Практикум по гидравлике гидрологии. Учеб-метод пособ.Ч.3. Работа насосов различных типов. 2021

Контрольные вопросы

1Какие бывают насосы в зависимости от характера воздействия рабочих органов насоса на жидкость?

2Перечислите параметры, по которым классифицируют вертикальные насосы.

3Каково назначение вертикальных насосов?

4Область применения насосное оборудования, состоящего из насосов вертикального тип.

5Опишите принцип работы вертикальных центробежных насосов.

Лабораторная работа № 3.02

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НАСОСА

Цель работы: изучить конструкцию и работу центробежного горизонтального насоса; определить его основные характеристики.

Основные теоретические положения

Горизонтальным называется такое исполнение насоса, при котором его рабочий вал располагается в горизонтальной плоскости. Горизонтальные центробежные насосы имеют осевую сборную конструкцию, которая обеспечивает беспрепятственный доступ к подшипникам, торцевому уплотнению, рабочему колесу, компенсационным кольцам и другим элементам. За счет такой конструкционной особенности данное насосное оборудование отличается простотой технического обслуживания (рис. 3.02.1 а, б). Благодаря этому оно может эффективно использоваться в системах кондиционирования, централизованного теплоснабжения, отопления и технологического охлаждения. Помимо этого, данное оборудование активно применяется в коммунальном водоснабжении, холодильных установках, городских водопроводах и системах орошения.

а б

Рисунок 3.02.1 – Общий вид центробежного горизонтального насоса: а – бытовой насос; б – промышленный насос

Среди других характеристик описываемого оборудования можно отметить низкий уровень радиальной нагрузки на вал. Благодаря этому уменьшается

11

уровень вибраций, обеспечивается бесшумность работы, а также увеличивается срок службы комплектующих узлов.

В промышленности и в быту применяются тысячи центробежных насосов. Четко классифицировать их без привязки к узкой области применения сложно, можно разделить их по типам относительно только самых общих свойств:

число ступеней: одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые. Общая мощность напора складывается из давления, создаваемого одной крыльчаткой;

забор воды: нормальное всасывание (вода заполняет рабочую камеру самотеком); самовсасывающие (для подъема жидкости с глубины через подающий шланг, требуется заливка всей системы);

расположение входного и выходного патрубков: классическое

(входной – по центру, по оси рабочего вала, выходной – сверху), расположение In-Line (всасывающая и напорная труба расположены по одной оси).

Устройство и принцип действия центробежного насоса принципиально не изменились с XVII века (рис. 3.02.2). Насос состоит из следующих деталей и узлов:

1)источник энергии – электрический (или бензинового) двигатель, смонтированный на одном валу с собственно насосной частью механизма;

2)вал, опирающийся на подшипники;

3)рабочее колесо, на поверхности которого размещены лопатки;

4)корпус с направляющими поток профилями;

5)уплотнения на валу;

6)входной патрубок, находящийся на оси изделия;

7)выходной патрубок, расположенный у внешней стенки корпуса по касательной к нему.

Рисунок 3.02.2 – Элементы центробежного горизонтального насоса:

1 – сальник; 2 – набивка; 3 – вал; 4 – втулка вала; 5 – лопасть; 6 – корпус; 7 – выпускной патрубок; 8 – рабочее колесо; 9 – уплотнительное кольцо; 10 – рабочее колесо; 11 – приемное пространство лопастного колеса

12

Принцип действия центробежного насоса несложен. При вращении рабочего колеса его лопатки захватывают жидкую среду и увлекают ее за собой (рис. 3.02.3 и 3.02.4). Центробежные силы, возникающие при вращении жидкости, отжимают ее к внешним стенкам корпуса, где создается избыточное давление. Давление выталкивает жидкую среду в выходной патрубок. Под действием разрежения, создающегося в центре насоса, очередная порция жидкости всасывается из приемного патрубка.

Рисунок 3.02.3 – Принцип работы центробежного горизонтального насоса

Рисунок 3.02.4 – Рабочее колесо центробежного насоса:

1 – обод; 2 – обтекатель; 3 – ступица; 4 – лопатки; 5 – ведущий диск

Рабочее колесо имеет 5–8 лопаток, толщина которых назначается конструктивно. Лопатки, как правило, изогнуты в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Порядок выполнения лабораторной работы

1Прочитать и изучить теоретические сведения к лабораторной работе.

2Внимательно изучить описание лабораторного оборудования и технику безопасности.

3Подключить стенд к шине защитного заземления.

13

4Подключить стенд к сети электропитания 220 В, 50 Гц.

5Открыть краны (З-4), (З-7) и вентиль (В-1), все остальные краны должны быть закрыты.

6Включить автомат «Сеть» для подачи электроэнергии.

7Кнопкой «Вкл./Выкл.» включить стенд.

8В течение 10 секунд измерительная система производит самодиагностику, после чего стенд готов к работе.

9Кнопкой «Режим отображения» выбрать дисплей с выведением данных центробежного горизонтального насоса.

10Переключателем «Центробежный горизонтальный насос» включить насос. Дождаться установившегося режима датчиков.

11Снять показания датчика расхода (Q-1) и мощности двигателя ( дв) записать данные в табл. 3.02.1.

12Снять показания датчиков давления на входе ( вх) в насос и выходе ( вых) из него. На схеме они обозначены Р-7 и Р-8. Все данные записать в табл. 3.02.1.

13После проведения эксперимента выключить насос при помощи переключателя «Центробежный горизонтальный насос».

14Закрыть кран (З-4).

15Кнопкой «Вкл./Выкл.» выключить стенд.

16Выключить тумблер «Сеть». Отключить стенд от электропитания 220 В, 50 Гц.

17Навести порядок на рабочем месте.

Обработка результатов

Определить основные характеристики центробежного горизонтального насоса.

1Напор насоса ( ) определить по формуле (3.01.1).

2По формуле (3.01.2) определить полезную мощность насоса ( п).

3По формуле (3.01.3) определить коэффициент полезного действия (ɳп).

4Результаты занести в табл. 3.02.1.

Таблица 3.02.1 – Результаты измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1Что такое горизонтальное исполнение насоса?

2Где могут использоваться горизонтальные центробежные насосы?

3Устройство и принцип действия центробежного насоса.

4За счет чего обеспечивается бесшумность работы горизонтальных насосов?

14

Лабораторная работа № 3.03

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ ВИХРЕВОГО НАСОСА

Цель работы: изучить конструкцию и работу вихревого насоса; определить его основные характеристики.

Основные теоретические положения

Вихревые насосы – это оборудование или аппарат, который предназначен для перекачивания или подачи воды из водоёмов, скважин, накопительных резервуаров (рис. 3.03.1). Как правило, их используют там, где необходимо обеспечить высокий напор при малых объёмах. Перекачиваемая жидкость не должна содержать механических примесей. Насосы данного типа устанавливаются в системах автоматического водоснабжения, применяются в оросительных комплексах для сельского хозяйства. В химической промышленности они используются для подачи различных жидкостей, в том числе агрессивных, легколетучих, насыщенных газом.

Рисунок 3.03.1 – Общий вид вихревого насоса

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, соединенные 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 нее 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 боль-

15

ше, чем у центробежных насосов, при одном и том же диаметре колеса, т. е. при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, позволяет исполнять вихревые насосы значительно меньших размеров и массы по сравнению с центробежными.

Существует два основных типа вихревых насосов: открытого и закрытого типа. При работе насоса первого типа вода с патрубка в кольцевой канал проходит через камеру с крыльчаткой и отверстие впускное. Во втором типе насосов жидкость попадает в канал через впускное отверстие из патрубка всасывания.

В корпусе 1 (рис. 3.03.2) вихревого насоса установлено рабочее колесо 2 с малыми зазорами. В корпусе также выполнен специальный концентрический канал 3, расположенный по периметру окружности, описываемой лопатками от входного патрубка 4 до напорного 5. Концентрический канал разделен перемычкой 6, не позволяющей жидкости перетекать из напорной линии во всасывающую. Лопатки рабочего колеса передают энергию жидкости, которая под воздействием сил инерции и трения перемещается от всасывающего патрубка к напорному.

Рисунок 3.03.2 – Устройство вихревого насоса закрытого типа

Рабочая жидкость поступает к лопаткам рабочего колеса 1 (рис. 3.03.3) через подвод 2 и окно 3. Через рабочее колесо жидкость поступает в кольцевой канал 4, выполненный в корпусе 5. Под воздействием лопаток рабочего колеса жидкость перемещается по кольцевому каналу и через отверстие 6 поступает в напорную линию 7.

Рисунок 3.03.3 – Устройство вихревого насоса открытого типа

16

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.

Недостатками вихревых насосов являются сравнительно невысокий КПД (0,25–0,5) и быстрый износ их деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м3/ч и напор от 15 до 90 м.

Порядок выполнения лабораторной работы

1Прочитать и изучить теоретические сведения к лабораторной работе.

2Внимательно изучить описание лабораторного оборудования и технику безопасности.

3Подключить стенд к шине защитного заземления.

4Подключить стенд к сети электропитания 220 В, 50 Гц.

5Открыть краны (З-2), (З-7) и вентиль (В-1), все остальные краны должны быть закрыты.

6Включить автомат «Сеть» для подачи электроэнергии.

7Кнопкой «Вкл./Выкл.» включить стенд.

8В течение 10 секунд измерительная система производит самодиагностику, после чего стенд готов к работе.

9Кнопкой «Режим отображения» выбрать дисплей с выведением данных вихревого насоса.

10Переключателем «Вихревой насос» включить насос. Дождаться установившегося режима датчиков.

11Снять показания датчика расхода (Q-1) и мощности двигателя ( дв) записать данные в табл. 3.03.1.

12Снять показания датчиков давления на входе ( вх) в насос и выходе ( вых) из него. На схеме они обозначены Р-3 и Р-4. Все данные записать в табл. 3.03.1.

13После проведения эксперимента выключить насос при помощи переключателя «Вихревой насос».

14Закрыть кран (З-2).

15Кнопкой «Вкл./Выкл.» выключить стенд.

16Выключить тумблер «Сеть». Отключить стенд от электропитания 220 В, 50 Гц.

17Навести порядок на рабочем месте.

Обработка результатов

Определить основные характеристики вихревого насоса

1Напор насоса ( ) определить по формуле (3.01.1).

2По формуле (3.01.2) определить полезную мощность насоса ( п).

3По формуле (3.01.3) определить коэффициент полезного действия (ɳп).

4Результаты занести в табл. 3.03.1.

17

Принцип работы данного устройства основывается на наличии ротора с эксцентрически расположенными пластинами, внутри которых находятся пазовые участки продольной вариации, называемые шиберами. Для их прижимания к поверхности статора используется центробежная сила.

Из-за эксцентрического расположения ротора, в процессе его вращения пластины постоянно контактируют со стеной корпусной части, вначале входя вовнутрь ротора, а затем выходя из него. Из-за этого жидкость сначала закачивается вовнутрь механизма, а затем выходит из него под давлением.

Конструкция шиберного насоса (рис. 3.04.2) состоит из:

корпуса с двумя патрубками (всасывающего и нагнетательного), который изготавливается из чугуна или стального сплава;

приводного двигателя (как правило, асинхронного типа);

вала с пластинами (ротора), который вращается внутри корпуса по эксцентриковой траектории (рабочие пластины располагаются в специальных пазах ротора, кроме того, на поверхности данного конструктивного элемента выполнены пазы, имеющие разные углы наклона в тех местах, где они выходят к граням вала).

Рисунок 3.04.2 – Основные части шиберного насоса

Роторно-пластинчатые насосы делятся на две большие категории: устройства одинарного и двойного принципа действия. Их основные конструктивное различие заключается в форме поперечного сечения статора – элемента, внутри которого и вращается ротор.

Принцип работы роторно-пластинчатых (или шиберных) насосов как одинарного, так и двойного действия (рис. 3.04.3) можно описать следующим образом:

При вращении ротора пластины, имеющие возможность свободно перемещаться в посадочных пазах в радиальном направлении, выдвигаются из них под действием центробежной силы.

Торцевая часть выдвинутых пластин входит в плотное соприкосновение с внутренними стенками статора и начинает скользить по ним, перемещая перекачиваемую устройством среду.

19