12.9. Устройство и характеристики осевого насоса

О собым типом лопастных насосов являются осевые или пропеллерные насосы (рис. 12.18). Осевой насос состоит из вала 1, на котором установлены лопатки 2, корпуса 3 и нагнетательного патрубка 4. Жидкость к колесу такого насоса подводится и выходит из него не меняя своего направления, вдоль оси. Насосы эти применяются при малых напорах до 20 м и сравнительно больших производительностях до 30 м³/с.

Осевые насосы находят широкое применение в оросительных системах, конденсационных установках, шлюзовых системах и т. д.

Теоретический напор определяется по уравнению Эйлера при условии u₁ = u₂ = u, тогда

.

(12.55)

При осевом подводе с₁cos₁=0 и

.

(12.56)

Характеристики осевых насосов отличаются от характеристик центробежных и имеют седловину (рис. 12.19). Высота всасывания осевых насосов ввиду их большой быстроходности во избежание кавитации делается отрицательной, т. е. колесо насоса опускается ниже уровня воды.

12.10. Поршневые насосы. Устройство и принцип действия. Классификация

П оршневые насосы всех видов работают по общему принципу вытеснения жидкости. Рассмотрим принципиальную схему поршневого насоса (рис. 12.20). Он состоит из следующих основных элементов: 1. цилиндр; 2. поршень; 3. всасывающий клапан; 4. всасывающий трубопровод; 5. нагнетательный клапан; 6. нагнетательный трубопровод; 7. шатун; 8. кривошип.

При вращении вала кривошипа приводится в действие поршень. Когда он движется слева направо, в цилиндре возникает разряжение, открывается клапан 3 и происходит заполнение цилиндра жидкостью.

В крайнем правом положении (крайние положения поршня называется мертвыми точками) происходит изменение направления движения поршня и он начинает выталкивать жидкость из цилиндра. При этом под воздействием повышенного давления всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный 5 – открывается. Таким образом, происходит процесс нагнетания. Затем цикл повторяется. Производительность насоса определяется по формуле

,

(12.57)

где F – площадь поршня;

S – ход поршня;

n – число оборотов в минуту.

Действительное количество жидкости, подаваемой насосом, меньше теоретического, в силу того, что в насосе имеются утечки через неплотности. Если вспомнить, что утечки жидкости через неплотности оцениваются объемным КПД _о, то действительная производительность

.

(12.58)

Все многообразие имеющихся поршневых насосов можно разделить на следующие группы:

1. По способу приведения в действие:

а) с кривошинно-шатунным механизмом;

б) прямодействующие (паровые);

в) ручные.

Схема а) рассмотрена выше.

Прямодействующий насос представляет собой комбинацию паровой машины и насоса, поршни которых насажены на один вал. Под поршень паровой машины (рис. 12.21) подается пар и под воздействием образующегося усилия перемещается поршень насоса, осуществляя тем самым процесс всасывания и нагнетания. Подобные насосы применяются в котельных установках для питания котла водой за счет собственного пара.

Ручные насосы применяются в случае необходимости разовой откачки небольших количеств жидкости.

2 . По расположению оси цилиндра насоса:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

3. По устройству поршня насоса:

а) с дисковым поршнем;

б) плунжерные.

При создании сравнительно небольших давлений применяют дисковые поршни с уплотнением в виде манжет или уплотнительных колец. При больших давлениях применяют плунжерные поршни, у которых ширина поршня соизмерима с его ходом или даже больше (рис. 12.22).

У плотнение здесь достигается за счет точной приработки цилиндра и поршня. Малый зазор между плунжером и цилиндром обеспечивает хорошее уплотнение.

4. По роду действия:

а) простого действия;

б) двойного действия;

в) многократного действия;

г) дифференциальные.

С ущественным недостатком поршневого насоса простого действия (рис. 12.20) является неравномерность подачи им жидкости в нагнетательный трубопровод. Так за один оборот вала кривошипа происходит ход всасывания, когда жидкость в нагнетательный трубопровод не подается, и ход нагнетания. Для устранения этого недостатка применяют насосы двойного действия (рис. 12.23). Отличием этого насоса от насоса простого действия является наличие двух пар клапанов – 3 и 5 – всасывающих и 4 и 6 – нагнетательных. Это позволяет насосу работать двумя сторонами поршня. Когда в левой полости открыт всасывающий клапан 3 в правой открыт нагнетательный 6 и наоборот – в правой открыт 5 в левой 4. Таким образом, получается более равномерная подача жидкости. Производительность такого насоса рассчитывается по формуле

,

(12.59)

где f – площадь сечения штока.

Д ля приближенных расчетов можно пользоваться формулой

.

(12.60)

Более равномерную подачу, чем у насоса простого действия можно получить и с помощью дифференциального насоса (рис. 12.24). У этого насоса половина подачи поступает в нагнетательный трубопровод в процессе нагнетания, а половина поступает в полость справа от поршня (см. рисунок). В процессе всасывания жидкость из правой полости выталкивается в нагнетательный трубопровод. Преимуществом данной схемы является то, что здесь всего одна пара клапанов, а равномерность подачи такая же, как и у насоса двойного действия. Производительность такого насоса

.

(12.61)

Насосы многократного действия имеют несколько (3 – 4) цилиндров, приводящихся в действие от одного коленчатого вала. Наиболее равномерную подачу жидкости имеют насосы тройного действия.

5. По назначению:

а) насосы для воды;

б) насосы для вязких жидкостей;

в) насосы для горячих жидкостей;

г) растворонасосы;

д) грязевые насосы.