Лекція 5.

Тема: Лопатеві насоси. Схема і принцип дії відцентрового насоса. Конструктивні різновидності робочого колеса, підводу і відводу. Осьова сила

Мета: Ознайомитися з класифікацією, будовою, принципом дії та правилами обслуговування лопатєвих насосів.

План лекції

1. Будова та принцип дії відцентрових насосів

2. Класифікацію відцентрових насосів

3. Конструкції відцентрових насосів

4. Правила обслуговування відцентрових насосів

Принцип дії лопатевих насосів заснований на тому, що рух рідини здійснюється за рахунок обертання лопатей. Профіль лопасті може бути різним. В залежності від характеру руху рідини в насосі лопатеві насоси діляться нa три групи: відцентрові – рідина переміщається в радіальному напрямку від центру до периферії; осьові – рідина переміщається уздовж осі насоса; вихрові – рідина рухається вихреподібно по периферійному кільцю.

Відцентровий насос складається з наступних основних частин: корпуса 1 спіралевидної форми, робочого колеса з лопатями 2, приводного вала 3, приймального патрубка 4, нагнітального патрубка 5.

При обертанні робочого колеса насоса, виникає відцентрова сила, під дією якої рідина рухається в радіальному напрямку, одночасно лопаті придають рідині обертальний рух. Тому в центрі насоса виникає розрідження, що забезпечує безперервний приплив рідини з всмоктуючого патрубка до центру. Пройшовши через колесо, що обертається насоса, рідина відкидається з коловою швидкістю в спіралевидний розширюющийся канал, який служить напрямним апаратом для потоку рідини.

У розширюющомуся спиралевидному каналі направляючого аппарата відбувається часткове перетворення кінетичної енергії, одержаною рідиною на колесі насоса, в гідродинамічний тиск, з яким рідина відводиться в нагнітальний трубопровід.

Напор Н, створюваний відцентровим насосом, і його подача являються функціями кутової швидкості колеса ω, тобто Н (ω); Q (ω). Тому, від кутової швидкості ω, а також радіусу колеса r залежить одночасно напор Н і подача Q. Однак колова швидкість колеса обмежується міцністю його матеріалу. Так, чавунні колеса можуть мати u ≤ 40 м / с, сталеві – u ≤ 300 м / с, що й визначає напір, створюваний насосом.

Направляючий апарат може бути виконаний також у вигляді нерухомих розширюющихся лопаток в корпусі насоса.

При роботі відцентрового насоса може виникнути кавітація. Якщо тиск у всмоктувальній порожнині падає нижче тиску скипання перекачуємої рідини при даній температурі, то з'являються парові бульбашки, які разом з потоком рідини потрапляють в область високого тиску нагнітання і там миттєво конденсуються. При цьому утворюються порожнечі (каверни), в які спрямовується рідина, створюючи гідравлічні удари, шум і вібрацію насоса. Подача і к. к. д. насоса значно знижуються. В областях зниженого тиску крім пари з рідини виділяються розчинені в ній гази і повітря. Поверхні деталей насоса піддаються ерозії і корозії від впливу повітря і газів. Розвитку кавітації сприяють гострі кромки і шорсткість стінок, різкі повороти потоку.

Для запобігання кавітації тиск у всмоктуючому тракті повинен бути більше тиску насиченої пари перекачуємої рідини. Крім того, не слід перевищувати висоту всмоктування насоса, не перекачувати рідину з високою температурою, своєчасно усуваються підсмоктування повітря у всмоктуючому трубопроводі.

З конструкційних матеріалів більше за інших схильні кавітаційному руйнуванню чавун і вуглецева сталь.

Осьова сила в відцентрових насосах виникає внаслідок різних за значенням і напрямом тисків, що діють на робоче колесо (рис. 24). Залишається неврівноваженою сила тиску рідини на ділянці колеісового диска Dо.

Осьова сила залежить від розмірів робочого колеса і кількості рідини, що подається, вона завжди спрямована в бік всмоктуючого отвору і викликає осьовий зсув колеса в цьому ж напрямку.

Для усунення осьової сили в невеликих одноколісних відцентрових насосах, у його маточині роблять невеликі отвори 1, через які рідина перетікає з порожнини підвищеного тиску в порожнину зниженого тиску. Таким чином, тиск вирівнюється по обидва боки колеса. У великих насосах роблять двостороннє підведення рідини на робоче колесо (рис. 25). У багатоступінчастих насосах на валу встановлюють розвантажувальний диск. Вода до диска підводиться під тиском по каналу 4 з напірного трубопроводу насоса і, пройшовши зазор між подушкою 3 та диском 2, відводиться по каналу 1. Якщо під дією осьової сили вал зміститься вправо, зазор зменшиться, тиск рідини на диск зросте, і він зміститься вліво, відновивши нормальний зазор між ним і подушкою.

Класифікацію відцентрових насосів здійснюють за такими ознаками:

-За способом підведення рідини до колеса з одностороннім і двостороннім підведенням;

-По з'єднанню проточних частин-одноступінчасті, багатоступінчасті, багатопотокові;

- По швидкохідності – тихохідні, нормальні, швидкохідні;

- По всмоктуючої здатності – зважених, несамовсасивающіе;

- По створюваному натиску – низьконапірні (до 0,5 Мпа), середньонапірні (0,5 – 5 Мпа), високонапірні (більше 5 Мпа);

- По розташуванню вала – горизонтальні та вертикальні;

- За конструкцією корпусу – однокорпусні, що мають один роз'єм в площині вала та секційні.

Конструкції відцентрових насосів

Відцентровий консольний насос типу К (рис. 33) одноступінчатий, горизонтальний, з одностороннім підведенням рідини. Може працювати при високій температурі рідини, що перекачується. Насоси випускаються з подачею від 4,5 до 360 м3 / год і напором від 8,8 до 98м.

Насос складається з корпусу 2, кришки 1, опорної стійки 10, робочого колеса 4, насадженого на вал 9. Для розвантаження від осьового тиску робоче колесо має кілька отворів 15 по колу. Колесо кріпиться на валу шпонкою і гайкою 5, вал ущільнюється набивкою 7 і кільцем 13, що розташовуються в корпусі сальника 6 і затиснутими кришкою 8. Сальник змазується водою, яка подається з нагнітальної порожнини насоса по спеціальному каналу. Робоче колесо ущільнюється кільцями 14 і 16 з радіальним зазором в ущільненні 0,2-0,4 мм. Підшипники 11 і 12 вала розташовані в опорній стійкі і змащуються розбрискуємим маслом, що заливається в корпус стійки. Пробка 3 закриває отвір для випуску повітря.

Відцентровий насос з двостороннім підведенням рідини (рис. 34) має горизонтальний вал. Корпус насоса складається з двох частин: нижньої 2 і верхньої 12. Осі приймального і нагнітального патрубків розташовані в горизонтальній площині і спрямовані протилежно Один одному, що спрощує монтажні та ремонтні роботи. На валу 9 на шпонці кріпиться робоче колесо 11 і утримується від осьового зсуву втулками 14 і * гайками 19. Для захисту деталей насоса від зношування ставляться захисні ущільнюючі кільця 10 і 1 Грунд-букса 15. Кільця сальникової набивки і гідравлічного ущільнення знаходяться в корпусах 7, вони закриті кришками 5 (з кожного боку). «Гідравлічний затвор» створюється підведенням перекачується рідини з нагнітальної порожнини до сальникам по трубах 8 я 16. Просочується з затвора рідина відводиться через нарізні отвори 4 і 20, що закриваються пробками. Вал обертається в підшипниках ковзання 7 і кульковому 6.

Вкладиші підшипників ковзання, залиті білим металом, мають кільцеві виїмки для змащування шарикопідшипників – мастило консистентне. Масло в підшипниках охолоджується водою, прокачується через порожнини 18. Пробка 13 закриває отвір для випуску повітря або підключення вакуумного насоса. Насос використовується у вантажних системах нафтоналивних суден, подача його становить 750 м3 / ч при напорі 80-100 м. Насос може бути виконаний вертикальним з турбінним приводом.

Секційний багатоступінчастий насос (рис. 35) складається з окремих секцій корпусу 2, секції поділяються діафрагмами 3. На вертикальний вал 9 жорстко на шпонках насаджені робочі колеса 4 з одностороннім входом рідини. Секції розташовані між верхньою кришкою 8 і нижньою 7, стягнутих анкерними болтами. У нижній кришці влаштований приймальний патрубок з фланцем, у верхній – нагнітальний Вал має нижній упорний підшипник ковзання 6 і два радіальних шарикопідшипника 1, встановлених в кронштейні 10. Підшипники змащуються ковпачковими маслянками. Вихід вала ущільнюється сальником. Осьовий тиск, що виникає, розвантажується за допомогою отворів 5 в ступицях робочих коліс. Якщо насос працює в системі забортної води, деталі, стикаємі з нею, виготовляють з антикорозійних матеріалів. Число секцій в насосі можна збільшувати, цим досягають більш високий натиск. Самовсмоктуючий відцентровий насос (рис. 36) має одо кільцеву ступінь 1, яка відсмоктує повітря з камери 8 у всмоктувальній трубі 5. Труба має безповоротний клапан 7 і грязевідстійник 2. Через триходовий кран 3, повітря відводиться в атмосферу. При відсутності повітря триходовий кран, направляє воду безпосередньо на робоче колесо б відцентрової ступені. Якщо очікується велике надходження повітря з всмоктуючої порожнини, триходовий кран залишається відкритим в атмосферу.

Правила обслуговування відцентрових насосів

Перед пуском насос слід оглянути (переконатися, що пуску нічого не заважає), перевірити кріплення, провернути вручну вал робочого колеса, відкрити повітряний кран на корпусі насоса, відкрити всмоктуючий клапан. Якщо насос несамовсасуючий і працює з підсмоктуванням, залити всмоктувальний трубопровід, якщо насос самовсмоктуючий – залити вакуумну приставку. Пуск насоса проводити при закритому нагнітальному клапані; повітряний кран закрити, як тільки з нього з'явиться вода; повільно відкрити нагнітальний клапан.

Обслуговування насоса під час роботи полягає в спостереженні за показаннями приладів: манометра, вакуумметра і амперметра. Коливання стрілки манометра свідчать про наявність повітря в нагнітальному трубопроводі, а різке зростання показання амперметра – про механічні несправності всередині насоса (якщо показання манометра залишаються незмінними); стежити за станом сальників, перевіряти надходження рідини до гідравлічних затворів (якщо вони є); періодично відкривати повітряні крани на корпусі насоса. При виникненні неполадок в роботі насоса його слід зупинити, неполадки виявити і усунути.

Зупинку насоса проводити в послідовності: зупинити двигун, закрити нагнітальний і всмоктувальний клапани, закрити крани водяного охолодження підшипників (якщо вони є).

Несправності, що виникають в відцентрових насосах, виявляються по зменшенню або припиненню подачі рідини, ненормальних шумів і вібрації, надмірного нагріву окремих частин, збільшення споживаної потужності. Якщо при роботі подача насоса зменшується або припиняється, причиною цього може бути: підсмоктування повітря через приймальний трубопровід або сальник, засмічення приймальної сітки або кінгстона, збільшення зазору між робочим колесом і корпусом насоса, зниження частоти обертання робочого колеса, збільшення температури рідини, що перекачується. Вібрація і стукіт в насосі зазвичай виникають при його неправильній збірці або поганій центровке з приводним двигуном. Нагрівання окремих частин або всього насоса може відбуватися при надмірному або нерівномірному обтисненні сальникової набивки, недостатнього мащення або забрудненому маслі, тривалій роботі при закритому нагнітальному клапані або неправильної роботи диска розвантажувального пристрою (там, де воно є). Неправильна робота розвантажувального диска зазвичай пов'язана із забрудненням відвідної трубки з розвантажувальної камери в приймальний патрубок – слід цю трубку прочистити. Причинами збільшення споживаної насосом потужності може бути: не урівноважений осьовий тиск через неправильну роботу розвантажувального пристрою, механічні пошкодження підшипників або вала. При порівнянні відцентрових і поршневих насосів можна зробити висновок, що перші мають меншу масу і габарити, так як безпосередньо приводяться швидкохідним електро-або турбодвигуном, і рівномірну подачу. Через невеликої кількості деталей в устрої відцентровий насос простіше обслуговувати, він менш чутливий до чистоти перекачуємої рідини, так як робочі клапани відсутні, гідравлічні втрати при всмоктуванні в нього нижче. Однак у відцентрових насосів немає сухого всмоктування, тому їх необхідно обладнати спеціальними вакуумними приставками для забезпечення самовсмоктування. Для цього застосовують водокільцеві або вихрові допоміжні насоси. У відцентрових насосах неможливо регулювати подачу незалежно від створюваного напору, в зв'язку з цим їх не використовують в умовах роботи зі змінною подачею при постійному високому тиску, особливо якщо подачі невеликі.