Лопаточные насосы

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………2

1. Лопастные насосы …………………………………………………………………………3

2. Устройство и способ работы центробежных насосов……………………………………3

3. Классификация центробежных насосов………………………………….…………….....5

4. Основные характеристики центробежных насосов………………………………….……5

5. Историческая справка………………………………….……………………………………6

6. Область применения и виды центробежных насосов………………………………..……7

7. Современное насосное оборудование………………………………………………………8

Заключение ……..……………………………………………………………………………...9

 

 

Введение

Насосы - устройства для напорного  перемещения главным образом  жидкостей с сообщением им энергии. Обычно насосами подаются гомогенные жидкости (вода, нефтепродукты), но могут  перекачиваться также двухфазные среды  и газы.

По принципу действия насосы подразделяют на динамические и вытеснительные (объемные). В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами.

В объемных насосах движение жидкости происходит путем всасывания и вытеснения жидкости за счет циклического изменения объема в рабочих полостях при движении поршней, диафрагм, пластин. К динамическим относятся лопастные и струйные насосы, а к вытеснительным — поршневые и роторные.

Работа любого насоса характеризуется  следующими величинами:

Объемная подача - Q, [м3/с] - объем жидкости подаваемый насосом  в напорный трубопровод за единицу  времени.

Напор (удельная работа) - H, [Дж/кг] - полное количество энергии, сообщаемое 1 кг рабочего среды в насосе. Выраженный в метрах показывает высоту на которую можно поднять жидкость с помощью насоса.

Частота вращения (для насосов имеющих вращающийся ротор) - n [об/мин]

Состояние среды на входе: (температура и давление); плотность  среды - [кг/м3]

Мощность, N [Вт] - полная энергия подводимая к насосу в единицу времени.

Коэффициент полезного действия КПД,- отношение полной энергии, подведенной  к насосу, к энергии переданной жидкости.

 

 

Лопастные насосы

Лопастные (а среди них  — центробежные) — основной тип  насосов как с точки зрения производительности и универсальности, так и их распространенности (не менее 75% промышленных насосов). Самые  маленькие можно взять в руку, а самые большие достигают  нескольких метров в диаметре. Работа этих насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком  перекачиваемой жидкости. Мощность центробежных насосов может составлять от долей  киловатта до многих тысяч киловатт.

Центробежные насосы - самые  распространённые насосы, они предназначаются  для подачи холодной или горячей  воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным каменным углём. Действие центробежных насосов основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между  его лопастями. Под влиянием возникающей  при этом центробежной силы Р частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса.

Основной параметр насоса — количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т. е. осуществляемая объёмная подача Q. Для большинстванасос важнейшими техническими параметрами также являются: развиваемое давление p или соответствующий ему напор H, потребляемая мощность N и кпд h.

 

Устройство и  способ работы центробежных насосов

Основным рабочим органом  центробежного насоса (рис 6) является свободно вращающееся внутри корпуса  колесо 1, насаженное на вал 2. Рабочее  колесо на вал насаживается с помощью  шпонки. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего 3 и заднего 4), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся  лопасти 5, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Внутренние поверхности  дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

Ротор - вал с насаженными  на него вращающимися деталями - вращается  в подшипниках 6. Между вращающимися и неподвижными деталями могут быть установлены сальники - уплотнения 7 для снижения утечек из насоса и  уплотнения 8 для уменьшения циркуляции внутри насоса. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала и движущуюся со скоростью v, будет действовать центробежная сила:

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а в  периферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему трубопроводу (подводу 9). Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разряжение). Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера (в форме улитки), куда поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод 10) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок 11, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Схема центробежного насоса.

Центробежный насос должен быть оборудован следующей арматурой  и приборами:

- приемным обратным клапаном  с сеткой, предназначенным для  удержания в корпусе и всасывающем  патрубке насоса воды при его  заливе перед пуском;

- сетка служит для задержания  крупных взвесей, плавающих в  воде;

- задвижкой на всасывающем  патрубке, которая устанавливается  около насоса;

- вакуумметром, для измерения  разрежения на всасывающей стороне.  Вакуумметр устанавливается на  трубопроводе между задвижкой  и корпусом насоса;

- краном для выпуска  воздуха при заливе (устанавливается  в верхней части корпуса);

- обратным клапаном на  напорном трубопроводе, предотвращающем  движение воды через насос  в обратном направлении при  параллельной работе другого  насоса;

- задвижкой на напорном  трубопроводе, предназначенной для  пуска в работу, остановки и  регулирования производительности  и напора насоса;

- манометром на напорном  патрубке для измерения напора, развиваемого насосом;

- предохранительным клапаном (на рисунке не указан) на напорном патрубке за задвижкой для защиты насоса, напорного патрубка и трубопровода от гидравлических ударов;

- устройством для залива  насоса.

В связи с тем, что насосные установки часто включаются в  основной комплекс оборудования для  регулирования режимов работы различного назначения, они могут быть оборудованы  разнообразными приборами автоматики.

 

 

 

Классификация центробежных насосов

1.  числу колес [одноступенчатые (одноколесные), многоступенчатые (многоколесные)]; кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала — консольные;

2.  напору [низкого напора до 2 кгс/см2 (0,2 МН/м2), среднего напора от 2 до 6 кгс/см2 (от 0,2 до 0,6 МН/м2), высокого напора больше 6 кгс/см2 (0,6 МН/м2)] напор насоса измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости;

3.  способу подвода воды к рабочему колесу [с односторонним входом воды на рабочее колесо, с двусторонним входом воды (двойного всасывания)];

4.  расположению вала (горизонтальные, вертикальные);

5.  способу разъема корпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса);

6.  способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральные и турбинные). В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство — направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками);

7.  степени быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные);

8.  роду перекачиваемой жидкости (водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и др.);

9.  способу соединения с двигателем [приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт]. Насосы со шкивным приводом встречаются в настоящее время редко.

 Рис. 1 Центробежный насос горизонтальный (консольный насос)

 

Основные характеристики центробежных насосов

Одной из важных практических характеристик рабочих колёс  центробежных и некоторых др. насосов  является коэффициент быстроходности ns — число оборотов в 1 мин такого рабочего колеса, которое геометрически подобно рассматриваемому и при подаче Q = 75 л/сек развивает напор Н = 1 м. Классификация рабочих колёс центробежных насосов по быстроходности характеризуется отношением внешнего диаметра Dвн к диаметру его входного отверстия Doтв.

Для создания больших напоров  применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость проходит последовательно  несколько рабочих колёс, получая  от каждого из них соответствующую  энергию. Важнейшей особенностью центробежных насосов является непосредственная зависимость напора, а также мощности, кпд и допустимой высоты всасывания от подачи, которая для каждого типа насос выражается соответствующими графиками, называемыми характеристиками. Кпд центробежного насоса при определенном режиме его работы достигает максимального значения, а затем с увеличением подачи снижается.

Крупнейшие центробежные насосы отечественного производства могут  обеспечить подачу воды до 65 000 м3/ч при  напоре 18,5 м, потребляя мощность 7,5 Мвт, максимальный кпд равен 88—92%. В США для насосной станции Гранд-Кули создан вертикальный одноступенчатый центробежный насос с подачей 138 000 м3/ч и напором 95 м при мощности 48 Мвт.

 

 

 

Историческая  справка

Изобретение насоса относится  к глубокой древности. Первый насос  для тушения пожаров, который  изобрёл древнегреческий механик  Ктесибий, был описан в 1 в. до н. э. древнегреческим учёным Героном из Александрии в сочинении "Pneumatica", а затем М. Витрувием в труде "De Architectura". Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем для подъёма воды из колодцев, вероятно, применялись ещё раньше. В дальнейшем в связи с ростом потребностей в воде и необходимостью увеличения высоты её подачи, особенно после появления паровой машины, насос постепенно стали вытеснять водоподъёмные машины. Требования к насосам и условия их применения становились всё более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми насосами стали создавать вращательные насосы, а также различные устройства для напорной подачи жидкостей. Таким образом, исторически наметились три направления их дальнейшего развития: создание поршневых насосов, вращательных насосов и гидравлических устройств без движущихся рабочих органов.

Первый вихревой насос, названный  центробежным самовсасывающим, был  предложен в 1920 в Германии инженером  С. Хиншем, затем появились и др. разновидности.

Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей возникла в 15 в. ещё у Леонардо да Винчи  и, по-видимому, независимо от него была реализована в начале 17 в. французским инженером Бланкано, построившим простейший центробежный насос для подачи воды, рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных насос со спиральным корпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д. Папеном, который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки "Hessians". В конце 19 в., когда появились быстроходные тепловые, а затем электрические двигатели, центробежные насосы получили более широкое применение. В 1838 русский инженер А. А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный насос, в 1846 американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос, в 1851 аналогичный насос был создан в Великобритании по патенту Гуинна (насос Гуинна), в 1899 русский инженер В. А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый насос для буровых скважин глубиной до 250 м. Этот насос, построенный в Париже на заводе Фарко (насос Фарко), предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м3/ч, кпд до 70%. В России первые центробежные насосы начали изготовлять в 1880 на заводе Г. Листа в Москве. Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, насос Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера и др. учёных.

 

 

Область применения и виды центробежных насосов

В теплоэнергетике для  обеспечения энергетического цикла  используют более 20 различных видов  насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций  среди вспомогательного оборудования занимает первое место.

Если в качестве основного  признака принять назначение насоса, то насосы можно разделить на две  группы:

·  тесно связанные с работой основного эксплуатационного оборудования ТЭС;

·  разного назначения, предназначенные для технических целей.

К первой группе насосов  относятся те, которые заняты на следующих основных циклах работы: циркуляции воды (циркуляционные и  рециркуляционные насосы), приготовления питательной воды (конденсатные насосы), теплопередачи (сетевые и бойлерные насосы), регулирования (нагнетательные насосы для питания серводвигателей регуляторов паровых турбин). Ко второй группе насосов относятся дренажные, пожарные, хозяйственные и др. К наиболее ответственным насосам, непосредственно влияющим на надежность и экономичность работы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые и багерные. Конденсатные насосы всех типов имеют принципиальное конструктивное исполнение. Это центробежные двухкорпусные вертикальные насосы спирального типа.