
- •Федеральное агентство железнодорожного транспорта
- •«Петербургский государственный университет путей сообщения»
- •Насосы, насосные и воздуходувные станции (Конспект лекций) Санкт-Петербург
- •Предисловие
- •Часть I. Насосы и машины для подачи и сжатия воздуха
- •1.1. Назначение насосных и воздуходувных станций в системах
- •1.2. Устройство насосной установки
- •1.3. Классификация насосов. Основные требования к их
- •1.4. Устройство и принцип действия центробежного насоса.
- •1.5. Способы заливки центробежных насосов перед пуском
- •1.6. Основные энергетические параметры насосной установки:
- •1.7. Высота всасывания насоса
- •1.8. Кавитация в насосах. Допустимое значение высоты
- •1.9. Характеристика центробежного насоса
- •1.10. Характеристика системы трубопроводов
- •1.11. Совместная работа насоса и трубопровода. Рабочий режим
- •1.12. Изменения характеристики центробежного насоса при
- •1.13. Перерасчет характеристики насоса с одной частоты вращения рабочего колеса на другую на заданные параметры
- •1.14. Перерасчет характеристики насоса с одного диаметра
- •1.15. Регулирование подачи насоса задвижкой на напорной линии
- •1.16. Регулирование подачи насоса перепуском расхода из
- •1.17. Параллельная работа одинаковых центробежных насосов
- •1.18. Параллельная работа центробежных насосов с разными
- •1.19. Параллельная работа центробежных насосов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга
- •1.20. Последовательная работа центробежных насосов
- •1.21. Последовательная работа центробежных насосов, располо-
- •1.22. Кинематика движения жидкости в рабочих органах насоса.
- •1.23. Основное уравнение центробежного насоса. Теоретический
- •1.24. Влияние формы лопаток рабочего колеса насоса на значение теоретического напора
- •1.25. Уравнение теоретической подачи центробежного насоса
- •1.26. Теоретическая характеристика центробежного насоса
- •1.27. Признаки геометрического, кинематического и
- •1.28. Законы подобия насосов
- •1.29. Коэффициент быстроходности для лопастных насосов
- •1.30. Классификация лопастных насосов по коэффициенту
- •1.31. Осевые и диагональные насосы
- •1.32. Вихревые и центробежно-вихревые насосы
- •1.33. Водокольцевые вакуум-насосы
- •1.34. Струйные насосы
- •1.35. Воздушные водоподъемники (эрлифты)
- •1.36. Объемные насосы: поршневые, плунжерные, диафрагменные, насосы-дозаторы
- •1.37. Объемные насосы: винтовые, шестеренные, шиберные,
- •1.38. Вибрационные насосы
- •1.39. Шнековые насосы
- •1.40. Воздуходувные и компрессорные машины: воздуходувки,
- •Контрольные вопросы к части 1 «Насосы и машины для подачи и сжатия воздуха»
- •Часть 2. Насосные и воздуходувные станции
- •2.1. Насосные станции в системах водоснабжения, их назначение и
- •2.2. Схема системы водоснабжения с насосными станциями
- •2.3. Общие рекомендации по проектированию водопроводных
- •2.4. Водопроводные насосные станции первого подъема (внс I) при
- •2.5. Водопроводные насосные станции первого подъема (внс I)
- •2.6. Разновидности водопроводных насосных станций второго
- •2.7. Режим работы внс II
- •2.8. Расчет внс II, подающей воду в водонапорную башню
- •2.9. Высотная схема системы водоснабжения с внс II, подающей воду
- •2.10. Расчет внс II, подающей воду в сеть с контррезервуаром
- •2.11. Высотная схема системы водоснабжения с внс II, подающей воду в сеть с контррезервуаром
- •2.12. Особенности расчета внс II, подающей воду в водопроводную сеть без напорно-регулирующих емкостей
- •2.13. Подбор насосов и анализ их работы в системе водоснабжения
- •2.14. Определение количества резервных агрегатов для водопроводных насосных станций
- •2.15. Требования к устройству и размещению насосных агрегатов
- •2.16. Особенности монтажа всасывающих и напорных трубопроводов
- •2.17. Определение отметки оси насоса и допустимой высоты всасывания.
- •2.18. Оборудование для залива насосов, технического водоснабжения,
- •2.19. Подъемно-транспортное оборудование насосных станций
- •2.20. Проектирование здания насосной станции
- •Схемы и классификация насосных станций систем водоотведения
- •2.22. Насосные станции водоотведения с погружными насосами
- •2.23. Режим работы и категория надежности действия насосных станций водоотведения
- •2.24. Расчет производительности насосной станции водоотведения и
- •2.25. Определение диаметров и устройство всасывающих и
- •2.26. Расчетный напор насосов станции водоотведения
- •2.27. Выбор основных насосов станции водоотведения. Построение
- •- Для аварийного режима работы
- •2.28. Определение количества резервных агрегатов для насосной
- •Резерв насосного оборудования насосных станций водоотведения
- •2.29. Составление высотной и плановой схем насосной станции
- •2.30. Перекачка сырого и сброженного осадков, активного и
- •2.31. Электродвигатели для насосов и их подбор
- •2.32. Электроснабжение насосных станций
- •2.33. Основные понятия об автоматизации работы насосных станций
- •Основные положения по эксплуатации насосной станции
- •2.35. Назначение и состав основного оборудования воздуходувных
- •2.36. Определение необходимого количества воздуха и
- •2.37. Режим совместной работы воздухонагнетателей и воздуховодов
- •2.38. Схемы компоновки внутристанционных воздухопроводов и
- •2.39. Требования к забору и очистке воздуха. Фильтры
- •Контрольные вопросы по курсу «Насосные и воздуходувные станции»
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Насосы, насосные и воздуходувные станции
- •190031, СПб., Московский пр., 9
- •190031, СПб., Московский пр., 9
1.35. Воздушные водоподъемники (эрлифты)
Воздушные водоподъемники, или как их еще называют эрлифты применяют при подъеме подземных вод из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос. Кроме того они являются не заменимыми для промывки и прокачки скважин в процессе их сооружения. Устройство эрлифта чрезвычайно просто, у него нет подвижных частей и поэтому он может быть использован для перекачки жидкости, содержащей большое количество взвешенных частиц.
Принцип действия воздушного водоподъемника ясен из схемы на рис. 1.30. В водоподъемную трубу 4, заглубленную под уровень воды, через форсунку 2 под давлением по воздухопроводу 3 от компрессора подается сжатый воздух. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси значительно меньше плотности воды, в результате чего смесь поднимается кверху в резервуар-воздухоотделитель 3. Из резервуара вода по отводящей трубе 6 подается потребителю, а воздух выбрасывается в атмосферу.
Подача и напор эрлифта находятся в определенной зависимости. Подача уменьшается с увеличением высоты подъема .
Эффективность
работы эрлифта во многом зависит от
правильности выбора заглубления
форсунки, характеризуемого коэффициентом
погружения
.
Высоту подъема (напор) эрлифта, без учета потерь в водоподъемной трубе, можно определить по формуле:
, (1.75)
где |
|
- высота заглубления форсунки под уровень воды; |
|
|
- плотность воды; |
|
|
- плотность воздушно-водяной смеси. |
Расход жидкости перекачиваемой эрлифтом определяется по формуле
, (1.76)
где |
|
- КПД эрлифта; |
|
|
- объем воздуха, подаваемый к форсунке; |
Что касается КПД эрлифта, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3…0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД воздуш-ного водоподъемника составляет обычно 0,15…0,20.
В
таб. 1.2 приведены значения напора эрлифта
и
наиболее выгодные его условия работы,
характеризующиеся относительной
глубиной погружения
и
относительным расходом воздуха
.
Таблица 1.2
, м |
|
|
До 20 |
3 – 1,5 |
1,5 – 2 |
40 |
2 |
3,5 – 2 |
60 |
1,5 |
5 – 5,5 |
80 |
1,2 |
6,5 – 7 |
100 |
1 |
8 – 9 |
Лекция 12
1.36. Объемные насосы: поршневые, плунжерные, диафрагменные, насосы-дозаторы
Объемные насосы работают по принципу перемещения жидкости путем периодического изменения объема занимаемого ею камеры, которая попеременно сообщается со входом и выходом насоса.
В зависимости от конструктивного исполнения и формы движения рабочего колеса объемные насосы разделяются на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные и диафрагмовые) и роторные (шестеренные, винтовые, шиберные и др.).
Поршневыми называются насосы, у которых рабочие органы выпол-нены в виде поршня. По роду действия они бывают одностороннего и дву-стороннего действия.
На рис. 1.31 приведена схема однопоршневого насоса одностороннего действия. Такой насос состоит из кривошипного механизма 10, который приводит в движение шатун 9, преобразуя вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна 8.
При
перемещении поршня 6 слева направо в
рабочей камере 3 создается разрежение
и через нижний клапан 2 засасывается
объем жидкости
(где
– площадь поршня;
– ход поршня). При обратном переме-щении
поршня, после прохождения крайней правой
мертвой точки, этот же объем жидкости
вытесняется через верхний клапан 2 в
напорной трубо-провод.
За
один оборот кривошипного механизма
однопоршневой насос одностороннего
действия совершает один цикл всасывания
и один цикл нагнетания, в напорный
трубопровод выталкивается объем жидкости
.
Теоретическая подача насоса в этом случае составляет
, (1.77)
где - частота вращения кривошипного механизма, мин-1.
Действительная подача насоса будет меньше вследствие запазды-вания закрытия всасывающего и напорного клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнители
, (1.78)
где
- объемный КПД насоса,
.
В
поршневых насосах двустороннего действия
(рис. 1.32), в которых рабочие камеры I
и II
с клапанами располагаются по обе стороны
цилиндра, движение поршня в любую сторону
является рабочим. Поэтому в таких насосах
циклу всасывания через нижний клапан
в левой рабочей камере соответствует
цикл нагнетания через верхний клапан
в правой рабочей камере, и наоборот. За
один оборот кривошипного механизма в
напорный трубопровод будет выталкиваться
объем жидкости
,
где
- площадь поперечного сечения штока.
Подача поршневого насоса двустороннего действия составляет
(1.79)
Одним из существенных недостатков поршневых насосов является неравномерность подачи. Отношение максимальной подачи жидкости насосом к средней называется коэффициентом неравномерности подачи.
У однопоршневого насоса одностороннего действия коэффициент неравномерности подачи равен 3,14, а у двустороннего действия – 1,57. У трех- и четырехпоршневых насосов одностороннего действия коэффициенты неравномерности подачи равны соответственно 1,11 и 1,05.
Для уменьшения неравномерности подачи поршневых насосов перед насосом и после него устанавливаются герметически закрытые камеры – воздушные колпаки. Обычно они являются частью конструкции самого насоса. На рис. 1.33 показана схема поршневого насоса со всасывающим (ВВК) и нагнетательным (НВК) воздушными колпаками.
Полный объем воздушного колпака, устанавливаемого на всасывающей стороне насоса, независимо от типа насоса, должен составлять (15…30) FS; он должен быть заполнен воздухом на 1/3 полного объема.
Полный объем воздушного колпака, устанавливаемого на напорной части насоса должен составлять: для однопоршневых насосов односто-роннего действия 33FS, двустороннего действия 13,5FS, для трехпоршневых насосов одностороннего действия 0,75FS. Объем воздуха равен примерно 2/3 полного объема колпака.
Запускать в работу и останавливать поршневые насосы можно только при открытой задвижке на напорном трубопроводе, так как пуск насоса при закрытой задвижке может привести к поломке насоса или разрыву напорного трубопровода.
К достоинствам поршневых насосов следует отнести возможность подачи постоянного точно известного расхода жидкости вне зависимости от сопротивления напорного трубопровода. Недостатками этих насосов считаются сложность их конструкции, наличие воздушных колпаков, неравномерность подачи, сложность эксплуатации и меньшую (по сравнению с центробежными насосами) надежность в работе.
В системах водоснабжения и водоотведения поршневые насосы практически не применяются однако могут быть использованы в других отраслях техники.
Плунжерные насосы отличаются от поршневых лишь конструкцией рабочего органа. У плунжерных насосов вместо поршня используется плунжер, представляющий собой цилиндрический стержень.
На
рис 1.34 приведена схема плунжерного
насоса с дифференциальным плунжером.
У этого насоса при движении плунжера
справа налево выталкиваемая жидкость
объемом
разделяется на две части. Одна из них
поступает в напорный трубопровод, а
вторая
занимает освобождающуюся полость камеры
II.
При движении плунжера слева направо,
когда происходит всасывание, объем
также выталкивается в напорный
трубопровод. За один оборот кривошипного
механизма в напорный трубопровод
поступает жидкость объемом
,
но двумя порциями, т.е. более равномерно,
чем у однопоршневого насосов одностороннего
действия.
Плунжерные насосы широко используются в реагентных хозяйствах очистки воды для дозирования растворов реагентов.
На рис. 1.35 приведен разрез насоса-дозатора типа НД, который представляет собой горизонтальный одноплунжерный насос одностороннего действия с приводом от электродвигателя через редуктор. Подача у насосов этого типа составляет 160…1000 л/ч при максимальном давлении 1 МПа. Подачу насоса можно изменять от нуля до максимума, увеличивая ход плунжера.
Двухплунжерные и многоплунжерные насосы используются также для перекачки ила на станциях очистки сточных вод.
Диафрагменные насосы по принципу действия близки к поршневым насосам. Рабочий орган выполнен в виде упругой диафрагмы из кожи, прорезиненной ткани, синтетического или из химически стойкого материала.
Устройство и принцип работы диафрагменного насоса можно уяснить из рис. 1.36. Такой насос состоит из упругой диафрагмы 4, герметично закрывающей рабочую камеру 3, к которой присоединены всасывающий 1 и нагнетательный 6 патрубки. Диафрагма прикреплена к штоку 5, совершающему возвратно-поступательное движение. При движении штока вверх в рабочей камере создается вакуум и через всасывающий клапан 2 жидкость поступает в насос. При обратном движении штока вниз жидкость под давлением через нагнетательный клапан 7 вытесняется в напорный патрубок.
Часовая подача диафрагменного насоса может быть определена по формуле
, (1.80)
где |
|
- рабочий объем насоса, м3; |
|
|
- число двойных ходов штока, мин-1; |
|
|
- объемный КПД насоса. |
Диафрагменные насосы обеспечивают небольшой напор. Их приме-няют для водоотлива при производстве строительных работ, а также в качестве дозировочных в сооружениях для очистки воды и обработки сточных вод.
Лекция 13