книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

57

разгрузочную камеру 5. Камера 5 сообщается трубкой 6 со всасы­ вающей частью первой ступени насоса. Давление жидкости в про­ межуточной камере больше, чем в разгрузочной. Благодаря этому на уравновешивающий диск 7 действует осевое усилие, разгружаю­ щее осевое усилие в насосе. Действие уравновешивающего диска саморегулирующее. При перемещении колеса насоса под влиянием осевого давления влево торцевой зазор 4 уменьшается, вследстствие чего давление в камере 5 снижается и дальнейшее смеще­ ние прекращается. Если же колесо насоса смещается в противопо­ ложную сторону, то зазор увеличивается, при этом давление в разгрузочной камере повышается, в результате чего прекращается дальнейшее перемещение колеса наоооа.

При разгрузке осевого давления уравновешивающим диском упорные подшипники не требуются.

§1.20. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Косновным деталям центробежных насосов относятся: рабочее колесо, подводящее и отводящее устройство, вал и корпус насо­ са, сальники и подшипники.

Ра б о ч е е к о л е с о . Рабочее колесо является наи­ более важной деталью насоса. Назначением колеса является пере­ дача энергии приводного двигателя по­ току перекачиваемой жидкости.

Рабочее колесо закрытого типа со­ стоит из двух дисков и лопаток, распо­ ложенных между дисками (рис.1.38). Че­ рез задний диск с втулкой проходит вал. Обычно рабочее колесо отливается шесте

с лопатками. В центробежных насосах бы­ вает 6 - 8 лопаток. Рабочие колеса на­ сосов, перекачивающие загрязненные жид­ кости, имеют 2 - 4 лопатки.

Размеры проточной части колеса определяются гидродинами­ ческим расчетом. Конструкция и размеры колеса должны обеспе­ чивать его механическую прочность. Основные напряжения в теле колеса обычно создаются действием центробежных сил, но в насо­ сах, подающих горячую жидкость, могут возникнуть и значитель­ ные температурные напряжения.

В ■преобладающем количестве случаев колеса насосов изготов­

58

ляют аз чугуна, а в более крупных насосах - из углеродистой стали.

Рабочие колеса насосов, подающих колкости с абразивными веществами, изготавливают из марганцовистой стали.

Для перекачки агрессивных жидкостей применяются кремнистые кислотоупорные чугуны я легированные стали.

Бронзовые рабочие колеса в настоящее время применяются только в насосах для перекачки коррозионно активных и взрыво­ опасных жидкостей.

В с а с ы в а ю щ и й п о д в о д . Наиболее распростра­ ненными всасывающими подводами являются: осевой конический подвод и полуспиральный подвод.

Конический подвод (рис.1.39а; является лучшим типом под­ вода жидкости к всасывающему отверстию рабочего колеса. Полуспиральный всасывающий подвод (рис.396) применяется для умень­ шения габаритов насоса в осевом направлении. Однако в этом

подводе гидравлические потери больше. Полуспиральный подвод на­ ходит применение в насосах двустороннего входа и в многоколес­ ных насосах.

О т в о д . Отводящие устройства служат для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, отвода ее от насоса, а также для преобразования кинетической энергии движения жидкости в потен­ циальную энергию давления.

Отводящие устройства бывают следующих типов:

1)спиральный отвод;

2)направляющий аппарат;

3)кольцевой отвод.

59

Спиральный отвод (рис.1.40) представляет собой плавно рас­ ширяющийся по опирали канал, расположенный по окружности выхода жидкости из рабочего колеса.

У насоса со спиральной камерой при работе могут возникнуть радиальные силы, изгибающие вал насоса. Радиальные силы возни­ кают вследствие того, что спираль не является симметричным ка­ налом по отношению к оси вращения рабочего колеса. При откло­ нении подачи насоса от расчетной нарушается закон площадей и давление в широких сечениях спирали будет больше, чем в узких, что приводит к появлению радиальной силы. Для устранения этого недостатка у высоконапорных одноступенчатых насосов, а также у насосов с большой производительностью, в спиральном канале

устанавливают перегородку, т.е. образуют двойную спираль (рис.1.406).

По форме сечения спиральная камера мо­ жет быть прямоугольной, трапециевидной, круглой и круглой, переходящей в эллипти­ ческую (рис.I.41).

Спиральная камера служит в основном для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса. Уменьшение скорости потока проис­

Рис.1.41. Формы по­ ходит главным образом в прямоосном диффу­

60

торыми помещаются направляющие лопатки, отогнутые в сторону, противоположную изгибу лопаток рабочего колеса. Живо*» сечение каналов между лопатками направляющего аппарата постепенно уве­ личивается, благодаря чему и происходит преобразование скорост­ ной энергии в энергию давления.

Недостатком направляющего аппарата (с неподвижными лопат­ ками) является то, что в случае изменения режима работы насо­ са, по причине отклонения направления скорости потока, имеют место значительные потери на удар.

Кольцевой отвод представляет собой канал постоянного сече­ ния, расположенный вокруг рабочего колеса. Кольцевой отвод при­ меняют в насосах, перекачивающих загрязненные жидкости. При по­ стоянном сечении кольцевого канала средние скорости движения жидкости в разных сечениях его неодинаковы, что ведет к увели­ чению гидравлических потерь и к появлению поперечных сил, из­ гибающих вал насоса.

В а л н а с о с а . Наиболее распространенным материалом для изготовления валов является кованая сталь. Размеры вала определяются по условиям прочности при критическом (предельном) числе оборотов. Колеса закрепляют на валу посредством шпонок и гаек.

С а л ь н и к и . Сальниковое уплотнение служит для пред­ отвращения подсоса атмосферного воздуха внутрь насоса через зазор между валом и корпусом (со стороны всасывания) или для

предупреждения утечки жидкости через этот зазор (со стороны нагнетания).

Простейший сальник (рис.1.42) состоит из грундбуксыі, помещенной между корпусом 2 и ва­

Lлом 6, сальниковой на­ бивки 4 и крышки сальни­

ка 5 со шпильками и гай­

ками. В таком исполнении сальниковое уплотнение размещается с напорной стороны насоса.

Сальниковая набивка приготовляется из спе-

61

циального хлопчатобумажного шнура квадратного сечения. Шнур на­ резается кольцами и укладывается в пространство между корпусом сальника и валом. После укладки набивка зажимается крышкой саль­ ника 5. Натяжение сальника должно быть таким, чтобы через него просачивалось некоторое количество капель жидкости. Перетяну­ тый сальник будет нагреваться. Набивку сальника меняют через 200 - 500 чаоов работы, в зависимости от степени загрязнения перекачиваемой жидкости.

• Сальники на всасывающей стороне насоса имеют еще гидравли­ ческий затвор, предотвращающий засасывание воздуха внутрь кор­ пуса.Затвор состоит из кольца 7 двутаврового сечения, к которо­ му по трубке 3 из напорной камеры насоса подводится под давле­ ние жидкость. Образующееся жидкостное кольцо препятствует про­ никновению воздуха по валу.

'Сальники - это самый ответственный узел при работе насоса. Неумелая эксплуатация сальников, частое их подтягивание являют­ ся в отдельных случаях причиной серьезных аварий.

В насосах, перекачивающих сжиженные газы, кислоты и другие специальные жидкости вместо сальников применяют особые торцо­ вые уплотнения.

К о р п у с. В корпусе насоса (рис.1.43) объединены все неподвижные детали проточной части: всасывающий и напорный патрубки, каналы подвода к рабочему колесу и отвода от них. Вся внутренняя полость кор­ пуса насоса при работе за­ полнена перекачиваемой жид­ костью и находится под дав­ лением.

Корпус насоса обычно от­ ливается из чугуна или угле­ родистой стали. Стенки кана­ лов корпуса должны быть по возможности гладкими, так как их сильная шероховатость значительно понижает к.п.д. насоса.

В верхней части корпуса

имеется отверстие для заливки насоса и краник для выпуска

воздуха, а в нижней части - краник для спуска жидкости.

62

На входе и выходе из колеса между ним и корпусом для пред­ отвращения трения оставляют небольшие зазоры (до 0,25 мм). В зазор могут вставляться сменные уплотнительные кольца (чугун­ ные или бронзовые). Для уменьшения утечек в месте зазора монет устраиваться лабиринт.

§ 1.21. НАСОСЫ ДЕЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1)вертикальные одноступенчатые насосы (для установки на заглубленных станциях;

2)артезианские (с расположением электродвигателя над устьем скважины);

3)артезианские погружные (насос и двигатель расположены ниже уровня воды в скважине).

Кодноступенчатым насосам, применяемым в водоснабжении, относятся вертикальные консольные насосы (В) с осевым верти­ кальным подводом и горизонтальным спиральным отводом, а также вертикальные насосы с двусторонним входом (НДсВ).

Насос типа В состоит из рабочего колеса (рис.1.44), верти­ кального вала и корпуса с верхней и нижней крышками. Входной патрубок составляет одно целое с нижней крышкой и направлен вертикально вниз. Спиральный корпус имеет ребра жесткости и опи­ рается на фундамент двумя лапами. Осевое давление и вес ротора воспринимаются упорным подшипником электродвигателя. Вал насо­ са с валом двигателя соединен жесткой муфтой.

Корпус насоса, рабочее колесо, уплотняющие и защитные коль­ ца - чугунные, вал и крепежные детали - стальные; подшипники - лингфолевые с водяной смазкой.

Насосы типа НДсВ характеризуются горизонтальным полуспиральным подводом I (рис.1.45) и горизонтальным спиральным от­ водом 2. Подшипники - скользящего типа с жидкой масляной смаз­ кой. С электродвигателем насос соединяется жесткими фланцевыми муфтами через вертикальный промежуточный вал. Вал вращается в ппдтипиігеяу ,воспринимающих радиальные усилия. Электродвигатель располагается наверху (чаще над наивысшим уровнем воды в ис­

точнике) .

Основные параметры насосов этого типа: производительность

П Л А Н

CD

со

64

Артезианские насосы предназначается для подъема воды из буровых скважян и имеют маркировку А (НА) или АТН.

Изобретателем первых артезианских центробежных наоосов был русский инженер В.А.Пушечников. Сконструированные им насосы впервые в мире в 1899 г были установлены на насосных станциях московского водопровода.

На рис.1.46 показана схема артезианского насоса типа НА. Насос данного типа состоит из трех основных частей:

а) многоступенчатого насоса с колесами одностороннего вхо­ да, размещаемого в нижней части скважины;

б) напорного трубопровода с приводным валом, заключенным в пределах скважины в защитную трубу;

в) верхнего опорного корпуса с напорным патрубком и флан­ цем для крепления вертикального электродвигателя.

Опорный корпус поддерживает в подвешенном состоянии наоос и трубы в скважине, Е нижней секции насоса подвешиваетоя вса­ сывающий трубопровод с приемной сеткой.

Вес вращающихся деталей и осевые усилия насоса восприни­ маются шариковым подшипником, помещенным в опорном корпусе электродвигателя над скважиной.

Приводной вал состоит из отдельных частей, соединенных муфтами. Защитная труба, изолирующая вал от воды, заполняется маслом, Секции напорного трубопровода также соединены муфтами. Защитная труба вала проходит по оси напорного трубопровода че­ рез зажатые в его стыках опорные крестовины.

Для пуска насоса необходимо, чтобы, по крайней мере, ниж­ няя секция его была погружена в воду. Число секций напорного трубопровода и приводного вала зависит от глубины погружения насоса. Насос приводится в действие асинхронным электродвига­ телем с короткозамкнутым ротором. Двигатель соединяется с при­ водным валом эластичной муфтой.

Все выпускаемые насосы марки НА имеют одинаковую произво­ дительность - 150 м3/час, но различное число колес - от трех до восьми.

Артезианские насосы типа АТН Iтурбинные) относятся к груп­ пе многоколесных вертикальных насосов. Число рабочих колес в зависимости от требуемого напора колеблется от 3 до 22. Насос также состоит из трех основных частей: собственно насоса, на­ порного трубопровода с проходящим внутри него вертикальным трансмиссионным валом и опорной станины с установленным на ней

66

электродвигателем. Корпус и напорный трубопровод помещаются в скважине, а опорная станина устанавливается над ее устьем.

Корпус наооса состоит из отдельных секций, соединяемых между собой на резьбе или на шпильках. В каждой секции уста­ новлено закрытое рабочее колесо полуосевого типа и направляю­ щий аппарат, служащий для отвода воды от одного рабочего ко­ леса к другому. Рабочие колеса закрепляются на общем валу. На­ правляющий аппарат представляет собой чугунную отливку с про­ странственно изогнутыми лопатками.

Корпус насоса должен быть опущен в скважину таким образом, чтобы он был ниже динамического уровня воды в скважине.

Насосы типа АТН изготовляются производительностью от 30 до 360 м3/час при полной высоте подъема воды от Э0 до 100 м.

Артезианские погружные наоосы (АП) представляют собой ком­ плектный насосный агрегат, который состоят из двигателя и на­ соса, соединенных между собой жесткой муфтой. На рис.1.47 по­ казан секционный насоо 3, приводимый -в действие расположенным под ним электродвигателем 5.

Вода всасывается через сетку 4, расположенную между насо­ сом и двигателем и нагнетается непосредственно в напорный труоопровод I, через обратный клапан 2, служащий для разгрузки агрегата от давления столба воды в напорном трубопроводе и для предохранения от обратного вращения колес насоса и двигателя. Насосный агрегат опускается в скважину на трубах.

Питание электродвигателя производится при помощи кабеля, опускаемого вместе с насосом. Обмотка электродвигателя выпол­ нена с полихлорвиниловой изоляцией, допускающей работу ротора

вводе. Электродвигатель - мокрого типа, т.е. перед опусканием

вскважину он должен быть наполнен чистой водой, так как иначе все трущиеся поверхности опор будут выведены из строя, а об­ мотка двигателя, не получая нужного охлаждения, может сгореть.

Агрегат должен быть опущен на такую глубину, чтобы наинизший динамический уровень воды в скважине превышал плоскость верхнего фланца клапанной коробки не менее чем на 2 - 3 м.

При глубине динамического уровня воды, превышающей напор,

развиваемый одним насосом, применяют последовательное соедине­ ние погружных насосов. При этом необходимо соблюдать следующие условия:

I) насосы должны иметь одинаковую производитель­ ность ;