Насосы и компрессорные машины

Для перемещения капельных жидкостей служат насосы, для перемещения и сжатия газов – компрессорные машины (компрессоры). И насосы, и компрессоры разделяются на следующие основные типы: поршневые, центробежные, осевые, ротационные, струйные.

Основными параметрами, характеризующими работу любого насоса, являются производительность, напор и мощность.

Производительность определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в единицу времени.

Напор характеризует избыточную энергию, сообщаемую 1 кг жидкости в насосе.

Полезная мощность, передаваемая жидкости, равна энергии, сообщаемой 1 кг жидкости, умноженной на массовый расход жидкости.

Мощность, потребляемая насосом, больше полезной мощности на величину потерь. Отношение полезной мощности насоса к потребляемой называется полным коэффициентом полезного действия (КПД) насоса. Полный КПД является важной характеристикой насоса, определяющей экономичность его работы.

 

Центробежные насосы

Центробежные насосы делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.

На рис. 5 показан одноступенчатый насос.

Центробежный
насос имеет рабочее колесо 1 с загнутыми назад лопатками, которое с большой скоростьювращается в корпусе 2 спиралеобразной формы. Жидкость из всасывающего трубопровода 3 поступает по оси колеса, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы давление жидкости увеличивается, и жидкость выбрасывается из колеса в неподвижный корпус 2 и напорный трубопровод 4. При этом на входе в колесо создается пониженное давление и, вследствие разности давлений, жидкость из приемного резервуара непрерывно поступает в насос.

Без заполнения корпуса жидкостью колесо насоса при вращении не может создать достаточной разности давлений, необходимой для подъема жидкости по всасывающей трубе. Поэтому перед пуском в ход центробежный насос должен быть залит жидкостью (если она не поступает в насос под напором). Чтобы жидкость не выливалась из насоса и всасывающей трубы при заливки насоса или его остановки, на конце всасывающей трубы устанавливают приемный (обратный) клапан 5 с всасывающей сеткой. Одноступенчатые насосы предназначены для создания небольших напоров – до 50 м.

Для высоких давлений применяются многоступенчатые насосы (рис. 6),

 

имеющие несколько колес 2, соединенных последовательно в корпусе 1. Напор, развиваемый многоступенчатым насосом, равен напору одного колеса, умноженному на число колес. Жидкость из колеса попадает в кольцо из двух дисков 3 с лопатками, изогнутыми в сторону, противоположную лопаткам рабочего колеса. Такое устройство называется направляющим аппаратоми предназначено для уменьшения скорости (кинетической энергии) жидкости, которая переходит при этом в потенциальную энергию давления.

Центробежные насосы большой производительности изготовляются с двухсторонним вводом жидкости в корпус насоса.

В химической промышленности насосы широко применяются для перекачивания кислот, щелочей, рассолов и других вязких жидкостей, часто содержащих твердые взвеси. Такие насосы изготовляются из коррозионностойких и износоустойчивых металлических сплавов (например, хромоникелевые сплавы с присадкой титана или молибдена, кремнистые и высокохромистые чугуны), для изготовления насосов применяются также пластические массы (например, фаолит) и керамика.

Чтобы свести к минимуму утечку перекачиваемой жидкости, при конструировании таких насосов уделяется большое внимание обеспечению надежного уплотнения вала. Для увеличения срока службы сальниковых набивок их выполняют из специальных материалов (стеклянное волокно, фторопласт и др.), а также стремятся более равномерно распределить нагрузку на кольца набивки путем установки (в середине слоя набивки) пружины или втулки (фонаря) с отверстием. Через это отверстие подают под давлением жидкость, утечка которой допустима (вода, масло). Эта жидкость поступает в сальник под давлением, превышающим давление жидкости, перекачиваемой насосом. Таким способом предотвращают утечку рабочей жидкости, но часть подаваемой в сальник жидкости попадает внутрь насоса и смешивается с перекачиваемой жидкостью. Применяют также торцовые уплотнения вала в виде пары трения, например металлического и графитового колец, прижатых друг к другу пружиной.

Однако все описанные устройства для уплотнения вала недолговечны. Сальниковые набивки работают без замены не более 300 ч, торцовые уплотнения — до 1000 ч, но они более дороги и сложны в обслуживании, чем сальниковые уплотнения.

 

Поршневые насосы

Поршневые насосы по характеру действия делятся на насосы простого, двойного, тройного и четверного действия, а по виду привода — на приводные и прямодействующие. В зависимости от конструкции поршня различают поршневые насосы и плунжерные насосы, причем в последних поршень непосредственно соприкасается с жидкостью либо отделятся от нее эластичной непроницаемой перегородкой (диафрагмовые насосы).

Горизонтальный поршневой насос простого действия (рис. 7)

 

имеет цилиндр 1, в котором совершает возвратно-поступательные движения поршень 2. При ходе поршня вправо в левой части цилиндра
создается разрежение, вследствие чего открывается всасывающий клапан 3, и жидкость поступает в цилиндр. При обратном ходе поршня влево закрывается клапан 3 и открывается нагнетательный клапан 4. С этого момента жидкость нагнетается насосом до прихода поршня в крайнее левое положение. В начале следующего хода поршня закрывается клапан 4, открывается всасывающий клапан 3 и цикл повторяется снова. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 5, соединенным через передачу с электродвигателем.

В плунжерном вертикальном насосе простого действия (рис. 8)

поршнем служит пустотелый стакан-плунжер 2, для которого в отличие от поршня не требуется точной внутренней обработки цилиндра; плунжер уплотняется при помощи сальни-ка 3. При таком уплотнении цилиндр насоса мало изнашивается, а неплотность легко устраняются путем подтягивания или замены набивки сальника, без демонтажа насоса. Плунжерные насосы приспособлены для работы при более высоких давлениях, чем поршневые, и применяются для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей. Поэтому в химической промышленности плунжерные насосы применяются чаше поршневых

К числу поршневых насосов простого действия относится также диафрагмовый насос (рис. 9),

применяемый для перекачивания суспензий и химически активных жидкостей. Цилиндр 1 насоса и плунжер 2 отделены от перекачиваемой жидкости эластичной перегородкой — диафрагмой 3 из мягкой резины или специальной стали. При движении плунжера вверх диафрагма прогибается под давлением жидкости вправо и жидкость всасывается в насос. При обратном движении плунжера вниз диафрагма прогибается влево и жидкость вытесняется в нагнетательный трубопровод.

Насосы простого действия за двойной ход поршня (в обе стороны) один раз всасывают и один раз нагнетают жидкость, т.е. отличаются большой неравномерностью подачи.