Вопросы по дисциплине» Насосы и воздуходувные станции»

1. Схема и принцип действия поршневого и плунжерного насосов.

2. Формулы для определения расхода насоса. Регулировка подачи поршневого насоса.

У объемных насосов движение рабочего органа может быть возвратно- поступательным или вращательным, поэтому их разделяют на две группы: к первой группе относятся поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы; ко второй-шестеренные, винтовые и др.

Поршневой насос одностороннего действия состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим и напорными клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. К корпусу присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Вращательное движение вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня вправо в цилиндр засасывается объем жидкости V=FS (где F- площадь поршня; S- ход поршня). При ходе поршня влево этот же объем вытесняется в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания. Теоретическая подача насоса в этом случае составляет , где n-частота вращения кривошипа, мин^-1.

Действительная подача Q меньше теоретической вследствие запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения, а также за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости. Поэтому действительная подача Q= , где - объемный КПД насоса или коэффициента наполнения, зависящий от размеров насоса и составляющий 0,9-0,99.

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается в зависимости от прочности отдельных деталей, а также от мощности двигателя, приводящего насос в действие. Объем жидкости V поршневой насос одностороннего действия подает за один рабочий ход поршня. Мгновенный расход жидкости подаваемой насосом, равен площади поршня F, умноженной на скорость его движения v. Поскольку возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, скорость поршня изменяется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса. Эти обстоятельства определяют основной недостаток поршневых насосов одностороннего действия- прерывистую и неравномерную подачу.

Подача поршневого насоса неравномерная, ( рис.2) она изменяется по синусоидальному закону Q = Q_макс·sin α, где  - угол поворота кривошипа.

Для выравнивания подачи устанавливают поршневой насос двойного действия, одна из конструкций которого показана на рис. 3.

В таких насосах камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движения поршня в любую сторону является рабочим: циклу всасывания в левой камере соответствует цикл нагнетания в правой, и наоборот. Подача поршневого насоса двустороннего действия почти вдвое больше подачи насоса одностороннего действия .

Н апор, создаваемый поршневым насосом, определяется из формулы

где N – мощность двигателя, Вт; η – коэффициент полезного действия, η = 0,65…0,8.

Для обеспечения возможно более равномерной подачи поршневых насосов и уменьшения инерции масс жидкости, заполняющей систему, практикуется также устройство воздушных колпаков. Вследствие большой упругости воздуха, находящегося в колпаке, во время цикла нагнетания происходит его сжатие и поглощение части объема жидкости, прерывающего среднюю за рабочий цикл подачу. Во время цикла всасывания воздух расширяется, и процесс вытеснения жидкости в напорный трубопровод продолжается.

Плунжерные насосы отличаются от поршневых конструкцией рабочего органа. Вместо поршня они имеют плунжер, представляющий собой полный цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы. В эксплуатации плунжерные насосы несколько проще, так как у них меньше изнашиваемых деталей ( отсутствуют поршневые кольца, манжеты и пр.).

В плунжерных насосах (рис.5) подача выталкиваемой в напорный патрубок жидкости определяется диаметром плунжера D_п, радиусом r и числом оборотов кривошипа n:

Q = (D²/4) 2rn.

Р ис. 5. Плунжерный насос: 1 - цилиндр; 2-всасывающий патрубок; 3 - всасывающий клапан; 4 -напорный клапан; 5 - напорный патрубок; 6 - плунжер; 7 - шток; 8 - шатун; 9 - кривошип; 10 - уплотнение; 11 - байпас

Плунжерные насосы широко используются в технологии обработки воды в качестве насосов – дозаторов растворов реагентов.

Центробежные насосы.

Основным рабочим органом центробежного насоса, один из возможных вариантов которого схематически изображен на рис. 1.3, является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков ( переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждую часть жидкости, находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением , где w-угловая скорость вала, рад/с. Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне ( атмосферное) и в центральной области колеса ( разрежение). Для отвода жидкости в корпусе насоса применяется расширяющаяся спиральная камера ( в форме улитки), куда и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом. По числу рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосы. В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом и с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа. По способу отвода жидкости из рабочего колеса различают насосы со спиральными и турбинными отводами.