Неустойчивая  работа насоса (помпаж)

В некоторых случаях работа насоса является неустойчивой: подача резко изменяется от наибольшего значения до нуля, напор колеблется в значительных пределах, наблюдаются шум и сотрясение насоса и трубопроводов. Это явление называют помпажем (рис. 61). Помпаж  происходит  у  насосов, имеющих главную характеристику H = f (Q) с западающей левой ветвью (Н_max > Н₀ на рис. 61).   Рассмотрим пример  возникновения помпажа по рис. 59. Здесь насос 1 подает жидкость по трубопроводу 3 в резервуар 5, откуда она по трубе 4 поступает к потребителю.

 

 

Рис. 61. Схема возникновения явления   помпажа`                    

Режим работы насоса определяется рабочей точкой А (подача Q_A). Если расход по трубе 4 меньше подачи Q_A, уровень жидкости в резервуаре повышается, характеристика сети смещается вверх и подача насоса уменьшается  (рабочая точка смещается влево по напорной характеристике, пока не займет положение С). Если при этом подача насоса превышает расход по трубе 4, уровень жидкости в резервуаре продолжает повышаться и характеристика сети в этом случае пройдет выше характеристики насоса (потребный напор сети становится больше напора насоса), в  результате  чего происходит срыв подачи (Q = 0). Жидкость из резервуара начнет движение к насосу, обратный клапан 2 закроется и насос начнет работать на себя при напоре H₀. Поскольку Q = 0, а расход по трубе 4 сохраняется, уровень жидкости в резервуаре понижается. Как только уровень понизится до высоты, соответствующей напору H₀, насос снова начнет подавать жидкость в сеть. Подача скачкообразно возрастет от 0 до Q_B (рабочая точка В). Уровень жидкости в резервуаре снова начнет повышаться и явление помпажа повторится.

Такие изменения направления потока сопровождаются гидравлическими ударами и нарушением условий нормальной эксплуатации.

Чтобы избежать явления помпажа, следует использовать центробежные насосы с монотонно падающей характеристикой (без западающей левой ветви); в этом случае с уменьшением подачи насоса происходит автоматическое увеличение напора.

 

 

Преимущества и недостатки центробежных насосов

   Центробежные насосы получили широкое распространение во всех отраслях промышленности, а во многих химических производствах полностью вытеснили поршневые насосы. Это объясняется их большими достоинствами, к которым относятся:

 

1. Высокая производительность и равномерная подача.

2. Простота конструкции, компактность, легкость соединения с приводом (отсутствие передаточных механизмов – редукторов, вариаторов и т.д.)

3. Простота регулирования и обслуживания.

4. Возможность работы на загрязнённых жидкостях (отсутствие клапанов, достаточно большие зазоры между рабочим колесом и корпусом).

5. Отсутствие инерционных сил при работе насоса (рабочее колесо вращается равномерно), поэтому не требуются тяжёлые фундаменты.

6. Высокая надёжность в работе и долговечность.

 

Недостатками центробежных насосов являются:

 

1. Малый создаваемый напор (в одноступенчатой конструкции обычно не превышает 50м). Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, имеющие несколько одинаковых колёс, вращающихся на общем валу. Жидкость, последовательно проходя через все колёса, получает напор, теоретически равный сумме напоров, создаваемых каждым рабочим колесом. Однако, при переходе из одной ступени в другую, жидкость многократно изменяет направление скорости, поэтому происходят потери энергии на местные сопротивления и, как следствие, снижение КПД. Кроме того, конструкции многоступенчатых насосов намного сложнее одноступенчатых.

2. Насосы не обладают свойством самовсасываемости (требуют заливки перекачиваемой жидкостью перед пуском).

3. Подача насоса зависит от сопротивления сети и в случае подключения дополнительного потребителя жидкости и(или) увеличения общего сопротивления сети подача насоса уменьшается.

 

Вихревые  насосы

 

Вихревой насос (рис. 62) имеет цилиндрический корпус 1, всасывающий патрубок 2, рабочее колесо 3 с радиальными прямыми лопатками. Полость всасывания отделена от полости нагнетания перемычкой b. Торцевые зазоры между рабочим колесом и корпусом, а также радиальный зазор между кромкой лопатки и перемычкой – не более 0,15мм. В боковых и периферийных стенках корпуса имеются концентричный канал 4, начинающийся у входного окна и заканчивающийся у напорного патрубка 5. Жидкость через входной патрубок 2 поступает в канал 4 и далее в рабочее колесо 3. Получив под действием центробежных сил приращение кинетической  энергии, жидкость выталкивается в канал 4.

  При взаимодействии с жидкостью, которая движется в канале с меньшей скоростью, она сообщает импульс в направлении вращения рабочего колеса. При переходе жидкости из колеса 3, имеющего меньшее сечение межлопастного пространства в канал 4, имеющий большее сечение, кинетическая энергия частично преобразуется в энергию давления. Двигаясь в направлении стрелок, отдав часть энергии потоку, проходящему по каналу, жидкость снова всасывается рабочим колесом.

Рис. 62. Принципиальная схема вихревого насоса  

          

 Таким образом, в отличие от центробежного насоса, в вихревом насосе жидкость многократно взаимодействует с лопатками рабочего колеса, получая каждый раз приращение энергии.

Поэтому напор такого насоса в 3 ÷ 5 раз больше, чем у аналогичного по размерам и числу оборотов центробежного насоса. Однако жидкость, проходя через насос, многократно изменяет направление скорости, возникают большие местные потери напора (энергия теряется на вихреобразование). Поэтому максимальное значение КПД для таких насосов не превышает 35 ÷ 40%.

Низкий КПД препятствует применению вихревых насосов при больших мощностях, хотя их напор и достигает 250м. Вихревые насосы получили широкое применение для перекачивания легколетучих жидкостей (ацетона, бензина, спирта). Особенно перспективно их использование при перекачивании смеси жидкости и газа. Вихревые насосы не пригодны для перекачивания жидкостей с большой вязкостью, так как при этом резко падают напор и КПД. Их не следует также использовать для жидкостей, содержащих абразивные частицы, поскольку при этом быстро увеличиваются торцевые и радиальные зазоры и падает объемный КПД вследствие интенсивных перетечек. Большинство вихревых насосов обладают самовсасывающей способностью при использовании специальных устройств (напорных колпаков с воздухоотводом).

Осевые   насосы

Осевые насосы (рис. 63) применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить большие производительности при малых значениях напора. Рабочее колесо 1 выполнено в форме пропеллера или гребного винта корабля. Жидкость подводится к рабочему колесу и отводится из него в осевом направлении. Для уменьшения потерь энергии за рабочим колесом устанавливается направляющий аппарат 2, представляющий собой неподвижные лопасти, которые делают закрученное после лопастей движение жидкости более спокойным (гасят турбулентность).Производительность насоса меняется в пределах Q = 0,1 ÷ 25м³∕с, напор Н = 4÷6м. Рабочие характеристики осевых насосов имеют вид, представленный на рисунке 64. Здесь при малых Q главная характеристика круто падает и вновь возрастает, в результате чего формируется перегиб в точке А.

Рис. 63. Принципиальная схема осевого насоса

 

  Аналогично и мощность (в отличие от центробежного насоса) падает  с  ростом  Q и  имеет  максимум  при    Q = 0 (при закрытой задвижке на нагнетательной линии). Поэтому пуск насоса производится при открытой задвижке. Большие значения H и N при малых Q можно объяснить движением части жидкости из нагнетательного патрубка 3 обратно в рабочее колесо (жидкость многократно проходит через рабочее колесо, при этом ее напор растет, однако  и  потребляемая мощность увеличивается, а КПД снижается). Отсюда и рабочий режим насоса оказывается в окрестности и(или) правее точки В (от Q_min до Q_max).  

Рис. 64. Рабочие характеристики осевых насосов           

 

 

 Достоинствами осевых насосов являются высокая производительность, простота конструкции, нечувствительность к загрязнению жидкости, а недостатком – низкий напор.

 

      ГЛАВА 7.   Объемные насосы

 

    Рабочий процесс у объёмных насосов основан на периодическом заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из занятого объема рабочей камеры. При этом объём рабочей камеры непрерывно изменяется, поскольку попеременно сообщаяется с всасывающей и нагнетательной линиями. Вытеснителями могут быть поршни, зубья шестерён, винты и т.д.

    К общим свойствам объёмных насосов относятся:

 

1. Цикличность рабочего процесса и неравномерность подачи;

2. Герметичность, обеспечиваемая отделением  полости всасывания от полости нагнетания;

3. Самовсасывание;

4. Жёсткость напорной характеристики (подача практически не зависит от сопротивления сети).

 

Поршневые  насосы.