I. Насосы

Насос—это машина, предназначенная для сообщения жидкости механической энергии.

Основные параметры насосов

Производительность, или подача, – это объемное или массовое количество жидкости, подаваемой насосом в сеть в единицу времени. Соответственно различают объемную производительность Q, м³/с, и массовую производительность G, кг/с.

Напор – это удельная механическая энергия, сообщаемая насосом жидкости в единицу времени,

(1)

где Е – полная механическая энергия, сообщаемая жидкости насосом за время t, Дж; m — масса жидкости, протекающей через насос за время t, кг; g – ускорение свободного падения, м/с²;  – плотность жидкости, кг/м³.

Мощность, сообщаемая насосом жидкости N_пол, называется полезной. При известных Q и H она может быть найдена из выражения (1):

Эффективная, или затрачиваемая мощность (N_эф) – это мощность, потребляемая насосом при перекачивании жидкости, она может быть измерена на приводном, валу насоса

Коэффициент полезного действия

(2)

может быть представлен в виде

, (3)

где _г – гидравлический коэффициент полезного действия, учитывает гидравлические потери энергии, связанные с течением жидкости внутри проточной части насоса (в клапанах поршневых насосов, в межлопаточных каналах центробежного насоса и т. п.); _об – объемный коэффициент полезного действия, учитывает потери энергии, вызванные внутренними и внешними утечками жидкости; _мех – механический коэффициент полезного действия, учитывает прочие потери энергии в насосе (трение в уплотнении, трение поршня о поверхность цилиндра в поршневом насосе, гидравлические потери в жидкости, находящейся между дисками колеса и корпусом центробежного насоса и т. п.).

Всасывающая способность характеризуется максимально допустимой высотой установки насоса над уровнем жидкости в емкости, из которой она всасывается.

Классификация насосов

По принципу действия насосы делится на две основные группы.

1. Лопастные насосы, принцип действия которых основан на создании центробежных полей давлений или других динамических эффектов (центробежный насос, вихревой насос, осевой насос и т. п.).

2. Объемные насосы, в основе действия которых лежит принцип перемещения строго определенных порций жидкости (поршневой насос, шестеренный насос и др.).

Кроме насосов, относящихся к двум названным основным группам, в промышленности также находят применение струйные и газлифтные насосы.

На рис. 1 показаны ориентировочные границы применений различных типов насосов.

1.1. Центробежные насосы Принцип действия

При вращательном движении в жидкости возникает центробежное поле давлений с максимальным давлением на периферии и минимальным на оси потока. Если вблизи оси осуществлять подачу, а с периферии—отток жидкости повышенного давления, то мы и реализуем принцип центробежного насоса.

Как будет выяснено в дальнейшем, существенное значение в создаваемом насосом напоре имеет и приобретение жидкостью высоких скоростей.

Рис. 1. Ориентировочная область применения насосов:

1-ротационных; 2-поршневых; 3-центробежных; 4-осевых.

Схематическое изображение конструкции центробежного насоса приведено на рис. 2.

Рис.2. Центробежный насос.

Рабочее колесо насоса 1 установлено на валу 2 и приводится во вращение от двигателя. При этом жидкость, предварительно залитая в корпус 3 насоса, вращается, возникает центробежное поле давлений.

Всасывание жидкости осуществляется через всасывающий патрубок 4, нагнетание—через нагнетательный патрубок 5. Для уплотнения вала 2 в корпусе 3 применяются сальниковые ила торцовые уплотнения. Окружная скорость колеса обычно не превышает 80 м/с (ограничивается условием прочности материала колеса). При этом скорость выхода жидкости с лопаток колеса достигает 20м/с. Для преобразования соответствующего скоростного напора в статический необходимо плавное расширение потока. Наиболее часто это осуществляют посредством улитки 3 (см. рис. 2), либо с помощью неподвижной решетки 1 (установленной в корпус насоса) (рис. 3), после которой жидкость приобретает радиальное направление течения. Такое устройство обычно применяется в многоступенчатых насосах (рис. 5).

Р ис.3 Схема центробежного насоса

с решеткой:1-неподвижная решетка;

2-рабочее колесо центробежного насоса

Р ис.4 Рабочее колесо центробежного насоса:

а -полузакрытого типа; б- закрытого типа;

в -с двухсторонним всасыванием.

Типы рабочих колес

Колесо полуоткрытого типа а (рис. 4) имеет один диск, на котором укреплены лопатки. Применяется в насосах, служащих для перекачивания суспензий. В насосе с таким колесом при спуске после кратковременной остановки происходит быстрый размыв осадка.

Колесо закрытого типа б имеет два диска, между которыми находятся лопатки. Применяется в насосах, предназначенных для перекачивания чистых жидкостей или жидкостей, содержащих незначительное количество твердых частиц.