2 Динамічні насоси
2.1 Будова, принцип дії і класифікація
До динамічних насосів відносяться: відцентрові, осьові та вихрові.
Відцентрові та осьові насоси не володіють властивістю самовсмоктування. Самовсмоктуючі вихрові насоси (зі спеціально розміщеними вхідними та вихідними каналами) використовуються для транспортування газорідинних сумішей.
У всіх динамічних насосах в міжлопатевих каналах ротора завдяки лопатям рідина розганяється (її швидкість збільшується), а в каналах статора (направляючого апарату) гальмується (швидкість зменшується), іншими словами в статорі кінетична енергія рідини перетворюється в потенціальну. Процес розгону і гальмування рідини може відбуватись однократно в одній ступені насоса або багатократно (як це відбувається в одній ступені вихрового насоса) чи послідовно в декількох ступенях багатоступеневого насоса.
На рис.2.1 приведена схема секційного (одна секція) відцентрового насоса, а на рис.2.2 – схема спірального насоса.
1 – вхідний патрубок; 2 – робоче колесо; 3 – направляючий апарат; 4 – корпус; 5 – вал; 6 – ущільнення вала; 7 – кільцевий відвід;8 – вихідний патрубок
Рисунок 2.1 – Схема секційного насоса (одна секція)
1 – вал; 2 – робоче колесо; 3 – спіральна камера (направляючий апарат); 4 – конічний трубний розширник (дифузор); 5 – вихідний патрубок
Рисунок 2.2 – Схема спірального насоса
На початку вхідної лінії будь-якого динамічного насоса знаходиться фільтр (сітка) для недопущення попадання сторонніх предметів в насос. Перед насосом на вхідній лінії встановлюється зворотний клапан (чи засувка), щоб при зупинці насоса рідина не виходила в прийомну ємність.
Відцентровий насос не володіє властивістю самовсмоктування тому, що при низькій густині повітря відцентрові сили робочого колеса недостатні для евакуації повітря із насоса (розрідження не створюється і не відбувається самовсмоктування), а тому перед запуском насос заливають перекачуваною рідиною.
На вихідній лінії монтується засувка (за допомогою якої регулюють подачу насоса при n=const) і зворотний клапан, який відсікає насос від вихідного трубопроводу. При відсутності зворотного клапана, при зупинці насоса (під дією напору у вихідній лінії) робоче колесо почне обертатися у зворотному напрямку, що може вивести насос з ладу. Для контролю за режимом роботи насоса на вихідній лінії встановлюється манометр, а на вхідній – мановакуумметр.
В секційних насосах застосовується лопатевий направляючий апарат (статор), в якому сукупність каналів у напрямку руху рідини розширюються, що приводить до перетворення кінетичної енергії рідини в потенціальну. В спіральних насосах цей процес відбувається в спіральній камері.
Динамічні насоси класифікуються за наступними ознаками:
1) принципом дії: відцентрові, осьові, вихрові;
2) розміщенням осі вала: горизонтальні та вертикальні;
3) числом робочих коліс: одноколісні та багатоколісні (якщо колеса з’єднані послідовно – багатоступеневі насоси; при паралельному з’єднанні – багатопотокові насоси);
4) способом з’єднання з двигуном: моноблочні, з’єднані за допомогою муфти чи приводні;
5) призначенням: загального призначення (для транспортування води з температурою до 105 С ) і спеціального призначення (для транспортування спеціальних рідин або гарячої води з температурою вищою за 105 С ).
На рис.2.3 показано консольний одноступеневий відцентровий насос. Він складається з корпуса 5, колеса 4, ущільнення вала 6 з натискним фланцем 7, фланця для затягування деталей насоса 1, гайки для кріплення колеса на валу 3, вхідного підводу 2, захисної втулки 8, вала 11, станини 10, муфти 13 для з’єднання вала насоса з валом двигуна, підшипників 9 і 12. Колесо 4 має два диски, між якими розміщені лопаті. На задньому диску розміщена маточина зі шпонковою канавкою для закріплення колеса на валу, а на передньому диску колеса є вхідний отвір. Корпус колеса конструктивно об’єднує всі елементи в насосі і служить для підводу рідини до колеса, для відводу потоку від нього і для перетворення швидкісної енергії потоку, що виходить з колеса, в тиск. Вал знаходиться на радіально-упорних шарикопідшипниках, які сприймають радіальне і осьове навантаження, що виникає внаслідок дії гідравлічних сил і сил тяжіння.
1 – фланець для затягування деталей насоса; 2 – вхідний підвід; 3 – гайка для кріплення колеса на валу; 4 – лопатеве колесо; 5 – корпус; 6 – ущільнення; 7 – натискний фланець; 8 – захисна втулка; 9, 12 – підшипники; 10 – станина; 11 – вал; 13 – муфта
Рисунок 2.3 – Консольний одноступеневий відцентровий насос
У відцентрових насосах з двостороннім входом рідини потік при вході ділиться на дві частини (рис.2.4) і з двох сторін поступає в колесо. Обидві частини потоку знову з’єднуються при виході із колеса і поступають в спіральний відвід. Така конструкція насоса компактна і має ряд переваг. Насоси такої конструкції відносяться до насосів типу Д.
При послідовному з’єднанні коліс кожне з них створює тільки частину повного напору, причому величина напору насоса збільшується від колеса до колеса до сумарного значення на виході. Такі насоси називаються багатоступеневими насосами типу М. На рис.2.5 показано багатоступеневий насос 5МС-710, який складається з десяти робочих коліс 9, вала 12, вхідного патрубка 7, корпусів направляючих апаратів 8, корпуса ущільнення 11, вихідного патрубка 10, стяжних шпильок 2, ущільнення вала 1, кришки фланця 5, муфти 3 та підшипників 4 і 13.
1 – колесо; 2 – ущільнення вала
Рисунок 2.4 – Відцентровий насос з двостороннім входом рідини в робоче колесо
1 – ущільнення вала; 2 – стяжні шпильки; 3 – муфта; 4, 13 – підшипники; 5 – фланець; 6 – шпильки; 7 – вхідний патрубок; 8 – корпуси направляючих апаратів; 9 – робочі колеса; 10 – вихідний патрубок; 11 – корпус ущільнення; 12 – вал
Рисунок 2.5 – Відцентровий насос 5МС - 70x10
При обертанні колеса відбувається силова взаємодія потоку з лопатевим колесом, при цьому в потоці рідини виникає різниця тисків по обидві сторони кожної лопаті. Сили тиску лопатей на потік створюють вимушений обертовий і поступовий рух рідини, збільшуючи її механічну енергію.
Позначення відцентрового насоса, наприклад, 8НГД-93, розшифровується наступним чином:
8 – зменшений в 25 раз і округлений діаметр вхідного патрубка в мм (8"200мм); Н – нафтовий; Г – для гарячої нафти; Д – перше робоче колесо з двостороннім входом рідини; 9 – коефіцієнт швидкохідності, зменшений в 10 раз (ns= 90); 3 – кількість ступеней (коліс).