

плоские уплотняющие поверхности (торцовые поверхности вту­лок) расположены перпендикулярно оси вращения, а усилия, удер­живающие эти поверхности в контакте, направлены параллельно оси вала. Торцовые уплотнения бывают различной конструкции, но работают все они по одной и той же схеме.

На рис. 55 показана схема торцового уплотнения. Вместе с Ба­лом 1 вращается кольцо 3, укрепленное в упругой обойме 2. Невра-щающееся кольцо 4 и вращающееся кольцо 3 изготовлены из раз­личного материала и образуют пару трения, плотно прилегая друг к другу. Прижатие кольца 4 обеспечивается пружиной 7, которая одним концом упирается в кольцо 4, другим — в неподвижный кор­пус 6. Сильфон 5 из фторопласта закрывает пружину сверху и также обеспечивает герметичность.

Торцовые уплотнения могут быть с внутренним и внешним рас-положением упругих элементов, по числу пар трения — одинарны-ми,двойными тройными и т. д. Наиболее часто используют одинар­ные и двойные уплотнения.

Двойные торцовые уплотнения применяют в тех насосах, кото­рые перекачивают токсичные, огне- и взрывоопасные жидкости.

Продолжительность эксплуатации торцовых уплотнений в боль­шой степени определяется правильным выбором материалов и вы­соким качеством изготовления уплотняющих элементов.


§ 39. Горизонтальные одноколесные

и многоступенчатые центробежные насосы

Горизонтальные одноколесные центробежные насосы с рабочим колесом одностороннего входа выпускают типов К и КМ. В марке насоса буква К обозначает консольный, буква М — моноблочный. Эти насосы применяют для перекачивания воды и других неагрес­сивных жидкостей с температурой до 105° С; подача насосов 4,5— 360 м3/ч, напор 8,8—98 м.

Корпусе насоса типа К (рис.56) спирального типа отлит из чугуна и крепится к опорной стойке 9 шпильками. Крышка 1 корпуса с входным патрубком 15 также чугунная. Рабочее колесо 3 имеет разгрузочные отверстия 14 и защитно-уплотняющие коль­ца 13. Рабочее колесо укреплено на валу 8 гайкой 4. Сальниковая хлопчатобумажная набивка 6 размещена в корпусе сальника 5 и зажимается крышкой 7. Между кольцами сальниковой набивки смонтировано кольцо гидравлического уплотнения 12. Шарикопод­шипники 10 и 11 расположены в опорной стойке и смазываются маслом, заливаемым в корпус опорной стойки.

Моноблочные насосы типа КМ отличаются от насосов типа К отсутствием опорном стопки и вала. Корпус насоса крепит­ся к фланцу электродвигателя. Рабочее колесо укреплено на конце вала двигателя.

Одноступенчатые насосы типа НД с рабочим колесом двустороннего входа и горизонтальным разъемом корпуса типа НД


предназначены для подачи воды и других жидкостей в количестве от 90 до 6500 м3/ч при напоре от 10 до 14 м и температуре до 100° С.

Для подачи агрессивных жидкостей выпускают высоконапорные насосы этого типа марок 6НД-Х и 8НД-Х, всасывающий и напорный патрубки которых расположены горизонтально в нижней части кор­пуса и направлены в противоположные стороны.

Осевая сила насосов в основном уравновешивается двусторон­ним входом жидкости в рабочее колесо (рис. 57). Случайные осе­вые усилия воспринимаются радиально-упорными шарикоподшип­никами 1. Корпус 12 насоса, крышка 8 корпуса, рабочее колесо 7 — чугунное, вал 10— стальной.

Уплотнение рабочего колеса обеспечивается сменными защит­ными кольцами 6, вала — двумя сальниками 2 с хлопчатобумаж­ной набивкой 3 и кольцом гидравлического уплотнения 4, к которо­му жидкость подводится по трубкам 5 и 9.




Насос крепится к фундаменту с помощью опорных лап 11. За одно целое с корпусом отлиты кронштейны 13, в которых собира­ется вода, просачивающаяся из сальников.

В промышленности применяют разнообразные конструкции мно­гоступенчатых насосов спирального и секционного типов.

На рис. 58 приведен центробежный многоступенча­тый насос типа М. Насос предназначен для подачи воды и других чистых жидкостей. Основные сборочные единицы: корпус 16, крышка 5, рабочие колеса 15, защитно-уплотняющие кольца 17, вал 14. Под сальниками вал защищен сменными втулками 6.

В насосе 14М-12Х4 жидкость поступает из первой ступени во вторую и из второй в третью по внешним переводным трубам 4, а из третьей ступени в четвертую по внутренним переводным кана­лам. В насосе 10М-8Х6 жидкость подводится и отводится последо­вательно по внутренним переводным каналам.

Насосы имеют два сальника 3 и 10, основные детали которых — крышки 11, грундбукса 7, просаленная хлопчатобумажная набив­ка 9, кольца гидравлического уплотнения 8.

Опорами вала насоса 14М-12Х4 служат подшипники скольже­ния 2 и 12. Насосы 14М-12Х4 изготовляют с двумя муфтами 1 и 13 для соединения одного конца с валом турбины (паровой, газовой, гидравлической), другого — с валом электродвигателя.

Основные сборочные единицы многоступенчатого насоса секци­онного типа (рис.59): корпус секций 8, направляющие аппараты 21, входная 7 и напорная 11 крышки, сальники 1 и 13, гидравлическая пята, подшипники скольжения 4 и 15 с жидким кольцевым смазыва­нием. Насос состоит из отдельных секций, размещенных на валу и стянутых шпильками 23, проходящими через отверстия во фланцах крышек.

Ротор насоса включает стальной вал 14, десять рабочих колес 9, которые крепят на валу с помощью шпонок 20, гаек 16 и рас­порных втулок 22. У входа в рабочее колесо установлены защитно-уплотняющие кольца 10. Осевая сила насоса воспринимается гид­равлической пятой, состоящей из корпуса 19, разгрузочного диска 12 и подушки пяты 18. Детали сальника — крышка 5, хлопчатобу­мажная набивка 2, нажимная разъемная втулка 6, кольцо гидрав­лического уплотнения 17. Насос соединяется с электродвигателем через зубчатую муфту 3.


§ 40. Центробежные консольные и погружные химические насосы

Выпускаемые промышленностью центробежные химические на­сосы делятся на три основные группы: консольные, погружные и герметичные. По конструктивному выполнению узла сальникового уплотнения насосы бывают с мягкими торцовым и стояночным уп­лотнениями.

Выпускаются унифицированные консольные насосы типов X и АХ.







лаждение узла сальникового уплотнения.

Для транспортирования агрессивных жидкостей с твердыми частицами и сус­пензий используют насосы типа АХ. Эти насосы из­готовляют с рабочими коле­сами закрытого и открытого типов. В спиральном корпу­се расположены защитные диски, которые можно за­менять при изнашивании.

Насосы типа X и АХ вы­пускают с мягкой сальнико­вой набивкой, с одинарны­ми и двойными торцовыми уплотнениями.

Консольные насо­сы с двойными торцо­выми уплотнениями служат для перекачивания токсичных, огне- и взрыво­опасных жидкостей.

Для перекачивания жидкостей, находящихся в резервуарах, используют по­гружные вертикальные на­сосы, у которых насосная часть постоянно погружена в перекачиваемую жидкость, а приводная находится над резервуаром.

Погружные насосы типа ХП предназначены для перекачивания чистых кислот и щелочей, не со­держащих абразивных включений, и рассчитаны на подачу от 10 до 600м3/ч и напор до 50 м (рис. 61). Эти насосы имеют две тру­бы 3, симметрично располо­женные относительно оси. В одних насосах (рис. 61, а) обе трубы напорные. Пере­качиваемая жидкость, вы­ходя из рабочего колеса 1, проходит две полуспираль-

ные камеры 2 и поднимается вверх по двум напорным трубам 3, которые опорной плитой 9 соединяются в один напорный патрубок 6. В других насосах (рис. 61, б) одна труба напорная, а вторая предназначена для придания жесткости конструкции.

Насосы крепятся на опорной плите 9, которую устанавливают на крышке бака с перекачиваемой жидкостью. Верхняя часть на­соса служит подшипниковой стойкой. Она несет шарикоподшипник 7 и предназначена для установки электродвигателя. Нижняя часть насоса, расположенная под опорной плитой, подвешена на трубах 3 и погружена в перекачиваемую жидкость. При значительной глу­бине погружения насоса его вал делают составным (рис. 61, б). Обе половины вала 4 и 5 соединены муфтой и вращаются в четырех подшипниках, из которых три нижние 10, 11 и 12 являются подшип­никами скольжения и смазываются перекачиваемой жидкостью, а один верхний 7 — подшипником качения. Насосы снабжены саль­ником 8 с мягкой набивкой и фонарным кольцом, в которое пода­ется вода для охлаждения и дополнительного уплотнения.

Погружные насосы типа АХП используют для перекачи­вания агрессивных жидкостей с твердыми включениями. Их выпол­няют с рабочими колесами как закрытого, так и открытого типа. Смазка подшипников скольжения подается из отдельного резер­вуара, или для смазывания используют перекачиваемую жидкость, поступающую из отстойника. Насосы типа АХП изготовляют также с обогревом корпуса.

Высокую надежность работы показали насосы типа АХИ с вы­носными опорами. Эти насосы предназначены для перекачивания пульпы фосфорной кислоты, желтого фосфора, различных кислот, растворов с большим содержанием твердых включений.

Насосы выпускают с рабочими колесами как закрытого, так и открытого типа.

§ 41. Центробежные герметичные электронасосы. Насосы из неметаллических материалов

Промышленность выпускает центробежные герметичные элек­тронасосы и специальные герметичные электронасосы.

Основными отличительными особенностями герметичных элек­тронасосов служат отсутствие внешних уплотнений вращающихся частей, а также моноблочность конструкции, объединяющей а од­ном агрегате насос и специальный электродвигатель.

Насосная часть герметичных электронасосов всех типов вклю­чает центробежные рабочие колеса, направляющие аппараты или специальные корпуса и корпусные детали с всасывающим и напор­ным патрубками.

Рабочие колеса установлены непосредственно на консольную часть вала ротора электродвигателя. Корпусные детали насосной части прикреплены к электродвигателю.

Электродвигатель состоит из статора, короткозамкнутого рото­ра, радиальных и опорных подшипников, коробки выводов. Ротор электронасоса расположен в радиальных подшипниках скольжения. Для восприятия осевых сил в электронасосе предусмотрены опор­ные подшипники или пяты.

Охлаждение наружной поверхности статора электродвигателя может быть естественным воздушным или принудительным — га-зовым или жидкостным. Статор и ротор защищены от воздействия перекачиваемой жидкости тонкостенными коррозионно-стойкими гильзами.

Работа герметичных электронасосов без утечек обеспечивает точность проведения технологических процессов, улучшает сани­тарно-гигиенические условия труда и повышает безопасность рабо­ты обслуживающего персонала при перекачивании агрессивных, высокотоксичных, пожаро- и взрывоопасных жидкостей, чистоту ок­ружающей среды, а также возможность полной автоматизации процессов.

Безопасность эксплуатации герметичных электронасосов обеспе­чивают средства защитной автоматики, которые отключают элек­тронасос от сети при отклонении параметров от допустимых зна­чений.

Центробежные герметичные электронасосы выпускают типов ЦГ, ХГ и ХГВ.

Центробежные герметичные насосы типа ЦГ — одноступенчатые насосы со спиральным отводом и осевым подводом жидкости на колесо. Рабочее колесо одностороннего входа распо­ложено на валу электродвигателя.

Условное обозначение электронасосов типа ЦГ (например, ЦГ-200/50-А-45-4-У2): Ц — центробежный, Г —герметичный, 200 — номинальная подача (м3/ч), 50 — напор при номинальной подаче (м), А — условное обозначение, характеризующее материал про­точной части, 45 — номинальная мощность электродвигателя (кВт), 4 — конструктивное исполнение, У — климатическое исполнение, 2—-категория помещения.

В корпусе 1 электронасоса типа ЦГ расположено рабочее коле­со 2 (рис. 62). Вал ротора вращается в переднем 3 и заднем 9 под­шипниках. Для восприятия осевой силы установлены упорные подшипники (пяты) 4 и 8. Электродвигатель состоит из ротора 6 и статора 7. В охлаждающей рубашке размещен змеевик 5, по ко­торому проходит часть перекачиваемой жидкости, используемой для охлаждения электродвигателя, а также смазывания и охлажде­ния подшипников, задняя крышка 11 и вспомогательное кольцо 10.

Насосная часть электронасосов типа ХГ представляет собой соответственно одно-, двух- и трехступенчатый насос (рис. 63). В каждую ступень входит центробежное рабочее колесо 2, 5, 9 и направляющий аппарат 3, 6, 8. Колеса установлены на консольном конце вала электродвигателя. Ступени расположены в корпусе насоса 4, на котором размещен напорный патрубок 7. Со стороны входа ступени закрыты крышкой 1 с всасывающим па­трубком. Корпус насоса 4 шпильками 18 стягивается с крышкой 1 и фланцем электродвигателя 17. Изоляция обмотки статора 13 —

класса Н. Ротор 12 установлен в двух подшипниках скольжения 10 и 15, изготовленных из силицированного графита СГ-Т. Неболь­шие осевые силы, возникающие в процессе работы, воспринимают­ся установленными на вал ротора упорными пятами 11 и 14 из графитопласта KB или фторопласта-4.

Смазывание подшипников и охлаждение внутренней полости электродвигателя осуществляются перекачиваемой жидкостью, ко­торая поступает из напорной зоны насоса через щелевой зазор между ступицей рабочего колеса 9 и корпусом переднего подшип­ника 10. Перекачиваемая жидкость смазывает передний подшип­ник, проходит между статором и ротором, охлаждая их поверхно­сти, смазывает задний подшипник и отводится через отверстие в задней крышке 16 в линию всасывания или приемную емкость. Для увеличения потока жидкости, проходящего между статором и ро­тором в корпусах подшипников предусмотрены дополнительные от­верстия.

Наружная поверхность статора охлаждается в одних насосах окружающим воздухом, в других — нейтральной жидкостью.

Центробежные герметичные электронасосы ти-п а ХГВ — единый агрегат, состоящий из специального герметич­ного трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкну-тым ротором и насосной части.

Статор электродвигателя представляет собой сердечник из элек­тротехнической стали с обмоткой, запрессованный в корпус ру­башки охлаждения.

Осевые силы, возникающие при работе электронасоса, воспри­нимаются пятой трения, установленной в верхней части электро­насоса. Пята трения состоит из двух колец, сделанных из специа­лизированного графита СГТ и закрепленных в верхней и нижней обоймах.

Насосная часть электронасосов 4ХГВ-6-40-4 и 4ХГВ-6-40-5 пред­ставляет собой одноступенчатый центробежный насос, а электро­насосов ЗХГВ-7Х2-20-4 и 4ХГВ-7Х2-40-4 — двухступенчатый центро­бежный насос.

Для защиты подшипниковых узлов и пяты от попадания твер­дых частиц из перекачиваемой жидкости на опорном патрубке ус­тановлен фильтр.

Смазывание и охлаждение подшипников и пяты (рис. 64, а, б), а также отвод теплоты от гильз статора и ротора электронасосов четвертого исполнения осуществляются перекачиваемой жидкостью (рис. 64, б).

Жидкость из напорной полости, пройдя через фильтр пере­водную трубку 2 и отверстие в нижнем подшипниковом щите, де­лится на два потока. Один поток смазывает и охлаждает нижний подшипник и попадает в корпус насоса, другой проходит через за­зор между гильзами ротора и статора, смазывает и охлаждает верхний подшипник, узел пяты и отводится из полости верхней крышки 3 через дроссельную шайбу 4 по трубе 5 во всасывающий трубопровод или заборную емкость.

Смазывание и охлаждение подшипников и пяты, а также отвод теплоты от гильз статора и ротора электронасосов пятого испол­нения осуществляются перекачиваемой жидкостью следующим об­разом (рис. 64, а). Жидкость из напорной полости, пройдя через фильтр 1, трубку 2, змеевик 6, отверстие в нижнем подшипниковом щите, делится на два потока, как и у насосов четвертого исполне­ния. В рубашку корпуса статора подается охлаждающая жид­кость, которая охлаждает наружную поверхность статора, а также рабочую жидкость, циркулирующую в змеевике.

Специальные герметичные электронасосы ти-па БЭН по своей конструкции близки к электронасосам типов ХГ и ЦГ. Условное обозначение электронасосов типа БЭН (например, БЭН-9-У2): Б — бессальниковый (герметичный), Э — электропри­водной, Н — насос, 9 — порядковый номер проекта, У —климатиче­ское исполнение, 2— категория помещения.

Электронасосы могут работать только под заливом, поэтому категорически запрещается пуск или даже кратковременная рабо­та электронасоса без заполнения его перекачиваемой жидкостью или без полного удаления из него воздуха, пара или газа.

Промышленность выпускает гуммированные, пластмассовые и фарфоровые центробежные насосы. Эти насосы по сравнению с ме­таллическими обладают большей стойкостью и долговечностью при перекачивании агрессивных жидкостей и жидкостей с абразивными включениями.

Гуммированные насосы — горизонтальные, одноступен­чатые, консольного типа; предназначены для перекачивания раз­личных агрессивных жидкостей с абразивными включениями час­тиц размером до 0,5 мм. Детали проточной части насоса, соприка­сающиеся с перекачиваемой жидкостью, покрыты резиной. Темпе­ратура перекачиваемой жидкости зависит от марки резины, при­меняемой для покрытия.

Гуммированные насосы выпускаются следующих марок: 4АХ-5Р-1 и 4ПХ-4Р-1 для перекачивания суспензии диоксида тита­на с абразивными включениями до 40% по массе; 2Х-6Р-1(2), ЗХ-9Р-1(2) и 6Х-9Р-1(2) для перекачивания растворов серной и со­ляной кислот, а также других агрессивных жидкостей с абразивны­ми включениями до 4% по массе; 1Х-2Р-1(2) для перекачивания чистых серной, соляной, фосфорной и других кислот.

Насосы из пластмассы — горизонтальные, консольного типа; предназначены для перекачивания чистых кислот и различ­ных технологических растворов с температурой до 60° С, не содер­жащих взвешенных частиц. Детали насоса, соприкасающиеся с пе­рекачиваемой жидкостью, изготовлены из пластмассы. Уплотнение насоса — торцовое.

Насосы из ф а р ф о р а предназначены для перекачивания различных кислот (кроме плавиковой и фосфорной) любой концен­трации, а также щелочей концентрацией до 10%, не кристаллизу­ющихся и не содержащих твердых частиц.

§ 42. Типовые схемы насосных установок

Схема работы установки. Обвязку центробежных герметичных электронасосов трубопроводами, контрольно-измерительными при­борами и средствами защиты проводят в соответствии с электро­гидравлической схемой и требованиями взрывобезопасной работы на них (рис. 65).

Перекачиваемая жидкость из емкости 7 по линии всасывания 6 поступает в электронасос 17 и под определенным давлением направ-


ляется в линию нагнетания 9. Электронасос заполняется охлаж­дающей жидкостью перед пуском по линии 8. Подвод жидкости происходит по линии 11, а отвод—по линиям 18 и 23. Рабочая жидкость сливается из насоса по линии 3. Воздух и пары при запол­нении насоса отводятся по линии 15. Периодический отвод рабо­чей жидкости происходит по линии 13. Включение и отключение потоков жидкости в насосе осуществляются с помощью запорных клапанов 4, 5, 10, 12 и 14.

На линиях и полостях электронасосов устанавливают следу­ющие контрольно-измерительные приборы и средства защиты. На расширительной емкости по линии отбора рабочей жидкости в про­цессе всасывания монтируют сигнализатор уровня (уровнемер 16), отключающий электронасос при снижении или отсутствии уровня жидкости.

Тип сигнализатора уровня определяют условиями эксплуатации каждой конкретной установки. Так как в настоящее время нет

универсальных сигнализаторов уровня, удовлетворяющих всем ус­ловиям эксплуатации, то в некоторых случаях сигнализаторы на электронасосах не применяют. Тогда на всасывающей емкости ус­танавливают регулятор уровня, сблокированный с пусковой аппа­ратурой электронасоса. Для контроля температуры жидкости в по­лости электродвигателя располагают манометрический термометр 20, сблокированный с магнитным пускателем 21.

Электроконтактный манометр во взрывозащищенном исполне­нии присоединяют к полости статора через пламегаситель, отклю­чающий электронасос при повышении давления в полости статора до 0,2 МПа. Верхний предел измерения манометра зависит от кон­кретных условий эксплуатации электронасоса. Максимальная токо­вая защита служит для предохранения электродвигателя от пере­грузки, защита сблокирована с пусковой аппаратурой электрона­соса.

Электроконтактный манометр (ЭКМ) во взрывозащищенном ис­полнении устанавливают на напорном трубопроводе. Вместо ЭКМ на напорном трубопроводе можно применить между напорным и всасывающим трубопроводами насоса электроконтактный диффе­ренциальный манометр. Оба прибора отключают электронасос при снижении давления на напорном трубопроводе до значения, ука­занного в эксплуатационной документации.

В электрогидравлическую схему обвязки электронасосов входят мембранный разделитель 2, показывающий и сигнализирующий манометр 1, соединенный с пускателем 21 электродвигателя.

Для измерения давления на линии всасывания установлен по­казывающий манометр 22 в комплекте с мембранным разделите­лем. Пуск и остановку электродвигателя осуществляют кнопка­ми 19.

Сравнение качеств работы поршневых и центробежных насосов.

К достоинствам поршневых насосов можно отнести: способность создавать требуемый напор, пределы которого определяются толь­ко прочностью деталей насоса и мощностью привода, достаточно высокий КПД, малая чувствительность к изменению вязкости пере­качиваемой жидкости, способность поддерживать постоянный на­пор при переменной подаче, возможность всасывания без предва­рительной заливки насоса и всасывающего трубопровода, а также то, что подача при постоянной частоте вращения не зависит от со­противления сети.

Недостатки поршневых насосов заключаются в тихоходности рабочих органов, что не позволяет осуществлять прямое соедине­ние их с быстроходными приводами и создавать агрегаты большой подачи, непостоянство давления нагнетания и неравномерности по­дачи жидкости (пульсирующая подача), сложности конструкции от­дельных сборочных единиц, наличии большого числа деталей, со­вершающих возвратно-поступательное движение, и клапанов, мень­шей экономичности в работе по сравнению с центробежными насо­сами.

Центробежные насосы по сравнению с поршневыми обладают большими достоинствами:

отсутствие кривошиппо-шатупного механизма, громоздких при­водов, поэтому насосы конструктивно просты и компактны, имеют небольшую массу и сравнительно малые габаритные размеры при большой подаче;

отсутствие клапанов, часто нарушающих нормальную работу насоса;

равномерная и непрерывная подача жидкости, поэтому не тре­буется устанавливать газовые колпаки на трубопроводах;

более точное регулирование количества подаваемой жидкости в широком диапазоне, возможен быстрый пуск и остановка насоса;

надежность и долговечность в работе, простота в ремонте и экс­плуатации.

Недостатки центробежных насосов: перед пуском корпус насо­са и всасывающий трубопровод заливают перекачиваемой жид­костью; подача изменяется в зависимости от создаваемого на­пора; не могут быть изготовлены с малой подачей и большим напором.

Контрольные вопросы. 1. Какие насосы называют динамическими? 2. В чем •существенное отличие динамических насосов от объемных? 3. Как определить подачу и напор насоса? 4. Составьте схему насосной установки с центробежным насосом. 5. Как вычислить подачу центробежного насоса? 6. Рассчитайте оп­тимальный режим работы насоса. 7. Для чего используют параллельное и по­следовательное включение насосов? 8. Как возникает осевая сила на колесе? Э. Какие виды рабочих колес могут быть у центробежных насосов? 10. В ка­ких местах центробежного насоса устанавливают уплотнения?