книги / Насосы и компрессорные машины

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

Насосы классифицируют по следующим основным признакам: принципу действия, назначению, роду перекачиваемой жидкости, типу привода и др.

Наиболее важной является классификация насосов по принципу действия, характеризующему физическую сущность происходящих в насосе процессов и указывающему на способ передачи энергии по­ току жидкости его рабочими органами.

В общем случае насос создает напор в статической и динамической формах. При этом под статическим напором понимают величину

_ Р2 — Pi

Не =

под динамическим напором — величину

н д = ° î - pî . 2g

К насосам, создающим динамический напор, относятся так назы­ ваемые лопастные насосы (центробежные и осевые). Скорость движения рабочих органов этих насосов, а следовательно, и скорость движения жидкости в насосе имеют большое значение в создании напора.

Имеется другая группа насосов, которая создает напор только в статической форме. В этом случае скорости движения рабочего органа насоса, а следовательно, и скорости движения жидкости внутри на­ соса существенного влияния на величину создаваемого напора не ока­ зывают. К насосам этой группы относятся так называемые объемные насосы, или насосы вытеснения. Представителями этой группы явля­ ются поршневые и ротационные насосы.

Обособленной группой среди насосов являются струйные насосы или, как их иногда называют, струйные аппараты (эжекторы, инжек­ торы, гидроэлеваторы и др.). Отличительной особенностью насосов этой группы является то, что в них отсутствует подвижной рабочий орган, передающий энергию потоку перекачиваемой жидкости. Пере­ дача энергии потоку перекачиваемой жидкости (повышение ее давле­ ния и скорости) происходит от так называемой рабочей жидкости, об­ ладающей большим запасом удельной энергии, чем перекачиваемая жидкость.

По назначению различают насосы:

1) питательные — для подачи питательной воды в котел;

2)циркуляционные, используемые для прокачки охлаждающей воды через конденсаторы паротурбинных установок;

3)конденсатные — для откачки конденсата из конденсатора этих установок;

4)охлаждающие, используемые для прокачки охлаждающей жид­ кости через различные теплообменные аппараты (испарители, масло­ охладители и др.);

5)масляные, используемые для подачи масла к системам смазки

ирегулирования машин;

6)топливные — для подачи жидкого топлива к форсункам котлов,

двигателей внутреннего сгорания, камер сгорания газотурбинных установок;

7)водопроводные, обслуживающие водопроводные системы;

8)пожарные — для подачи воды к пожарным магистралям;

9)фекальные — для перекачки загрязненных жидкостей;

10)артезианские (многоступенчатые) для поднятия воды из глу­ бинных скважин;

11) песковые — для перекачки песка, взвешенного в воде, и др.; 12) багерные — для систем гидрозолоудаления и др.

По роду перскачигаемой жидкости насосы могут быть; водяными, нефтяными, керосиновыми, бензиновыми, масляными, кислотными, перекачивающими жидкий металл, и т. д.

В зависимости от рода перекачиваемой жидкости, ее вязкости, химических и физических свойств насосы обладают различными кон­ структивными особенностями и отличными друг от друга характерис­ тиками.

По типу привода насосы разделяют на:

1) паровые прямодействующие, в которых в качестве привода применяется паровая машина, шток поршня который непосредствен­ но соединен со штоком насоса;

2)приводные, в которых поршень насоса получает свое движение от того или иного двигателя через шатунно-кривошипный механизм;

3)турбонасосы, приводимые в действие от паровой или газовой турбины, причем их соединение может быть непосредственным или ч^рез редуктор;

размещения насосов они могут быть горизонтальными или вертикаль­ ными (по расположению оси вала, цилиндра насоса). Вертикальные насосы занимают, как правило, меньшую площадь пола помещения, поэтому в стесненных условиях им всегда отдается предпочтение.

Помимо указанных выше, в практике находят применение и другие водоподъемные механизмы, как-то: гидротараны, эрлифты и т. д.

Гидротараны используют для подъема жидкости. Гидравлический удар, возникающий в трубопроводе при внезапном торможении потока, позволяет поднять жидкость на значительную высоту.

Эрлифты (газлифты), в которых происходит смешение жидкости с нагнетаемым в нее воздухом (газом), осуществляют подъем жидко­ сти за счет разности удельных весов жидкости и ее смеси с газом.

Глава II

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОГО НАСОСА

Поршневой насос принадлежит к классу та/ называемых объемных насосов, или насосов вытеснения. Движение ь нем, а следователь­

Поршень, двигаясь кверху, доходит до верхнего крайнего поло­ жения и останавливается. В этот момент воздух занимает объем, равный уже не l/0, a V0 + FS, где FS — объем цилиндра. Если считать процесс расширения воздуха изотермическим, его давление будет

( 10)

Так как давление во всасывающем трубопроводе понизилось» под действием разности давлений ра — р в него поступит жидкость и поднимется на высоту

При последующем движении поршня вниз воздух под ним сжимает­ ся, вследствии чего автоматически закрывается всасывающий и откры­ вается нагнетательный клапан, через который воздух вытесняется в нагнетательный трубопровод. С каждым последующим подъемом поршня жидкость будет подниматься на все большую и большую вы­ соту и, наконец, если соблюдаются нормальные условия всасы­ вания, наступит момент, когда жидкость полностью заполнит весь цилиндр и при следующем ходе поршня вниз вытолкнется в нагнета­ тельный трубопровод. Все последующие ходы поршня вниз и вверх будут сопровождаться всасыванием жидкости в цилиндр и выталки­ ванием ее в нагнетательный трубопровод. Таким образом, поршневой насос осуществляет перенос жидкости из области с пониженным дав­ лением в область повышенного давления. Повышение давления жид­ кости происходит лишь с момента начала движения поршня вниз. Величина давления жидкости будет зависеть от давления в нагнета­ тельном трубопроводе, а не от скорости движения поршня. В поршне­ вых насосах энергия жидкости передается в форме энергии давления.* В этом заключается основное различие между объемными и лопастными насосами.

Величина напора, создаваемого поршневым насосом, ограничива­ ется только мощностью, подводимой к нему, и прочностью деталей насоса. Поэтому поршневые насосы в настоящее время являются еще незаменимыми в технике высоких и сверхвысоких давлений.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ

Поршневые насосы классифицируют по нескольким признакам. По типу привода:

1)прямодействующие, если шток насоса соединен непосредственно со штоком двигателя (паровые прямодействующие насосы, фиг. 4);

2)приводные, если шток поршня насоса соединен с двигателем при помощи кривошипно-шатунного механизма (фиг. 5).

По кратности действия:

1) простого (одинарного) действия (см. фиг. 3), если за один двойной ход поршня в нагнетательный трубопровод подается объем жидкости V = FS (одно всасывание и одно нагнетание);

2) двойного действия, если обе полости цилиндра имеют клапан­ ные коробки со всасывающим и нагнетательным клапанами (фиг. 6).

Поробая машина

Фиг. 4. Схема устройства прямодействующего поршневого насоса.

Вэтом случае за один ход поршня подается объем жидкости Vi=

=FS, а за другой ход — V2 = (F — f )S, где / — площадь сечения штока. Таким образом, за каждый ход совершается всасывание и на­

3) многократного действия: тройного, четверного и т. д.

Насос тройного действия получают соединением трех насосов про­ стого действия, имеющих общую всасывающую и нагнетательную трубы. Насос четверного действия получают соединением двух насосов двойного действия.

По типу рабочих органов:

1) поршневые, если рабочий орган — поршень выполнен в виде диска. Уплотнение поршня производится с помощью специальных уплотнительных колец:

2) плунжерные (скальчатые), если рабочий орган — поршень вы­ полнен в виде продолговатого цилиндра — скалки (фиг. 7). Уплотне-

будет неравномерной. За один оборот вала кривая подачи дважды про­ ходит через максимум и дважды уменьшается до нуля. Для получения более равномерной подачи применяют насосы тройного и четверного

Фиг. 8. График подачи насоса простого действия.

действия. Насос четверного действия получают соединением двух насосов двойного действия, причем кривошипы у них располагают по отношению друг к другу под углом 90°

Фиг. 9. График подачи насоса двойного действия.

График Q = / (<р) насоса четверного действия получают сложением ординат нижних кривых (фиг. 10).

График Q = f (ср) насоса тройного действия, состоящего из трех насосов одиночного действия с расположением кривошипов под углом

стью более трех строятся редко.

Пользуясь графиками (фиг. 8-- 11), можно определить степень не­

равномерности подачи насосов, т. е. отношение Фтаэ , которое для на­

<ср

сосов простого действия равно тс, двойного и четверного действия —

— Y и для насосов тройного действия — у .

Действительная подача насоса всегда меньше, чем определяемая теоретически.

Уменьшение действительной подачи по сравнению с теоретической зависит от следующих факторов:

1) пропусков жидкости вследствие неплотности в цилиндре, саль­ никах и клапанах насоса; 2) запаздывания в открытии и закрытии клапанов, вследствие чего будет происходить утечка жидкости; вса­

Все эти потери учитываются объемным к. п. д. или коэффициентом подачи т\09 который для больших насосов равен 0 97 -f- 0,98; для сред­ них 0,9 -f- 0,95 и для малых насосов 0,85 -î- 0,9.

Регулирование подачи можно осуществлять четырьмя способами:

1)изменением числа оборотов (ходов);

2)перепуском жидкости из нагнетательной полости во всасываю­

щую;

3)изменением площади сечения плунжера с помощью специаль­ ного устройства;

4)изменением длины хода поршня, что достигается: а) перестанов­ кой пальца кривошипа в гнезда, находящиеся на разных расстояниях от центра кривошипного*диска насоса; б) перестановкой пальца криво­ шипа на ползуне.

§4. УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В НАСОСЕ ДЛЯ ПЕРИОДОВ

ВСАСЫВАНИЯ И НАГНЕТАНИЯ

Как уже отмечалось, нормальная устойчивая работа насоса в боль­ шой степени связана с его всасывающей способностью.

Для нормальной работы насоса необходимо не допускать снижения давления, при котором начинается кавитация со всеми сопровождаю­ щими ее отрицательными для работы насоса явлениями. В поршневом насосе жидкость движется неравномерно, поэтому возникают инерцион­ ные силы, оказывающие существенное влияние на величину давления в период всасывания. Рассмотрим движение жидкости во время вса­ сывания в вертикальном насосе простого действия с дисковым порш­ нем (фиг. 12).

Обозначим:

F — площадь поршня в м2\