1 Конструкции и принцип действия лопастных насосов

Насосное оборудование играет достаточно важную роль в жизни каждого человека. Особенно часто у нас возникают определенного вида потребности в том или ином виде насосного оборудования, учитывая различные жизненные обстоятельства.

Насосы - незаменимые помощники для водоснабжения, орошения, подачи воды из колодцев, скважин, водоемов и других целей. В настоящее время продолжается разработка новых модификаций насосов с применением современных технологий.

Насосы представляют собой гид­равлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механи­ческую энергию приводного двигате­ля в механическую энергию движущейся жидкости.

Первоначально насосы предназначались исключительно для подъема воды. В настоящее время область их применения широка и многообразна. Помимо водоснабжения и кана­лизации городов, промышленных предприятий и электростанций на­сосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулиро­вания энергии, транспортирования материалов. Существуют питатель­ные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве стро­ительных работ (намыв земляных сооружении, водопонижение, откачи­вание воды из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и т. п.), при раз­работке месторождений и транспор­тировании полезных ископаемых гид­равлическим способом, при гидро­удалении отходов производственных предприятий. В качестве вспомога­тельных устройств насосы служат для обеспечения смазки и охлажде­ния машин.

Все существующие в настоящее время насосы могут быть разделены на два вида: динамические и объемные (рис. 1).

В динамических насосах жид­кость движется под силовым воздей­ствием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и от­водящими устройствами. В зави­симости от вида силового воздей­ствия на жидкость динамические насосы, в свою очередь, делятся на лопастные насосы и насосы трения.

Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из камеры, за счет уменьшения ее объема. Периодическое изменение объема камеры происходит за счет возврат­но-поступательного или вращатель­ного движения рабочего органа на­соса. Попеременное заполнение ка­меры перекачиваемой жидкостью и ее опорожнение обеспечиваются кла­панными устройствами входного и выходного патрубков насоса.

Рисунок 1- Классификация насосов

1.1 Центробежные насосы и их классификация

1. По числу колес:

а) одноколесные - одним колесом создают напор не более 40-50м.

б) многоколесные (многоступенчатые) - для больших напоров, количество ко­лес бывает до 10, иногда 12. Дальнейшее увеличение количества ступеней не­целесообразно вследствие больших потерь напора.

2. По создаваемому напору:

а) низконапорные (до 20м);

б) средненапорные (от 20 до 60м);

в) высоконапорные (свыше 60 м).

3. По способу подвода жидкости к колесу:

а) с односторонним подводом (всасыванием) жидкости к колесу;

б) с двухсторонним подводом жидкости к колесу; колесо такого насоса пред­ставляет собой как бы сложенные тыльными сторонами 2 обыкновенных коле­са; в этом случае жидкость входит в колесо с 2-х сторон и производительность насоса увеличивается.

4. По расположению вала насоса:

а) горизонтальные (наиболее распространенные);

б) вертикальные, которые применяются чаще всего для откачивания воды из глубоких колодцев, скважин, куда они опускаются.

5. По способу разъема корпуса:

а) с горизонтальным разъемом корпуса;

б) с вертикальным разъемом корпуса - эти насосы называются секционными, т.к. корпус состоит из нескольких секций (по числу колес).

6. По способу отвода жидкости из рабочего колеса в камеру:

а) спиральные, в которых жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в нагнетательный трубопровод;

б) турбинные, в которых жидкость из рабочего колеса поступает в спиральный корпус через направляющий аппарат, представляющий неподвижное колесо с лопатками.

7. По способу соединения с двигателем:

а) приводные, соединяемые с двигателем ремённой передачей;

б) соединяемые непосредственно с двигателем - обычно с электродвигателями или паровой турбиной.

8. По назначению:

а) водопроводные.

б) канализационные;

в) производственно-технические - для перекачивания нефти, кислот, горячей и шахтной воды;

г) землесосы, применяемые для намыва плотин и при дноуглубительных работах.

д) шламовые, применяемые в цементной и нефтяной промышленности, цветной металлургии.

9. По степени быстроходности рабочего колеса:

а) тихоходные;

б) нормальные;

в) быстроходные.

Достоинства центробежных насосов:

• компактность и простота конструкции;

• простота соединений с электродвигателем и другими силовыми установками, что повышает КПД установки;

• простота пуска и регулирования;

• плавная работа;

• экономичность в эксплуатации;

• надежность, долговечность в работе и возможность применения для перекачки любых жидкостей.

Недостатки центробежных насосов:

• низкий КПД малых насосов;

• сложность отливки рабочего колеса;

• необходимость заполнения жидкостью корпуса перед пуском.

Основным рабочим органом центробежного насоса, является свободно вращающееся внутри корпуса коле­со, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вра­щения колеса. Внутренние поверх­ности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачи­ваемой жидкостью. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), нахо­дящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила, оп­ределяемая выражением:

F_и = m ²r, (1)

где - угловая скорость вала, рад/с.

Под действием этой силы жид­кость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в пе­риферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непре­рывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабоче­му колесу и отвод ее от него. Жидкость поступает через отвер­стие в переднем диске рабочего колеса (рис. 2) по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу.

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в цент­ральной области колеса (разрежение). Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спи­ральная камера (в форме улитки), куда и поступает жидкость, выбра­сываемая из рабочего колеса. Спи­ральная камера (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Рисунок 2 - Центробежный насос

1 - рабочее колесо; 2 - лопасть; 3 - спиральный отвод; 4 - конический диффузор; 5 - напорный трубопровод; 6 - воронка для заливки насоса или место подсоединения ва­куум-насоса; 7 - приемный обратный клапан с сеткой; 8, 9 - всасывающие трубопровод, и патрубок; 10 - диски рабочего колеса; 11 - задвижка.

Анализ уравнения (1) пока­зывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше

частота вращения и диаметр рабо­чего колеса.

В зависимости от требуемых па­раметров, назначения и условий работы в настоящее время разра­ботано большое число разнообраз­ных конструкций.

По способу соединения с двига­телем (рис. 3) центробежные насосы разде­ляются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые не­посредственно с двигателями с по­мощью муфты, и моноблочные, ра­бочее колесо которых устанавливает­ся на удлиненном конце вала электродвигателя.

^{Рисунок 3 - Соединения насоса с двигателем}

а -обычные (муфтой); б - моноблочные; в - фланцевые.