Кожурин И.А. Оборудование трикотажно-отделочного производства

Подождите немного. Документ загружается.

которое обеспечивает всасывание жидкости. Рабочие органы

одних насосов имеют возвратно-поступательное движение, дру-

гих — вращательное. Бывают насосы поршневые, центробеж-

ные, пропеллерные, винтовые, струйные и др. К устройствам

для перемещения жидкостей относят также монжусы.

По конструкции и принципу действия насосы подразделяют

на лопастные, объемные и струйные.

Основным органом лопастных насосов является рабочее ко-

лесо с лопастями различной формы, при своем вращении вза-

имодействующее с потоком жидкости. К лопастным относятся

центробежные, осевые и вихревые насосы.

Действие объемных насосов основано на выталкивании оп-

ределенного объема жидкости, заполняющей рабочую камеру

насоса. К объемным относят поршневые, роторные, крыльча-

тые насосы.

Основными показателями работы насосов являются по-

дача, напор, мощность и коэффициент полезного действия

(КПД).

Подачей насоса называют объем подаваемой насосом жид-

кости, отнесенный ко времени подачи. Различают часовую и

секундную подачу насоса.

Напором называют приращение удельных энергий потока

жидкости при входе и выходе из насоса, выраженное в метрах

столба жидкости.

Мощность насоса определяется работой, которую он совер-

шает в единицу времени. Мощность насосов измеряется в ват-

тах. Полезную работу насоса, измеряемую в джоулях, харак-

теризует КПД, учитывающий потери энергии на преодоление

гидравлических сопротивлений, преодоление трения между

движущимися частями насоса и др.

Поршневой насос относится к гидравлическим машинам,

в которых главный рабочий орган — поршень — имеет возврат-

но-поступательное движение. Насос (рис. 163) имеет всасы-

вающую трубу 1 со всасывающим клапаном 2, рабочую камеру

3, нагнетательную трубу 5 с клапаном 4, поршневой цилиндр 6

и поршень, 7. Возвратно-поступательное движение поршня осу-

ществляется штоком 8, приводимым в действие кривошипным

механизмом.

Принцип действия насоса заключается в следующем. При

движении поршня вправо (по его расположению на данном ри-

сунке) объем рабочей камеры, т. е. пространства, заключен-

ного между поршнем и клапанами, увеличивается, а давление

в ней уменьшается: в камере возникает разрежение. Под дей-

ствием разницы давлений внутри камеры и атмосферного Ро

перекачиваемая жидкость 9 по всасывающей трубе 1 через

всасывающий клапан 2 устремляется во внутреннее простран-

ство насоса и заполняет его до тех пор, пока поршень не зай-

мет крайнее правое положение.

10* 291

Рис. 163. Поршневой насос

При обратном движении

поршня (на рисунке —влево)

поршень давит на жидкость и

выталкивает ее через нагне-

тательный клапан 4 в нагне-

тательную трубу 5.

Объем жидкости, вытал-

киваемой за один рабочий

ход поршня, равен суммар-

ному объему рабочей камеры

и поршневого цилиндра, за-

полняемых жидкостью.

Поршневые насосы характеризуются большим напором при

малой подаче и относительно низком КПД.

Подачу поршневого насоса Q, м^/ч, вычисляют по уравне-

нию

Q = 60FnSn,

где fn —площадь рабочей поверхности поршня, м^; S —ход поршня, м;

и —частота вращения вала электродвигателя (привода кривошипного ме-

ханизма), мин-'.

Поршневые насосы бывают одно- и многоцилиндровые,

а также тихоходные (/г = 60 мин-'), быстроходные {п=\20...

.'. .180 МИН"') и сверхбыстроходные (п до 300 мин"').

В красильно-отделочно'м производстве поршневые насосы

применяют для перекачивания небольших количеств кислот,

щелочей, вязких жидкостей и т. д., а также для очистки кана-

лизационных коммуникаций.

Шестеренный насос (рис. 164) состоит из пары зубчатых

колес (шестерен) 1, входящих в зацепление друг с другом и

заключенных в корпус 3. Одно из зубчатых колес посажено на

вал электродвигателя. Корпус имеет всасывающую 4 и нагне-

тательную 2 трубы.

Насос работает следующим образом. При вращении зубча-

тых колес их зубья, выходя из зацепления, освобождают соот-

ветствующие объемы во впадинах между зубьями. Во впади-

нах создается разрежение, и перекачиваемая жидкость стре-

мится занять освободившееся пространство. Далее жидкость,

находящаяся во впадинах, перемещается зубьями колес вдоль

стенок корпуса из области всасывания в область нагнетания и

под действием возникающего давления входит в нагнетатель-

ную трубу.

Шестеренные насосы просты по конструкции, надежны

в эксплуатации, могут работать с большой частотой вращения,

достигающей 3000 мин-', имеют небольшой габарит. Подача

292

Рис. 164. Шестеренный

насос

Рис. 165. Центробежный насос

шестеренных насосов зависит от диаметра шестерен и частоты

их вращения и находится в пределах 0,25—40 м^/ч при неболь-

шом напоре. КПД этих насосов 0,6—0,8.

В красильно-отделочном производстве шестеренные насосы

применяют для перекачивания вязких жидкостей, например за-

густок для печатных красок, разнообразных эмульсий и др.

Используются они также в системах смазки машин.

Центробежный насос (рис. 165) имеет рабочее колесо 3, за-

ключенное в неподвижную камеру 2 спиралевидной (улитко-

образной) формы. Рабочее колесо состоит из двух дисков, ме-

жду которыми расположены лопатки криволинейной формы.

Они образуют раздельные каналы, берущие свое начало от

вала 7, на который насажено колесо. Корпус насоса, являю-

щийся рабочей камерой, заканчивается нагнетательным шту-

цером 1, посредством которого насос подключают к трубопро-

воду. К боковой поверхности корпуса камеры подведена вса-

сывающая труба 4, на конце имеющая фильтр 6 с клапаном 5.

Перед пуском насос заполняют водой или перекачиваемой

жидкостью, что необходимо для начала его действия. При

включении двигателя, который приводит во вращение рабочее

колесо, жидкость, вращаясь вместе с ним, под действием воз-

никающих центробежных сил отбрасывается от центра колеса

к его периферии, приобретая скорость и давление, превосходя-

щие скорость и давление жидкости перед вводом на колесо.

В результате образовавшейся разницы давлений во всасываю-

щей части камеры создается разрежение и перекачиваемая

жидкость под действием атмосферного давления Pq устремля-

ется во всасывающий трубопровод 4 и по нему •— во входную

часть насоса.

Процесс «всасывание—нагнетание» непрерывен, поэтому

центробежные насосы обладают большой подачей при относи-

тельно низком напоре и высоком КПД.

При останове насоса клапан 5 на всасывающей трубе за-

крывается, препятствуя обратному току жидкости из камеры

насоса. Это исключает необходимость вновь заполнять насос

жидкостью перед его пуском.

Центробежные насосы бывают одно- и многоступенчатые.

В многоступенчатых насосах жидкость последовательно пере-

дается с одного рабочего колеса на другое, что увеличивает

напор. По создаваемому напору различают насосы низкона-

порные (Я=20. ..25 м), средненапорные (Я = 20. ..60 м) и вы-

соконапорные (Я>60 м). Напор центробежного насоса вычис-

ляют, пользуясь уравнением Бернулли, выражая высоту г

положения потока над условной плоскостью через сумму высот

всасывания и нагнетания:

Я = + + +

где Лв — высота всасывания, м; йн — высота нагнетания, м; (l-f2C)—сумма

сопротивлений.

Потребляемую мощность насоса N, кВт, вычисляют по

уравнению

N-.

Ш^т)

где Vc — объемный расход жидкости, м'/с; р — плотность жидкости, кг/м®;

•П — КПД насоса.

Между частотой вращения п, напором Я, подачей Q и по-

требляемой мощностью N центробежных насосов существуют

следующие зависимости:

^^ - (1)

«1

н.

я, п\

П1

или = (2)

или = (3)

«1 «1

Пользуясь этими зависимостями, можно определить значе-

ния «2 и N2 для заданных условий работы насоса Q2 и Яг, если

известны значения Qi, Я1 и Л/'i и частота вращения пх другого

насоса.

Центробежные насосы просты по конструкции и надежны

в эксплуатации, имеют небольшие габарит и массу; позволяют

регулировать количество подаваемой жидкости путем измене-

ния напора в нагнетательном трубопроводе (посредством за-

движки); жидкость подается равномерно и с течением времени

подача не меняется. Все это делает центробежные насосы не-

заменимыми в условиях красильно-отделочного производства,

особенно при использовании их в качестве циркуляционных.

Осевой насос (рис. 166) состоит из нескольких лопастей 1,

имеющих форму пропеллера или корабельного винта. Лопасти

посажены на вал 2, приводимый в действие от электродвига-

теля, и заключены в направляющий корпус 3.

Движение жидкости в осевом насосе происходит вдоль оси

вращения, отсюда и название насоса. Осевые насосы харак-

теризуются большой подачей при малом напоре (до 3 м) и вы-

соким КПД, превышающим КПД центробежных насосов. Они

более просты по конструкции, имеют небольшую массу. Од-

нако низкий напор, создаваемый ими, ограничивает их приме-

нение в красильно-отделочном производстве. Осевые насосы

применяют главным образом в качестве циркуляционных в ма-

шинах, не требующих большого напора циркулирующей жид-

кости, например в красильных аппаратах пропеллерного типа.

Струйные насосы не относятся к гидравлическим машинам,

а представляют собой аппараты. В них полностью отсутствуют

движущиеся детали.

Насос (рис. 167) имеет корпус 2, сопло 1, смесительную

камеру 3, диффузор 4 и всасывающую трубу 5.

Действие насоса основано на использовании кинетической

энергии рабочей среды, подводимой в насос через сопло 1. На

выходе из сопла рабочая среда приобретает большую скорость

и вокруг ее струй создается разрежение. Вследствие этого

перекачиваемая жидкость всасывается по трубе 5 в смеситель-

ную камеру 3 и смешивается с рабочей средой. При этом ра-

бочая среда передает часть своей кинетической энергии пере-'

качиваемой жидкости.

Образовавшаяся смесь направляется в диффузор 4, где она

теряет скорость, давление ее повышается, и создается напор,

необходимый для нагнетания смеси в сеть.

Рис. 166. Осевой насос

Рис. 167. Струйный насос

в качестве рабочей среды в струйных насосах используют

воду, пар или газ. Применяют струйные насосы там, где дру-

гие насосы быстро изнашиваются, а также для перекачивания

растворов, содержащих механические взвеси. Примерами обла-

сти применения этих насосов могут служить сопловые красиль-

ные машины «Аэрфлоу» и ЭКБ-95, блоки химстанций для при-

готовления концентрированных растворов красителей и их

перекачивания в расходные баки и другое оборудование.

К устройствам, не имеющим движущихся частей, отно-

сятся также монжусы, служащие для перекачивания жидко-

стей с помощью сжатого воздуха. Монжусы широко исполь-

зуют на химических станциях.

§ 5. КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ

В красильно-отделочном производстве в качестве рабочих сред

широко используют воздух и газы. Их перемещение осуществ-

ляется различными способами, основным из которых является

перемещение после предварительного сжатия с помощью га-

зовых машин, называемых компрессорами.

Компрессорные машины в зависимости от давления, созда-

ваемого при сжатии газообразных сред, подразделяют на соб-

ственно компрессоры (Р = 0,4. ..100 МПа), воздуходувки (Р =

= 0,4. ..0,1 МПа), вентиляторы (/'<0,1 МПа) и вакуумные на-

сосы, служащие для разрежения воздуха (вакуумирования).

По конструкции и принципу действия различают компрес-

сорные машины поршневые и лопаточные (лопастные). По-

следние подразделяют на центробежные и осевые. Работа соб-

ственно компрессоров и вентиляторов во многом сходна с ра-

ботой соответствующих насосов. Следует, однако, иметь в виду,

что процессы сжатия-разрежения воздуха — это термодинами-

ческие процессы, сопровождаемые выделением большого коли-

чества тепла, поэтому в компрессорах, создающих высокое

давление, для отвода выделяющейся тепловой энергии преду-

сматривают большую площадь теплообмена с окружающей

средой. Например, цилиндр поршневого компрессора имеет ре-

бристую поверхность.

Поршневой компрессор (рис. 168) имеет поршневой ци-

линдр с поршнем, всасывающий и нагнетательный клапаны и

соответствующие патрубки для всасывания воздуха и подсоеди-

нения к резервуару, в котором создается давление. Обычно

компрессор снабжается для этого сосудом, называемым реси-

вером, из которого осуществляют раздачу сжатого воздуха.

Компрессор работает следующим образом. При нахожде-

нии поршня в крайнем правом положении (на данном рисунке)

давление в цилиндре Р1<Ратм (на величину, равную сопротив-

лению всасывающего клапана Рве). При движении поршня

влево происходит сжатие воздуха, заполняющего цилиндр, ко-

296

Рис. 168. Поршневой компрес-

сор

Рве

/Г

Ратм

торое продолжается до тех пор, пока давление Pi в цилиндре

не превысит сопротивления нагнетательного клапана Рн, т. е.

Pi не станет больше Рц. При открывании нагнетательного кла-

пана воздух устремляется через нагнетательный патрубок в ре-

зервуар (ресивер).

В начале обратного хода поршня вправо сначала происхо-

дит увеличение объема оставшегося в цилиндре воздуха, про-

должающееся до тех пор, пока разрежение не станет меньше

сопротивления всасывающего клапана, а атмосферное давле-

ние Ратм не превысит это сопротивление. При Ратм>Рвс впуск-

ной клапан откроется и на остальной части хода поршня будет

происходить всасывание.

Поршневые компрессоры характеризуются значительной

степенью сжатия воздуха, т. е. создаваемым давлением при

малой подаче. Низкая подача поршневых компрессоров объяс-

няется их тихоходностью и цикличностью работы.

В красильно-отделочном производстве сжатый воздух, по-

лученный с помощью поршневых компрессоров, используют

для перемещения жидкостей на химических станциях, для

обеспечения работы пневматических клапанов на трубопрово-

дах воды и пара, в системах автоматического управления ра-

ботой основного оборудования.

Для перемещения воздуха из одного пространства в дру-

гое, обеспечения его циркуляции в сушильно-отделочных маши-

нах применяют вентиляторы.

Центробежные вентиляторы отличаются быстроходностью и,

как следствие, большой подачей. Напор, создаваемый ими,

сравнительно невелик. Их широко применяют для циркуляции

воздуха в сушильных, формовочных и других отделочных ма-

шинах, системах вентиляции производственных помещений.

Центробежный вентилятор (рис. 169, о) имеет спиральную

камеру с расположенным в ней рабочим колесом (ротором),

состоящим из двух дисков, между которыми заключены ло-

патки криволинейной формы (по аналогии с центробежным

насосом). Смежные лопатки ротора образуют межлопаточные

каналы, в которых вследствие возникающих при вращении ко-

леса центробежных сил и происходит первоначальное сжатие

Рис. 169. Вентиляторы

воздуха. Сжатие продолжается в пространстве, заключенном

между рабочим колесом и стенками спиральной камеры. При

выбросе воздуха из вентилятора он расширяется.

Вследствие разрежения, образующегося в центральной ча-

сти колеса, новая порция воздуха под действием атмосферного

давления перемещается через отверстие в корпусе вентилятора

во всасывающую часть камеры и поступает в центральную

часть колеса, занимая освобождающиеся объемы. Процесс

«всасывание — сжатие — нагнетание» непрерывен, что наряду

с высокой скоростью объясняет большую подачу центробеж-

ных вентиляторов.

Центробежные компрессорные машины в отличие от венти-

ляторов имеют на стенках камеры неподвижные лопатки. Спи-

ральный канал камеры с неподвижными лопатками называют

диффузором. На лопатках диффузора продолжается сжатие

воздуха и повышение его давления вследствие преобразования

кинетической энергии.

Применяют также многоступенчатые центробежные комп-

рессоры, состоящие из нескольких последовательно располо-

женных рабочих колес. Воздух в таких компрессорах, подвер-

гаясь сжатию, последовательно передается с одного колеса

к центральной части другого.

Частота вращения ротора центробежных вентиляторов и

компрессоров в зависимости от назначения, требуемой подачи

и создаваемого напора (давления) обычно составляет 3000—

6000 мин-', а высокоскоростных 20000—40000 мин-'. Подача

достигает 60000—100000 м^/ч.

Подача центробежного вентилятора (компрессора), его на-

пор и потребляемая мощность, как и у центробежных насо-

сов, зависят от частоты вращения рабочего колеса. С увеличе-

нием частоты вращения от щ до Пг пропорционально возра-

стает подача от Qi до Q2, напор от Н^ до Яг и мощность от

N\ до N2 (1) — (3). Эти зависимости используют при подборе

вентиляторов.

Осевой вентилятор обладает большой подачей при малом

напоре, более низком, чем у центробежных вентиляторов. Он

298

устроен подобно одноименному насосу. Главным рабочим ор-

ганом осевого вентилятора (рис. 169, б) является колесо

с плоскими, посаженными под углом к оси вращения или изог-

нутыми, как у пропеллера, лопатками, заключенное в цилинд-

рический кожух. Колесо имеет всасывающую и нагнетательную

стороны. Всасываемый воздух перемещается вдоль оси колеса,

т. е. вдоль вала, на который оно посажено, а отдельные его

струи параллельны между собой.

Большая подача осевых вентиляторов обусловливает их

применение в красильно-отделочном производстве в качестве

циркуляционных в разнообразных сушилках, стабилизацион-

ных и формовочных машинах. Центробежные вентиляторы, об-

ладающие высокими рабочими характеристиками, применяют

в таких машинах для выброса отработавшего воздуха в ат-

мосферу.

Вакуумные насосы используют для создания разрежения

(вакуумирования) газовых сред, когда этого требует техноло-

гический процесс, например при обработке изделий в условиях

пониженного давления в релаксационных аппаратах, а также

для обеспечения работы вспомогательного оборудования —

монжусов, дозаторов и др.

Существует несколько разновидностей вакуумных насосов,

из которых в красильно-отделочном производстве наибольшее

распространение получили водокольцевые вакуум-насосы

(КВН),.

Вакуум-насос (рис. 170) имеет цилиндрический корпус,

в котором эксцентрично расположено рабочее колесо с пло-

скими лопатками, посаженное на вал, приводимый в действие

от электродвигателя. Перед пуском насоса в его корпус зали-

вают определенное количество воды. При вращении колеса

жидкость под воздействием центробежных сил отбрасывается

от его центра к периферии и вращается в корпусе вместе с ко-

лесом, образуя равномерное по толщине вращающееся водя-

ное кольцо.

Между смежными лопатками и внутренней поверхностью

водяного кольца образуются разреженные камеры, занимаю-

щие положения I—4 и 5—8. Объем камер, занимающих поло-

жения 1—4, при вращении колеса постепенно увеличивается,

т. е. l/i<V2<V3<V4, а камер, занимающих положения 5—8, со-

ответственно уменьшается. Вследствие разрежения в камеру,

занимающую положение 1, через всасывающий патрубок, со-

единенный с серповидным вырезом А в корпусе, из вакуумиру-

емого резервуара всасывается воздух. Заполнивший камеру

воздух при перемещении его в положение 2 увеличивается

в объеме, отчего давление его снижается, и вследствие этого

в камеру из резервуара всасывается дополнительное количе-

ство воздуха. При перемещении лопаток в положения 5 и 4 со

все увеличивающимся объемом камер в них будет поступать

Рис. 170. Водокольцевой вакуумный насос

воздух ИЗ резервуара. В каждой из

камер, таким образом, давление

воздуха будет равно его давлению

в резервуаре, снижающемуся по

мере вакуумирования.

В камерах, занимающих поло-

жение 5—8, по мере их перемеще-

ния воздух в результате уменьше-

ния объемов камер сжимается и

через серповидный вырез Б отво-

дится в выхлопной патрубок и вы-

брасывается в атмосферу.

При эксплуатации водокольцевых насосов необходимо сле-

дить за тем, чтобы объем жидкости в корпусе насоса оста-

вался постоянным.

Разрежение, создаваемое водокольцевым насосом, равно

9—9,6 мм вод. ст., подача (по объему перемещенного воздуха)

до 50 м^/ч.

§ 6. МЕШАЛКИ

Скорость протекания физико-химических процессов при всех

прочих равных условиях определяется площадью поверхности

соприкасающихся частиц реагирующих веществ. Чем больше

площадь поверхности соприкосновения частиц, тем быстрее

протекает процесс. Увеличению площади соприкосновения и,

следовательно, скорости протекания реакции способствует

перемешивание веществ.

В красильно-отделочном производстве для ускорения приго-

товления концентрированных и рабочих растворов разнообраз-

ных веществ, а также нагревания и охлаждения жидкостей

с целью интенсификации теплообмена широко применяют ме-

шалки.

Выбор метода перемешивания и конструкции мешалки за-

висит от агрегатного и физического состояния веществ.

Простейшая мешалка (рис. 171, а) имеет две плоские ло-

пасти, установленные в вертикальной плоскости на валу, при-

водимом во вращение от электродвигателя посредством зуб-

чатой, червячной или клиноременной передачи. Частота вра-

щения лопастных мешалок 12—80 мин-'. Диаметр лопастей со-

ставляет примерно 0,5—0,7 диаметра сосуда, в котором ве-

дется перемешивание раствора.

Для лучшего перемешивания на валу может быть установ-

лено несколько пар лопастей. Мешалки с плоскими лопастями

применяют: при перемешивании жидкостей небольшой вязко-

сти; при растворении твердых веществ, обладающих малой

300