книги из ГПНТБ / Упоров, Н.Г. Землесосные снаряды и перекачивающие установки

Графические характеристики получают опытным путем: во вре­ мя работы касоса замеряют все параметры, затем, изменяя подачу насоса в нескольких режимах, определяют давление, мощность, к. п. д., вакуумметрическую высоту всасывания. По результатам из­ мерений определяют точки характеристики насоса. Эти точки от­ кладывают в определенных масштабах в системе координат и строят графическую характеристику насоса.

К. п.д. определяют расчетным путем как отношение полезной мощности к мощности, потребляемой насосом

4=-^ •юо%.

N

Полезная мощность Nп, или полезно совершаемая в единицу времени (в секунду) работа, для насоса равна

Q - н п-тг кВт,

102

где Q — подача насоса, л/сек; Яп— напор, м; у — плотность жид­ кости, т/м3; 102 — коэффициент для перевода результата в кВг. Например, Q= 300 л/сек, Яп=126 м, у=1 (для воды).

N n 300 • 126 ■ 1 = 376 кВт.

102

Потребляемая насосом мощность Nn по показанию ваттметра составила 500 кВт. Следовательно, к. п. д. насоса будет равен

41

На графике построены кривые давления (Q—Я), мощности (Q—N), к. п. д. г] (Q—ri) и допустимой вакуумметрической высоты всасывания (Q—И) в зависимости от подачи насоса. Подачу насо­ са Q (л/сек или м3/ч) откладывают по горизонтальной оси; давле­ ние Я (м) — по вертикальной оси. По вертикальной оси также от­ ложены величина допустимой вакуумметрической высоты всасыва­ ния h, мощность насоса N и к. п. д. г) насоса. Рассмотрим, как поль­ зуются графическими характеристиками.

В точке А подача насоса равна нулю, т. е. он работает при за­ крытой задвижке 9 (см. рис. 11). При этом он развивает напор

При дальнейшем открывании задвижки подача насоса будет увеличиваться, а развиваемое им давление уменьшаться, так же как и допустимая вакуумметрическая высота всасывания, которая в точке В составит всего лишь 1 м.

На характеристике давления (Q—Н) волнистыми линиями вы­ делен участок кривой, все точки которого соответствуют нормально­ му режиму работы насоса. Этот участок характеристики называет­ ся рабочей частью характеристики насоса. При этом развиваемое давление Я, соответствующее сопротивлению напорного трубопро­ вода, будет от 97 до 130 м, подача насоса Q будет от 450 до 260 л/сек, к. и. д. г\ не менее 70%, допускаемая вакуумметрическая высота всасывания h — 5,3—2 м вод. ст., а мощность N от 500 до 630 кВт, что вполне соответствует мощности предусмотренного для этого насоса электродвигателя.

В результате анализа приведенных графических характеристик можно сделать следующие выводы об особенностях работы центро­ бежных насосов:

1.Подача насоса находится в обратной зависимости от суммар

ной величины сопротивлений напорной и всасывающей линий, т. е. чем большее давление Я требуется для преодоления этого сум­ марного сопротивления, тем меньше будет подача насоса. И наобо­ рот, чем меньше суммарное сопротивление, тем выше подача на­

соса.

Но подача насоса не может расти беспредельно. С ростом пода­ чи насоса Q уменьшается вакуумметрическая высота всасывания h. В определенный момент сопротивление всасывающей линии может

42

превысить величину h, после чего прекратится подача жидкости в насос и он не сможет работать.

2.Мощность N, потребляемая насосом, пропорциональна его подаче. Поэтому при перегрузке электродвигателя следует ввести в

напорную линию дополнительное сопротивление (прикрыть задвиж­ ку, уменьшить сечение трубы на выбросе или установить на гидро­ мониторе насадку меньшего диаметра), т. е. увеличить сопротивле­ ние напорной линии, что снизит подачу насоса и мощность, потреб­ ляемую им, и этим разгрузит двигатель.

3.Коэффициент полезного действия насоса зависит от режима его работы. Для обеспечения эффективной работы насоса жела­ тельно ввести его в режим наибольшего к. п. д., т. е. выдержать па­ раметры, указанные в паспорте насоса.

§ 13. Режим работы центробежного насоса

Подача и напор, развиваемые центробежным насосом, зависят от скорости схода жидкости с концов лопаток рабочего колеса. Эта скорость в свою очередь зависит от диаметра и числа оборотов ра­ бочего колеса.

Если увеличить или уменьшить диаметр рабочего колеса, не ме­ няя числа его оборотов в минуту, то соответственно будут изменять­ ся развиваемые насосом давление и подача.

Например, насос 14Д-6 развивает в оптимальном режиме давле­ ние 115 м, а суммарное сопротивление всасывающей и напорной ли­ ний составляет 95 м. Для обеспечения нормальной работы насоса диаметр его рабочего колеса в этом случае надо уменьшить. Для приближенного подсчета определена следующая зависимость основ­ ных параметров:

Di = 660 мм обеспечивает подачу Q= 360 л/сек; давление 115 м, по­ требляя при этом мощность N = 600 кВт. Если же уменьшить диа­ метр рабочего колеса до /)2 = 610 мм и рассчитать новые параметры по приведенным формулам, то получим

Напор, развиваемый насосом при этой подаче,

Изменение характеристики насосов возможно также путем из­ менения числа оборотов рабочего колеса.

43

При выборе режима работы центробежного насоса особенное внимание должно быть уделено характеристике всасывающей лднии. Как указывалось выше, если сопротивление всасывающей ли­ нии превысит допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания, насос прекращает свою работу (происходит срыв вакуума). Однако еще до этого момента возможно создание условий, при которых воз­ никнет явление кавитации. Работа насоса в режиме кавитации не­ допустима. Сущность кавитации заключается в следующем.

Когда абсолютное давление в области входа жидкости на лопат­ ки рабочего колеса ниже давления парообразования (при данной температуре), жидкость быстро вскипает и в ней образуются пу­ зырьки, заполненные паром.

Двигаясь с большой скоростью по проточным каналам рабочего колеса насоса, пузырьки пара попадают в область высокого давле­ ния, где мгновенно конденсируются. Вследствие резкого сокраще­ ния объема пузырьков окружающая их масса жидкости устремляет­ ся с большой скоростью к центру их и происходит местный гидрав­ лический удар большой силы. Если пузырек в момент его конденса­ ции находится на поверхности лопатки или отвода, которые ограни­ чивают поток, то гидравлический удар приходится на эту поверх­ ность и вызывает местное разрушение металла. Кроме того, кави­ тация сопровождается термическими и электромеханическими яв­ лениями, которые еще больше усиливают износ поверхностей лопа­ ток и корпуса насоса.

Возникновение явления кавитации можно определить на слух: при малой кавитации слышится легкое протрескивание в области всасывающей части насоса; при средней — шум в рабочем колесе и корпусе, небольшая вибрация насоса; при сильной кавитации имеют место резкие удары знутри корпуса, большая вибрация всего агре­ гата и, наконец, срыв вакуума.

Ликвидация кавитации, возникающей при пуске насоса при не­ полностью заполненной напорной линии, может быть достигнута пу­ тем частичного закрытия задвижки с целью создать противодавле­ ние и снизить расход, развиваемый насосом. Этого же можно до­ биться, впустив воздух во всасывающую линию на­ соса. Запускать насос, если не заполнена водой напорная линия и откры­ та задвижка, не допу­

скается.

44

вать радиус колен и отводов, не устанавливать на ней клапанов и предохранительных сеток на наконечнике, не допускать работы на­ сосов в перегрузочном режиме.

Если объемная подача одного насоса недостаточна, а подачу системы водоснабжения необходимо увеличить, сохранив при этом напор в ее напорной линии, применяют параллельное включение нескольких насосов в одну напорную линию (рис. 13). Условием нормальной работы насосов в этом случае является соблюдение требования, чтобы развиваемый ими напор был одинаков.

При работе двух или нескольких одинаковых насосов в общую линию средняя объемная подача каждого из них будет меньше, чем объемная подача, которую он мог развить, работая на эту же ли­ нию один. Это снижение подачи объясняется повышением суммар­ ного сопротивления в напорной линии, вызванным увеличением ско­

торных установок.

Если напор, развиваемый одним насосом, недостаточен для пре­ одоления сопротивления водовода, применяют последовательное подключение насосов (рис. 14), т. е. напорный патрубок первого насоса соединяют с всасывающим патрубком второго. При этом следует подбирать насосы с примерно одинаковой производитель­ ностью в оптимальной точке. Причем насос, имеющий большую про­ изводительность, следует устанавливать первым в линии.

При последовательной работе насосов на трубе, соединяющей насосы, следует установить воздухоспускное устройство 4, задвиж­ ку 2 и обратные клапаны 3 за напорным патрубком каждого на­ соса.

§ 14. Конструкция центробежных насосов

Центробежные насосы в зависимости от числа рабочих колес подразделяют на одно-, двух- и многоступенчатые; в зависимости от конструкции всасывающего подвода — с осевым входом и дву­ стороннего входа.

У насосов с осевым входом жидкая среда подводится в направ­ лении оси рабочего колеса (рабочего органа); с двусторонним вхо­

45

дом — жидкая среда подводится к рабочим органам с двух противо­

положных сторон.

По конструкции корпуса центробежные насосы различают с тор­ цевым (секционные) и осевым разъемом.

Центробежный насос состоит из следующих узлов и деталей: проточной части (всасывающий подвод, рабочее колесо и отвод), группы вала, станины, уплотнения всасывающей и напорной части

иузла разгрузки осевых усилий.

Т2

а)

5)

Рис. 15. Схемы всасывающего конического (а) и полу-

спирального (б) подвода центробежного насоса:

1 — всасывающий патрубок, 2 — рабочее колесо

П р о т о ч н а я часть. Всасывающий подвод служит для плав­ ного входа жидкости в рабочее колесо, равномерного распределе­ ния скоростей жидкости по всему сечению входящего потока и дол­ жен иметь минимальные гидравлические сопротивления. Для этого в центробежных насосах, служащих для перекачивания водно-грун­ товых смесей (пульпы), делают осевой односторонний конический подвод (рис. 15, а), а для водяных насосов с одно- и двусторонним подводом жидкости — полуспиральный (рис. 15,6).

Рис. 16. Рабочее колесо центробежного насоса с одно- (а) и двусторонним (б) подводом жидкости:

/ и 3 — передний и задний диски, 2 — ступица, 4 — лопатка

46

Рабочее колесо предназначено для передачи перекачиваемой жидкости энергии двигателя. Колесо насоса с осевым входом со­ стоит из двух дисков, выполненных в виде одной отливки: передне­ го наружного 1 (рис. 16, а) и заднего 3, соединенных лопатками 4. В переднем диске 1 имеется всасывающее отверстие для входа жид­ кости, на заднем диске 3 — ступица 2 с отверстием для посадки ра­ бочего колеса на вал.

Рабочие колеса насосов для перекачивания однородных жидко­ стей имеют 8 и более лопаток, для пульпы (гидросмеси), имеющей крупные включения, ■— 2—4 лопатки.

Рабочее колесо для насоса двустороннего входа жидкости (рис. 16,6) представляет собой как бы два соединенных между со­ бой рабочих колеса, каждое из которых с односторонним подводом и с уменьшенными задними дисками. Такая конструкция обеспечи­ вает вход жидкости с обеих сторон, чем уравновешиваются воз­ никающие осевые усилия.

Лопатки рабочих колес центробежных насосов для перекачива­ ния однородных жидкостей делают более широкими при входе в ра­ бочее колесо, чем на выходе. Тем самым увеличивают скорость вы­ брасываемой колесом жидкости.

Отвод насоса выполняют спиральным, цилиндрическим или с на­ правляющим аппаратом.

а)

Рис. 17. Отводы центробежного насоса:

а — спиральный, б — с направляющим аппаратом; J — рабочее колесо, 2 — отвод с направляющим аппаратом

Спиральный отвод (рис. 17, а) представляет собой канал в кор­ пусе насоса, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса. Поперечное сечение (площадь) этого канала от выступа, отделяющего отводящий канал от напорного патрубка, увеличивает­ ся соответственно увеличению количества жидкости, текущей по ка­ налу. Причем средняя скорость жидкости уменьшается по мере ее приближения к концу канала. Окончательно снижается скорость

47

частью вращающегося рабочего колеса имеется зазор, к которому подводится напорная вода. Небольшая величина указанного зазора создает гидравлические сопротивления, препятствующие перетека­ нию больших количеств жидкости из зоны высокого в зону низкого давления. Такая конструкция уплотнения называется щелевой.

Для разобщения зон вакуума или напора от атмосферы в местах выхода вала применяют сальниковое уплотнение (рис. 18, б). В пер­ вом случае оно препятствует проникновению воздуха во всасываю­ щую часть рабочего колеса, а во втором — выходу напорной воды в атмосферу. Сальниковое уплотнение создает плотный контакт между вращающимся валом 7 насоса и пеньковым промасленным шнуром 5, плотно набитым в полость между стенкой корпуса 1 и крышкой 4 сальника, затягиваемой гайками. Для предохранения вала от износа сальниковой набивкой устанавливают защитную втулку 6 и упорное кольцо 8.

У з е л р а з г р у з к и о с е в о г о ус ил ия , которое возникает в результате разности давлений в напорной и вакуумной зонах на­ соса, зависит от конструкции насоса.

В одноступенчатых насосах, имеющих двусторонний вход жидко­ сти, узел разгрузки осевого усилия отсутствует, так как возникаю­ щие при работе осевые силы взаимно уравновешиваются противо­ положным направлением входящих потоков. Случайные осевые нагрузки, которые могут возникнуть от разницы входных диамет­ ров рабочего колеса, в насосах с подачей до 400 м3/ч воспринимают­ ся радиальными подшипниками качения, а с большей подачей — специальным упорным подшипником.

Рис. 19. Схемы разгрузки осевого усилия:

а — противоположной установкой рабочих колес, б — путем устройства отверстий в зад ­ нем диске рабочего колеса, в — посредством гидравлической пяты; / — гидравлическая

В многоступенчатых насосах с горизонтальным разъемом корпуса компенсация осевых усилий происходит за счет особой установ­ ки рабочих колес (рис. 19, а).

В насосах с осевым входом (подводом) для разгрузки осевого усилия применяют или специальные упорные подшипники, или рабо­

чие колеса с двойным уплотнением и отверстиями в заднем диске рабочего колеса (рис. 19,6). Такая конструкция рабочего колеса уравнивает давления в напорной полости у заднего диска и в поло­ сти всасывающего подвода. При этом площадь всех отверстий в диске должна не менее чем в четыре раза превышать площадь кольцевого зазора между уплотнительными кольцами задней стен­ ки отвода и дополнительным приливом заднего диска рабочего

колеса.

Недостатком этой системы разгрузки является снижение к. п. д. насоса на 4—6% из-за дополнительной внутренней циркуляции жидкости из зоны напора в зону разрежения, а также завихрений жидкости при столкновении струй в входной части рабочего колеса.

Для уравновешивания осевых усилий, возникающих в многосту­ пенчатых насосах секционного типа, применяют так называемую гидравлическую пяту (рис. 19, в). Пята 1 закреплена на валу насо­ са за последней ступенью (рабочим колесом 2). Жидкость из пос­ ледней ступени по кольцевому зазору 3 поступает в разгрузочную полость 4, оттуда через торцовый зазор 5 проходит в промежуточ-' ную полость 6, соединенную трубкой 7 с всасывающей частью пер­ вой ступени. Давление в разгрузочной полости значительно превы­ шает давление в промежуточной полости. Перетекающая под влия­ нием разности давлений жидкость поддерживает торцовый зазор между поверхностью втулки 8 и пятой 1, уравновешивая действую­ щее осевое усилие. При увеличении осевого усилия в результате уве­ личения перепада давлений в насосе вал сдвинется влево, торцовый зазор 5 уменьшится, давление в разгрузочной полости повысится и увеличившийся перепад давлений между полостями восстановит торцовый зазор за счет увеличения количества перетекающей через него жидкости.

Гидравлическая пята является саморегулирующим устройством, не требующим упорных подшипников, однако она имеет существен­

резкого снижения противодавления в напорной линии или засоре­ ния трубки 7.

§ 15. Насосы с осевым входом

Насосы с осевым входом могут быть консольного, когда рабочие

уплотнением 11 всасывающей части. Закреплен корпус 3 на стани­ не 5 шпильками.

Рабочее колесо 2 посажено на шпонке на валу 4 и закреплено гайкой 10. Сальниковое уплотнение насоса показано на рис. 18, б. Вал вращается в шарикоподшипниках 6 (см. рис. 20) и 8, запрессо­

Б0