Танкера

Ледоколы.

Суда спасатели.

Балластная система.

Сепараторы трюмных вод.

Осушительная система.

• Назначение, принципиальная схема и основные элементы.
• Осушительная сис­тема нефтесодержащих вод.

• На­значение.
• Принципиальная схема, конструкция и основные фильтрующие элементы.
• Требования СОЛАС-74 к Сепаратору трюмных вод.

• На­значение.
• Принципиальная схема, конструкция и основные элементы.
• Заполнение и осушение танков балластной системы.

Системы специализированных судов

• Назначение.
• Принципи­альная схема.
• Основные элементы водоотливной системы.

• Назначение.
• Принципи­альная схема.
• Основные элементы дифферентной системы.

• Назначение.
• Принципи­альная схема.
• Основные элементы систем.

Системы пожаротушения

Классификация систем по виду огнетушащей среды и методу тушения:

• Назначение.
• Принципиальные схемы.
• Обо­рудование.
• Принцип действия.
• Применение.
• Особенности эксплуатации и требо­вания.
• План пожарной защиты судна.

Классификационных обществ к системам:

• Водотушения.
• Водораспыления с водяными завесами.
• Спринклерной.
• Паротушения.
• Пенотушения.
• Углекислотного.

Системы бытового водоснабжения

• Принципиальные схемы систем питьевой, мытьевой и забортной воды.
• Подача воды в систему при по­мощи пневмогидравлических цистерн (гидрофоров).
• Эксплуатация систем водоснабжения.

Сточные системы и системы сбора, обработки и удаления твёрдых отходов согласно МАРПОЛ 73/78

• Назначение.
• Принципиальная схема и основные элементы сточной системы.
• Способы обработки сточных вод и автоматизация процесса.
• Сбор и уничтожение твёрдых отходов и нефтеостатков.
• Принцип действия инсинератора.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха

• Назначе­ние и классификация систем вентиляции.
• Принципиальные схемы и оборудование систем вентиляции общесудовых, машинно-котельных отделений и грузо­вых трюмов.
• Область применения и принципиальные схемы системы кондиционирова­ния воздуха.
• Эксплуатация систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Методические указания

При изучении данной темы необходимо усвоить назначение, состав элемен­тов судовых систем, их роль в обеспечении безопасности плавания, условий пребывания экипажа и пассажиров на судне, сохранности груза и оборудова­ния.

Следует помнить, что от степени совершенства конструктивных элементов систем и способов управления ими, во многом зависят экономичность и надёж­ность эксплуатации морских судов.

В рекомендованной литературе по данной теме программы приведены све­дения, главным образом описательного характера, Знакомясь с общими прин­ципами устройства систем, необходимо помнить, что трассирование трубопро­водов может быть линейным, кольцевым или комбинированным. Одновремен­но необходимо осознать преимущества каждого из этих способов и твёрдо ус­воить принцип автономного, группового, централизованного и комбинирован­ного управления, их принципиальные схемы. Основными направлениями по­вышения надёжности и долговечности судовых систем - это автоматизация их управления и использование новых материалов, обладающими высокими меха­ническими и антикоррозионными свойствами.

Для полного усвоения материала программы данной темы, необходимо вна­чале разобраться в принципе компоновки каждой системы, т. е. осознать назначение основных элементов системы. Потом необходимо изучить функции и сущность устройства отдельных элементов, и, наконец, рассмотреть конкрет­ные примеры использования системы.

Вопросам очистки льяльных и балластных вод от нефтепродуктов необхо­димо уделить особое внимание, для чего необходимо изучить требования Ме­ждународной Конвенции по защите моря от загрязнений - МАРПОЛ 73-78.

Используемая литература:

1. Колесников О.Г. Судовые вспомогательные механизмы. М.: Транспорт, 1977.

2. Завиша В.В., Дёкин Б.Г.. Судовые вспомогательные механизмы и системы. Транспорт, 1984.

3. Харин В.М. и др. Судовые вспомогательные механизмы и системы. М.: Транспорт, 1992.

4. Шиняев Е.Н. и др. Судовые вспомогательные механизмы. М: Транспорт,1984.

5. Дельвинг и др. Судовые энергетические установки М.: Транспорт, 1985.

6. Чиняев И.А. Судовые вспомогательные механизмы. М: Транспорт, 1989.

7. Правила технической эксплуатации морских и речных судов. Вспомогатель­ные судовые технические средства. РД 31.2.002.03 - 96.

Вопросы для проверки по теме:

1. Классификация судовых систем.

2. Материалы, используемые для изготовления труб судовых систем.

3. Путевые соединения судовых систем.

4. Арматура судовых систем.

5. Объясните конструкцию и принцип действия запорного клапана, клинкетной задвижки, поворотной заслонки.

6. Какие клапаны пропускают среду в одном направлении, их конструкция?

7. Объясните конструкцию и принцип действия редукционного, дроссель­ного и предохранительного клапанов.

8. Назначение и конструкция клапанных коробок.

9. Объясните компоновку и принцип действия основных элементов осуши­тельной системы.

10. Объясните компоновку и принцип действия основных элементов балла­стной системы.

11. Объясните компоновку и принцип действия основных элементов систем водяного пожаротушения.

12. Объясните конструкцию и принцип действия пенообразующих устройств.

13. Объясните конструкцию и принцип действия дозирующих устройств.

14. Объясните конструкцию и принцип действия элементов системы углекислотного тушения высокого и низкого давления.

15. Какие системы входят в группу систем бытового водоснабжения?

16. Каковы назначение и принцип действия пневмоцистерны (гидрофора)?

17. Объясните конструкцию и принцип действия сепаратора трюмных вод «Турбуло».

18. Объясните конструкцию и принцип действия установки для обработки сточных вод типа «Нептуматик».

19. Объясните конструкцию и принцип действия инсинератора.

20. Объясните конструкцию и принцип действия судовой системы вентиля­ции.

21. Объясните конструкцию и принцип действия судовой системы летнего и зимнего кондиционирования.

Общие положения и методические указания к выполнению самостоятельной работы.

В условиях перестройки высшего образования особенное место отводится самостоятельной работе курсантов и студентов.

Самостоятельная работа должна активизировать усвоение знаний, их развитие, приобретение умений и навыков курсантов и студентов для успешного усвоения их в последующей работе.

Самостоятельная работа осуществляется как на лекциях, так и на практических занятиях, при выполнении самостоятельных заданий.

• Первый вид самостоятельной работы курсантов и студентов осуществляется в форме обязательных аудиторных занятий и индивидуальных консультаций преподавателя. В этом случае деятельность преподавателя носит направляющий, консультативный и контролирующий характер.
• Второй вид самостоятельной работы курсантов и студентов - изучение теоретических вопросов с использованием учебно-методических пособий и соответствующей литературы во внеурочное время и своевременная сдача преподавателю выполненных заданий, или их приложение на практических занятиях.

Теоретическое состояние самостоятельной работы курсантов и студентов предусматривает изучение отдельных вопросов курса, или углубление знаний.

Основная форма контроля этого состояния самостоятельной работы курсантов и студентов - проверка их знаний на практических занятиях. Допускается контроль самостоятельной работы в форме беседы или письменного ответа и выставляется дифференцированная оценка.

«Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства»

Глава 1

Основные энергетические параметры насоса: подача, давление (напор), вакуумметрическая высота всасывания, К.П.Д., мощность.

Материально - энергетический баланс.

Насосы передают механическую энергию двигателя протекающей через них жидкостей, которая используется для перемещения последней по трубопроводам и для привода в действие гидравлических двигателей.

Насос и двигатель, приводящий его в действие, образуют насосный агрегат. Насос, двигатель, всасывающий и нагнетательный трубопроводы образуют насосную установку.

По принципу действия судовые насосы можно разделить на объемные и динамические.

В объемных насосах преобразование энергии происходит в процессе вытеснения жидкости из рабочих камер вытеснителями. Жидкость перемещается путем периодического изменения объема камеры, занимаемой ею, которая попеременно сообщается со входным и выходным патрубками насоса.

В зависимости от характера движения рабочих органов - вытеснителей, объемные насосы делятся на возвратно-поступательные, роторные и крыльчатые.

У динамических насосов энергия передается путем динамического воздействия лопастей вращающегося рабочего колеса с обтекающей их жидкостью или смещением перемещаемой жидкости с рабочим потоком, обладающим большей энергией.

К динамическим относятся лопастные и струйные насосы.

При изучении движения среды в насосах и вентиляторах используют законы сохранения массы, количества движения и энергии:

• на законе сохранения и предположении о сплошности (неразрывности) течения основано равенство массовых подач в двух или нескольких контрольных сечениях потока жидкости;
• приращение момента количества движения материальной системы относительно данной оси за некоторый промежуток времени при установившемся движении равно моменту импульса всех внешних сил, действующих на эту систему, за этот же промежуток времени относительно той же силы;
• сумма удельных энергий, соответствующих геометрическому, пьезометрическому и скоростному напорам, по всей длине потока идеальной жидкости постоянна.

Работа любого насоса характеризуется несколькими параметрами.

Основными из них являются: подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия (к.п.д.) и частота вращения.

Параметрами, характеризующими работу насосов, являются:

Подача Qн - количество жидкости, перекачиваемое насосом в единицу времени она может быть объёмной Qнv [м /с], [м 3 ч] или массовой Qнм [т/с], [т/ч]. Она может быть объёмной Qнv [м /с], [м 3 ч] или массовой Qнм [т/с], [т/ч].

Зависимость между массовой и объёмной подачами выражается уравнением:

Q н m=Q н v *ρ

где ρ - плотность перекачиваемой жидкости.

Напор (Нн) - это приращение энергии единицы массы жидкости при прохождении её через насос, выражающееся в [м] столба жидкости или единицы давления [Па].

Мощность (N нп), отдаваемая потоку жидкости в насосе, называется полезной, или

гидравлической, и представляет собой работу, совершаемую гидравлическим потоком жидкости при напоре Нн и подаче Qн:

N нп = Q н *ρ gН н

Мощность, передаваемая приводным двигателем на вал насоса, называется потребляемой, или эффективной N н е, которая превышает полезную мощность Nнп на значение потерь в насосе, учитываемых его КПД - ηн:

N = N_п / η = Q ρ/10³ η = Q ρ gН /10³ η

можно представить в виде произведения трёх КПД - гидравлического, объёмного и механического, т.е.:

η = ηг ηо ηм

Гидравлический КПД - характеризует преодоление гидравлических сопротивлений в насосе;

Объёмный КПД характеризует объёмные потери, обусловленные утечками жидкости

внутри насоса;

Механический КПД - характеризует потери на преодоление механического трения в подшипниках и сальниках. Движение жидкости характеризуется линиями тока, совокупность которых составляет поток (рис. 2). В потоке жидкости обладающей определённой потенциальной и кинетической энергией происходит превращение энергии.

Из общего потока жидкости выделим удельный объём её, отнесённый к единице массы, проходящей через сечение 1. Этот объём жидкости расположенный на высоте Z над плоскостью О-О, находится под давлением и движется со скоростью V_1. Полная удельная энергия выделенной удельной единицы массы жидкости, выраженная уравнением Д.Бернулли, для сечения 1 будет равна: E₁ = Z₁+ P₁ / γ + V₁ ² / 2g

где: Z₁ - удельная потенциальная энергия положения;

P₁ / γ - удельная потенциальная энергия давления;

V₁ ² / 2g - удельная кинетическая энергия.

Переместившись в сечение 2, рассматриваемая удельная единица массы жидкости будет находиться на расстоянии Z₂ от плоскости сравнения О-О, под давлением P₂ и двигаться со скоростью V₂.

Полная удельная энергия выделенной удельной единицы массы жидкости, для сечения 2 будет равна: E₂ = Z₂+ P₂ / γ + V₂² / 2g

Разность энергий единицы массы жидкости в рассмотренных двух сечениях обозначим через ΔЕ, тогда: Δ E = E₁ – E₂ = (Z₁ + P₁ / γ + V₁² / 2g) – (Z₂ + P₂ / γ + V₂² / 2g)

Рассмотрим характер изменения величины. АЕ исходя из условий движения жидкости:

Е₁ = Е₂, тогда Δ Е = 0;

Е₁> Е₂, тогда Δ Е > 0

Е₁< Е₂, тогда Δ Е < 0

• Если ΔЕ=0, тогда происходит движение не вязкой жидкости, без потерь энергии и без сообщения ей энергии извне.
• Если ΔЕ>0, тогда происходит движение вязкой жидкости с преодолением ги- дравлических сопротивлений при движении и расход энергии возможен на приведение в действие гидравлического двигателя.
• Если ΔЕ<0, тогда движущейся жидкости сообщается дополнительная энергия насосом для её движения. Анализ характера движения жидкости подтверждает, что энергия, сообщённая жидкости насосом, расходуется на преодоление сопротивлений в трубопроводах, арматуре, изменении направления и скорости движения жидкости, на подъём жидкости вверх и т. д., передаётся насосу приводным двигателем.

Члены уравнения Д.Бернулли, выраженные в м. вод. ст. представляют собой соответствующие напоры: Z - геометрический напор, м. вод. ст.

P / γ - пьезометрический напор, м. вод. ст.

V² / 2g - скоростной напор, м. вод. ст.

Следовательно, полный гидродинамический напор в любом сечении трубопровода:

Н = Z+ P / γ + V² / 2g

а разность полных гидравлических напоров в двух сечениях потока определяет потерю напора hп при движении жидкости от одного сечения к другому, т.е.:

(Z₁ – Z₂) + (P₁ / γ – P₂ / γ) + (V₁² / 2g + V₂² / 2g) = h

Рис, 2. Характеристики энергии струи в потоке жидкости.

Насосная установка может быть предназначена для приёма жидкости из-за борта, удаления её за борт, перемещения в пределах корпуса судна по трубопроводам из цистерны в цистерну, подачи жидкости к механизмам, котлам и так далее.

Работа насосной установки при размещении насоса ниже или выше уровня перекачиваемой жидкостью.

Насос может быть расположен ниже уровня перекачиваемой жидкости или выше его.

Рассмотрим уравнение жидкости перекачиваемой насосом и найдём уравнение напора всасывания насосной установки, расположенной ниже уровня перекачиваемой жидкости (рис. 3 а) Выбрав плоскость сравнения (о-о) и применяя уравнение Д.Бернулли для свободной поверхности моря {6-6) и сечения трубопровода на линии всасывания в насосе (в-в), можем записать: (Z_a +Z_в +Zn) + P_б / γ + V _б² / 2g = (Z + Z) + P_в / γ + V _в² / 2g + h_п (1)

Где потери напора во всасывающем трубопроводе на рассматриваемом участке.

Так как давление на поверхности моря P_б равно атмосферному P_а, то заменив в уравнении Р_б на Р_а, а также сделав сокращения и перегруппировку членов в левой и правой частях, перепишем уравнение (1) в следующем виде:

Z_п + P_б / γ = Ра / γ + V _a² / 2g (1 - V _б² / V _a²) + h_п (2)

Так как скорость жидкости на поверхности моря равна нулю, а во всасывающем трубопроводе несравненно больше V_в >> V_б, тогда выражение в скобках станет равным единице, и уравнение (2) относительно P_в / γ можно записать в таком виде:

P_в / γ = Ра / γ + Z_п – (V _в² / 2g + h_п) (3)

Рис.3. Схема размещения судовой насосной установки.

Из уравнения (3) можно сделать вывод, что напор всасывания у насоса распложенного ниже уровня перекачиваемой жидкости, будет увеличен на величину создающую подпор при работе насоса.

Рассмотрим уравнение жидкости, перекачиваемой насосом, и найдём уравнение напора всасывания насосной установки, расположенной выше уровня перекачиваемой жидкости (рис.3)

Уравнение для напора всасывания этой насосной установки запишется исходя из равенства уравнений Д. Бернулли для сечений:

(а-а) - свободной поверхности жидкости;

(в-в) - всасывающего трубопровода насоса; относительно плоскости сравнения (о-о), запишется в таком виде:

Z_a + Ра / γ + V _a² / 2g = (Z + Z)+ P_в / γ + V _в² / 2g + h_п (4)

Решая уравнение (4) относительно Ра / γ, и произведя приведение и перегруппировку членов, получаем:

Ра / γ = Z_в + P_в / γ + V _в² / 2g * (1- V _a² / V _в²)+ h_п (5)

Так как V _в >>V _а, тогда произведём в уравнении (5) вычисления и решив его так как

тогда произведём в уравнении (5) вычисления и решив его относительно Ра / γ, получим:

P_в / γ = Ра / γ – (Z_в + V _в² / 2g + h_п) (6)

Из уравнения (6) видно, что для этого типа насосной установки напор всасывания во всасывающем трубопроводе меньше атмосферного, т.е. существует наличие вакуума, обеспечивающего поступление жидкости в насос вследствие атмосферного давления на её свободную поверхность.

Так как атмосферное давление = 10,3м.в.ст., то высота подъёма воды во всасывающем трубопроводе в идеальных условиях не может быть выше 10,33м, а в действительных условиях, в зависимости от технического состояния насосной установки в пределах 6 - 8м.

Из рассмотренных 2-х случаев расположения насоса по отношению к уровню перекачиваемой жидкости, можно сделать следующий вывод: насосная установка, находящаяся ниже уровня перекачиваемой жидкости, находится в более благоприятных условиях, с точки зрения давления всасывания, так как работает с подпором.

Конструкция, классификация, принцип действия, обслуживание в работе насосов. Область их применения. Правила технической эксплуатации.

Центробежные насосы, относящиеся к динамическим, получили наиболее широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства, а также на судах.

Передача энергии от рабочего колеса в центробежных насосах происходит в результате взаимодействия лопастей с обтекающим их потоком, поэтому рассматриваемые насосы относят к лопастным. Механизм передачи энергии в лопастном насосе можно объяснить следующим образом. При вращении рабочего колеса в насосе, заполненном жидкостью, возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти и, следовательно, происходит взаимодействие потока с колесом. Преодолевая возникающий момент, колесо, подключенное к двигателю, при своем вращении центробежного насоса совершает работу.

Центробежные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Одноступенчатые: Рабочее колесо у таких насосов закреплено на консоли вала. Последний не проходит через область всасывания, что позволяет применить наиболее простой подвод осевого типа. Вследствие разности давления на диски колеса на вал консольного насоса действует осевая сила, направленная в сторону входа. В одноступенчатом насосе двухстороннего входа (тип Д, ГОСТ 10272--77) жидкость подводится к рабочему колесу с двух сторон двумя потоками. В колесе потоки объединяются и поступают в общий отвод.

По виду рабочего колеса различают насосы с закрытым и открытым рабочим колесом, у которого отсутствует ведомый диск. По виду подвода различают насосы с осевым и боковым подводом. В последнем случае жидкая среда подводится в направлении, перпендикулярном оси рабочих органов. По виду отвода различают насосы со спиральным, полуспиральным, кольцевым, двухзавитковым отводом и с направляющим аппаратом.

Одноступенчатые насосы имеют ограниченное давление. Для его повышения применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость последовательно проходит через несколько рабочих колес, закрепленных на общем валу. Давление насоса повышается пропорционально числу колес.

Многоступенчатые насосы имеют различное исполнение (секционные, спиральные):

Кроме перечисленных основных конструктивных признаков, центробежные насосы классифицируют по:

• положению оси вращения рабочих колес (горизонтальные и вертикальные насосы),
• конструкции опор (моноблочные, с выносными опорами, с внутренними опорами),
• числу потоков, т. е. числу отводов, через которые подается жидкость (одно-, двух-, многопоточные),
• конструкции корпуса (насосы двух корпусные, с защитным корпусом и футеровкой),
• месту расположения (погружные, скважинные насосы).
• по способу подвода жидкости к колесу с односторонним (рис.4. а) и двусторонним подводом (рис. 4.г).
• по соединению проточных частей - одноступенчатые, многоступенчатые [проточные части соединены последовательно (рис. 4 а, д)], многопоточные [проточные части соединены параллельно (рис. 4. б)], многопоточные-многоступенчатые [проточные части многих колёс соединены параллельно-последовательно (рис. 4. в)].
• по быстроходности, характеризуемой коэффициентом быстроходности n: тихоходные, нормальные и быстроходные.

Ø Коэффициентом быстроходности NS называется частота вращения колеса модельного насоса, геометрически подобного оригиналу, создающего напор в 1 м при подаче 75 лс ^-1 и потребляющего при этом мощность в 0,736 кВт при наивысшем КПД.

Ø Коэффициент быстроходности влияет на форму колеса и относительную длину лопасти.

• по всасывающей способности - несамовсасывающие, требующие перед пуском заливки всасывающего трубопровода перекачиваемой жидкостью, и самовсасывающие, имеющего устройство для самовсасывания.
• по создаваемому напору - низконапорные (до 0,5 МПа), средненапорные (0,5-5 МПа), высоконапорные (более 5МПа); по расположению вала - горизонтальные и вертикальные.

Потоки жидкости при работе лопастных насосов.

Рис. 4. Схемы соединения колес центробежного насоса.

Рис. 4-а. Конструктивные типы рабочих колес лопастных насосов.

Принцип действия ЦН (Рис.5) состоит в следующем: при вращении РК 5 его лопасти 4, образующие межлопастные каналы, оказывают силовое воздействие на жидкость и преобразуют механическую энергию приводного двигателя в энергию перекачиваемой жидкости. Жидкость, поступающая из всасывающего трубопровода 7, приемного резервуара 8 в центр РК насоса 5, обтекает его лопасти и с их помощью отбрасывается к периферии, откуда выбрасывается в спиральный отвод 6 и направляется в диффузорный выходной патрубок 3, где происходит снижение ее скорости и преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Затем через напорный трубопровод 2 она поступает в напорную емкость 1. У центра РК образуется область пониженного давления, за счет чего жидкость и поступает из всасывающего трубопровода через входной конфузорный патрубок насоса к РК. Учитывая, что РК насоса вращается при , жидкость во входном и напорном патрубках, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах движется тоже с постоянной скоростью.

Рис. 5 Принцип действия центробежного насоса.

ЦН относят к классу лопастных, так как жидкость в пределах РК направляется с помощью лопастей.

Рис. 6. Центробежный насос.

Центробежные насосы являются самыми распространёнными из всех типов лопастных насосов. Это объясняется широким диапазоном их подач (до 70 м3с) и напоров (до нескольких сотен метров).

Насос НЦВ 40 (рис. 7) является 2-х ступенчатым, однопотоковым с двумя рабочими колесами 5, расположенными на валу симметрично; такое расположение колес теоретически уравновешивает осевые гидравлические нагрузки, воспринимаемые валом 4, вследствие чего пятовый подшипник 3 воспринимает только собственный вес ротора и случайные осевые силы. Рабочие колёса насоса работают в двух опорах:

·

Верхняя опора имеет два радиально-упорных шарикоподшипника, расположенных в узле пятового подшипника.

Рис. 7. Центробежный насос. НЦВ 40.

· Нижней опорой ротора является резиновый подшипник 6.

Шарикоподшипники работают на консистентной смазке. Корпус пятового подшипника имеет водяное охлаждение. Резиновый подшипник работает на смазке водой.

Соединение насоса с электродвигателем производится посредством упругой пальцевой муфты.2.Опорой насоса является фонарь.

К нижнему фланцу фонаря непосредственно крепится узел корпуса насоса, на верхнем фланце фонаря устанавливается электродвигатель, фонарь и электродвигатель имеют лапы для крепления к вертикальной переборке.

Сальниковые уплотнения имеют хлопчатобумажную промасленную и прографиченную набивку. На стыках деталей ставятся прокладки из прессшпана толщиной 0,5 мм.

Регулирование насоса производится напорной задвижкой.

При вращении рабочего колеса I насоса (рис. 8.а) возникает центробежная сила, под действием которой жидкость движется в радиальном направлении III, одновременно лопасти придают жидкости вращательное движение. Поэтому в центре насоса возникает разряжение Рв, что обеспечивает непрерывный приток жидкости из всасывающего патрубка к центру.

Рис. 8. Принцип работы центробежного насоса.

Пройдя через вращающееся колесо насоса, жидкость отбрасывается в спиралевидный расширяющийся канал V, который служит направляющим аппаратом для потока жидкости и в котором происходит преобразование кинетической энергии, полученной жидкостью на колесе насоса, в гидродинамическое давление Рн, с которой жидкость отводится в нагнетательный трубопровод.

При работе насоса (рис. 8.а) давление во всасывающей полости Рв ниже, чем давление Рн после выхода из колеса. Вследствие этого жидкость через зазоры просачивается в кольцевое пространство между колесом и корпусом, и в этом пространстве устанавливается давление, приблизительно равное Рн. Разность давлений Рн и Рв, действующих на рабочее колесо и неуравновешенных силой давления жидкости на участке колёсного диска Д_о вызывает действие осевой силы, которая всегда направлена в сторону всасывающего отверстия и вызывает осевой сдвиг колеса в этом же направлении.

Рис. 9. Схема образования осевой силы и ее уравновешивание.

Для устранения осевой силы в небольших одноколёсных насосах, в диске колеса у его ступицы делают небольшое отверстие 1, через которое жидкость перетекает из полости повышенного давления в полость пониженного давления и давление выравнивается с обеих сторон колеса. В больших насосах делают двусторонний подвод жидкости на рабочее колесо (рис. 9. в). В многоступенчатых насосах на валу устанавливают разгрузочный диск.

Жидкость к диску подводится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса, и пройдя зазор между подушкой 3 и диском 2 отводится по каналу 1. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жидкости на диск возрастёт, и он сместится влево, восстановив нормальный зазор между ним и подушкой.

Кавитация. Допустимая высота всасывания

Кавитация — это процесс нарушения сплошности текущей жидкости. Ее сущность состоит в образовании разрывов сплошности в тех зонах потока, в которых давление падает до величины, равной давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости, т. е. условием начала возникновения кавитации является .Кавитация — сложное физическое явление. Начало ее процесса характеризуется появлением в потоке малых парогазовых пузырьков, которые из зоны образования уносятся в область повышенного давления и там разрушаются. По мере развития кавитации количество парогазовых пузырьков возрастает и образуются устойчивые парогазовые полости. Пузырьки, попав в область повышенного давления, конденсируются, и жидкость, окружающая их, устремляется с большой скоростью в пространство, которое ранее было занято паром. Процесс конденсации пара заканчивается гидравлическим ударом и сопровождается резким повышением местного давления. Сила гидравлического удара может достигать порядка нескольких сотен атмосфер. Наряду с эрозией вследствие гидравлических ударов происходит также и коррозионное разрушение металла. Кавитация сопровождается термическими и электрохимическими явлениями. Она приводит к резкому снижению КПД насоса и его напора. Работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, треском, ударами и повышенной вибрацией.

Кавитация может возникнуть во всасывающем, напорном трактах, в местах срыва потока с поверхностей лопастей и регулирующих органов (задвижек, заслонок), при протекании жидкости через уплотнительные зазоры, в зонах резкого поворота потока и т. д.

В ЦН кавитация проявляется чаще всего с вогнутой (тыльной) стороны входных кромок лопастей (рис. 10, точка В), в зоне, наиболее удаленной от оси вращения РК.

Рис. 10. К определению зоны начала кавитации в ЦН.

Процесс развития кавитации в насосе разбивается на 4 периода: возникновение, начало (неустановившаяся стадия), частично развившаяся (установившаяся) стадия и полностью развившаяся (срывная) стадия. Степень развития кавитации определяется этими периодами времени.

Для предупреждения кавитации в насосе могут быть применены различные способы (рациональное профилирование формы проточной части, ограничение скорости движения жидкости в сечениях канала и др.).

Геометрическая высота всасывания h_вс используется для установления режима работы насоса. Нормальная работа насоса может быть обеспечена только при допустимом значении h_вс, которая существенно зависит от температуры перекачиваемой жидкости. Ее повышение уменьшает величину h_вс (рис. 11). Величина h_вс может быть положительной и отрицательной. Отрицательная иначе называется подпором насоса. В этом случае насос должен находиться ниже уровня жидкости в приемной емкости.

Рис. 11. К определению высоты всасывания насоса

В случае, когда жидкость перекачивается из закрытой емкости, давление в которой равно , величина становится отрицательной:

Рис. 12. К определению допустимой высоты всасывания

В судовой практике в таких условиях работают конденсатные, бустерные, а в некоторых случаях и питательные насосы. Кроме того, может быть отрицательной при высоких температурах перекачиваемой жидкости, что указывает на необходимость расположения уровня всасываемой жидкости выше оси насоса.

Исходя из этого, возможны два различных случая установки насосов: при перекачивании жидкости с низкой температурой (рис. 12, а) и с высокой (рис. 12,6). Схема рис. 12,6 преимущественно используется в системах регенерации ПТУ и питания парогенераторов.

Вакуумметрическая высота всасывания h_вак — это величина вакуума у входного патрубка насоса. Она связана с уравнением:

При имеем срывную вакуумметрическую высоту всасывания:

при - допустимую вакуумметрическую высоту всасывания:

Уравнение Эйлера.

Уравнение теоретического и действительного напора центробежного насоса

При вращении лопастного колеса вокруг оси О с угловой скоростью ω (омега), вследствие силового воздействия лопастного колеса на жидкость, каждая её частица двигаясь в межлопастном пространстве, совершаетсложное движение. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе изображены на схеме.

При входе на лопасть и выходе с лопасти, каждая частица жидкости приобретает соответственно:

1. Окружные скорости U₁ и U₂, направленные по касательным к входной и
выходной окружностям лопастного колеса.

Рис. 13. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе.

2. Относительные скорости w₁ и w₂, направленные по касательной к поверхности профиля лопасти.

3. Абсолютные скорости с₁ и с₂, получаемые в результате геометрического сложения u₁,

w₁ и u₂, w₂ и направленные под углом α ₁ и α ₂ к соответствующим окружным скоростям.

Так как насос представляет собой механизм, преобразующий механическую энергию привода, в энергию (напор), сообщающую движение жидкости в межлопастном пространстве колеса, то теоретическую её величину (напор), полученную при работе насоса, можно определить по формуле Эйлера:

Н _t ∞ = __ C ₂ U₂ соs α ₂ – C ₁ U₁ соs α ₁_

g

В виду того, что у центробежного насоса отсутствует направляющий аппарат при входе жидкости на лопасти, во избежание больших гидравлических потерь от ударов жидкости о лопасти, и уменьшения потерь напора, вход жидкости на колесо делают радиальным (направление абсолютной скорости С₁ - радиальное). При этом α ₁ = 90, тогда соs 90 - 0, следовательно, произведение C₁ U₁ соs α ₁ = 0.

Таким образом, основное уравнение напора центробежного насоса, или уравнение Эйлера примет вид:

Н _t ∞ = C ₂ U₂ соs α ₂ / g

В действительном насосе имеется конечное число лопастей и потери напора вследствие завихрений частиц жидкости учитываются коэффициентом φ (фи), а гидравлические сопротивления учитываются гидравлическим КПД - η_г, тогда действительный напор примет вид:

Н_д = Н_t φη_г

С учётом всех потерь КПД центробежного насоса составляет η_н 0.46-0,80.

В эксплуатационных условиях напор центробежного насоса определяется по эмпирической формуле и зависит от числа оборотов приводного двигателя и диаметра лопастного колеса:

Нн = к'* n ²* D²,

где: к'- опытный безразмерный коэффициент

к' = (1-5) 104

n - частота вращения рабочего колеса, об/мин.

D - наружный диаметр колеса, м.

Подачу насоса лс ^-1 ориентировочно определяют по диаметру нагнетательного патрубка:

Qн = k" d²

где: k" - для диаметра патрубка до 100 мм - 13-48, более 100 мм – 20-25

d – диаметр нагнетательного патрубка в дм.

Влияние угла лопатки на напор центробежного насоса.

Рассмотрим на схеме изменение величин скоростей на выходе жидкости из рабочего колеса в зависимости от направления профиля лопатки (рис. 14).

Направление вращения колеса по часовой стрелке. Цифрой I обозначена
лопатка, загнутая назад, цифрой II - лопатка, направленная вдоль радиуса и
цифрой III - лопатка, загнутая вперёд.

Рис. 14. Влияние профиля лопастей на напор.

Как видно из схемы, вектор абсолютной скорости перекачиваемой жидкости C₂ при выходе её из колеса тем больше, чем больше угол профиля β₂, что соответствует профилю лопатки, загнутой вперёд. Поэтому теоретический напор насоса Н t ∞ с таким профилем будет наибольшим.

Мощность, необходимая для вращения рабочего колеса с таким профилем лопаток, так же будет наибольшей:

Nн = m*g*H_t ∞

Гидравлические сопротивления, возникающие при отрыве жидкости от лопасти, из-за действия больших центробежных сил инерции, увеличивают напряжения в материале рабочего колеса, поэтому центробежные насосы перекачивания жидкости делают с лопатками загнутыми назад.

У насосов перекачивающих газы, лопатки загнуты вперёд, так как абсолютное гидравлическое сопротивление небольшое.

Характеристики центробежного насоса. Регулирование подачи центробежного насоса Способы регулирования работы центробежных насосов.

Осевая сила и способы её уравновешивания

В процессе эксплуатации СЭУ ее режим работы может изменяться в необходимом мощностном интервале. А это требует изменения и подачи насоса (рабочего режима системы). В качестве примера можно привести ПТУ. В ее состав входит ГС (конденсатно-питательная). Составной частью этой системы является насос (питательный, конденсатный и др.).

При изменении режима работы системы насос — сеть происходит нарушение материального и энергетического балансов. Для их восстановления требуется изменение ХН или ХС, а может быть, и той, и другой одновременно.

Процесс изменения НХ сети и насоса с целью обеспечения необходимой подачи принято называть регулированием насоса. Существуют различные способы регулирования. Они применяются в зависимости от их конструктивного выполнения и возможности изменения числа оборотов приводного двигателя.

По принципу действия различаются количественные и качественные способы регулирования. Первые применяются для насосов, имеющих приводной двигатель, работающий с .

Такое регулирование производится изменением ХС и может быть осуществлено:

· дросселированием задвижкой, установленной на нагнетательном трубопроводе (наиболее распространенный способ);

· перепуском жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий; дросселированием задвижкой, установленной на всасывающем трубопроводе.

При качественном регулировании . Такой способ более экономичен (отсутствует дополнительное гидравлическое сопротивление). В то же время для его осуществления необходим приводной двигатель с регулируемым числом оборотов (например, паровая турбина, шунтовый электродвигатель). Его целесообразно использовать при работе насоса на преодоление гидравлических сопротивлений (). В противном случае () целесообразно применять один из способов количественного регулирования.

В судовых условиях регулирование дросселированием на нагнетательном трубопроводе осуществляется наиболее просто и позволяет применять двигатели с нерегулируемым числом оборотов.

На рабочее колесо центробежного насоса действует осевая сила, направленная в сторону входа и обусловленная главным образом разностью сил давления на диски колеса. Давление р_к на выходе из рабочего колеса больше давления р_н на входе. Жидкость в пространстве между колесом и корпусом (крышками) насоса вращается с угловой скоростью, равной примерно половине угловой скорости вращения рабочего колеса.

Вследствие вращения жидкости давление на наружные поверхности рабочего колеса изменяется вдоль радиуса по параболическому закону.

Рис. 15. Графическое изображение взаимосвязи параметров насоса.

Графическое изображение взаимосвязи параметров насоса (Q и Н), называется характеристикой насоса. Характеристики строят в системе координат Q-Н.

Рассмотрим изображённые на графике (рис. 15) характеристики, при постоянной угловой скорости (при постоянном числе оборотов приводного двигателя).

Прямыми линиями изображены теоретические характеристики для колёс с разными профилями лопастей:

· радиального профиля;

· лопатками загнутыми вперёд;

· лопатками загнутыми назад.

Действительные характеристики (кривые 4, 5) учитывают потери напора, обусловленные гидравлическими сопротивлениями в насосе, будут иметь кривизну.

Характеристика трубопровода (кривая 6) показывает зависимость между напором, затрачиваемым на преодоление возникающих гидравлических сопротивлений и расходом жидкости, протекающей по трубопроводу. Линия характеристики трубопровода - парабола, так как зависимость между потерей напора и расходом квадратичная.

Ордината Нст - напор насоса при закрытом нагнетательном клапане (статический напор).

Ордината Нs - потенциальный полезный напор в конце трубопровода.

Точкой К, находящейся на пересечении характеристик насоса и трубопровода, обозначен рабочий режим, при котором расход жидкости по трубопроводу и подача насоса равны, когда весь напор, создаваемый насосом идёт на преодоление гидравлических сопротивлений трубопровода.

Анализируя работу насосной установки: во всех режимах её работы, делаем следующие выводы:

1. Если показатели её работы (Q и Н) находятся слева от рабочей точки К, то создаваемый насосом напор больше напора необходимого для преодоления гидравлических сопротивлений трубопровода, поэтому жидкость на выходе из трубопровода имеет избыточное давление.

2. Если показатели её работы (Q и Н) находятся справа от рабочей точки К, то создаваемый насосом напор будет меньше возникающих гидравлических потерь в трубопроводе, т. е. данный насос не удовлетворяет работе на данный трубопровод.

а) б)

Дата добавления: 2014-12-27