ВОПРОС №2 Конструкции динамических насосов

Динамические насосы.По виду сил, действующих на жидкость, динамичес­кие насосы делят на лопастные насосы и насосы трения. Силами, действующими на жидкость, являются: в лопастных насосах — возникающие при обте­кании лопастей (лопаток) рабочих колес, а в насосах трения — силы трения.

По направлению движения жидкости в рабочем колесе насоса лопастные насосы делят на центробежные и осевые. В первых жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а во вторых — в направлении оси вращения колеса.

По тому же признаку насосы трения делят на:

♦ вихревые, в которых жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в окружном направлении;

♦ дисковые, в которых жидкость перемещается от центра рабочего коле­са, не имеющего лопаток, к периферии;

♦ червячные, в которых жидкость перемещается по винтовым каналам вдоль оси вращения винта.

Две последних разновидности насосов применяются в качестве масляных насосов систем смазки некоторых двигателей и других машин.

Поскольку около 90 % динамических насосов, используемых в различ­ных отраслях пищевой промышленности, являются центробежными, рас­смотрим принцип их действия.

Проточная часть центробежного насоса (рис.1) состоит из рабочего колеса 1, спирального отвода 2 и входного патрубка 3. Рабочее колесо обычно состоит из двух дисков, один из которых насажен на вал, а второй скреплен с первым лопатками и имеет входное отверстие. В некоторых конс­трукциях второй диск отсутствует (открытое колесо).

Рис.1. Принципиальная схема центробежного насоса:

1-рабочее колесо; 2-спиральный отвод; 3- входной патрубок; 4-диффузор

Принцип действия центробежного насоса заключается в силовом воздейс­твии лопаток вращающегося колеса на жидкость, протекающую через межло­паточные каналы. В результате этого воздействия жидкость непрерывно отбрасывается в спиральный отвод с увеличенной скоростью и повышенным давлением. Спиральный отвод имеет улиткообразную форму и предназначен для того, чтобы уловить уходящую из колеса жидкость и частично преобра­зовать ее кинетическую энергию в энергию давления. Дальнейшее преобра­зование кинетической энергии происходит в диффузоре 4, который часто ус­танавливают на выходе из насоса.

Если при наполненных жидкостью корпусе и всасывающем трубопроводе привести во вращение рабочее колесо, то жидкость, находящаяся в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. В результате этого в цен­тральной части колеса создается разрежение, а на периферии — повышенное давление. Под действием этого давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод, одновременно через всасывающий трубопровод под действием разрежения жидкость поступает в насос. Таким образом осущест­вляется непрерывная подача жидкости центробежным насосом.

Центробежные насосы могут быть не толь­ко одноступенчатыми (с одним рабочим коле­ям — рис. 2), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остает­ся одним и тем же: жидкость перемещается под действием центробежной силы, развивае­мой вращающимся рабочим колесом.

Рис.2. Центробежный насос:

1-рабочее колесо; 2-корпус; 3-камера всасывания; 4-нагнетательный патрубок; 5-сальник.

Для уплотнения вала насоса в корпусе с целью предотвращения утечек перекачивае­мой жидкости устанавливается сальник 5, конструкция которого определяется давлени­ем в насосе, частотой вращения вала рабочего колеса насоса, видом перекачиваемой жид­кости (агрессивность, содержание твердых примесей, температура и т. п.).

Центробежные насосы классифицируют по ряду признаков.

По количеству колес:

♦ одноколесные насосы. Напор, создаваемый таким насосом, зависит от частоты вращения колеса, которая ограничивается его прочностью;

♦ многоколесные (многоступенчатые) насосы, состоящие из нескольких рабочих колес, вращающихся на общем валу в общем корпусе. В этом насосе жидкость проходит последовательно через все колеса. Подача многоколес­ного насоса такая же как одноступенчатого насоса с колесом таких же раз­меров и при тех же оборотах. Но напор многоступенчатого насоса равен сум­ме напоров, развиваемых каждым колесом в отдельности. Число колес достигает иногда двенадцати. Дальнейшее увеличение их числа нежела­тельно из-за значительного прогиба вала и биения при вращении. Теперь есть многоступенчатые насосы, создающие напор более 4000 м.

По создаваемому напору: низконапорные, развивающие напор до 20 м; средненапорные, от 20 до 60 м; высоконапорные, свыше 60 м.

По расположению входа в насос: с боковым входом; с осевым входом; с Двусторонним входом — колесо такого насоса представляет собой как бы сло­женные тыльными сторонами два колеса с боковым входом (жидкость входит в колесо с двух сторон, благодаря чему увеличивается подача насоса).

По расположению оси вращения рабочих органов: горизонтальные (на­иболее распространенные); вертикальные.

По виду разъема корпуса: с осевым разъемом (разъем корпуса происхо­дит в плоскости от рабочего колеса); с торцевым разъемом (разъем происхо­дит в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса).

По способу соединения с двигателем: приводные, соединенные с двигате­лем ременной передачей или редуктором; соединенные непосредственно с двигателем при помощи муфты; моноблок-насосы. Рабочее колесо установ­лено на одном валу с электродвигателем.

По назначению и роду перекачиваемой жидкости: для чистой воды; канали­зационные; производственно-технические (для перекачивания нефти, кислот, горячей и шахтной воды); землесосы и песковые насосы; шлаковые и др.

Конструкции насосов отличаются друг от друга в зависимости от назна­чения.

К вихревым относятся насосы, в которых поток жидкости создается за счет сил трения или инерции (рис. 3).

Рис.3. Вихревой насос:

1- корпус; 2-рабочее колесо; 3-входной патрубок; 4-выходной патрубок

Жидкость захватывается лопатками рабо­чего колеса 2 у входного патрубка 3 в кольце­вой канал между рабочим колесом и корпу­сом 1, попадает в межлопаточную полость рабочего колеса 2 и затем вновь выбрасывает­ся в кольцевой канал.

Таким образом, при прохождении межло­паточных полостей колеса на пути от входа 3 к выходу 4 жидкость многократно получает приращение энергии. В силу этого при одном и том же диаметре рабочего колеса вихревые насосы развивают напор в 2...4 раза больше, чем центробежные. Благодаря этому вихре­вые насосы имеют меньшие габаритные раз­меры и массу по сравнению с центробежными насосами тех же рабочих параметров.

Важным преимуществом вихревых насо­сов является и то, что они обладают самовса­сывающей способностью, что намного упрощает их эксплуатацию. Одним из направлений совершенствования вихревых насосов является также разра­ботка мер по регулированию параметров их работы.

Вихревой регулирующий насос (рис. 4) содержит корпус 1 с отсекате-лем 5 и рабочим каналом 4, который перекрывается регулируемой заслон­кой 2, имеющей П-образную форму, и лопаточное рабочее колесо 3, располо­женное в корпусе. Заслонка установлена с возможностью радиального перемещения. При работе насоса рабочая среда перемещается рабочим коле­сом по каналу от входа к выходу. Посредством радиального перемещения за­слонки часть рабочего канала выключается из работы, обеспечивая большее или меньшее значение напора и подачи с соответствующим изменением пот­ребляемой мощности.

Рис.4. Вихревой регулирующий насос:

1-корпус; 2-заслонка4 3-рабочее колесо; 4-рабочий канал; 5-отсекатель

Для гидротранспортирования сред с содержанием твердых и эластичных кусков материала весьма перспективно применение свободно-вихревых на­сосов. Отличительной особенностью насосов этого типа является то, что по­луоткрытое рабочее колесо, располагающееся в нише задней стенки корпу-са, образует с передней внутренней поверхностью корпуса свободную камеру. В результате этого при вращении рабочего колеса воздействию ло­пастей подвергается не весь поток, а только 15...20 %. Эта часть потока (цир­куляционный поток) воздействует на основной, который проходит через свободную камеру, за счет вихревого энергообмена и проявления сил вязкос­тного трения. Основной поток жидкости проходит через свободную камеру, минуя вращающееся рабочее колесо. Поэтому насос имеет малую засоряе-мость, удобен для мойки и стерилизации.

Эффективность работы свободно-вихревого насоса улучшается, если рабочее колесо снабже­но предохранительным элементом, отделяющим от него поток. В этом случае жидкая среда попа­дает на вращающееся рабочее колесо отфильтро­ванной, в результате чего исключается его по­ломка и уменьшается абразивный износ. Конструктивно предохранительные устройства могут быть решетчатыми, сетчатыми, установ­ленными на самом рабочем колесе или непод­вижно соединенными с корпусом.

Свободно-вихревой насос (рис. 5) с коничес­кой предохранительной решеткой 2 обеспечива­ет самоочищение решетки и повышает устойчи­вость работы насоса. Вследствие разности диаметров диска и колеса образуется щель 4, служащая каналом выхода жидкости в свободную камеру. Крупные включения твердых тел, содержащиеся в жидкости, задерживаются на решетке и отбрасываются центробежными силами в основной поток.

Рис.5. Схема свободного вихревого насоса с конической предохранительной решеткой:

1- корпус; 2-коническая предохранительная решетка; 3-отверстия4 4-щель; 5-циркулирующий поток; 6-основной поток

Для трубопроводного транспортирования кус­ковых эластичных материалов можно использо­вать динамический насос трения шнекового типа КРК (фирма АМАГ, Германия, (рис. 6).

Рис.6. Схема динамического насоса трения КРК:

1-корпус; 2-лопасть; 3-камера всасывания; 4-камера нагнетания

В насосах этого типа продукт с жидкостью поступивший в камеру всасывания 3, подхваты­вается вращающейся лопастью, имеющей вид су­жающегося шнека (спирали), и за счет силы тре­ния перемещаемая среда скользит по наружной поверхности лопасти и внутренней поверхности корпуса 1, направляясь в камеру нагнетания 4. Насос развивает напор до 30 м, имеет подачу до 140 • 10^-3 м³/с.

Рис.7. Одношнековый насос:

1- корпус; 2-шнек; 3-штуцер

Для перемещения пастообразных сред широко применяются шнековые вытеснители (рис. 7). В этом насосе шнек 2 имеет левую и правую на­вивку. Корпус 1 насоса герметичен и имеет шту­цер 3 для присоединения к вакуум-насосу. При входе в горловину насоса продукт вакуумируется и, захваченный шнеком, перемещается от цент­ра влево. Затем входит в полую трубу шнека, перемещается к выходным отверстиям, второй раз вакуумируется и напорным винтом подается в нагнетательный трубопровод. Такая конструкция насоса позволяет осу­ществить высокую степень вакуумирования продукта. Обратный пере­пуск продукта из зоны высокого давления в зону низкого давления ми­нимален. Это объясняется тем, что внутренняя поверхность корпуса насоса футеруется фторопластом и винт при вращении выбирает в футе­ровке пазы, соответствующие своему профилю, значительно уменьшая зазоры. Лабиринтными называют насосы со шнеком и обоймой, имеющие нарез-(каналы) противоположного направления (рис.8).

Рис.8. Схема лабиринтного насоса:

1-шнек (ротор); 2-обойма корпуса (статор); 3-винтовые каналы; 4-канавки

Основными деталями лабиринтных насосов являются шнек (ротор) 1 и обой­ма (статор) 2 корпуса; шнек расположен относительно обоймы с некоторым за­зором. При вращении шнека жидкость получает многократное приращение ки­нетической энергии в канавках 4 ротора и движется по винтовым каналам 3 обоймы от всасывающего патрубка к нагнетательному. Коэффициент полезно­го действия этих насосов невелик — до 0,30...0,35. При малой подаче (2...4 м³/ч) они способны развивать значительные напоры (до 60...80 м).

Детали проточной части лабиринтных насосов изготовляют из материа­лов, стойких к химически активным жидкостям, поэтому они находят при­менение как в химической промышленности, так и в пищевой.

Струйные насосы (гидроэлеваторы или эжекторы) относятся к группе насосов-аппаратов, т. е. насосов, не имеющих движущихся частей. Они действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости, при этом подача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно без промежуточных механизмов (рис. 9).

Рис.9. Струйный насос:

1-подвод жидкости; 2-входной конус; 3-сопло; 4-камера смешения; 5-диффузор

Струйный насос состоит из подвода рабочей жидкости 1, входного кону­са 2, сопла 3, камеры смешения 4 и диффузора 5. Принцип действия струй­ного насоса основан на использовании уравнения Бернулли, согласно кото­рому сумма удельной потенциальной и кинетической энергии потока во всех его сечениях постоянна. В сопле жидкость приобретает большую ско­рость, кинетическая энергия ее возрастает, а потенциальная, следователь­но, уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скоро­сти становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием вакуума вода из приемного резервуара по всасывающей трубе поступает во всасывающую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потока рабочей и засасываемой жидкости, при этом рабочая жидкость отдает часть энер­гии жидкости, поступившей из приемного резервуара.

Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.