Устройство и способ работы центробежных насосов

Содержание

Насосы. Общие сведения………………………………………………………...стр2

Лопастные насос…………………………………...………………………..……стр3цент

Устройство  и способ работы центробежных насосов………………………....стр6

Классификация центробежных насосов………………………………..……….стр7

Основные  характеристики центробежных насосов…………………………....стр7

Историческая  справка…………………………………………………….……....стр9

Область применения и виды центробежных насосов………………………….стр10

Современное насосное оборудование…………………………………………...стр11

Насосы  и насосное оборудование от ведущих мировых производителей…...стр12

Список литературы…………………………………………………………......…стр13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Насосы. Общие сведения

 

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.

2. Лопастные насосыцентробежный насос энергия лопастный

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.

 

3. 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.

 

4. 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.

 

5. 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.

 

6. 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.