книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры
.pdfУстройство насоса. Водокольцевой вакуум-насос состоит (рис. 1.20) из цилиндрического корпуса 3 с плоскими боко выми стенками. Корпус представляет собой отливку из чу гуна, в которой выполнена камера всасывания 12 и камера нагнетания 5. В корпусе выполнены два серповидных ок на — всасывающее 19 и нагнетательное 1 7, которые закан чиваются всасывающим 4 и нагнетательным 18 патрубка ми. Крышка корпуса 2 совместно с корпусом образуют ка меру, в которой эксцентрично по отношению к крышке раз мещено рабочее колесо. В нижней части камеры и корпуса 3 расположены сливные пробки 13 и 14. Рабочее колесо установлено на валу 8 и состоит из ступицы 16 и лопаток 1.
Вступице колеса выполнены радиальные и осевые свер ления 15, которые обеспечивают жидкостное уплотнение между крышкой и ступицей колеса.
Вкорпусе насоса выполнена центральная проточка, в ко торой размещено уплотнение вала, состоящее из резиновых манжет 6 и нажимного кольца 7.
Корпус с помощью шпилек крепится к консоли 10.
Вал насоса опирается на два шарикоподшипника 9, кото рые установлены в расточках консоли и поджимаются флан цами 11.
Принцип работы насоса. Перед пуском корпус насоса за полняется водой примерно до оси вала. При вращении вала лопасти рабочего колеса захватывают воду. Под действием центробежных сил вода отбрасывается к стенкам корпуса
Рис. 1.20. Схема водокольцевого насоса
насоса, образуя тем самым жидкостное кольцо, эксцентрично расположенное относительно корпуса: в верхней точке кор пуса, где лопатки рабочего колеса максимально приближе ны к корпусу насоса, нижняя граница водяного кольца со прикасается со ступицей рабочего колеса, а в диаметрально противоположной точке в воду погружены лишь концы ло паток и водяное кольцо максимально удалено от ступицы колеса. Образовавшееся серповидное пространство между ступицей рабочего колеса и водяным кольцом и является рабочей полостью. Эта полость разделена лопатками рабо чего колеса на отдельные ячейки.
При вращении рабочего колеса (по ходу часовой стрелки) объемы ячеек в зоне всасывания увеличиваются и создается вакуум. Под действием вакуума воздух по входному пат рубку через всасывающее окно поступает в рабочую полость. При дальнейшем вращении рабочего колеса объемы ячеек в зоне нагнетания уменьшаются за счет входа в них жидко сти, воздух в них сжимается и через нагнетательное окно по выходному патрубку подается в воздухосборник или вы брасывается в атмосферу. Таким образом, в водокольцевом насосе жидкость выполняет роль поршня, всасывающего и сжимающего воздух с последующим его удалением.
Период пуска, когда насос отсасывает воздух до тех пор, пока всасывающий трубопровод и насос не будут заполнены жидкостью, должен быть ограничен по времени (7-12 мин) во избежание перегрева предварительно залитой в насос жидкости.
Для поддержания постоянного объема водяного кольца и от вода теплоты, образующейся при сжатии воздуха и трении уплотнителей, в корпус насоса непрерывно подается вода из водопровода или из циркуляционного бачка.
Охлаждающая вода вводится в корпус насоса через по лость гидравлического затвора сальника в месте максималь ного выхода лопаток колеса.
Водокольцевые насосы выпускают следующих типов: ВВН — водокольцевой вакуум-насос; ВК — водокольцевой компрес сор; ДВК — водокольцевой вакуум-насос двойного действия.
1.2.3. ВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ
Устройство насоса. Основными составными частями вих ревого насоса являются корпус с крышкой, на внутрен них торцевых поверхностях которых выполнены рабочий
кольцевой канал (каналы), рабочее колесо, вал и уплотне ние вала.
По конструктивным особенностям вихревые насосы де лят на открыто-вихревые и закрыто-вихревые.
Открыто-вихревые — это насосы, в которых жидкая среда подводится в неподвижный канал через рабочее ко лесо, вследствие чего насос данного типа обладает способ ностью самовсасывания. Самовсасывающие открыто-вихре вые насосы заливают жидкостью только один раз после мон тажа, в дальнейшем их пуск осуществляется без заливки, так как благодаря конструктивным особенностям насоса в корпусе постоянно имеется необходимое количество жид кости.
Закрыто-вихревые — это насосы, в которых жидкая сре да подводится непосредственно в неподвижный кольцевой канал, вследствие чего данный тип насоса не обладает спо собностью самовсасывания. Поэтому такие насосы могут перекачивать жидкость только в том случае, если его корпус предварительно залит перекачиваемой жидко-стью. Закрыто-вихревые насосы как самостоятельные применяют редко.
Рабочее колесо открыто-вихревого насоса имеет сравни тельно длинные лопатки, внутренний диаметр которых мень ше внутреннего диаметра канала (рис. 1.21, а). На торцевой поверхности корпуса открыто-вихревого насоса имеются два окна, одно из которых соединено со всасывающим, а вто рое — с нагнетательным патрубком. Боковой канал выпол нен с одной стороны колеса.
Рабочее колесо закрыто-вихревого насоса (рис. 1.21, б) представляет собой плоский диск, на периферии которого с обеих сторон выполнены пазы, образующие короткие ра диально расположенные лопатки. Их внутренний диаметр
Рис. 1.21. Схема рабочего колеса вихревого насоса: а — открыто вихревой; б — закрыто-вихревой
б) |
Радиальный вихрь |
Рис. 1.22. Схема вихревого насоса открытого типа (а), сечение и развертка колеса и ка налов (б):
1 — боковые каналы; 2 — корпус; 3 и 6 — вса сывающее и нагнетательное окна; 4 — рабочее колесо; 5 — перемычка
равен внутреннему диаметру кольцевого канала. Кольцевой канал закрыто-вихревого насоса выполнен с двух сторон рабочего колеса, его начало соединено со всасывающим пат рубком, а конец — с нагнетательным.
Простейшая схема открыто-вихревого насоса представ лена на рис. 1.22, а. В корпусе 2 расположено рабочее коле со 4 с прямыми радиальными лопатками. С обеих сторон колеса в корпусе имеются боковые каналы 1, простираю щиеся не по всей окружности, а по дуге, примерно соответ ствующей центральному углу 330°. На остальном участке окружности каналы перекрываются перемычкой 5, которая разделяет всасывающую и напорную полости насоса.
Ш ирина канала в радиальном направлении сохраняется постоянной по всей длине. Глубина каналов постоянна только в центральной части, а на участках, соответствующих вса сывающему 3 и нагнетательному 6 окнам (начало и конец канала), они имеют переменную глубину, которая постепенно уменьшается и становится равной нулю в начале и в конце канала (рис. 1.22, б).
На рис. 1.23 показана принципиальная схема закрыто вихревого насоса. Рабочее колесо 1 размещено в корпусе 2. Ж идкая среда к рабочему колесу подводится через всасыва
ющий патрубок 4 и отводится через напорный патрубок 5. От всасывающего до напорного патрубка по ходу вращения колеса в корпусе насоса делается кольцевой канал постоян ного сечения 3, а в верхней части между патрубками колесо с минимальным зазором подходит к корпусу. Тем самым всасывающая и напорные части канала разделены перемыч кой (отсекателем). Ротор вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода. Допускается и противополож ное вращение рабочего колеса, но в этом случае меняется назначение патрубков, т. е. к входному надо присоединить напорный трубопровод, а к напорному патрубку — всасыва ющий.
Для обеспечения самовсасывания у насосов типа ВКС на выходном патрубке устанавливают напорный колпак.
Насосы ВКО снабжены крышкой обогревания (охлажде ния), которая образует с крышкой корпуса одну камеру, и диском обогревания (охлаждения), образующим с задней стенкой корпуса вторую камеру. Через отверстие в крышке обогревания подается пар (с температурой не более 160 °С, давлением не более 0,49 МПа), который с помощью соеди нительной трубки переводится в другую камеру корпуса, а затем отводится в теплообменник. Охлаждающая жидкость (с температурой не ниже -4 0 °С) подается в обратном по рядке — от камеры корпуса к камере крышки и далее в теплообменник.
Принцип работы насоса. Удаление воздуха из подводя щего трубопровода происходит за счет изменения объема,
Рис. 1.23. Схема вихревого насоса закрытого типа:
1 — рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — боковые каналы; 4 и 5 — всасывающий и нагнетательный патрубки; 6 — перемычка
ограниченного соседними лопастями и стенками боковых каналов переменного сечения. При прохождении указанных лопастей через участок, соответствующий всасывающему окну 3 (см. рис. 1.22), этот объем увеличивается, что вызы вает падение давления газа в нем, давления во всасываю щем трубопроводе и, следовательно, затекание газа в насос. При движении этих же лопастей на участке нагнетательно го окна 6 рассматриваемый объем уменьшается, и в нем создается давление больше, чем в нагнетательном патрубке, а газ вытекает из насоса.
При нормальном режиме работы насоса жидкость через всасывающее окно 3 парциально поступает на лопатки ко леса (т. е. только на те лопатки, которые в данный момент находятся около всасывающего окна). Попав в межлопаст ные пространства, жидкость под действием центробежной силы отбрасывается в боковые каналы (канал). При этом в начале канала образуется разряжение, и через всасываю щий патрубок жидкость поступает в насос. Далее жидкость увлекается лопатками вдоль по каналам к нагнетательно му окну 6. На участке каналов между всасывающим и на гнетательным окнами происходит дальнейшее увеличение напора.
Это увеличение объясняется следующим образом. Перед передней плоскостью лопатки по ходу вращения создается повышенное давление, а на противоположной поверхности, наоборот — пониженное давление. Частицы жидкости, за полняющие кольцевые каналы, устремляются в зоны пони женного давления. Далее вследствие меньшей скорости дви жения жидкости в каналах по сравнению со скоростью вра щения лопаток эти частицы попадают в зоны повышенного давления перед очередными набегающими лопатками и снова отбрасываются в каналы, получая при этом дополнитель ный запас энергии. Жидкость попадает несколько раз в меж лопастные полости, и каждый раз происходит приращение ее энергии. В меридианном сечении частица жидкости со вершает вихревое движение с продольным вихрем, а в на правлении окружности рабочего колеса — винтообразное (траектории аб, рис. 1.22) и радиальное вихревое.
Движение жидкости через насос такого типа сопровож дается интенсивным вихреобразованием (почему насос и на зывается вихревым), в процессе которого осуществляется передача энергии от колеса к жидкости и значительно по вышается напор последней. Следствием интенсивного вихреобразования (и последующего разрушения вихрей при вы
талкивании жидкости из каналов в напорное окно) явля ются большие потери энергии, что резко снижает КПД насоса.
Отличительная особенность вихревого насоса заключает ся в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопаст ное пространство колеса, где каждый раз получает допол нительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому напор вихревых насосов в два-четыре раза больше, чем у центробежных при одном и том же диаметре колеса, т. е. при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, позволяет исполнять вихревые насосы зна чительно меньших размеров и массы по сравнению с цент робежными.
Виды вихревых насосов. Распространение получили ком бинированные насосы, состоящие из основного рабочего ко леса закрытого типа и вспомогательного колеса открытого типа, соединенных последовательно. Комбинированные вих ревые насосы имеют хорошую самовсасывающую способность
иих КПД достигает 0,4.
Ввихревых насосах (особенно в насосах закрытого типа) по сравнению с центробежными жидкость подводится к ра бочему колесу в зоне повышенных скоростей. Поэтому воз можность возникновения кавитации на входе в вихревое
колесо весьма велика. Предупредить возникновение кави тации можно повышением давления на входе. Для этого устанавливают дополнительное центробежное колесо. На сос, состоящий из двух последовательно включенных цент робежного и вихревого колес называется центробежно-вих ревым. Таким образом, центробежно-вихревые насосы яв ляются разновидностью вихревых насосов и имеют две сту пени, работающие последовательно. Первая ступень — центробежная, вторая — вихревая. Это позволило создать компактный высоконапорный насос, обладающий самовсасыванием и имеющий хорошую всасывающую способность. В насосе такого типа часть полного напора развивается цент робежным колесом, КПД которого меньше, чем у вихрево го. Поэтому КПД центробежно-вихревого насоса несколько выше, чем КПД вихревого насоса.
Сочетание центробежной и вихревой ступеней в одном колесе (двухступенчатый насос) позволяет значительно по высить подачу, напор и высоту самовсасывания по сравне нию с центробежными. Центробежно-вихревые насосы име
ют подачу 14,4-22,7 м3/ч при напоре 80-160 м. Высота самовсасывания 6 м.
Таким образом, применение центробежного насоса в ка честве первой ступени позволяет повысить допустимую час тоту вращения вала насоса и его напор. Назначение центро бежной ступени в центробежно-вихревом насосе состоит
вобеспечении бескавитационной работы второй ступени,
вкачестве которой используется вихревой насос закрытого типа.
1.3.КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
1.3.1. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ НАСОСОВ
Конструкции центробежных насосов включают следую щие основные детали: рабочее колесо, корпус, подвод, от вод, вал, уплотнения, подшипники.
Рабочее колесо. Рабочее колесо служит для преобразова ния механической энергии приводного двигателя и переда чи ее перекачиваемой жидкой среде. Рабочие колеса быва ют открытые, полуоткрытые и закрытые с односторонним или двухсторонним входом.
На рис. 1.24 показаны разрез и общий вид закрытого рабочего колеса с односторонним входом. Оно состоит из заднего (внутреннего) диска 1, который к центру переходит
АА —А
Вид А
Рис. 1.24. Рабочее колесо |
Рис. 1.25. Рабочее колесо центробеж |
|
центробежного насоса с одно |
ного насоса открытого типа: |
|
|
сторонним входом: |
1 — задний диск; 2 — лопатка; 3 — сту |
1 |
— задний диск; 2 — лопатки; |
пица |
3 |
— ступица; 4 — передний |
|
|
диск |
|
Рис. 1.26. Рабочее колесо |
Рис. 1.27. Рабочее коле |
центробежного насоса с дву- |
со канализационного |
сторонним входом: |
насоса |
1 — внутренний диск со ступи |
|
цей; 2 — лопатка; 3 — внеш |
|
ний диск |
|
в ступицу 3 для установки колеса на валу, и переднего (внеш него) диска 4. Между дисками размещены лопатки 2, кото рые могут иметь цилиндрическую либо пространственную форму. Рабочие колеса насосов для перекачки чистых жид костей обычно имеют 6 -8 лопаток, а колеса насосов, пере качивающих загрязненные жидкости (например, фекаль ные), — 1-4 лопаток.
У открытых рабочих колес отсутствуют только передний диск, а лопатки крепятся к заднему диску (рис. 1.25). При этом колеса с малым зазором сопрягаются с передней крыш кой насоса. Такие насосы имеют пониженный КПД из-за увеличенных гидравлических потерь.
На рис. 1.26 показаны разрез и общий вид рабочего коле са с двухсторонним входом. Оно состоит из внутреннего диска 1, выполненного заодно со ступицей, двух внешних дисков 3 и лопаток 2.
На рис. 1.27 показано рабочее колесо для насоса канали зационного типа.
В большинстве случаев рабочее колесо изготавливают це ликом путем отливки, и только в отдельных случаях для крупных насосов диски и лопатки делают отдельно и соеди няют путем сварки.
Для изготовления рабочих колес в основном используют чугун. Он обеспечивает необходимую прочность, позволяет упростить технологию производства и сократить стоимость. У крупных насосов в рабочих колесах при вращении от дей ствия центробежной силы возникают большие напряжения, способные разрушить металл, и в этом случае колеса вы-
полняют литыми из обычной углеродистой стали, прочность которой по сравнению с чугуном значительно выше. Для специальных (багерные, землесосы) насосов, которые пере качивают жидкую среду, содержащую абразивные матери алы, рабочие колеса выполняют из марганцовистой и дру гой легированной стали, обладающей повышенной твердо стью. В отдельных случаях для специальных насосов по верхности проточной части рабочего колеса футеруют, т. е. облицовывают различными материалами (эластичными, ан тикоррозийными и т. д.). Для подачи жидкой среды, обла дающей повышенными коррозирующими свойствами, ис пользуют насосы с рабочими колесами, выполненными из бронзы. В кислотных насосах применяют рабочие колеса, вы полненные из специальных материалов (железокремниевый сплав, железохромистый сплав, титановые сплавы). В пос ледние годы для изготовления рабочих колес широко исполь зуют различные пластмассы и полимерные материалы.
Корпус. В корпусе насоса объединены все неподвижные детали проточной части: всасывающий и напорный патруб ки, каналы подвода к рабочему колесу и отвода от них. Вся внутренняя полость корпуса насоса при работе заполнена перекачиваемой жидкостью и находится под давлением.
Корпус насоса обычно отливают из чугуна или углероди стой стали. Стенки каналов корпуса должны быть по воз можности гладкими, так как их повышенная шереховатость значительно понижает КПД насоса.
Вверхней части корпуса имеются отверстие для заливки
икраник для выпуска воздуха, а в нижней части — краник для спуска жидкости.
На входе и выходе из колеса между ним и корпусом для предотвращения трения оставляют небольшие зазоры (до 0,25 мм). В зазор вставляют сменные уплотнительные коль
ца (чугунные или бронзовые). Для уменьшения утечек в месте зазора устраивают лабиринт.
Подвод. Подвод (подводящее устройство) устанавливают на всасывающей стороне насоса для обеспечения входа жид кой среды во всасывающую полость рабочего колеса с наи меньшими гидравлическими потерями. К фланцам подвода крепят всасывающую трубу.
У центробежных насосов подводы бывают осевые (рис. 1.28, а—в), боковые (рис. 1.28, г) и полуспиральные (рис. 1.28, д). Осевые подводы могут быть цилиндрически ми (рис. 1.28, а), коническими сходящимися (конфузорными) (рис. 1.28, б) и коническими расходящимися (диффу-