книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

насоса, образуя тем самым жидкостное кольцо, эксцентрично расположенное относительно корпуса: в верхней точке кор­ пуса, где лопатки рабочего колеса максимально приближе­ ны к корпусу насоса, нижняя граница водяного кольца со­ прикасается со ступицей рабочего колеса, а в диаметрально противоположной точке в воду погружены лишь концы ло­ паток и водяное кольцо максимально удалено от ступицы колеса. Образовавшееся серповидное пространство между ступицей рабочего колеса и водяным кольцом и является рабочей полостью. Эта полость разделена лопатками рабо­ чего колеса на отдельные ячейки.

При вращении рабочего колеса (по ходу часовой стрелки) объемы ячеек в зоне всасывания увеличиваются и создается вакуум. Под действием вакуума воздух по входному пат­ рубку через всасывающее окно поступает в рабочую полость. При дальнейшем вращении рабочего колеса объемы ячеек в зоне нагнетания уменьшаются за счет входа в них жидко­ сти, воздух в них сжимается и через нагнетательное окно по выходному патрубку подается в воздухосборник или вы­ брасывается в атмосферу. Таким образом, в водокольцевом насосе жидкость выполняет роль поршня, всасывающего и сжимающего воздух с последующим его удалением.

Период пуска, когда насос отсасывает воздух до тех пор, пока всасывающий трубопровод и насос не будут заполнены жидкостью, должен быть ограничен по времени (7-12 мин) во избежание перегрева предварительно залитой в насос жидкости.

Для поддержания постоянного объема водяного кольца и от­ вода теплоты, образующейся при сжатии воздуха и трении уплотнителей, в корпус насоса непрерывно подается вода из водопровода или из циркуляционного бачка.

Охлаждающая вода вводится в корпус насоса через по­ лость гидравлического затвора сальника в месте максималь­ ного выхода лопаток колеса.

Водокольцевые насосы выпускают следующих типов: ВВН — водокольцевой вакуум-насос; ВК — водокольцевой компрес­ сор; ДВК — водокольцевой вакуум-насос двойного действия.

1.2.3. ВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ

Устройство насоса. Основными составными частями вих­ ревого насоса являются корпус с крышкой, на внутрен­ них торцевых поверхностях которых выполнены рабочий

Рис. 1.22. Схема вихревого насоса открытого типа (а), сечение и развертка колеса и ка­ налов (б):

1 — боковые каналы; 2 — корпус; 3 и 6 — вса­ сывающее и нагнетательное окна; 4 — рабочее колесо; 5 — перемычка

равен внутреннему диаметру кольцевого канала. Кольцевой канал закрыто-вихревого насоса выполнен с двух сторон рабочего колеса, его начало соединено со всасывающим пат­ рубком, а конец — с нагнетательным.

Простейшая схема открыто-вихревого насоса представ­ лена на рис. 1.22, а. В корпусе 2 расположено рабочее коле­ со 4 с прямыми радиальными лопатками. С обеих сторон колеса в корпусе имеются боковые каналы 1, простираю­ щиеся не по всей окружности, а по дуге, примерно соответ­ ствующей центральному углу 330°. На остальном участке окружности каналы перекрываются перемычкой 5, которая разделяет всасывающую и напорную полости насоса.

Ш ирина канала в радиальном направлении сохраняется постоянной по всей длине. Глубина каналов постоянна только в центральной части, а на участках, соответствующих вса­ сывающему 3 и нагнетательному 6 окнам (начало и конец канала), они имеют переменную глубину, которая постепенно уменьшается и становится равной нулю в начале и в конце канала (рис. 1.22, б).

На рис. 1.23 показана принципиальная схема закрыто­ вихревого насоса. Рабочее колесо 1 размещено в корпусе 2. Ж идкая среда к рабочему колесу подводится через всасыва­

ограниченного соседними лопастями и стенками боковых каналов переменного сечения. При прохождении указанных лопастей через участок, соответствующий всасывающему окну 3 (см. рис. 1.22), этот объем увеличивается, что вызы ­ вает падение давления газа в нем, давления во всасываю­ щем трубопроводе и, следовательно, затекание газа в насос. При движении этих же лопастей на участке нагнетательно­ го окна 6 рассматриваемый объем уменьшается, и в нем создается давление больше, чем в нагнетательном патрубке, а газ вытекает из насоса.

При нормальном режиме работы насоса жидкость через всасывающее окно 3 парциально поступает на лопатки ко­ леса (т. е. только на те лопатки, которые в данный момент находятся около всасывающего окна). Попав в межлопаст­ ные пространства, жидкость под действием центробежной силы отбрасывается в боковые каналы (канал). При этом в начале канала образуется разряжение, и через всасываю­ щий патрубок жидкость поступает в насос. Далее жидкость увлекается лопатками вдоль по каналам к нагнетательно­ му окну 6. На участке каналов между всасывающим и на­ гнетательным окнами происходит дальнейшее увеличение напора.

Это увеличение объясняется следующим образом. Перед передней плоскостью лопатки по ходу вращения создается повышенное давление, а на противоположной поверхности, наоборот — пониженное давление. Частицы жидкости, за­ полняющие кольцевые каналы, устремляются в зоны пони­ женного давления. Далее вследствие меньшей скорости дви­ жения жидкости в каналах по сравнению со скоростью вра­ щения лопаток эти частицы попадают в зоны повышенного давления перед очередными набегающими лопатками и снова отбрасываются в каналы, получая при этом дополнитель­ ный запас энергии. Жидкость попадает несколько раз в меж­ лопастные полости, и каждый раз происходит приращение ее энергии. В меридианном сечении частица жидкости со­ вершает вихревое движение с продольным вихрем, а в на­ правлении окружности рабочего колеса — винтообразное (траектории аб, рис. 1.22) и радиальное вихревое.

Движение жидкости через насос такого типа сопровож­ дается интенсивным вихреобразованием (почему насос и на­ зывается вихревым), в процессе которого осуществляется передача энергии от колеса к жидкости и значительно по­ вышается напор последней. Следствием интенсивного вихреобразования (и последующего разрушения вихрей при вы­

талкивании жидкости из каналов в напорное окно) явля­ ются большие потери энергии, что резко снижает КПД насоса.

Отличительная особенность вихревого насоса заключает­ ся в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопаст­ ное пространство колеса, где каждый раз получает допол­ нительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому напор вихревых насосов в два-четыре раза больше, чем у центробежных при одном и том же диаметре колеса, т. е. при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, позволяет исполнять вихревые насосы зна­ чительно меньших размеров и массы по сравнению с цент­ робежными.

Виды вихревых насосов. Распространение получили ком­ бинированные насосы, состоящие из основного рабочего ко­ леса закрытого типа и вспомогательного колеса открытого типа, соединенных последовательно. Комбинированные вих­ ревые насосы имеют хорошую самовсасывающую способность

иих КПД достигает 0,4.

Ввихревых насосах (особенно в насосах закрытого типа) по сравнению с центробежными жидкость подводится к ра­ бочему колесу в зоне повышенных скоростей. Поэтому воз­ можность возникновения кавитации на входе в вихревое

колесо весьма велика. Предупредить возникновение кави­ тации можно повышением давления на входе. Для этого устанавливают дополнительное центробежное колесо. На­ сос, состоящий из двух последовательно включенных цент­ робежного и вихревого колес называется центробежно-вих­ ревым. Таким образом, центробежно-вихревые насосы яв­ ляются разновидностью вихревых насосов и имеют две сту­ пени, работающие последовательно. Первая ступень — центробежная, вторая — вихревая. Это позволило создать компактный высоконапорный насос, обладающий самовсасыванием и имеющий хорошую всасывающую способность. В насосе такого типа часть полного напора развивается цент­ робежным колесом, КПД которого меньше, чем у вихрево­ го. Поэтому КПД центробежно-вихревого насоса несколько выше, чем КПД вихревого насоса.

Сочетание центробежной и вихревой ступеней в одном колесе (двухступенчатый насос) позволяет значительно по­ высить подачу, напор и высоту самовсасывания по сравне­ нию с центробежными. Центробежно-вихревые насосы име­

ют подачу 14,4-22,7 м3/ч при напоре 80-160 м. Высота самовсасывания 6 м.

Таким образом, применение центробежного насоса в ка­ честве первой ступени позволяет повысить допустимую час­ тоту вращения вала насоса и его напор. Назначение центро­ бежной ступени в центробежно-вихревом насосе состоит

вобеспечении бескавитационной работы второй ступени,

вкачестве которой используется вихревой насос закрытого типа.

1.3.КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

1.3.1. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ НАСОСОВ

Конструкции центробежных насосов включают следую­ щие основные детали: рабочее колесо, корпус, подвод, от­ вод, вал, уплотнения, подшипники.

Рабочее колесо. Рабочее колесо служит для преобразова­ ния механической энергии приводного двигателя и переда­ чи ее перекачиваемой жидкой среде. Рабочие колеса быва­ ют открытые, полуоткрытые и закрытые с односторонним или двухсторонним входом.

На рис. 1.24 показаны разрез и общий вид закрытого рабочего колеса с односторонним входом. Оно состоит из заднего (внутреннего) диска 1, который к центру переходит

АА —А

Вид А

в ступицу 3 для установки колеса на валу, и переднего (внеш­ него) диска 4. Между дисками размещены лопатки 2, кото­ рые могут иметь цилиндрическую либо пространственную форму. Рабочие колеса насосов для перекачки чистых жид­ костей обычно имеют 6 -8 лопаток, а колеса насосов, пере­ качивающих загрязненные жидкости (например, фекаль­ ные), — 1-4 лопаток.

У открытых рабочих колес отсутствуют только передний диск, а лопатки крепятся к заднему диску (рис. 1.25). При этом колеса с малым зазором сопрягаются с передней крыш ­ кой насоса. Такие насосы имеют пониженный КПД из-за увеличенных гидравлических потерь.

На рис. 1.26 показаны разрез и общий вид рабочего коле­ са с двухсторонним входом. Оно состоит из внутреннего диска 1, выполненного заодно со ступицей, двух внешних дисков 3 и лопаток 2.

На рис. 1.27 показано рабочее колесо для насоса канали­ зационного типа.

В большинстве случаев рабочее колесо изготавливают це­ ликом путем отливки, и только в отдельных случаях для крупных насосов диски и лопатки делают отдельно и соеди­ няют путем сварки.

Для изготовления рабочих колес в основном используют чугун. Он обеспечивает необходимую прочность, позволяет упростить технологию производства и сократить стоимость. У крупных насосов в рабочих колесах при вращении от дей­ ствия центробежной силы возникают большие напряжения, способные разрушить металл, и в этом случае колеса вы-

полняют литыми из обычной углеродистой стали, прочность которой по сравнению с чугуном значительно выше. Для специальных (багерные, землесосы) насосов, которые пере­ качивают жидкую среду, содержащую абразивные матери­ алы, рабочие колеса выполняют из марганцовистой и дру­ гой легированной стали, обладающей повышенной твердо­ стью. В отдельных случаях для специальных насосов по­ верхности проточной части рабочего колеса футеруют, т. е. облицовывают различными материалами (эластичными, ан­ тикоррозийными и т. д.). Для подачи жидкой среды, обла­ дающей повышенными коррозирующими свойствами, ис­ пользуют насосы с рабочими колесами, выполненными из бронзы. В кислотных насосах применяют рабочие колеса, вы­ полненные из специальных материалов (железокремниевый сплав, железохромистый сплав, титановые сплавы). В пос­ ледние годы для изготовления рабочих колес широко исполь­ зуют различные пластмассы и полимерные материалы.

Корпус. В корпусе насоса объединены все неподвижные детали проточной части: всасывающий и напорный патруб­ ки, каналы подвода к рабочему колесу и отвода от них. Вся внутренняя полость корпуса насоса при работе заполнена перекачиваемой жидкостью и находится под давлением.

Корпус насоса обычно отливают из чугуна или углероди­ стой стали. Стенки каналов корпуса должны быть по воз­ можности гладкими, так как их повышенная шереховатость значительно понижает КПД насоса.

Вверхней части корпуса имеются отверстие для заливки

икраник для выпуска воздуха, а в нижней части — краник для спуска жидкости.

На входе и выходе из колеса между ним и корпусом для предотвращения трения оставляют небольшие зазоры (до 0,25 мм). В зазор вставляют сменные уплотнительные коль­

ца (чугунные или бронзовые). Для уменьшения утечек в месте зазора устраивают лабиринт.

Подвод. Подвод (подводящее устройство) устанавливают на всасывающей стороне насоса для обеспечения входа жид­ кой среды во всасывающую полость рабочего колеса с наи­ меньшими гидравлическими потерями. К фланцам подвода крепят всасывающую трубу.

У центробежных насосов подводы бывают осевые (рис. 1.28, а—в), боковые (рис. 1.28, г) и полуспиральные (рис. 1.28, д). Осевые подводы могут быть цилиндрически­ ми (рис. 1.28, а), коническими сходящимися (конфузорными) (рис. 1.28, б) и коническими расходящимися (диффу-