Раздел V. Насосы и насосные станции
Глава 22. Объемные насосы
§ 94. Общие сведения
Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости за счет изменения энергии давления. К объемным насосам относят поршневые с возвратно-поступательным движением рабочего органа (вытеснителя), ротационные с вращательным движением рабочего органа и бесприводные. Поршневые насосы подразделяют на собственно поршневые и плунжерные. Основные рабочие органы поршневых насосов: цилиндр, с тщательно обработанной рабочей поверхностью, и поршень (плунжер), движущийся в цилиндре возвратно-поступательно. Поршень приводится в движение электродвигателем или дизелем через кривошипно-шатунный механизм. Подача нагнетаемой жидкости в поршневых насосах неравномерна (вследствие непостоянства скорости движения поршня в цилиндре. Поршневые насосы обладают хорошей всасывающей способностью и могут создавать высокое давление.
Ротационные насосы подразделяются на винтовые, шестеренные (зубчатые), шиберные, пластинчатые и др. Положительное свойство этих насосов – то, что они соединяют хорошую всасывающую способность поршневых насосов и равномерную плавную подачу центробежных. Ротационные насосы обладают следующими преимуществами перед другими типами насосов: меньшие размеры; отсутствие клапанов и клапанных коробок; минимум движущихся частей; простота в изготовлении и эксплуатации, экономичность. Их подача при сохранении неизменного давления легко регулируется изменением частоты вращения ротора. Ротационный насос состоит из вращающегося рабочего органа – ротора, неподвижного органа – статора и отсекателя, отмеряющего при движении жидкости некоторый ее объем.
Бесприводными называют насосы, у которых роль вытеснителя играет другая жидкость, газ или пар. К ним относятся струйные насосы и эрлифты.
По роду рабочей жидкости струйные насосы подразделяются на гидроэлеваторы (рабочая и перемещаемая жидкости – вода) и инжекторы (рабочая жидкость – пар, перемещаемая – вода). Струйные насосы, предназначенные для отсасывания жидкости, называются эжекторами.
Работа эрлифта основана на законе равновесия жидкости в сообщающихся сосудах. Принцип действия струйного насоса основан на передаче кинетической энергии рабочей жидкостью перемещаемой жидкости для ее отсасывания и подъема.
Струйные насосы и эрлифты просты и надежны в эксплуатации, однако обладают невысоким кпд.
§ 95. Поршневые насосы
Принцип действия поршневого насоса (рис. 63) заключается в следующем: в клапанной камере 4 и цилиндре 5 насоса при движении поршня 6 слева направо создается разрежение. Под действием атмосферного давления Ра на свободную поверхность вода поднимается по всасывающей трубе 7, открывает обратный 8 и всасывающий 1 клапаны и заполняет разреженный объем цилиндра насоса. При движении поршня справа налево (нагнетание) в цилиндре насоса создается давление, под действием которого закрывается всасывающий клапан, открывается нагнетательный клапан 2 и вода из цилиндра поступает в нагнетательную трубу 3. Во время нагнетательного хода обратный клапан закрыт, и вода остается во всасывающей трубе. За один цикл движения поршня осуществляется одно всасывание и одно нагнетание.
Поршневые насосы классифицируются по следующим признакам:
по типу привода – на приводные (с кривошипно-шатунным и бескривошипным приводом), прямодействующие и ручные;
Рис. 63. Схема поршневого насоса простого действия
Рис. 64. Схема поршневого насоса двойного действия:
1 – всасывающие клапаны; 2 – нагнетательные клапаны; 3 – нагнетательная труба; 4 – уплотнительный сальник; 5 – всасывающая труба
по конструкции поршня – с дисковым поршнем (собственно поршневые) (см. рис. 63, 64), плунжерные (рис. 65) и диафрагмовые. У плунжерных насосов поршень выполнен в виде продолговатого пустотелого цилиндра. Более надежная конструкция уплотнения плунжера позволяет плунжерным насосом развивать высокий напор. Поршневые насосы применяют при малых и средних напорах. В диафрагмовом насосе роль поршня выполняет гибкая диафрагма;
по числу цилиндров – с одним, двумя и тремя цилиндрами. Увеличение числа цилиндров обеспечивает более равномерную подачу жидкости;
по расположению оси цилиндров – горизонтальные и вертикальные;
по кратности действия – простого (одиночного) (см. рис. 63), двойного (см. рис. 64), дифференциальные (см. рис. 65).
Рис. 65. Схема плунжерного (дифференциального) насоса
В насосах простого действия подача жидкости осуществляется одной стороной поршня, в насосе двойного действия – обеими сторонами. Особенность дифференциального насоса – наличие двух камер, из которых одна имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, другая клапанов не имеет и постоянно соединена с нагнетательной трубой (см. рис. 65). При ходе плунжера 7 слева направо в клапанную камеру 2 всасывается жидкость; в это же время плунжер вытесняет в нагнетательную трубу 4 часть жидкости из плунжерной камеры 5. При ходе плунжера справа налево всасывающий клапан 1 закрывается, жидкость из клапанной камеры через нагнетательный клапан 3 вытесняется частично в нагнетательную трубу, а частично в плунжерную камеру, в которой освобождается некоторое пространство благодаря разнице в диаметрах частей плунжера. Для уплотнения предназначены сальники 6. Особенность дифференциального насоса – периодическое всасывание и непрерывное нагнетание. Равномерность нагнетания достигается благодаря тому, что площадь сечения правой части плунжера вдвое меньше левой.
В системах водоснабжения поршневые насосы почти полностью вытеснены центробежными. На обогатительных фабриках поршневые насосы применяют для подачи растворов флотационных реагентов. Для удаления сгущенных продуктов из радиальных сгустителей и очистки отстойников применяют диафрагмовые насосы. В системах водоснабжения обогатительных фабрик применяют плунжерные насосы-дозаторы серии НД, предназначенные для дозирования известкового молока, растворов коагулянта и других нейтральных и агрессивных жидкостей.
Поршневые насосы имеют следующие преимущества перед центробежными: возможность подачи незначительных объемов воды при высоком напоре; хорошую всасывающую способность; высокий кпд при малом расходе и высоком напоре.
Основные недостатки поршневых насосов: неравномерность подачи жидкости; большие размеры и масса; необходимость устройства тяжелого фундамента; наличие быстроизнашивающихся деталей (клапанов) и передачи к двигателю, усложняющих обслуживание оборудования.