Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ОСНОВНЫЕ ТИПИ НАСОСОВ

А. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

В динамических насосах жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса. По виду силового воздействия на жидкость динамические насосы делятся на лопастные и трения.

Лопастные насосы передают энергию перекачиваемой среде путем динамического взаимодействия ее с лопастной системой вращающегося рабочего колеса. Класс лопастных насосов по направлению потока, подводимого к рабочему колесу и отводимого от него, подразделяется на следующие основные типы: осевые, диагональные и центробежные.

К насосам трения относятся: вихревые, струйные, шнековые, эрлифты, вибрационные.

В осевом насосе жидкость поступает к рабочему колесу и отводится от него по цилиндрическим поверхностям, параллельным продольной оси агрегата. Одна из таких цилиндрических поверхностей А—А показана штриховой линией на рис. 9-1, а. Для наглядного представления взаимодействия потока жидкости с лопастными системами рабочего колеса и выправляющего аппарата на рис. 9-1,6 дана развертка цилиндрической поверхности А —А.

На входных кромках лопастей рабочего колеса поток жидкости имеет направление движения, близкое к осевому. При вращении рабочего колеса 1 с частотой п перекачиваемая жидкость закручивается и с выходных кромок лопастей она выбрасывается (рис. 9-1,6) в косом направлении. Для устранения закрутки потока за рабочим колесом предназначец выправляющий аппарат 2, позволяющий уменьшить гидравлические потери и увеличить напор насоса. В реальных насосах движение потока гораздо сложнее, чем показано на схеме.


В диагональном насосе (рис. 9-2) поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен под углом к оси насоса, как бы по диагонали прямоугольника, составленного из осевого и радиального направления. Лопасти рабочего колеса насоса расположены перпендикулярно к меридиональному потоку и наклонно к оси насоса, что позволяет использовать совместное действие подъемной и центробежной сил для создания напора. Диагональные лопастные насосы по своим гидромеханическим свойствам и рабочим параметрам занимают промежуточное положение между осевыми и центробежными.

В центробежном насосе (рис. 9-3) жидкость движется от центра колеса к периферии. При вращении рабочего колеса на жидкость, находящуюся в межлопастных каналах, действует центробежная сила. Под действием центробежной силы жидкость выбрасывается в спиральную камеру, переходящую в напорный патрубок. Напор, создаваемый насосом, возрастает при увеличении частоты вращения рабочего колеса.

Вихревой насос (рис. 9-4) имеет рабочее колесо 2 с радиальными прямыми лопастями, которые только частично перекрывают кольцевой канал 1. При вращении рабочего колеса происходит закрутка потока жидкости и образуется вихревой шнур. Ыа участке от входного патрубка 4 насоса до выхода в напорный 3 частицы жидкости двигаются по винтовой траектории, многократно попадая в межлопастное . пространство, где получают дополнительную энергию.

Это обстоятельство позволяет вихревому насосу по сравнению с центробежным развить больший напор при одном и том же диаметре рабочего колеса и той же частоте вращения. Другим важным достоинством вихревого насоса является самовсасывающая способность, исключающая необходимость заливки его перед пуском перекачиваемой жидкостью. Однако он уступает центробежному насосу по уровню кпд.

Струйный насос (рис. 9-5) является насосом трения, в котором перекачиваемая среда Q перемещается со скоростью v под действием внешнего потока жидкости или газа. У струйного насоса отсутствуют подвижные элементы, что является существенным достоинством. Рабочая жидкость или газ Qc под большим давлением подводится к соплу, через которое с большой скоростью vc поступает в смесительную камеру и далее в диффузор. Струя увлекает за собой воздух из смесительной камеры и создает в ней разрежение. Благодаря вакууму в смесительной камере начинается ее заполнение перекачиваемой средой.

Струя рабочей жидкости или газа будет увлекать из смесительной камеры частицы перекачиваемой среды, передавая им часть своей энергии. В напорный трубопровод будет поступать смесь рабочей и перекачиваемой среды.

Шнековый насос (рис. 9-6) является насосом трения, в котором перекачиваемая вода перемещается с помощью шнека (винта) вдоль его оси. Как правило, шнек имеет трехзаходную спираль, позволяющую обеспечить равномерность подачи воды и равнопрочность конструкции при ее вращении.

Эрлифт (рис. 9-7), или воздухоподъемиик обеспечивает подъем жидкости путем смешения ее со сжатым воздухом, подаваемым от компрессора. Он состоит из вертикальной трубы, конец которой погружен под уровень воды на глубину Ни. В нижнюю часть трубы подводится сжатый воздух QB по специальному воздуховоду 1 и распыляется с помощью форсунки 2. При этом образуется водовоздушная смесь, плотность которой меньше плотности воды, благодаря чему эта смесь поднимается по трубе 3 вверх на высоту Н. Эрлифт чрезвычайно прост, в нем отсутствуют подвижные части. Однако КПД установки с учетом потерь мощности в компрессоре составляет всего лишь 15— 25%.

Б. ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ

В объемных насосах жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, сообщающейся попеременно с входом и выходом насоса. Жидкость подается определенными порциями за каждый цикл работы насоса.

По форме движения рабочих органов объемные насосы делятся на возвратно-поступательные и роторные. К возвратно-поступательным относятся: поршневые и плунжерные, а к роторным— шестеренные, винтовые й крыльчатые. Рассмотрим принципы их работы.

Поршневой насос (рис. 9-8) работает по принципу вытеснения жидкости из рабочей камеры 1 за счет возвратно-поступательного движения поршня 2, Двигатель кривошипно-шатунным механизмом приводит в движение поршень. При ходе поршня 2 (рис. 9-8, а) влево в правой части камеры происходит разрежение, открывается правый всасывающий клапан 5. Жидкость поступает из всасывающего патрубка 6 и заполняет правую полость камеры. В левой части камеры открывается напорный клапан 4, и перекачиваемая среда выталкивается в напорный трубопровод 3. При обратном движении поршня жидкость всасывается в левую часть камеры, а из правой нагнетается в напорный трубопровод. Подача насоса пульсирующая (рис. 9-8,6), циклическая, зависящая от частоты вращения маховика привода 7. Для увеличения подачи поршневого насоса и большей ее равномерности его выполняют многоцилиндровым.

Плунжерный насос (рис. 9-9) отличается от поршневого конст-рукцией вытесняющего тела. В камере 1 насоса перемещается плунжер 2, представляющий собой цилиндр. Камера насоса снабжена всасывающим 3 и напорным 4 клапанами. В движение плунжер приводится двигателем с помощью шатунно-кривошипной передачи 5. При движении плунжера влево в камере создается повышенное давление, закрывается всасывающий и открывается напорный клапан, при этом жидкость вытесняется в напорный трубопровод. При обратном движении плунжера в камере образуется разрежение, открывается всасывающий клапан. Жидкость из всасывающего патрубка поступает в рабочую камеру и заполняет ее. Плунжерный насос подает жидкость в напорный трубопровод порциями (рис. 9-9, б). Средний расход подачи QCp меньше максимальной подачи насоса Qmax- С целью выравнивания и увеличения подачи плунжерный насос часто выполняют многокамерным. Иногда для выравнивания подачи устанавливают на напорной линии специальные воздушные резервуары (колпаки).

В роторных насосах всасывание и нагнетание жидкости производится за счет вращения вытесняющего тела в камере насоса. Роторный насос состоит из трех основных элементов: ротора, статора и замыкателя. Ротор — вращающееся вытесняющее тело. Статор — неподвижный элемент, представляющий собой корпус насоса с приемной и напорной камерами. Замыкатель отсекает объем жидкости, поступающей в напорную камеру. Среди роторных насосов наибольшее применение нашли: шестеренные и винтовые.

Шестеренный насос (рис. 9-10) осуществляет перекачку жидкости за счет вращения в корпусе насоса специальных цилиндрических или шевронных шестерен 1. При их вращении жидкость из всасывающего патрубка 4 увлекается в пространство между впадинами шестерен и корпусом насоса 2, а затем выталкивается в напорную камеру 3. На рис. 9-10 показана схема двухшестеренного насоса, однако насос может иметь также три или четыре рабочих шестерни.

В винтовом насосе (рис. 9-11) жидкость перемещается вращающимися винтами. Винты 3 имеют специальный профиль резьбы, обеспечивающий создание замкнутых полостей. Из всасывающего патрубка 1 жидкость поступает в полость 2 винта. При вращении винта жидкость, находящаяся в замкнутой полости, перемещается вдоль оси винта и выбрасывается в напорный патрубок 4.

Винтовой насос обеспечивает равномерную подачу и может развивать высокое давление. Промышленностью выпускаются насосы с одним, двумя или тремя винтами. КПД винтовых насосов достигает 60—70 %. В гидроэнергетических установках они используются для перекачки масел.

Крыльчатый насос (рис. 9-12) перемещает жидкость за счет возвратно-поступательного движения крыла 1 в неподвижной цилиндрической камере 2. По принципу работы он аналогичен поршневому насосу. При повороте крыла (по часовой стрелке) в левой части камеры происходит всасывание жидкости из всасывающего патрубка 5.


А из правой части камеры жидкость выталкивается в нагнетательный патрубок 3. При возвратном движении (против часовой стрелки) жидкость всасывается в правую часть камеры, а из левой части — вытесняется в нагнетательный патрубок. Крыльчатые насосы всегда оборудуются откидными или подъемными клапанами 4.

В гидроэнергетических установках используются различные типы насосов. На рис. 9-13 показан график ориентировочных областей применения различных типов насосов, в зависимости от напора Н и подачи Q. Отечественной промышленностью выпускаются насосы, перекрыла вающие диапазон напоров от 1 до 10 000 м и подач от 1 10~5 до 40 м3/с. В СССР ведутся проектные разработки и научные исследования по созданию насосов подачей 200 м3/с и более.


Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики