Глава IV

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

§ 20. Общие сведения

Непрерывное перемещение жидкостей на предприятиях хими­ческой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышлен­ности осуществляют с помощью насосов.

Классификация. В основу классификации объемных насосов положены их конструкция, назначение, условия работы, а также свойства перекачиваемой жидкости.

В зависимости от конструкции рабочего органа различают на­сосы: поршневые, плунжерные, диафрагмовые, с проходным порш­нем или глубинные.

По роду действия насосы бывают: одностороннего и двусторон­него действия, дифференциальные.

По расположению цилиндров насосы подразделяют на: гори­зонтальные, вертикальные, У-образные, звездообразные, одноряд­ные, двурядные, многорядные.

По способу приведения в действие насосы могут быть; паровы­ми прямодействующими, у которых поршень насоса и поршень па­ровой машины укреплены на одном штоке; приводными, которые приводит в действие отдельно расположенный двигатель через со­ответствующую передачу или кривошипно-шатунный механизм; ручными.

В зависимости от числа цилиндров насосы изготовляют: одно- и многоцилиндровыми.

По роду перекачиваемой жидкости насосы различают: кислот­ные, водяные, щелочные и т. д.

Из роторных насосов по виду замыкателей наиболее распрост­ранены: зубчатые, винтовые, шестеренные, пластинчатые.

Насосы по виду вытеснителя жидкости могут быть: жидкост­ные, газовые, паровые.

Все насосы подразделяют на объемные и динамические.

Объемными называют насосы, в которых жидкая среда пере­мещается в результате периодического изменения объема занимае­мой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Принцип действия. В основу действия объемных насосов поло­жено изменение объема рабочей камеры телами разной формы. Ес­ли рабочая камера цилиндрической формы, то для изменения ее объема необходимо иметь внутри другое цилиндрическое тело, со­вершающее возвратно-поступательное движение. Такие насосы на­зывают возвратно-поступательными.

При увеличении объема рабочей камеры давление в ней умень­шается и разность давлений снаружи и внутри камеры заставляет жидкость всасываться в камеру через открывшийся клапан. При уменьшении объема рабочей камеры давление в ней повышается, всасывающий клапан закрывается, нагнетательный открывается, и жидкость выталкивается из рабочей камеры.

В роторных насосах рабочие органы могут непрерывно вра­щаться, изменяя объем рабочей камеры и осуществляя процессы всасывания и нагнетания. Полости всасывания и нагнетания плот­но разделяются вращающимися рабочими органами — роторами. Объем рабочей камеры диафрагмовых насосов можно изменить попеременным изгибанием упругой пластинки — диафрагмы, ук­репленной по периметру в корпусе.

Таким образом, в объемных насосах жидкость может вытес­няться из рабочей камеры телами, движущимися возвратно-посту­пательно, или вращающимися телами. Применяют также объем­ные насосы, в которых жидкость вытесняется из рабочей камеры другой жидкостью, газом или паром.

§ 21. Возвратно-поступательные насосы

Действие возвратно-поступательных насосов состоит из чере­дующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осущест­вляются в цилиндре насоса при соответствующем направлении движения рабочего органа — поршня, плунжера или диафрагмы.

Основными частями поршневого насоса (рис.20) слу­жат: рабочая камера 4, цилиндр 9, в котором возвратно-поступа­тельно движется поршень 8. Насос приводится в действие от двига­теля, вал или ротор которого совершают вращательное движение. Для преобразования вращательного движения в возвратно-посту­пательное служит кривошипно-шатунный механизм, состоящий из кривошипа 13, шатуна 12, крейцкопфа 11 и штока 10.

Перекачиваемая жидкость подводится к насосу по всасывающе­му трубопроводу 2, а отводится к потребителю по нагнетательному

6. Жидкость забирается из различных приемников 1 (река, коло­дец, бак и другие резервуары). Потребителями жидкости могут быть напорные баки 5, паровые котлы, аппараты. Для соединения рабочей камеры 4 с всасывающим 2 или нагнетательным 6 трубо­проводами служат всасывающий 3 и нагнетательный 7 клапаны. Поршневые насосы одностороннего дейст-

вия за один двойной ход поршня один раз всасывают и один раз нагнетают жидкость. При движении поршня 8 слева направо в ци­линдре создается разрежение, т. е. давление оказывается ниже, чем на поверхности перекачиваемой жидкости АА в резервуаре 1 (рис. 20). Вследствие разности давлений открывается всасывающий кла­пан 3 и жидкость по всасывающему трубопроводу 2 поступает в рабочую камеру насоса 4. Этот процесс называется всасыванием. Он длится до тех пор, пока поршень не займет крайнее левое поло­жение. При движении поршня справа налево всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный 7 открывается и жидкость под дав­лением вытесняется из рабочей камеры в нагнетательный трубо­провод. Далее цикл повторяется.

Расстояние между крайними положениями поршня в цилиндре называется ходом поршня s. За один оборот кривошипа поршень совершает два хода или один двойной ход.

Поршневые насосы двустороннего действия за один двойной ход поршня два раза всасывают и два раза нагне­тают жидкость (рис. 21). Такие насосы имеют два всасывающих и два нагнетательных клапана, так как обе стороны цилиндра слу­жат рабочими камерами. При ходе поршня 2 вправо открываются всасывающий 1 и нагнетательный 4 клапаны, в левой рабочей ка­мере жидкость всасывается, а в правой — нагнетается в трубопро­вод, клапаны 3 и 5 закрыты. При ходе поршня влево клапаны 3 и

5 открываются, а клапаны 1 и 4 закрываются, в правой рабочей камере жидкость всасывается, а в левой нагнетается в трубопро­вод.

На рис. 22 показана схема двухцилиндрового порш­невого насоса двустороннего действия с общим коленчатым валом и общими всасывающими и нагнетательным трубопроводами. Кривошипы коленчатого вала смещены на угол

В плунжерных насосах одностороннего дей­ствия вместо дискового поршня движется плунжер, представ­ляющий собой удлиненный сплошной или полый цилиндр. Уплот­нение между цилиндром и плунжером достигается с помощью сальника, расположенного снаружи цилиндра и позволяющего сле­дить за уплотнением плунжера и устранять течь жидкости через сальник подтягиванием его. Если же течь не прекращается, то сальник заменяют.

90° друг к другу. При таком расположении кривошипов, если в од­ном цилиндре поршень занимает крайнее положение, то во втором цилиндре поршень находится в среднем положении. В цилиндре Б не происходят ни всасывание, ни нагнетание, так как поршень рас­положен в крайнем положении. В цилиндре А через клапан 1 жид­кость всасывается, а через клапан 3 — нагнетается. При дальней­шем вращении коленчатого вала поршень в цилиндре Б начнет движение влево, в правой рабочей камере через клапан 2 будет всасываться жидкость, в левой рабочей камере через нагнетатель­ный клапан 4 жидкость будет вытесняться в трубопровод. Далее при движении поршня в цилиндре А вправо в левой рабочей каме­ре продолжится всасывание, а в правой —нагнетание. При край­нем правом положении поршня в цилиндре А не происходят ни вса­сывание, ни нагнетание, а в цилиндре Б поршень займет среднее положение, поэтому в одной рабочей камере будет всасывание, а в другой — нагнетание.

Таким образом, в этом насосе подача жидкости идет непрерыв­но, но с меньшей равномерностью, чем в насосах с тремя рабочими камерами.

В промышленности применяют также плунжерные насосы одно-и двустороннего действия.

Плунжерные насосы могут создавать давление свыше 1,0 МПа.

Трехплунжерные насосы широко используют в хи­мической и нефтехимической промышленности. Они отличаются плавностью подачи, способны создавать высокое давление, что очень важно для многих технологических процессов. Трехплунжер­ные насосы разнообразны по назначению, создаваемому напору, конструкции и габаритным размерам. Принцип действия у них — объемный.

Трехплунжерный насос (рис. 23) предназначен для перекачки сжиженных углеводородов, состоит из трех одинаковых насосов одностороннего действия, имеющих общий коленчатый вал, общие всасывающий и нагнетательный трубопроводы. Кривошипы колен­чатого вала блока насосов расположены под углом 120° друг к другу. Положение плунжеров определяет следующие процессы: в цилиндре 1 закончилось нагнетание, в цилиндре 2 происходит на­гнетание, в цилиндре 3 продолжается процесс всасывания. При дальнейшем повороте коленчатого вала плунжер в цилиндре 1 бу­дет двигаться вверх, и начнется всасывание жидкости. Плунжер в

цилиндре 2 продолжит движение вниз и закончит процесс нагнета­ния, а в цилиндре 3 плунжер, продолжая движение вверх, закончит процесс всасывания. Таким образом, при работе насоса подача жидкости происходит постоянно. Эти насосы обладают наибольшей равномерностью подачи. Движение от электродвигателя к валу на­соса передается с помощью редуктора или клиноременной пе­редачи.

На рис. 24 показан приводной трехплунжерный насос типа XT. Марка насоса означает: X — химический, Т-трехплунжерный.

Насосы типа XT — горизонтальные, предназначены для подачи в аппараты серной кислоты, сжиженных углеводородов и других жидкостей. Подача насосов 1,6—8 м³/ч при давлении нагне­тания 2,5—6,3 МПа, число двойных ходов в минуту 200.

В каждый насос типа XT входят две основные части: блок ци­линдров 7 и чугунная станина 1, в которой находится механизм движения приводной части насоса, состоящий из коленчатого вала 9 на подшипниках качения, стальных шатунов 2 и чугунных ползу­нов 3 с плунжерами 4 из нержавеющей стали. В блоке цилиндров размещены три впускных клапана 8 и три нагнетательных кольце­вых клапана 6.

Насосы имеют предохранительные клапаны, пропускающие всю перекачиваемую жидкость в полость всасывания при давлении, превышающем установленное заводом-изготовителем. Сальники насосов снабжены уплотняющими манжетами 5 из резины и коль­цами из текстолита, расположенными в обоймах.

Механизмы движения приводной части смазывают маслом с помощью соединенного с коленчатым валом шестеренного насоса, укрепленного на станине, в полость которой залито масло. Шесте­ренный насос всасывает масло, которое проходит через фильтр, и по сверлениям в вале и шатунах подает его к подшипникам. Элект­родвигатель соединен с насосом упругой муфтой и встроенной в на­сос червячной передачей.

Дифференциальные насосы имеют ступенчатый плунжер (рис. 25). При движении плунжера 3 вправо жидкость че­рез всасывающий клапан 1 поступает в цилиндр. При обратном ходе плунжера эта жидкость перемещается в дополнительную ка­меру 4, в которой освобождается пространство, равное разности объемов малой и большой частей плунжера с диаметрами d и D. Пространство заполняется частью жидкости из цилиндра, а осталь­ная жидкость поступает через клапан 2 в нагнетательный трубо­провод. При следующем движении плунжера вправо в дополни­тельную камеру 4 вместо части плунжера с диаметром d входит часть плунжера с диаметром D и вытесняет часть жидкости, соот­ветствующую разности между объемами малой и большой части плунжера. Таким образом, за один двойной ход плунжера происхо­дит одно всасывание (ход вправо) и два нагнетания двумя пор­циями (ходы влево и вправо). Следовательно, дифференциальный насос работает на всасывание как насос одностороннего действия, а на нагнетание как насос двустороннего действия. Дифференци-

альный насос при такой же равномерности подачи жидкости, как и в насосе двустороннего действия, имеет только два клапана

вместо четырех.

Для перекачивания агрес­сивных жидкостей и суспензий в химической промышленно­сти часто применяют д и а ф -рагмовые насосы. В этих насосах цилиндр насоса и плунжер отделены от перека­чиваемой жидкости эластич­ной перегородкой — диафраг­мой, изготовленной из мягкой резины или специальной стали. При движении плунжера вверх диафрагма прогибается под давлением жидкости вправо, и жидкость через всасываю-при движении плунжера вниз

щий патрубок поступает в насос, жидкость вытесняется в нагнетательный патрубок.