Пташкина-Гирина О.С.; Щирый В.Д. Гидравлика. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

121

Наиболее типичными насосами трения являются именно

дисковые насосы. Эти насосы весьма просты по устройству и об-

ладают некоторыми преимуществами перед насосами других ти-

пов. Устройство дискового насоса показано на рис.10.28. Он со-

стоит из нескольких дисков 1, насаженных на вал так, что между

дисками образованы полости 3 небольшой ширины. В центре

дисков имеются отверстия для поступления жидкости, а в не-

скольких точках по периферии диска скреплены стяжками 4. При

вращении ротора насоса жидкость, находящаяся в зазоре между

дисками, закручивается ими за счет сил трения, и энергия от ра-

бочего колеса передается перекачиваемой жидкости. В спираль-

ном 5 и коническом 6 диффузорах кинетическая энергия преобра-

зуется в потенциальную, т.е. энергию давления.

Рис. 10.28

К достоинствам дисковых насосов относятся возможность

перекачивания высоковязких жидкостей, а также жидкостей с

включением мелких абразивных примесей; простота конструк-

ции; высокие кавитационные качества и малошумность.

Дисковые насосы могут найти применение и как вакуум–

насосы для перекачивания абразивных жидкостей, а также как

малошумные лабораторные микронасосы.

122

10.2.6. Лабиринтные насосы

Лабиринтные насосы по принципу действия близки к вихре-

вым. Такой насос в основном состоит из цилиндрического шнека

и обоймы корпуса. На этих элементах насоса имеются винтовые

каналы противоположного направления. При вращении ротора

насоса с гребня канала срываются вихри, в результате чего жид-

кость увлекается по винтовым каналам обоймы по направлению к

напорному патрубку насоса. КПД этих насосов составляет

0,30…0,35. При малой подаче (2…4 м

/ч) они способны развивать

значительные напоры. Детали проточной части этих насосов из-

готавливают из коррозионно стойких материалов. Они находят

применение в химической промышленности, могут быть исполь-

зованы и для подачи реагентов в системах водоподготовки и очи-

стки сточных вод.

10.2.7. Вибрационные насосы

Вибрационные насосы (по ГОСТу) относятся к насосам тре-

ния, в которых жидкая среда перемещается в процессе возврат-

но–поступательного движения. В них используются инерцион-

ные свойства поднимаемой жидкой среды. Рабочим органом яв-

ляется клапан–поршень, имеющий возвратно–поступательное

движение и приводимый в действие механическим вибратором.

Поднимаемой жидкости сообщаются колебательные движения

путем создания клапаном–поршнем попеременных усилий сжа-

тия и разрежения, благодаря чему в жидкости возникают инерци-

онные силы и она поднимается. Имеется несколько типов насо-

сов, отличающихся конструктивным устройством. По располо-

жению вибраторов различают насосы с погружным и поверхно-

стным вибратором.

Вибрационный водоподъемник с погружным вибратором

представлен на рис. 10.29. При нормальной работе насос подает 1

/ч воды при напоре 20 м. Максимальный напор 30 м при подаче

0,15…0,20 л/с, максимальная подача 0,9 л/с при напоре 1 м, мак-

симальная мощность насоса 250 Вт.

123

Вибрационный водоподъемник с поверхностным вибрато-

ром показан на рис.10.30. Источником колебания служит элек-

тромагнитный вибратор, питаемый от однофазной сети перемен-

ного тока 220 В (50 Гц) через селеновый выпрямитель. Подача

насоса 1 л/с при напоре 25 м, частоте колебаний 3000 в минуту и

потребляемой мощности 700 Вт.

Недостатки вибрационных насосов – невысокий КПД

(0,20..0,35) и малая подача.

Рис. 10.29. Вибрационный на-

сос с погружным вибратором (НЭБ-

1/20): 1 - клапан обратный; 2 - рабо-

чий орган (поршень); 3 - шток; 4, 6,

9, 11 - корпусные детали; 5 - диа-

фрагма; 7 - амортизатор; 8 - якорь;

10 - электромагнит (катушки с сер-

дечником); 12 - гибкий шланг

Рис. 10.30. Вибрационный

насос с поверхностным вибрато-

ром ВПУ-1:1 - обсадная труба

скважины; 2 - нижний обратный

клапан; 3 - водоподъемные трубы;

4 - амортизатор пружинный; 5 -

вибратор

11. ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

Объемный насос – это насос, в котором жидкая среда пере-

мещается путем периодического изменения объема занимаемой

124

ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом на-

соса. Такое определение дает ГОСТ, и по выше представленной

классификации объемные насосы делятся на возвратно–

поступательные и роторные.

11.1. Возвратно-поступательные насосы

Возвратно-поступательный насос - это объемный насос с

прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочих

органов независимо от характера движения ведущего звена насо-

са.

Основными представителями этой группы насосов являются

поршневые, плунжерные, диафрагменные и вальные насосы.

Поршневые насосы. Это возвратно-поступательный насос,

у которого рабочие органы выполнены в виде поршней.

На примере поршневого насоса рассмотрим особенности ра-

боты объемных насосов в целом. Насос одностороннего дейст-

вия. Это поршневой насос, у которого жидкая среда вытесняется

из замкнутой камеры при движении рабочего органа в одну сто-

рону (рис.11.1).

Рис.11.1

Возвратно-поступательное движение поршней 1 чаще всего

осуществляется посредством кривошипно-шатунного механизма

2, но применяют и другие механизмы (кулачковые, эксцентрико-

вые и т.п.).

125

Для поршневых насосов характерно наличие всасывающих 3

и напорных 4 клапанов, регулирующих движение жидкости через

рабочую камеру 5. При заполнении рабочей камеры жидкостью

всасывающий клапан открыт, а напорный закрыт. При вытесне-

нии жидкости (нагнетании), когда вытеснитель движется в об-

ратную сторону, наоборот, всасывающий клапан закрыт, а на-

порный – открыт. Эти клапаны являются самодействующими, т.е.

такими, которые открываются лишь воздействием перепада дав-

ления, а закрываются под действием собственного веса или пру-

жины.

В конструкции насоса предусмотрен ползун (крейцкопф) 6,

который при работе насоса воспринимает радиальную нагрузку, и

она в этом случае не передается на поршень и цилиндр.

Если предположить, что длина шатуна l бесконечно велика

по сравнению с длиной кривошипа r, то скорость перемещения

поршня изменяется по синусоидальному закону в функции угла

поворота кривошипа φ или времени. По такому же закону меня-

ются подача насоса и расход жидкости во всасывающем и напор-

ном трубопроводах.

На рис.11.2 показан график изменения подачи насоса Q по

углу поворота φ. Как видим, подача происходит лишь на протя-

жении полуоборота кривошипа; в течение другой половины обо-

рота происходит всасывание, а подача равна нулю, т.е. имеет ме-

сто огромная неравномерность подачи.

Рис.11.2

Секундная теоретическая подача насоса при n двойных хо-

дов в минуту определяется по формуле

⋅

126

Действительная подача Q насоса меньше теоретической.

Уменьшение подачи обуславливается следующими причинами:

запаздыванием в открытии и закрытии клапанов; неплотностью

поршня и сальников, что ведет к утечке некоторого объема жид-

кости со стороны нагнетания в область всасывания, а также за

пределы корпуса насоса; попаданием воздуха в цилиндр насоса

извне через неплотности в сальниках и во всасывающей трубе, а

также вместе с водой в растворенном состоянии.

Указанные утечки учитываются объемным КПД η

. Дейст-

вительная подача

Q = η

Объемный КПД зависит от размеров насоса и находится в

пределах 0,85…0,99.

На основании рассмотренного насоса можно сформулиро-

вать общие свойства объемных насосов, которые обусловлены их

принципом действия и отличают их от ранее рассмотренных на-

сосов лопастных:

- цикличность рабочего процесса и связанная с ней неравно-

мерность подачи;

- герметичность насоса, т.е. постоянное отделение напорно-

го трубопровода от всасывающего (лопастные насосы герметич-

ностью не обладают, а являются проточными);

- самовсасывание, т.е. способность объемного насоса созда-

вать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненном возду-

хом, достаточный для подъема жидкости во всасывающем трубо-

проводе до уровня расположения насоса. Лопастные насосы на

это не способны;

- жесткость характеристики, т.е. крутизна ее в системе коор-

динат Q = f(p), что означает малую зависимость подачи насоса Q

от развиваемого им давления (рис.11.3).

Рис.11.3

127

Объемный насос способен создавать сколь угодно высокое

давление, обусловленное сопротивлением гидравлической систе-

мы, поэтому во избежание аварийной ситуации он снабжен пре-

дохранительным клапаном. Отрегулированный на определенное

давление р

кл

, он перепустит часть жидкости в гидроемкость и тем

самым снизит давление в системе.

Дифференциальные насосы. С целью уменьшения нерав-

номерности подачи насоса одностороннего действия изобрели

дифференциальный насос (рис.11.4).

Рис. 11.4

В таком насосе полная подача за двойной ход распределяет-

ся равномерно между ходами. При ходе поршня вправо получа-

ется разрежение в камере А, и она заполняется жидкостью. Одно-

временно со стороны штока из камеры В жидкость будет подана

в нагнетательный трубопровод. При обратном ходе (влево) вса-

сывающий клапан закрывается и из камеры А через нагнетатель-

ный клапан жидкость вытесняется. Одна половина ее уходит в

нагнетательный трубопровод, а другая - в камеру В.

Насос двухстороннего действия. Для уменьшения нерав-

номерности подачи применяют насосы двухстороннего действия

(рис.11.5).

128

Рис. 11.5

Для этого насоса за один оборот кривошипа подача изобра-

жается (рис.11.6) двумя синусоидами с различными амплитудами

(первая меньше второго за счет площади штока), дважды подача

обращается в нуль и дважды достигает максимального значения.

Неравномерность подачи меньше, чем у насоса одностороннего

действия, но все же очень велика.

Рис.11.6

Теоретическая подача такого насоса

(

)













−π

222

Для дальнейшего уменьшения неравномерности подачи

поршневые насосы стали оборудовать воздушными колпаками на

всасывающей и нагнетательной линиях насоса (рис.11.7).

129

Рис. 11.7

Всасывающий воздушный колпак 1 размещается под всасы-

вающим клапаном и соединяется с насосом короткой трубой l

Вода в колпак поступает через всасывающую трубу длиной l

Перед пуском насоса всасывающая труба и часть колпака зали-

ваются, например, водой. После пуска в воздушном пространстве

над уровнем воды в колпаке создается разрежение. При доста-

точно большом объеме воздуха в колпаке колебания уровня неве-

лики; благодаря этому давление воздуха в колпаке остается почти

постоянным. В таком случае вследствие постоянной разности

давлений между р

на поверхности воды и в колпаке р

вода в

колпак все время поступает непрерывно и равномерно. Это зна-

чительно улучшает условия всасывания жидкости, так как высота

всасывания h

вс

уменьшается. Неравномерное (точнее, неустано-

вившееся) движение остается только на коротком участке трубы

между колпаком и насосом.

При выходе из насоса вода поступает в нагнетательный воз-

душный колпак 2. Во время нагнетания воздух в колпаке сжима-

ется под давлением нагнетаемой поршнем жидкости. При такте

всасывания воздух, расширяясь, выталкивает жидкость в трубо-

провод. Таким образом, такт нагнетания как бы увеличивается во

времени, что уменьшает неравномерность подачи.

130

Во время работы насоса количество воздуха в нагнетатель-

ном колпаке постоянно уменьшается, частично растворяясь в на-

гнетательной воде. Возобновить это количество воздуха можно

при помощи компрессора или из баллона сжатого воздуха.

Плунжерный насос. Плунжерный насос является разновид-

ностью поршневого насоса, в котором вместо поршня выполнен

плунжер, который входит внутрь насосной камеры через сальник

1, являющийся в этом случае цилиндром насоса (рис.11.8).

Рис.11.8

При изготовлении такого насоса обрабатывается только

плунжер, а внутренняя поверхность самого насоса остается необ-

работанной.

Поршневые насосы при соответствующей технологии их из-

готовления способны создавать весьма высокие давления, изме-

ряемые десятками, сотнями, а в отдельных случаях и тысячами

атмосфер.

Но поршневые насосы можно использовать лишь при срав-

нительно небольшой частоте вращения, не более 300…500

об/мин. При более высокой частоте вращения нарушается нор-

мальная работа самодействующих клапанов в насосе. В связи с

этим свойством тихоходности размеры поршневого насоса ока-

зываются значительно большими, чем центробежного, рассчи-

танного на те же параметры (подачу и давление). Поэтому из во-

доснабжения и ряда других отраслей техники поршневые насосы

вытеснены центробежными и роторными насосами.

Поршневые насосы в виде мощных агрегатов с механиче-

ским приводом применяются в настоящее время главным обра-

зом в нефтяной и химической промышленности для перекачки

жидкостей значительной вязкости, а также на тепловых электро-

станциях для питания паровых котлов высокого давления.