3535

Несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

-надежность и долговечность работы;

-экономичность и удобство эксплуатации;

-изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

-минимальные размеры и масса;

-простота устройства, заключающаяся в минимальном числе деталей и полной их взаимозаменяемости;

-удобство монтажа и демонтажа.

4.2.Принцип действия динамических насосов

Принцип действия лопастных насосов

Работа лопастных насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Центробежные насосы. Основным рабочим органом центробежного насоса 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.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно с двигателями с помощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды), кислотные, грунтовые и др.

Осевые насосы. Рабочее колесо осевого насоса состоит из несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закругленной передней, набегающей на поток кромкой.

Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере, заполненной перекачиваемой жидкостью. При динамическом воздействии лопасти на жидкость за счет изменения скорости течения давление над лопастью повышается, а под ней понижается. Благодаря образующейся при этом подъемной силе основная масса жидкости в

Вихревые насосы. Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую и входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединѐнные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из неѐ многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а, следовательно, и напора. Благодаря этому напор вихревых насосов в 2-4 раза больше, чем у центробежных, при одном и том же диаметре колеса, то есть при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, позволяет исполнять вихревые насосы значительно меньших размеров и массы по сравнению с центробежными.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий КПД (0,25-0,5) и быстрый износ их деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы.

Струйные насосы. Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией. Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

В водоструйном насосе вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения, давление в которой становится меньше атмосферного. Из камеры смешения общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. По-

стоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу.

Воздушные подъѐмники. Воздушный подъемник, или как его еще называют эрлифт, состоит из вертикальной трубы, погружаемой под уровень воды в скважине или в приемном резервуаре. Внутри трубы проходит воздуховод, по которому сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине ниже уровня воды в скважине. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси значительно меньше плотности воды, в результате чего смесь поднимается по трубе над уровнем воды в скважине на высоту Н.

Что касается КПД воздушного подъемника, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3-0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД установки составляет обычно 0,15-0,20. Таким образом, по энергетическим показателям это не очень эффективный способ подъема воды. В то же время устройство эрлифта чрезвычайно просто, у него нет подвижных частей и поэтому не опасно попадание в него взвешенных частиц. Он достаточно удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос.

Шнековые насосы. Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют с трехзаходной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке, выполняемом обычно из бетона. Линейная скорость кромок шнека 2-5 м/с соответствует частоте вращения 20-100 мин-1 в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращений приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через редуктор или через клиноременную передачу.

Угол наклона шнека принимают 25-30°, что при обычной длине шнека 10-15 м обеспечивает высоту подъема 5-8 м. Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает его жесткость. Поэтому при большой подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем самым высоту подъѐма. Подачи шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6-7 м. Средний КПД шнекового насоса составляет около 0,70-0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.

4.3. Принцип действия объѐмных насосов

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. Он состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим и напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратнопоступательное движение. К корпусу присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня вправо

вцилиндр засасывается объем жидкости. 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 нагнетаний (рабочий).

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается в зависимости от прочности отдельных деталей, а также от мощности двигателя, приводящего насос

вдействие.

Поршневые насосы двустороннего действия. Камеры таких насосов с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движение 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 тех же геометрических размеров.

Плунжерные насосы. Они отличаются от поршневых конструкцией рабочего органа. Вместо поршня они имеют плунжер, представляющий собой полый цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. Плунжерные насосы применяются в качестве насосов-дозаторов. Принцип действия плунжерных насосов основан на возвратно-поступательном движении одного цельного цилиндра (поршня) внутри пустотелого цилиндра (корпуса), в котором в результате создается эффект разрежения/нагнетания. В зависимости от положения полнотелого цилиндра (поршня) в камере насоса (корпусе) создается либо давление разрежения (процесс всасывания), либо давление нагнетания (создание давления в напорной линии). Процесс регулируется с помощью системы всасывающих и нагнетательных клапанов. Эти насосы обеспечивают очень точное дозирование, так как и поршень, и рабочая камера изготовлены из материалов, практически не подверженных механическим изменениям в процессе эксплуатации насоса (за исключением процессов коррозии и механического износа движущихся

частей). 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.). Подача реагентов насосамидозаторами регулируется изменением длины хода поршня или числа ходов (рабочих циклов). Изменение длины хода поршня производится с помощью либо микрометрического винта, либо специальных механических делителей, ограничивающих ход поршня. Изменение числа ходов поршня осуществляется за счет электрической схемы управления насосом. Как правило, насосы-дозаторы имеют предохранительные клапаны и устройства для стравливания воздуха из рабочей камеры.

Диафрагменные насосы. Имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану) из кожи, прорезиненной ткани или из синтетического материала.

Шестеренный насос. Рабочим органом насоса являются две шестерни: ведущая и ведомая, размещенные в корпусе с небольшими радиальными и торцовыми зазорами. При вращении колес жидкость поступает из полости всасывания во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость.

Объемный КПД шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протечки жидкости через зазоры. В среднем он составляет 0,7-0,9. Шестеренные насосы обладают реверсивностью и при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока в трубопроводах, присоединенных к насосу.

Винтовые насосы. Имеют винты специального профиля, линия зацепления между которыми обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. При вращении винтов эта линия перемещается вдоль оси. Длина винтов для обеспечения герметичности при всех их положениях должна быть несколько больше шага винтов. Жидкость, расположенная во впадинах винтов и ограниченная корпусом и линией защемления винтов, при вращении их вытесняется в область нагнетания. В большинстве случаев винтовые насосы выполняются с тремя винтами: средний - ведущий и два боковых - ведомые.

4.4. Достоинства и недостатки насосов

По мере увеличения возможной подачи насосы располагаются в следующем порядке: объемные, центробежные и осевые. Если же в качестве определяющего параметра рассматривать максимально возможное значение напора, то порядок будет обратным. Проанализируем в этой связи достоинства и недостатки рассмотренных насосов,