Давидан Г.М. и др. Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза

Подождите немного. Документ загружается.

171

чертежу) в камере 4 происходит всасывание, и она заполняется жидкостью. При

обратном движении плунжера всасывающий клапан закрывается и жидкость че-

рез открывающийся в это время нагнетательный клапан 2 поступает в напорное

колено 3. Часть жидкости остается в этом колене и дополнительной камере 5, а

другая часть вытесняется в напорный трубопровод 6. При повторном движении

плунжера вправо

в камере 4 опять происходит всасывание жидкости, а жид-

кость, находящаяся в дополнительной камере, вытесняется в нагнетательный

трубопровод 6.

Таким образом, в дифференциальном насосе всасывание производится

один раз за оборот коленчатого вала, а нагнетание – дважды. Благодаря этому

достигается более равномерная подача жидкости в нагнетательный трубопро-

вод, чем в насосе простого действия.

Корпусы

насосов отливают чаще всего из чугуна, углеродистой или леги-

рованной стали, а затем подвергают соответствующей механической обработке.

При очень больших давлениях применяют кованые стальные корпусы, в кото-

рых рассверливают необходимые камеры, отверстия и т. д.

Клапаны поршневых насосов предназначены для своевременного перио-

дического отделения рабочей камеры насоса от всасывающего и нагнетательно

го трубопроводов. От работы клапанов во многом зависит к. п. д. насоса. В со-

временных насосах используются в основном самодействующие клапаны, кото-

рые приводятся в действие давлением протекающей жидкости.

На рис. 7.5а показан наиболее часто используемый тарельчатый самодей-

ствующий клапан. В этом клапане тарелка 1 прикрывает отверстие в седле кла-

пана 2.

Седло клапана ввинчивается в клапанную коробку. Под действием пру-

жины (или силы тяжести тарелки) тарелка плотно прижимается к седлу. При

повышении давления жидкости в клапанной коробке тарелка 1 приподнимается

и жидкость через образовавшийся зазор поступает в нагнетательный трубопро-

вод. Рабочие поверхности тарелки и седла тщательно притираются друг к другу.

172

Рис. 7.4. Схема дифференциального плунжерного насоса

Используются в насосах и кольцевые клапаны, которые отличаются от та-

рельчатых клапанов тем, что в них тарелка заменена кольцом, располагающим-

ся над кольцевой щелью в седле клапана (рис. 7.5б).

Рис. 7.5. Клапаны поршневых насосов

а) тарельчатый; б) кольцевой

В насосах большой производительности применяют групповые клапаны,

состоящие из нескольких отдельных однотипных клапанов, устанавливаемых в

одной общей клапанной камере. Клапаны изготовляют из бронзы, стали и реже

из чугуна.

Поршни насосов изготовляют из чугуна или стали. Для уплотнения порш-

ня в цилиндре на

нем устанавливают в проточках пружинящие металлические

кольца или манжеты (кожаные или резиновые). Кольца выполняют разрезными,

чтобы иметь возможность завести их в проточку поршня. В свободном состоя-

нии диаметр колец несколько больше внутреннего диаметра цилиндра, и благо-

даря своей упругости они плотно прижимаются к стенкам цилиндра, когда пор-

шень заведен внутрь

цилиндра. Кольца изготовляются из чугуна более мягкого,

чем материал цилиндра.

Плунжеры имеют форму цилиндров большой длины. Уплотнение плун-

жеров обеспечивается сальником, установленным снаружи цилиндра. Плунже-

ры изготовляют из чугуна или стали.

Воздушными колпаками поршневые насосы снабжаются с целью увели-

чения равномерности подачи жидкости в напорный трубопровод и смягчения

гидравлических ударов. Последние

возникают потому, что скорость поршня,

приводимого в движение с помощью кривошипно-шатунного механизма, изме-

173

няется по синусоиде. Жидкость безотрывно следует за поршнем, поэтому по-

дача насоса изменяется в соответствии с законом движения поршня. Сущность

действия воздушного колпака заключается в том, что воздух, содержащийся в

колпаке, сжимается при увеличенной подаче насоса и колпак принимает из-

лишний объем жидкости, а при уменьшенной подаче насоса воздух расширя-

ется

и выталкивает в трубопровод дополнительное количество жидкости. Бла-

годаря этому, во-первых, выравнивается давление жидкости в напорном и вса-

сывающем трубопроводах, а во-вторых, жидкость поступает к месту назначе-

ния более равномерным потоком. Типовые схемы воздушных колпаков пока-

заны на рис. 7.6.

Поршневые насосы используются для перекачивания небольших коли-

честв жидкости

при больших давлениях и для перекачивания высоковязких

жидкостей. Их недостатки – громоздкость, сложность привода, неравномер-

ность подачи жидкости и малая производительность. Преимущество – возмож-

ность создания высокого давления в жидкости.

Рис. 7.6. Схемы воздушных колпаков:

а) на всасывающей линии; б) на напорной линии

7.1.2. Центробежные насосы. В центробежном насосе всасывание и на-

гнетание жидкости происходят под действием центробежных сил, развиваемых

вращающимся рабочим колесом с загнутыми назад лопатками.

По числу рабочих колес, устанавливаемых последовательно на одном валу

в корпусе, центробежные насосы делятся

на одноступенчатые и многоступенча-

тые; по величине развиваемого напора – на насосы низкого давления (при напо-

ре до 15 м), среднего давления (при напоре 15–40 м) и высокого давления (при

напоре свыше 40 м).

174

В центробежном одноступенчатом насосе (рис. 7.7) на валу 2 жестко за-

креплено рабочее колесо 1 с криволинейными лопатками. Вал приводится во

вращение от электродвигателя непосредственно через редуктор или клиноре-

менную передачу.

Рабочее колесо помещено в корпус 3 насоса (в виде спиральной камеры)

переменного сечения с напорным 4 и приемным 7 патрубками. Напорный пат-

рубок соединяется с напорным

трубопроводом 5, а приемный – со всасываю-

щим трубопроводом 6. На конце всасывающего трубопровода закрепляют сетку

и обратный клапан. Сетка служит для задержания плавающих в перекачиваемой

жидкости предметов, а обратный клапан позволяет заливать жидкостью насос и

всасывающий трубопровод перед пуском его в работу, что является обязатель-

ным условием для центробежных насосов.

При вращении

рабочего колеса жидкость, заполняющая его каналы, пере-

мещается от центра колеса к периферии, поступает в спиральную камеру, а за-

тем – в напорный патрубок 4. В центральной части насоса благодаря оттоку

жидкости создается вакуум. Под действием внешнего давления, действующего

на свободную поверхность жидкости, открывается обратный клапан, и жидкость

по всасывающему трубопроводу поступает в

насос. Так создается непрерывное

движение жидкости через всю систему. В некоторых случаях рабочее колесо за-

ключают в направляющий аппарат, который закрепляют в корпусе насоса меж-

ду рабочим колесом и спиральной камерой (рис. 7.8).

175

Рис. 7.7. Схема одноступенчатого центробежного насоса

Рис. 7.8. Центробежный насос с направляющим аппаратом

Направляющий аппарат 1 представляет собой кольцо, охватывающее с

небольшим зазором рабочее колесо и включающее два диска с лопатками, за-

гнутыми в сторону, обратную направлению лопаток рабочего колеса. Направ-

ляющий аппарат предназначен для уменьшения скорости жидкости, выходящей

из рабочего колеса. При этом кинетическая энергия потока частично

переходит

в энергию давления: давление у выхода из направляющего аппарата всегда

больше, чем на входе в него. Эту же задачу выполняет и диффузор 2, устанав-

ливаемый иногда за выходным патрубком насоса: здесь жидкость теряет свою

скорость из-за увеличения поперечного сечения диффузора.

В одноступенчатом центробежном насосе удается создать напор не выше

40 м вод. ст. Дальнейшее увеличение напора в одном рабочем колесе затрудне-

но из-за того, что при повышении окружных скоростей свыше 70 м/с в колесе

возникают опасные напряжения, приводящие к его поломке.

Для создания больших напоров используют многоступенчатые центро-

бежные насосы, в которых на общем валу устанавливают несколько рабочих

колес (

рис. 7.9).

176

Рис. 7.9. Схема многоступенчатого центробежного насоса

с последовательным присоединением

Колеса 1 располагают в особых камерах, монтируемых в одном корпусе и

соединенных между собой специальными переходными каналами 2. Жидкость

нагнетается последовательно из одного рабочего колеса в другое. Полный на-

пор, развиваемый в таком насосе, пропорционален количеству колес, соединен-

ных в насосе последовательно.

Иногда применяют многоступенчатые

центробежные насосы с группами

параллельно соединенных рабочих колес. В пределах одной группы колеса со-

единены последовательно. С точки зрения гидравлики каждая группа работает

самостоятельно: жидкость подводят к каждой группе колес по отдельным кана-

лам из общего всасывающего трубопровода, подают через рабочие колеса, а за-

тем в общую сборную камеру и

далее в линию нагнетания. Такие насосы ис-

пользуют для получения большого расхода жидкости.

Напор, создаваемый рабочим колесом центробежного насоса, ориентиро-

вочно можно подсчитать по формуле

Н = K

· n

· D м, (7.1)

где Н – напор жидкости, создаваемый одним рабочим колесом, м;

– коэффициент ≈ 0,5;

n – число оборотов колеса в секунду;

D – наружный диаметр рабочего колеса, м.

Приближенно объемную подачу насоса, т. е. его производительность Q,

можно определить по диаметру его напорного патрубка:

Q = K

, (7.2)

где d

– внутренний диаметр нагнетательного патрубка, м;

– коэффициент, зависящий от размеров патрубка (при d

до 100 мм K

= 1,3–1,8; при d

>100 мм К

= 2,0–2,5).

Особенность работы центробежного насоса состоит в том, что его объем-

ная подача Q при постоянном числе оборотов вала падает с увеличением напора

Н. Для каждого типа насосов путем предварительных испытаний на заводе-

изготовителе получают рабочие характеристики, связывающие создаваемый на-

пор, потребляемую мощность и к. п. д. насоса с его производи-тельностью.

На

рис. 7.10 приведена универсальная характеристика, которой снабжается каждый

центробежный насос заводом-изготовителем. Пользуясь этой характеристикой,

можно установить величину напора при заданной производительности или про-

изводительность по заданному напору и числу оборотов вала насоса.

177

Производительность насоса, л/с

Рис. 7.10. Универсальная характеристика центробежного насоса:

n – скорость вращения вала насоса, об/мин; η – к. п. д. насоса

Корпуса центробежных насосов отливают из чугуна, углеродистой и ле-

гированной стали или выполняются из керамики и пластических масс. Матери-

ал внутренних деталей насосов выбирают исходя из рабочих условий (давления,

температуры, скорости вращения рабочих

колес) и коррозионныхсвойств пере-

качиваемой жидкости.

Рабочее колесо центробежного насоса может быть открытого или закры-

того типа. На рис. 7.11 показана конструкция закрытого рабочего колеса, со-

стоящего из переднего диска 1 с входным отверстием, заднего диска 2 со ступи-

цей 3 для посадки колеса на вал и лопаток 4. Лопатки расположены между дис-

ками; они загнуты

назад, т. е. в сторону, обратную вращению колеса. Число ло-

паток 6, 8, реже 10. Открытые колеса переднего диска не имеют, они использу-

ются очень редко.

Рабочие колеса, как правило, отливают вместе с лопатками из серого и

модифицированного чугуна, углеродистой и нержавеющей стали, бронзы. В не-

которых случаях рабочие колеса изготовляют из керамики,

свинца, пластиче-

ских масс. Колеса крепятся на валу при помощи шпонок.

р,

178

Рис. 7.11. Рабочее колесо центробежного насоса

Валы насосов в основном изготовляют из углеродистой стали, а в случае

корродирующих жидкостей – из нержавеющей стали. В качестве опор валов ис-

пользуются подшипники качения и скольжения (последние обычно ставятся на

крупных насосах). Выводы вала из корпуса уплотняются сальниками. В качест-

ве набивки для сальников используют

хлопчатобумажный или асбестовый

шнур, пропитанный графитом или маслом. Шнур нарезают на отдельные куски

и вставляют в сальник кольцами. Входят в употребление торцовые уплотнения,

более совершенные по сравнению с сальниками и обеспечивающие большую

герметичность насоса.

Уплотняющие кольца служат для уменьшения утечек жидкости через за-

зоры между передним диском рабочего колеса и корпусом

. На рис. 7.12 показа-

ны их различные конструкции. Наиболее простые – это плоские кольца

(рис. 7.12а), наиболее надежные – лабиринтные кольца (рис. 7.12в). В многосту-

пенчатых центробежных насосах уплотнения между ступенями выполняют в

виде образующих плоские щели сменных колец К (рис. 7.12г). Кольца изготов-

ляют из более износостойкого материала, чем корпус и колесо

Рис. 7.12. Уплотняющие кольца

179

Так как давление на рабочее колесо со стороны всасывания меньше, чем

давление на задний диск, на колесо действует сила, направленная вдоль его оси

в сторону всасывания. Эта сила стремится сдвинуть рабочее колесо и вал в осе-

вом направлении, что может привести к существенным неполадкам в работе ко-

леса, вплоть до аварии

насоса. В насосах низкого и среднего давления осевая

сила воспринимается шариковыми подшипниками, устанавливаемыми в одной

из опор вала. В насосах высокого давления иногда устанавливают гидравличе-

скую пяту (рис. 7.13) с диском 1, диаметр которого подбирают таким образом,

чтобы разность давлений по обе стороны уравновешивала действующее осевое

давление.

Рис. 7.13. Гидравлическая пята

Левую камеру гидравлической пяты соединяют каналом с напорным пат-

рубком насоса, а правую – со всасывающим.

Лучшим же способом уравновешивания осевой силы является ис-

пользование колес с двухсторонним входом жидкости, а в многоступенчатых

насосах – установка рабочих колес группами «спинками друг к другу» и дву-

сторонним вводом жидкости (одна

группа колес подает жидкость слева направо,

а другая – справа налево).

Описание конструкции и принцип действия кислотоупорного центро-

бежного насоса (рис. 7.14). На чугунной станине 1 с помощью фланца 2 закреп-

лен корпус 3 насоса из ферросилида. Приводной вал 4 имеет две опоры с шари-

коподшипниками 5. На левую консоль вала надето рабочее колесо 7, изготов-

ленное, как

и корпус, из ферросилида. Конец вала защищен от корродирующего

воздействия перекачиваемой жидкости головкой из ферросилида 8, навернутой

на вал. Вывод вала уплотнен сальником 6 с мягкой набивкой (асбестовый шнур,

пропитанный кислотостойким составом). Для разгрузки сальника на втулке ра-

бочего колеса установлена крыльчатка 9, которая отгоняет жидкость от саль-

ника. Привод насоса осуществляется непосредственно от

электродвигателя че-

рез эластичную муфту. Электродвигатель монтируется на станине 1.

180

Рис. 7.14. Кислотоупорный центробежный насос

Достоинства центробежных насосов:

а) обеспечивают равномерность подачи;

б) более быстроходны;

в) компактны;

г) проще по конструкции;

д) используются для перекачивания загрязненных жидкостей.

Недостатки центробежных насосов:

а) невозможность создания больших давлений;

б) уменьшение производительности с увеличением напора;

в) низкий к. п. д.;

г) необходимость заливки насоса перед

его пуском в работу.

7.1.3. Насосы специальных типов. Осевые (пропеллерные) насосы.

В осевом насосе (рис. 7.15) жидкость перемещается вдоль оси приводного вала

2 с помощью рабочего колеса 3, имеющего форму гребного винта. На выходе из

рабочего колеса жидкость попадает в направляющий аппарат 4 с лопатками,

имеющими направление, обратное лопаткам рабочего колеса. Здесь враща-

тельное движение жидкости преобразуется в осевое. Корпус 1 насоса пред-

ставляет собой трубу.

Осевые насосы имеют высокий к. п. д., быстроходны, компактны и пригод-

ны для перекачивания больших количеств жидкости при небольших напорах.