книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы

На рис. 1-2 дана схема осевого насоса. Его лопасти 1 закреплены на втулке 2 под некоторым углом к средней плоскости колеса, нормаль­ ной к оси. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидко­ сти, сообщая ей энергию и перемещая ее вдоль оси насоса.

Схема и способ действия вихревого насоса выясняются из рис. 1-3. Жидкость поступает через патрубок 1 на периферию рабочего колеса с лопатками 2 и, получая от них энергию, при движении по концентри­ ческому каналу 3, отводится в напорный патрубок 4.

Характерной особенностью вихревого насоса являются подвод и отвод жидкости на периферии рабочего колеса.

1-3. НАСОСЫ ВЫТЕСНЕНИЯ

Работа таких насосов основана на всасывании и вытеснении жидко­ сти (газа) твердыми телами (поршнями, пластинами, зубцами), движу­ щимися в рабочих полостях.

На рис. 1-4 показана схема поршневого насоса. Цилиндр 1 сопря­ жен с клапанной коробкой 2, в гнездах которой расположены всасы­

правления вращения его вала изменяется на­ правление движения жидкости в трубопроводах, присоединенных к на­

сосу. Вал такого насоса может иметь большое число оборотов и соеди­ няться непосредственно с валом электродвигателя.

1-4. СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПОДЪЕМНИКИ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ

Широкое применение в промышленности имеют насосы струйного типа.

Принципиальная схема насоса струйного типа представлена на рис. 1-6. Поток рабочей жидкости проходит через сопло 1. Сечение

сопла по длине уменьшается, поэтому постепенно увеличивается скорость потока. Кинетическая энергия 'потока при этом возрастает, до­

4 и далее по трубопроводу в бак на уровень Нт.

Коэффициент полезного действия струйных насосов низок, но про­ стота конструкции их и отсутствие движущихся частей привели к их широкому применению. Насосами такого типа можно (перемещать ка­ пельные жидкости и газы.

Для подъема и перемещения жидкостей применяют еще так назы­ ваемые пневматические подъемники, в которых используется сжатый воздух или технический газ.

Пневматическое устройство периоди­ ческого действия для подъема жидкости показано на рис. 1-7. Подъем жидкости из резервуара 1 в бак 3 на высоту Нтосу­ ществляется при помощи компрессора К

ипневматического баллона 2. При отклю­ ченном компрессоре и открытых кранаха

иб пневматический баллон 2 заполняется жидкостью из резервуара 1. Закрыв кра­ ны а и б и включив компрессор /С, вы­ тесняют жидкость через открытый кран

.из баллона 2 в бак 3. Цикл подачи осу­ ществляется периодически.

В промышленности широко применя­ ется воздушный (газовый) подъемник для жидкостей, известный под названием эрлифт или газлифт. Подъемники этого типа применяют, например, для подачи воды и нефти из буровых скважин. Схе­ ма такого подъемника дана на рис. 1-8.

В обсадную трубу 1 опущена водоподъемная труба 2. Воздух из ком­ прессора К по воздухопроводной трубке (показана пунктиром) посту­ пает в самую нижнюю часть водоподъемной трубы. Здесь, пройдя че­ рез рассеивающий фильтр, воздух смешивается с водой, образуя в во­ доподъемной трубе воздушную смесь. Удельный Еес этой смеси меньше, чем удельный вес воды в кольцевом цилиндрическом пространстве меж­ ду стенками обсадной и подъемной труб. По закону сообщающихся со­ судов между столбами тяжелой жидкости в обсадной трубе и легкой смеси в подъемной трубе стремится установиться равновесие. Глубина

погружения подъемной трубы под уровень жидкости может быть подо­ брана такой, что высота столба смеси в подъемной трубе будет дости­ гать верхнего конца этой трубы или даже несколько превышать его. Столб тяжелой, чистой воды в обсадной трубе будет выдавливать вверх столб смеси и воздуха по подъемной трубе. При ударе об отбойный конус 4 смесь выделяет воздух, а вода, освобожденная от воздуха, со­ бирается в резервуаре 3.

1-5. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ ПО СВОЙСТВАМ ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ ИМИ СРЕДЫ И ОСНОВНЫМ ПАРАМЕТРАМ

На схеме 2 приведена классификация насосов по свойствам пере­ мещаемой ими среды. Для подачи газов, чистой воды и растворов мо­

и относительно низкой производительности. Это объясняется принципом действия насосов вытеснения, позволяющих получать малую произво­ дительность даже при весьма высоком давлении. Этого нельзя сказать об осевых насосах, специально приспособленных для подачи больших количеств жидкостей при низких давлениях.

Используя величины производительностей и напоров выполненных конструкций насосов и нанося их в координатной системе Q — Я, мож­ но получить график областей применения различных типов насосов. Та­ кой график для водяных насосов представлен в логарифмической коор­ динатной сетке на рис. 1-9.

1-6. ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ НАСОСОВ

Наибольшее распространение в народном хозяйстве получили ло­ пастные насосы. Они применяются для подачи жидкостей и газов. Соз­ даваемый ими напор доходит до 2 500 м вод. ст. и выше, а произво­ дительность до 100 000 м?/ч при работе на жидкостях и до 1 000 000 м3/ч при работе на газах.

В теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи кон­ денсата в системе регенеративного подгрева питательной воды, цир­ куляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системах теплофикации применяются центробежные насосы. Техническое, хозяй­ ственное и противопожарное водоснабжение электрических станций так­ же основывается на применении центробежных насосов.

В последнее время в связи с ростом мощности паровых турбин по­

дачу циркуляционной воды в конденсаторы осуществляют быстроход­ ными осевыми насосами.

Центробежные вентиляторы больших производительностей и напо­ ров применяются в качестве дымососов и дутьевых вентиляторов ко­ тельных агрегатов.

Увеличение производительности котлов потребует перехода к тяго­ дутьевым установкам осевого типа. Такие машины в настоящее время находятся в стадии разработки.

Из насосов вытеснения в теплоэнергетических установках приме­ няются поршневые насосы для питания паровых котлов небольшой паропроизводительности. Ротационные насосы применяются в системах смазки и регулирования турбоагрегатов, крупных насосов и компрес­ соров.

Струйные насосы используются для удаления воздуха из конденса­ торов паровых турбин и в абонентских теплофикационных вводах в ка­ честве смесителей прямой и обратной воды.

Поршневые компрессоры применяются для обдувки поверхностей нагрева котельных агрегатов и снабжения сжатым воздухом пневма­ тического ремонтного инструмента электростанций.

Эрлифты иногда употребляются на тепловых электростанциях для подъема воды из буровых скважин основного или резервного хозяйст­ венного водоснабжения.

Еще более широко насосы всех видов применяются в энергетиче­ ском хозяйстве промышленных предприятий. Центробежные насосы употребляются здесь во всех системах хозяйственного и технического водоснабжения, а также для подачи различных химических реагентов, растворов и масел в технологических схемах производства.

Центробежные компрессоры являются основным видом компрессор­ ных машин в металлургическом и коксохимическом производствах, где они служат для подачи дутьевого воздуха и газов — основных или по­ бочных продуктов производства. Эти машины получили широкое рас­ пространение в системах дальнего газоснабжения для транспортировки газов на большие расстояния.

Очень широкое применение имеют в промышленности центробеж­ ные вентиляторы. Все обширное вентиляционное хозяйство промпредприятий базируется главным образом на центробежных вентиля­ торах.

Осевые компрессоры применяют для сжатия любых газов при больших производительностях и относительно высоких давлениях. Эти машины широко используются в газотурбинных установках.

Что касается осевых насосов, то они получают все большее рас­ пространение в промышленной теплоэнергетике и «постепенно вытесняют центробежные насосы из областей высоких производительностей.

Пневматическое хозяйство металлообрабатывающих и машино­ строительных заводов получает энергию в виде сжатого воздуха обычно от поршневых и реже от ротационных компрессоров.

В основной химической промышленности для синтеза технических газов широко используют поршневые компрессоры высокого давления.

Струйные насосы, газлифты и пневматические установки применя­ ются для различных целей в химической и нефтяной отраслях промыш­ ленности.

Центробежные и струйные насосы для подачи грунто- и золосмесей имеют распространение в системах гидрозолоудаления тепловых элек­ тростанций, при производстве земляных работ методом гидромеханиза­ ции и в торфяной промышленности при разработке залежей торфа ги­ дравлическим способом (гидроторф).

О (кГ/сек) жидкости на высоту Я (м). Поэтому полезную мощность можно представить так:

Эффективность испЬльзования энергиинасосом оценивают полным :к. п. д. насоса т], который определяется как отношение полезной мощно­ сти к мощности на валу насоса:

Полный к. п. д. зависит от типа и производительности насоса; его величина изменяется при изменении режима работы насоса.

Для оценки эффективности компрессоров служат относительные термодинамические к. п. д. (см. § 3-7).

2-3. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАСОСА И ВОДОПРОВОДА

Если насос присоединен к системе трубопроводов, то его работа находится в непосредственной зависимости от гидравлических свойств этой системы, называемой кратко сетью. Рассмотрим смысл и условия этой зависимости на примере установки, -показанной на рис. 2-1.

Первое условие связи вытекает из уравнения неразрывности и за­ ключается в том, что весовые расходы жидкости (газа), проходящей че­ рез насос и присоединенный к нему трубопровод, одинаковы, т. е.

Для случая подачи насосом несжимаемой жидкости справедливо равенство объемных расходов:

Второе условие связи насоса с трубопроводом вытекает из уравне­ ния сохранения энергии, записанного для сечений, «находящихся на уровнях 0 — 0 и Д — Д:

- Ь + и + я . + J - + a ,

где Я — энергия, передаваемая жидкости насосом; 2 Л — потери, обусловленные гидравлическим сопротивлением трубо­

проводов от начала всасывающей трубы насоса до точки Д

Уравнение (2-10) определяет напор Я, который насос должен соз­ давать в заданных условиях работы.

Отметим, что здесь рассматривается установившееся (неизменное во времени) течение жидкости.

При режимах работы с развитой турбулентностью, наблюдающихся в системах трубопроводов, потерю энергии можно считать пропорцио­ нальной квадрату средней скорости. Поэтому сумму двух последних членов уравнения (2-10) можно заменить произведением aQ2 (где a «const). Следовательно, в этом случае

Из выражения (2-10) следует, что насос, включенный в трубопро­ водную сеть, создает напор, равный сумме статического и динамическо­ го напоров сети.

Для каждого насоса при заданном числе оборотов его вала суще­ ствует определенная зависимость между производительностью и напо­ ром. Эта зависимость, показанная графически на рис. 2-2 в координатах Q — Н, называется характеристикой насоса.

Пусть линия А на рис. 2-2 является характеристикой насоса Л, по­ казанного на рис. 2-1. Задавая произвольные значения Q и вычисляя правую часть уравнения (2-1), будем откладывать полученные значе­ ния на рис. 2-2. Соединив плавной линией полученные точки, получим характеристику а трубопровода, показанного на рис. 2-1. Очевидно, что уравнению (2-11) удовлетворяет только точка а пересечения характе­ ристик насоса и трубопровода. Эта точка определяет режим работы на­ соса А на данный трубопровод.

Вопросы совместной работы насосов и трубопроводов подробно рассмотрены в § 3-13 и 3-14.