Транспорт для перемещения жидкостей

Устройства для перемещения жидкостей относят к внутриза­водскому транспорту.

Перемещение жидкостей может осуществляться в замкнутых каналах (трубопроводы и др.) под действием разности давлений на двух участках потока (напорное перемещение жидкости) или под действием силы тяжести жидкости, имеющей свободную по­верхность, благодаря гидравлическому уклону (безнапорное перемещение жидкости). Напорное перемещение жидкостей произ­водится объемными и лопастными, а также струйными насосами.

В химической промышленности наибольшее распространение получили поршневые, плунжерные насосы (для работы с пеня­щимися и другими жидкостями) и центробежные насосы (для работы с агрессивными, токсичными, взрыво- и пожароопасными средами).

Основными параметрами насоса любого типа являются подача Q (м³/с), напор Н (м) и мощность N (Вт).

1. Поршневые насосы (рис.1.) - устройства, в которых рабочий орган (поршень) совершает в цилиндре возвратно-поступательные движения, сообщая перекачиваемой жидкости избыточное давле­ние. В том случае, когда рабочий орган выполнен в виде удли­ненного поршня (плунжера), поршневой насос называют плун­жерным (рис.2).

Рис.1. Поршневой насос одинарного действия: 1-воздушный колпак; 2-всасыва-ющий клапан; 3-цилиндр; 4-поршень; 5- на-гнетательный клапан.		Рис.2. Плунжерный насос одинар- ного действия: 1- цилиндр; 2-плунжер; 3-сальник; 4-нагнетательный клапан; 5-всасывающий клапан
Рис. 3. Схема работы поршне-вого насоса простого действия: а-всасывание; б-нагнетание.	Рабочий цикл поршневого насоса. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Таких тактов два: всасывание жидкости в цилиндр из питающей линии и нагнетание (вытеснение) жидкости из цилиндра в нагнетательную линию. Совокупность тактов называется рабочим цик­лом. Первый такт – всасывание: при вращении коленчатого вала по часовой стрелке поршень (см. рис.3.) переме-щается из верхнего крайнего положения (верх-ней мертвой точки – в.м. т.) к нижнему крайне-му положению (нижней мертвой точке - н. м. т.), впускной клапан 1 (рис.3, а) открыт, выпускной клапан 3 закрыт. В цилиндре создается раз­режение и жидкость поступает в цилиндр.

Второй такт – нагнетание (рис.3,б), поршень пере­мещается от н.м.т. к в.м.т., создавая повышенное давление в цилиндре, при этом всасывающий клапан 1 закры-вается, а нагнетательный клапан 3 открывается. Объем жидкости, заключенный в цилиндре, вытесняется поршнем в нагнетательный трубопровод.

Далее процессы происходящие в цилиндре, повторяются в указанной выше последовательности. За один двойной ход поршня происходит одно нагнетание, и такой насос называется насосом простого действия.

Рис.4. Схема конструкции насоса двойного действия

В насосах двойного действия (см. рис.4) нагнетание происходит при каж-дом ходе поршня. Эти насосы, при про-чих равных условиях в два раза произ-водительнее насосов простого действия. На рис.5 показаны одна из типовых компоновок и детали кривошипноша-тунного механизма, включающего ша-туны 4, поршни 5 со снятыми порш-невыми кольцами, коленчатым валом 1 и противовесами 11.

Рис. 5. Кривошипно-шатунный механизм: 1 – передний конец коленчатого вала; 2 и 7 - зубчатые колеса; 3 - коренные шейки; 4 – шатуны; 5 - поршни; 6 - щеки с противовесами; 8 - шатунные шейки;9 - вкладыши; 10 – масляная полость шатунной шейки с грязеуловителем; 11 - противовес; 12 – шкив.

Для обеспечения большой производительности насоса на одном приводном валу устанавливают несколько цилиндро-поршневых (плунжерных) групп.

В качестве примера на рис.6 показана конструкция трехплунжерного насоса с клапанным распределением и числом оборотов коленчатого вала 125 об/мин.

В гидромашинах широко используются двухступенчатые насосы. В этих насо-сах два плунжера получают движение от одного приводного вала. Причем при низком давлении один из плунжеров (плунжер низкого давления) нагнетает жид-кость в нагнетательную линию, а при высоком давлении в нагнетательной линии нагнетает жидкость в питающую линию другого плунжера (плунжер высокого давления).

Недостатком насосов с кривошипно-шатунным механизмом являются боль-шие габариты и наличие неуравновешанных масс. При использовании вместо

Рис.6. Трехплунжерный насос с клапанным распределением: 1 – кривошипно-шатунный механизм; 2 – нагнетательные клапаны; 3 – плунжеры; 4 – всасывающие клапаны.

кривошипно-шатунного привода плунжера обыкновенного эксцентрика-кулачка, как показано на рис. 7, рабочий процесс гидромашины может быть реализован как в форме гармонического, так и иной закономерности движения плунжера и, что очень важно, существенно снизить величины неуравновешенных сил, габариты и вес машины.

Рис.7. Звездообразный насос с кулачковым приводом.

На рис. 7, как пример кулачкового механизма, показан механизм привода пор-шней топливного насоса звездообразного девятицилиндрового двигателя. Поршни 2 приводятся в движение кулачком 4, кото-рый установлен на валу двигателя. Кулачок действует на толкатели З, расположенные в кольце 1, вращающемся в направлении, обратном направлению вращения кулачка, со скоростью, равной 1/8 его скорости. При этих условиях поворот кулачка на 7200 соответствует повороту кольца с толкате-лями в противоположном направлении на 90°. Следовательно, кулачок за два оборота поочередно переместит все девять порш-ней, вернувшись в исходное положение при повороте кольца на 900. При использовании вместо кривошипно- шатунного привода плунжера обыкновенного

эксцентрика-кулачка, как показано на рис. 8, рабочий процесс гидромашины не меняется, по­скольку этот тип привода так же обеспечивает гармоническое движение плунжера. В корпусе 1 на валу 9 размещены эксцентрики 10 которые через подпятник 12 приводят плунжеры 3, попарно соединенные с помощью подвижных рамок 11 (втулка 2, седла клапанов 4 и 7, клапаны 5 и 8, а также плунжерная коробка 6) аналогичны плунжерным насосам.

Характерным для большинства современ­ных насосов является использование тарельчатого клапана (1, рис.9) с коническим седлом, имеющего либо нижнюю направляющую (рис.9), либо верхнюю. Седла (2, рис.9) выполняются коваными из стали ЭЯ2 или ЭЖ1 с термообработкой до твердости HRC 38 42.

Рис.8. Быстроходный эксцентриковый плунжерный насос.

Рис.9 Нагнетательный клапан: 1- седло; 2- клапан.

Особенностью поршневых насосов является неравномерность подачи, в связи с чем важное значение приобретает понятие сте­пень неравномерности подачи. Эта величина представляет собой отношение максимальной (мгновенной) подачи Qmax данного насоса. Особенностью поршневых насосов является неравномерность подачи, в связи с чем важное значение приобретает понятие - сте­пень неравномерности подачи. Эта величина представляет собой отношение максимальной (мгновенной) подачи Qmax данного насоса к предполагаемой средней подачеQср (рис. 10): т = Qmax/Qср. (1)

Для насоса одинарного действия т = 3,14, двойного дей­ствия - т = 1,5, строенного - т = 1,05. Насос двойного действия имеет более равномерную подачу, так как он за один двойной ход делает две подачи. С дальнейшим увеличением числа поршней степень неравномерности подачи уменьшается очень медленно.

Неравномерность подачи и связанная с этим неравномерность движения жидкости во всасывающем и нагнетательном (напор­ном) трубопроводах может быть частично устра-

Рис.10. Диаграмма подачи поршневых насосов одинарного(а), двойного (б), строенного (в) действия.

нена установле­нием воздушных колпа-ков (см. рис. 1). Сжатие воздуха в кол­па-ке при подаче и расширение при всасы-вании уменьшает нерав­номерность дви-жения жидкости в напорном трубопро-воде. Чем больше объем воздушного колпака, тем меньше степень неравно­мерности подачи. На практике обычно ограничиваются такими размерами кол-паков, чтобы колебание давления в на-порном тру­бопроводе не превышало +3 %. Высоту всасывания поршневых насосов определяют по формуле: . (2) Здесь Ра - атмосферное давление, Па; РЖ - давление насыщенных паров жидкости, Па; - плотность жид-

кости, кг/м³; h₁ и h₂ -соответственно потери напора в на­сосе и всасывающем трубопроводе, м.

Поршневые насосы с дисковым поршнем применяют при пе­рекачке маловяз-ких жидкостей, а плунжерные – для перекачки вязких жидкостей, суспензий и со-здания высоких давлений.

Горизонтальные плунжерные насосы выпускают с подачей от 180 до 1800 л/мин (0,003 до 0,03 м³/с), верти­кальные - от 2950 до 38600 л/мин (0,05 до 0,64 м^З /с).

Согласно ГОСТ 12052-77 выпускают хими­ческие поршневые насосы типов: ХПНП - хи­мический поршневой насос паровой; ХТр - хими­ческий трехцилин-дровый с регулируемой подачей; ХТ - химический трехцилиндровый; РК - регули­руемый кислотный; РКС - регулируемый для со­ляной и серной кислот; РКХ - регулируемый для суспензии хлорида алюминия.

Маркировка насоса расшифровывается сле­дующим образом. Например, РКС 1,5/25 озна­чает: Р - регулируемый; К - кислотный; С - со­ляная кислота; 1,5 - подача, м³/ч; 25 - давление нагнетания, атм (или 2,5 МПа).

Технические характеристики некоторых плунжерных насосов приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Технические характеристики некоторых плунжерных насосов типа ХТр

Марка насоса	Подача, м3/ч	Давление нагне-тания, МПа	Число двойных ходов, в мин.	ход поршня, мм	Диаметр поршня, мм
ХТр 1,5/200 ХТр 3/20 ХТр 8/110 ХТр 30/50	0,75 1,5 1 3 4 8 15 30	22 2 11 5	200 300 182 205	60 45 120 120	32 45 55 100

Подачу поршневого насоса регулируют с помощью вентиля или задвижки на перепускной линии, соединяющей всасывающий и нагнетательный трубопроводы.

Поршневые насосы можно выбрать по каталогу, где указаны: марка насоса, подача, давление нагнетания, число двойных ходов поршня в минуту, мощность двигателя, габа-ритные размеры, мас­са, изготовитель, характер перекачиваемой жидкости. Например, на-сос марки Т 25/340 предназначен для перекачки аммиачной воды, имеет подачу 25 м^З /ч, давление нагнетания 34 МПа, мощ­ность электродвигателя 440 кВт.

Достоинства поршневых насосов: высокий к. п. д. (до 85 %); возможность достижения высоких напоров при любых подачах; хорошая всасывающая способность.

Недостатки: тихоходность, а следовательно, громоздкость и большая масса (из-за наличия редуктора); сложность изготовле­ния и высокая стоимость самого насоса и его эксплуатации; не­равномерная подача; отсутствие регулировки подачи.

Эти недостатки делают поршневые насосы менее эффектив­ными, чем ниже рассмо-тренные центробежные.