Подстрочные индексы

_* — параметры потока в критическом сечении (сечение _*–_*)

0 — параметры потока в заторможенном состоянии

1 — окружность входа на лопатку колеса; параметры рабочего потока на выходе из сопла (сечение 1–1)

2 — окружность выхода с лопатки колеса; параметры рабочего и инжектируемого потоков на входе в камеру смешения (сечение 2–2)

3 — параметры сжатого (смешанного) потока на выходе из камеры смешения (сечение 3–3)

R — радиальный

s — параметры рабочего и инжектируемого потоков в произвольном сечении камеры смешения

ад — адиабатный

в — параметры воздуха; всасывание

г — газ; гидравлический

ж — жидкость

из — изотермический

мех — механический

н — нагнетание, параметры инжектируемого потока

нп — параметры насыщенного пара

об — объемный

опт — оптимальный

от — относительный

п, пол — полезная

пв — параметры паровоздушной среды

пер — переносный

пр — параметры предельного режима

р — параметры рабочего потока

рн — параметры рабочего потока на входе в камеру смешения

с — параметры сжатого (смешанного) потока

т — параметры инжектируемого твердого тела; теоретический

ц — циркуляции

эф — эффективная

1. Общие сведения о машинах для подачи жидкостей и газов

1.1 Основные определения и классификация устройств для подачи жидкостей и газов

Насос — устройство (гидравлическая машина или аппарат) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей механической энергии (потенциальной и кинетической). ГОСТ 17398–72 определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Устройства для безнапорного перемещения жидкости насосами обычно не называют и относят к водоподъемным машинам.

Компрессорная машина — это машина, предназначенная для подачи газовых сред путем сообщения им механической энергии. В зависимости от степени сжатия  (т. е. отношения давления на выходе к давлению на входе) лопастных компрессорных машин различают вентиляторы ( <  1,15), газодувки (1,15 ≤   ≤  3) и компрессоры (  > 3). Вследствие малого изменения давления вентиляторами термодинамического изменения газа почти не происходит. Это дает основание рассматривать теорию лопастных насосов и вентиляторов слитно, как теорию машин для подачи несжимаемой среды.

Гидравлические машины для подачи жидкостей и газов в целом часто называют также нагнетателями.

Названия большинства устройств, применяемых для всасывания и нагнетания жидкостей, состоят из слова «насос» и соответствующего определения, характеризующего, как правило, либо принцип его действия (например, центробежный, электромагнитный), либо особенности конструкции (горизонтальный, зубчатый, шиберный), либо подаваемую среду (например, конденсатный, грунтовой). Иногда определительное слово фиксирует назначение или область применения насоса (например, лабораторный, дозировочный), тип привода (с паровым приводом, с электроприводом), а также автора конструкции (например, насос Гемфри) или название фирмы (насос СИХИ — по первым буквам слов Simen Hinsch; насос Фарко — по имени владельца завода). Некоторые из рассматриваемых устройств получили особые названия, например: газлифт, одна из конструкций которого называется маммут-насос, или насос Маммута; вытеснители, к которым относится монжус, называемый также насосом Монтежю, или пневматический насос; гидроэлеватор, инжектор и эжектор, являющиеся разновидностями струйного насоса.

Устройства для напорного перемещения жидкостей разделяют на виды и разновидности по различным признакам, например по принципу действия и конструкции. Насосы можно также условно разделить на насосы-машины, приводимые в действие от двигателей, и насосы-аппараты, которые действуют за счет иных источников энергии и не имеют движущихся рабочих органов. ГОСТ 17389–72 подразделяет насосы на два основных класса: динамические и объемные.

Компрессорные машины также подразделяют на динамические и объемные.

В динамических машинах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость (газ) в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и выходом насоса (компрессорной машины). Доля кинетической энергии в общем приращении энергии достаточно велика вследствие больших скоростей жидкости (газа) на выходе из машины.

Работа объемных машин выполняется путем всасывания и вытеснения жидких или газовых сред за счет циклического изменения объема в рабочих полостях (цилиндрах, корпусах специальных форм) при движении рабочих органов (поршней, диафрагм, пластин, зубцов и т. д.). Простейший пример — поршневой насос одностороннего действия. Периодичность движения поршня обусловливает неравномерность подачи и возникновения инерционных сил. Поэтому привод таких машин имеет низкую частоту вращения. Эти обстоятельства вызвали появление объемных насосов вращательного типа, называемых роторными: шестеренных, пластинчатых и винтовых.

Классификация насосов по энергетическому и конструктивным признакам представлена на рис. 1.1, аналогичная классификация компрессорных машин — на рис. 1.2.

Динамические машины представлены в современной промышленности четырьмя основными конструктивными группами: центробежными, диагональными и осевыми насосами (рис. 1.3), вентиляторами и компрессорами и вихревыми насосами. Машины первых двух групп являются лопастными, третья группа относится к машинам трения.

Лопастные насосы также подразделяются по конструкции отвода — устройства для частичного преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию давления (со спиральным, кольцевым или лопаточным отводом), по числу потоков внутри рабочего колеса (рис. 1.4), по числу ступеней рабочих колес в насосе — одноступенчатый, многоступенчатый (одностороннее или симметричное расположение колес на одном валу с последовательным прохождением потока) и по числу потоков — однопоточные и многопоточные (с параллельным прохождением потока через колеса, расположенные на одном валу). По расположению оси вращения вала насосы подразделяются на вертикальные, горизонтальные, с наклонной осью.

В осевых и диагональных насосах лопасти на рабочем колесе могут быть жестко закрепленными во втулке или с поворотными (регулируемыми), с электрическим, гидравлическим или электрогидравлическим приводом их разворота.

По способу герметизации насосы можно разделить на две группы: с уплотнением вала (обычно сальниковым или торцевым, для крупных насосов — щелевым) и герметичные (с экранированным электродвигателем, ротор и статор которого разделены тонкой цилиндрической гильзой из магнитопроницаемой стали).

Рис. 1.1. Основная классификация насосов

Рис. 1.2. Основная классификация компрессорных машин

Рис. 1.3. Классификация лопастных насосов по направлению потока жидкости на выходе из рабочего колеса: а) центробежный; б) диагональный; в) осевой

Рис. 1.4. Классификация центробежных насосов по потокам внутри рабочего колеса: а) одностороннего входа; б) двустороннего входа

Классификация насосов по назначению не может быть строгой, так как одни и те же насосы применяются в энергетике, водоснабжении, в химическом производстве и т. д. Например, в теплоэнергетике все центробежные насосы разделяют на следующие группы: 1) насосы для чистой воды; 2) конденсатные (для удаления конденсата с температурой до 393 К); 3) питательные (для подачи горячей воды в паровые котлы); 4) насосы для кислых сред (из нержавеющих сталей); 5) насосы для подачи смесей жидкостей и твердых частиц, в том числе песковые, шламовые (грязевые), земляные (землесосы) (для снижения износа проточная часть насосов выполнена из конструкционных или твердых белых чугунов).

Особо следует отметить химические насосы (тип Х). Конструктивно они выполнены практически одинаково и различаются в основном материалом деталей проточной части в зависимости от качества перекачиваемой среды и условий эксплуатации. Химические насосы выпускаются различных типоразмеров (Х, АХ, ХБ, ХВС, ХГ, ХМ, АХП, ХО, ХП, ТХ, ТХИ) в горизонтальном и вертикальном исполнении.