Насосы. Презентация

Транспортирование жидкостей

Применяемые в химической технологии жидкости и газы необходимо транспортировать по трубопроводам как внутри предприятия, так и вне его. Для транспортирования жидкости с более низкого уровня на более высокий используют гидравлические машины - насосы, в которых механическая энергия двигателя преобразуется в энергию транспортирования жидкости вследствие повышения ее давления.

Классификация насосов

Объемные: энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно.

Возвратно-поступательные подразделяются на поршневые, плунжерные, диафрагменные.

Вращательные (или роторные) подразделяются на шестеренные, винтовые и др.

Динамические:энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес или сил трения. По виду силового воздействия на жидкость динамич. насосы подразделяются на лопастные и насосы трения.

Объемные насосы

Возвратно-поступательные

Поршневые насосы

В цилиндре возвратно-поступательно движется поршень, приводимый в действие кривошипно-шатунным механизмом. При движении поршня вправо возникает разряжение, из-за которого всасывающий клапан поднимается вверх, жидкость из резервуара поступает в цилиндр. При этом нагнетательный клапан закрыт, т.к. на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе 7.

При движении поршня налево в цилиндре создается избыточное давление , под действием которого опускается всасывающий клапан , нагнетательный открывается и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод.

Таким образом за один оборот вала происходит одно всасывание и одно нагнетание, процесс перекачивания жидкости происходит неравномерно. Такие насосы называют насосами простого действия.

В зависимости от числа всасываний и нагнетаний за один оборот вала поршневые насосы подразделяют на насосы однократного и многократного действия.

По расположению различают горизонтальные и вертикальные насосы. В горизонтальных из-за неравномерного давления поршня на цилиндр происходит неравномерный износ цилиндра и поршня, и, следовательно, более быстрый, чем в вертикальных насосах выход из строя.

При работе в условиях высокого давления поршневые насосы требуют сложных уплотняющих устройств, поэтому для создания высоких давлений поршень заменяют полым или сплошным плунжером (скалкой).

На рис. плунжерный вертикальный насос простого действия – всасывание и нагнетание происходит вследствие возвратно-поступательного движения плунжера в цилиндре. Уплотняются плунжеры с помощью сальников.

По скорости вращения поршневые насосы подразделяются на тихоходные (40-60 об/мин)

нормальные (60-120) и быстроходные (120-180 об/мин).

Одна из разновидностей поршневых насосов простого действия – диафрагменные насосы, которые применяют для перекачивания загрязненных и химически агрессивных жидкостей. Плунжер отделен от перекачиваемой жидкости гибкой перегородкой – диафрагмой из резины или специальной стали. При ходе плунжера она прогибается влево или вправо.

Недостатком поршневых насосов простого действия является неравномерность их работы, которая существенно снижается в насосах многократного действия.

Насос двойного действия имеет два всасывающих и два нагнетательных клапана.

Насосы тройного действия (триплекс-насосы) представляют собой строенные насосы простого действия с общими трубопроводами всасывания и нагнетания и коленчатым валом, кривошипы

Каждого из трех насосов расположены под углом 120⁰ относительно друг друга. За один оборот вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается.

Изменение производительности поршневого насоса можно показать графически: изменение мгновенной скорости движения поршня во времени следует синусоидальному закону

На рис представлена диаграмма подачи жидкости поршневым насосом простого, двойного и тройного действия. Площадь диаграммы, ограниченная сверху суммарной кривой, изображает подачу всеми цилиндрами.

Производительность.

В поршневых насосах жидкость при всасывании занимает в цилиндре объём, освобождаемый поршнем. Теоретическая производительность насоса простого действия

Q_т= F*L*n, м³/сек, где

F – площадь сечения поршня, м²,

L – длина хода поршня, м,

n – число оборотов, мин^-1.

Теоретическая производительность насоса двойного действия

Q_т = FХLХn + (F–f)хLХn = Ln (2ХF–f), м³/сек

где

f – площадь поперечного сечения штока, м².

Т.к. f << F, то производительность насоса двойного действия вдвое выше производительности насоса простого действия.

Действительная производительность насоса

Q = Q_т

где

- коэффициент подачи или объёмный к.п.д., учитывающий утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах, местах стыковки трубопроводов, образование в цилиндре воздушных «мешков».

= 0,97 – 0,99 для насосов большой производительности,

= 0,9 – 0,95 для насосов средней производительности (Q = 20 -300 м³/ч),

= 0,85 – 0,9 для насосов малой производительности.

Производительность поршневого насоса – величина постоянная, независящая от напора.

Шестеренный насос. Рабочим органом насоса являются две шестерни: ведущая и ведомая, размещенные в корпусе с небольшими радиальными и торцовыми зазорами. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, 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, т. е. 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. Рабочим органом винтового насоса являются ведущий винт и несколько ведомых винтов, заключённых в обойму, расположенную внутри корпуса.

Преимущественное распространение в промышленности получили насосы, имеющие три винта – один ведущий и два ведомых.

При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на расстояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих уплотняющих обкладок, препятствующих перетеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания. Из камеры нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод.

Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки и увеличивается с возрастанием отношения длины винта к его диаметру.

Пластинчатый насос представляет собой массивный цилиндр с прорезями постоянной ширины (ротор), который расположен эксцентрично в корпусе. Вал ротора через сальник в торцевой крышке выводится из корпуса для соединения с валом электродвигателя. В прорези цилиндра вставляются прямоугольные пластины, которые при вращении ротора под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренне поверхности цилиндра, разделяя серповидное рабочее пространство между ротором и корпусом на камеры. Объём каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка к вертикальной оси насоса, в результате чего в камере образуется разрежение и происходит всасывание жидкости через патрубок. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объём камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод.

Монтежю представляет собой горизонтальный или вертикальный резервуар, в котором для перекачивания жидкости используется энергия сжатого воздуха или инертного газа. Монтежю работает периодически. Жидкость поступает в монтежю по трубе наполнения через открытый кран, для чего открывают кран-воздушник (если наполнение происходит под атмосферным давлением) или кран, соединяющий монтежю с вакуум-линией (если наполнение происходит под вакуумом). При передавливании жидкости все эти краны закрывают и открывают кран на нагнетательной трубе и кран подачи сжатого газа, давление которого контролируют по манометру. После опорожнения монтежю закрывают эти краны и открывают кран для сообщения монтежю с атмосферой.

Достоинством монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются из-за истирания и коррозии. Поэтому монежю применяют для перекачивания загрязнённых, химически агрессивных и радиоактивных жидкостей, несмотря на низкий к.п.д. (10-25%).

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

В динамических насосах жидкость приобретает энергию в результате силового воздействия на неё рабочего органа в рабочей камере, постоянно сообщающейся с их входом и выходом.

Центробежные насосы

Основным рабочим органом является свободно вращающееся внутри спиралевидного корпуса колесо, насаженное на вал. Между дисками колеса, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопаток образуют межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. Всасывание и нагнетание жидкости в центробежных насосах происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при движении колеса.

Значения механического КПД у современных крупных центробежных насосов достигают η_м=0,924-0,96; общий же КПД центробежных насосов крупных размеров и тщательного изготовления равен η=0,754-0,90 и иногда 0,92.

Вихревые насосы

Рабочее колесо с плоскими радиальными лопастями , образующими криволинейные каналы ,

охватывается отводом . Внутренний выступ , входящий в отвод и охватывающий каналы в рабочего колеса, служит для разделения потоков всасывания и подачи . В жидкости, заполняющей межлопастные каналы , при вращении рабочего колеса развиваются центробежные

силы. Они вызывают непрерывное движение жидкости из межлопастных каналов через цилиндрическое сечение в отвод . Ввиду неразрывности течения жидкость непрерывно

втекает в межлопастные каналы из отвода через плоское кольцевое сечение. Таким образом, в отводе образуется вихревое течение, показанное на левой проекции на рис. 15.1 штриховой стрелкой. Кроме того, в отводе г возникает переносное тангенциальное течение, обусловленное тем, что массы жидкости,выбрасываемые из каналов в в отвод, обладают тангенциальной скоростью. Следовательно, принцип работы вихревого насоса состоит в том, что энергия жидкости, протекающей через межлопаточные каналы рабочего колеса, повышается за счет действия центробежных сил в ней;жидкость с повышенной энергией выносится вихревым

потоком в отвод и вытесняется далее в напорный патрубок.Взамен вытесняемой жидкости происходит непрерывное всасывание ее через патрубок .

КПД, учитывающий все потери в лучших конструкциях, не превышает 0,5.

Струйные насосы

В струйных насосах рабочая жидкость с большой скоростью из сопла 1 поступает в камеру смешения создается разряжение, достаточное для подъема жидкости из перекачиваемого резервуара в насос. Засасываемая жидкость быстро смешивается с рабочей, и смесь поступает вначале в конфузор 3, в котором скорость движения смеси плавно уеличивается, достигая в горловине 4 максимального значения. В диффузоре 5 скорость потока уменьшается , и в соответствии с уравнением Бернулли, кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию давления, вследствие чего смесь поступает в нагнетательный трубопровод од напором.

Струйные насосы подразделяют на инжекторы(нагнетательные) и и эжекторы(всасывающие).

Воздушный подъёмник (эрлифт) состоит из трубы для подачи сжатого воздуха и смесителя, где образуется газо-жидкостная смесь, которая вследствие меньшего удельного веса поднимается по трубе. На выходе из неё газо-жидкостная смесь огибает отбойник. При этом из смеси выделяется воздух, а жидкость поступает в сборник. Воздушные подъёмники имеют сравнительно низкий к.п.д. (25-35%). Достоинством их является отсутствие движущихся частей.