Насосы

1. Параметры насоса и насосные установки. Принцип действия лопастных насосов. Основное уравнение центробежного насоса

В данном разделе изучаются насосы с вращательным движением ра­бочего органа (рабочего колеса): центробежные, диагональные и осевые. Лопастные насосы выпускаются заводами в широком диапазоне подач (от 1,5 л/с до 40 м7с) и напоров (от 2,5 до 1000 м). Это наиболее распростра­ненная группа насосов. Рабочим органом лопастного насоса является вра­щающееся в неподвижном корпусе рабочее колесо, снабженное лопатками. Эти лопатки при вращении рабочего колеса оказывают силовое воздейст­вие на жидкость, находящуюся в корпусе насоса, тем самым передавая ей некоторое количество энергии, которое и затрачивается на создание напо­ра или давления насоса. Рабочее колесо закреплено на валу и приводится в действие двигателем. Жидкость входит в рабочее колесо в осевом направ­лении, а выходит из него либо в радиальном - у центробежных насосов, либо в осевом направлении - у осевых насосов.

В корпусе насоса имеется входной (всасывающий) патрубок; выход­ной (напорный) патрубок; концевые уплотнения вала; уплотнения рабоче­го колеса; подшипники насоса; устройства для разгрузки осевых усилий. Внутренний канал в корпусе насоса от входного патрубка до входного от­верстия рабочего колеса называется подводом насоса. Жидкость, вышед­шая из рабочего колеса, отводится к выходному патрубку, который назы­вается отводом насоса. К напорному патрубку присоединяется напорный трубопровод. У центробежных насосов наиболее распространенными ти­пами подводов являются прямоосный и полуспиральный, а отводами - спиральный и лопаточный (направляющий аппарат).

Наиболее часто в мелиорации и с.-х. водоснабжении используются центробежные насосы следующих типов:

• горизонтальные консольные типа К и КМ;

• горизонтальные двухстороннего входа типа Д;

• вертикальные типа В;

• горизонтальные многоступенчатые секционные типа ЦНС;

• горизонтальные многоступенчатые типа ЦН;

• вертикальные многоступенчатые секционные погружные для подъ­ема воды из скважин: типа ЭЦВ - погружные и типа ЦТВ - с трансмисси­онным валом. Широкое применение находят также осевые насосы типа О и ОПГ - вертикального и горизонтального исполнения.

• Основные параметры и классификация насосов

• Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

• Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.

• Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости

• Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с или м3/ч.

• Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

• Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической .энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

Устройство и принцип действия лопастных насосов.

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и диагональные насосы. Работа этих насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типовразличен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Обычно применяются два типа лопастных насосов:

- одинарного (простого) действия;

- двойного действия.

Обе конструкции имеют одинаковые узлы и различаются лишь формой внутренней поверхности статора: окружность - в случае лопастных насосов одинарного действия; овал - в случае лопастных насосов двойного действия.

Пластинчатый насос содержит ротор, установленный на валу. В пазах ротора расположены лопасти, охваченные статором. Торец ротора

опирается на распределительный диск, установленный в корпусе. В насосе одинарного (простого) действия рабочая поверхность статора - цилиндрическая, ось рабочей поверхности смещена относительно оси вращения ротора на величину е - эксцентриситет насоса. В насосах с регулируемой подачей величина эксцентриситета е может бесступенчато изменяться от нуля до максимального значения.

При вращении ротора лопасти перемещаются в пазах ротора:

- при удалении лопастей от его центра объем зоны всасывания увеличивается, происходит всасывание рабочей жидкости;

• при приближении к нему в зоне нагнетания объем зоны уменьшается, и жидкость оттуда вытесняется в линию нагнетания.

• Основное уравнение центробежных насосов было впервые выведено знаменитым математиком и механиком Эйлером ( 1707 - 1783), членом Петербургской академии наук. [5]

• При выводе основного уравнения центробежного насоса принимается, что гидравлические потери в рабочем колесе отсутствуют и рабочее колесо имеет бесконечно большое число лопастей. Поэтому можно считать, что жидкость, протекающая в каналах рабочего колеса, состоит из элементарных струек, форма которых строго соответствует форме каналов, ограниченных лопастями, а скорость во всех точках каждого живого сечения одинакова.

уравнение центробежного насоса впервые в самом общем виде было получено в 1754 г. Л. Эйлером и носит ею имя.

Рассматривая движение жидкости внутри рабочего колеса, сделаем следующие допущения: насос перекачивает идеальную жидкость в виде струй, т. е. в насосе отсутствуют все виды потерь энергии. Число одинаковых лопастей насоса бесконечно большое (z = µ), толщина их равна нулю (d= 0), а угловая скорость вращения колеса постоянна (w= const.).

К рабочему колесу центробежного насоса со скоростью Vo жидкость подводится аксиально, т. е. в направлении оси вала. Затем направление струй жидкости изменяется от осевого до радиального, перпендикулярного оси вала, а скорость благодаря центробежной силе увеличивается от значения V1 в пространстве между лопастями рабочего колеса до значения V2 на выходе из колеса.

В межлопастном пространстве рабочего колеса при движении жидкости различают абсолютную и относительную скорости потока. Относительная скорость потока — скорость относительно рабочего колеса, а абсолютная — относительно корпуса насоса.

Основное уравнение центробежного насоса, позволяющее определить развиваемый им теоретический напор, можно вывести, используя теорему о моменте количества движения.

Основное уравнение центробежных насосов устанавливает зависимость между энергией, сообщаемой потоку в рабочем колесе лопастного насоса, и скоростями потока в нем. При выводе основного уравнения пользуются законом моментрв количества движения и исходят из представления о среднем значении скорости по сечению потока.