Принцип дії насосів

Поршневі насоси

Поршневими насосами називаються насоси, що працюють за принципом витиснення рідини. По конструкції основного робочого пристрою поршня поршневі насоси поділяються на власне поршневі і скольчаті (плунжерні). Поршневими насосами користаються для одержання великих надлишкових тисків.

Поршень (плунжер) приводиться в рух двигуном через кривошипно- шатунний механізм.

Конструкції поршневих насосів різноманітні. За принципом дії поршневі насоси бувають одинарного, подвійного, потрійного, четверного дії і диференціальні При русі поршня вправо в лівій порожнині циліндра й у робочій камері створюється розрідження. За рахунок розрідження верхній нагнітальний клапан Кн притискається до сідла, а нижній усмоктувальний клапан Кв піднімається, і в зазор, що створився, по усмоктувальній трубі засмоктується рідина з джерела в робочу камеру. При русі поршня вліво в робочій камері створюється підвищений тиск, під дією якого всмоктувальний клапан Кв закривається, а нагнітальний клапан Кн піднімається, і рідина витісняється з циліндра в напірний трубопровід. При багаторазовому зворотно-поступальному русі поршня вода переміщається по усмоктувальній трубі через циліндр насоса в нагнітальну трубу і далі до місця споживання. При цьому подача рідини в нагнітальну лінію виявляється нерівномірної, що є істотним недоліком насоса одинарної дії. Для усунення цього недоліку застосовуються насоси з двома, трьома і великим числом робочих камер., що працюють на один загальний нагнітальний трубопровід. (Процес усмоктування в одній камері йде одночасно з процесом нагнітання в іншій).

Рис. 16 – Схема роботи поршневого насоса та насосної установки подвійної дії

Об'ємними роторними насосами називають насоси, в яких робочий орган (виштовхувач) робить обертальний рух навколо нерухомої осі.

Деякі переваги об'ємних роторних насосів:

1. Високий ККД: η₀ = 0,7 -0,95; η_м = 0,95 - 0,98.

2. Високий напір р = 100-600 кгс/см².

3. Незначна питома металоємкість.

4. Оборотність.

Обертальний рух робочого органа, що дозволяє обійтися без кривошипно-шатуниої ланки

Відцентрові насоси Серед динамічних гідравлічних машин найбільше поширення набули лопатеві. Робочим органом лопатевої гідравлічної машини є робоче колесо з лопатями. Передача енергії від колеса до рідини (насос), або від рідини до колеса (турбіна) відбувається за рахунок динамічної взаємодії лопатей робочого колеса з рідиною, що їх омиває.

Перед пуском насоса в роботу його корпус і всмоктувальна труба мають бути заповнені рідиною. Всмоктувальна труба насоса обладнана зворотнім клапаном 10. Заповнення корпусу насоса рідиною можна здійснити через заливну лійку 4, або під'єднавши її патрубок до вакуумного насоса. Під час обертання робочого колеса насоса разом з рідиною, що заповнює його міжлопатевий простір, під дією відцентрової сили рідина буде рухається від центра робочого колеса до периферії. Саме тому такі насоси і називають відцентровими.

Рис. 17. Відцентровий насос консольного типу:

1 - робоче колесо; 2 - лопаті робочого колеса; 3 - спірале­подібний корпус; 4 - заливна лійка (трубка для підключення вакуумного насоса при знятій лійці); 5 - засувка; 6 - наг нітальна труба; 7 - диски робочого колеса;

8 - вхідний патрубок насоса; 9 - всмоктувальний трубопровід; 10 - фільтр та зворотній клапан

Відцентрові насоси найбільше розповсюджені в сільськогоспо­дарському виробництві та в комунальному секторі на селі. Вони призначені для перекачування рідин (переважно води) при температурі від+5 до+105 °С.

Відцентровий насос складається з двох основних конструкцій - корпуса, виготовленого у вигляді спіральної (равликоподібної) камери, і розташованого всередині його робочого колеса, всередині його робочого колеса.

Робоче колесо - це два диски (передній і задній), з'єднані між собою лопатями; воно насаджене на вал, з яким і обертається. З торце­вої сторони до корпуса приєднаний усмоктувальний патрубок, через який за допомогою усмоктувальної труби до насоса підводиться ріди­на, яку він перекачує. Напірний патрубок відлитий заодно з корпусом, до якого і приєднується напірний трубопровід.

Обов'язковою умовою роботи відцентрових насосів є те, що перед пуском усмоктувальна лінія й насос повинні бути заповнені рідиною, яку перекачують.

Рідина відцентровими насосами подається за рахунок відцентро­вої сили, яка виникає при обертанні робочого колеса, тому вони й називаються відцентровими.

Принцип дії відцентрових насосів полягає в тому, що при обертанні робочого колеса на кожен об'єм рідини, що знаходиться в міжлопатевому каналі на відстані г від осі вала і який має масу М, діє відцентрова сила. Під дією відцентрової сили рідина викидається з робочого колеса до периферії, а на вході в нього створюється розрідження (вакуум- метричний тиск). Під дією атмосферного тиску (у випадку відкритого джерела) рідина по усмоктувальному трубопроводу безперервно надходить до входу робочого колеса. Рідина, яка виходить з робочого колеса, потрапляє у відвідний спіральний канал, який поступово розширюється, у ньому швидкість її зменшується, а напір (тиск, згідно з рівнянням Бернуллі) збільшується. З відвідного каналу рідина надходить у напірний патрубок, а потім у напірний трубопровід.

Таким чином, у відцентрових насосах рідина входить у насос в осьовому напрямку, а виходить у радіальному.

Найбільшого поширення в аграрному виробництві набули такі типи відцентрових насосів: консольні; з двостороннім входом; заглибні.

У відцентрових насосах рідина входить у робоче колесо паралельно його осі, а виходить - перпендикулярно осі робочого колеса.

Осьові насоси Гребні гвинти човнових моторів, віконні витяжні і настільні вентилятори мають схожі робочі органи - лопатеві колеса. їх конструкція обумовлює рух рідини (повітря) в осьовому напрямку.

Принцип дії осьових (пропелерних) насосів такий же, як і в розглянутих нами раніше відцентрових насосах. Тобто, збільшення питомої енергії рідини відбувається в результаті силової дії на рідину лопатей робочого колеса насоса. Відмінність полягає лише в схемі руху рідини через робоче колесо.

У відцентрових насосах рідина входить у робоче колесо паралельно його осі, а виходить - перпендикулярно осі робочого колеса.В осьових насосах рідина входить в робоче колесо і виходить з робочого колеса паралельно його осі. Осьові насоси - дуже чутливі, менш стійкі по відношенню до кавітації.

Принцип роботи осьових насосів полягає в тому, що при обертанні робочого колеса, внаслідок силової взаємодії лопатей на рідину, вона рухається вздовж його осі. Причиною цього є підйомна сила, яка виникає при обтіканні потоком несиметричних профілей лопатей робочого колеса.

Рис.18 – Схема осьового насосу

У сільськогосподарському виробництві вони застосовуються, зокрема, на меліоративних перекачуючих насосних станціях. Виготовляються два типи осьових насосів: із жорстко закріпленими лопатями в робочому колесі - тип "О" (осьові), діаметр робочого колеса до 800 мм, і з поворотними лопатями в робочому колесі "ОП" (осьові поворотнолопатеві), діаметр робочого колеса більше 800 мм. Вони можуть бути з горизонтальним "Г" і вертикальним "В" розташуванням вала. Кількість лопатей в робочому колесі 2...6. Лопаті осьового насоса (рис. 2.21) повергаються відносно своєї осі за допомогою механізму розвороту, який приводиться в дію штоком і який проходить по пустотілому основному валу.

Вихрові насоси У процесі обертання робочого колеса лопаті колеса захоплюють частки рідини і переміщають їх по кільцевому каналу. Частки рідини роблять складний вихровий рух, багато разів потрапляючи в міжлопатеві порожнини. Прискорений у кільцевому каналі потік зустрічає на своєму шляху відсікаючу перемичку і гальмується. Частина кінетичної енергії переходить у потенціальну енергію тиску нагнітання, а частина, як швидкісний напір потоку, надходить в нагнітальний патрубок. Вихровий рух рідини по кільцевому каналі здійснюється за рахунок комбінованого впливу на потік відцентрових сил і сил тертя. Тому вихровий насос можемо класифікувати як лопатевий насос тертя.

Особливості вихрових насосів

• Високий напір (у 3-5 разів вищий ніж у відцентрового колеса рівних габаритів)

• Стійкість до кавітаційних явищ і здатність перекачувати агресивні і легкозаймисті рідини (ефір, бензин).

• Високе значення А, а в деяких випадках і само-всмоктування без попереднього заливання насоса, що вигідно при автоматичному запуску насоса.

Недоліки вихрових насосів

• низький ККД внаслідок утрат на вихороутворення

• низька зносостійкість під час перекачування забруднених абразивом рідин.

Явище кавітації

Кавіта́ція (від лат. Cavitas — пустота, порожнина) – утворення всередині рідини порожнин, заповнених газом, парою або їх сумішшю (кавітаційних бульбашок), тобто порушення суцільності рідини.

Умови виникнення кавітації

Виникає в результаті місцевого зниження тиску в рідині до певного критичного значення р_кр (в реальній рідині значення р_кр близьке до тиску насиченої пари цієї рідини при даній температурі), що може відбуватися або при збільшенні швидкості рідини (гідродинамічна кавітація), або при проходженні акустичної хвилі великої інтенсивності під час напівперіоду розрідження (акустична кавітація).

Негативний вплив кавітації

Кавітаційна бульбашка, рухаючись з потоком рідини в область з вищим тиском, дезінтегрує, створюючи ударну хвилю (імпульс адекватний гідравлічному удару). Це призводить до кавітаційної корозії — руйнування поверхні металу, спричинене одночасною дією ударних тисків у рідині (тріскання бульбашок, каверн) і корозії

Кавітація викликає також вібрацію, зменшення к.к.д. і, таким чином, зменшення ефективності роботи насосів, турбін тощо. Кавітація в насосах відбувається при падінні тиску на вході в насос. В лопатевих насосах кавітація супроводжується зменшенням подачі, напору, потужності і к.к.д. внаслідок того, що частина порожнини робочого колеса заповнюється парою.

Використання кавітації

Хоча кавітація небажана у багатьох випадках, проте є винятки. Наприклад, надкавітаційні торпеди обволікаються у великі кавітаційні бульбашки, суттєво зменшуючи контакт з водою. Ці торпеди можуть пересуватися значно швидше, ніж звичайні. Такі дослідження проводилися, наприклад, в Інституті гідромеханіки НАН України.

Кавітація може бути використана при очищенні технологічного устаткування. Для створення кавітації, генерують ультразвукові хвилі, а руйнування кавітаційних бульбашок використовується для очищення поверхонь. При такому застосуванні кавітації суттєво зменшується, використання агресивних і отруйних речовин у технологічних процесах. До цих пір подробиці того, як бульбашки проводять очищення, до кінця не зрозумілі.

Високу руйнівну силу кавітаційних процесів використовують для дроблення твердих речовин, що знаходяться в рідині. У промисловості, кавітація часто використовується для гомогенізації котельного палива з метою збільшення калорійності його горіння, або змішування часток в колоїдних розчинах, наприклад, сумішах фарб чи молоці. Кавітаційні пристрої знижують в'язкість вуглеводневого палива, що дозволяє знизити вимоги до його підігріву і збільшити дисперсність розпилення.

Особливу роль кавітація відіграє в біомедицині, зокрема для дроблення каменів у нирках за допомогою ударної хвилі без хірургічного втручання. Кавітація використовується при ліпосакції (виведення жирових клітин) за допомогою ультразвуку для боротьби з жировими відкладеннями і целюлітом.

Кавітаційна характеристика насоса – залежність напору H і потужності N при сталій подачі та числі обертів від вакуумметричної висоти всмоктування Н_вак вакууму у всмоктувальному патрубку насоса, виражена у метрах стовпа рідини, яку перекачують (напр. м.вод.ст.). Початок падіння кривих напору та потужності визначає критичне значення вакуумметричної висоти всмоктування.

Основні висновки:

1. Насоси широко використовують в усіх галузях народного господарства: в машинобудуванні, металургії, хімічній промисловості, гідромеханізації земляних робіт і в багатьох інших галузях техніки. Особливо широко насоси застосовують у нафтовій промисловості.

2. За принципом роботи і конструкцією робочих органів насоси бувають об'ємними і динамічними.

3. Основними параметрами, що характеризують роботу насосної установки є напір, подача, потужність та к.к.д. (гідравлічний, механічний, об’ємний)

4. Поршневими насосами називаються насоси, що працюють за принципом витиснення рідини. По конструкції основного робочого пристрою поршня поршневі насоси поділяються на власне поршневі і скольчаті (плунжерні). Поршневими насосами користаються для одержання великих надлишкових тисків.

5. Принцип роботи осьових насосів полягає в тому, що при обертанні робочого колеса, внаслідок силової взаємодії лопатей на рідину, вона рухається вздовж його осі. Причиною цього є підйомна сила, яка виникає при обтіканні потоком несиметричних профілей лопатей робочого колеса. У сільськогосподарському виробництві вони застосовуються, зокрема, на меліоративних перекачуючих насосних станціях.

6. Кавіта́ція – утворення всередині рідини порожнин, заповнених газом, парою або їх сумішшю (кавітаційних бульбашок), тобто порушення суцільності рідини. Виникає в результаті місцевого зниження тиску в рідині до певного критичного значення, що може відбуватися або при збільшенні швидкості рідини (гідродинамічна кавітація), або при проходженні акустичної хвилі великої інтенсивності під час напівперіоду розрідження (акустична кавітація).

Контрольні питання:

1. Що таке Насос?

2. Пояснити класифікацію насосів.

3. Назвати основні параметри роботи насосів.

4. Пояснити особливості визначення напору насоса.

5. Пояснити особливості визначення подачі насоса.

6. Пояснити особливості визначення К.К.Д. насоса.

7. Охарактеризувати особливості роботи та застосування поршневих насосів.

8. Охарактеризувати особливості роботи та застосування відцентрових насосів.

9. Охарактеризувати особливості роботи та застосування осьвих насосів.

10. Охарактеризувати особливості роботи та застосування вихрових насосів.

11. Пояснити явище кавітації.

Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом.

Прочитати:

[1] c. 90-108;

[2] c. 57-77.

Таблиця 1 – Порівняльна характеристика деяких найпоширеніших насосів

Поиск по сайту: