Лекция 6

ВОПРОС 4. НАСОСЫ РОТОРНЫЕ

ВОПРОС 3. ПОРШНЕВЫЕ И ПЛУНЖЕРНЫЕ НАСОСЫ

ВОПРОС 2. СХЕМА НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

ВОПРОС 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ

Литература

Лекция №6

НАСОСЫ (часть 1)

1. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

2. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

План лекции:

1. Общие сведения, классификация и основные параметры насосов.

2. Схема насосной установки.

3. Поршневые и плунжерные насосы.

4. Насосы роторные.

Контрольные вопросы:

1. На какие типы делятся насосы по принципу действия?

2. Какие вы знаете основные параметры работы насосов?

3. Как определить напор насоса?

4. Как рассчитать высоту всасывания?

5. До какого значения можно снижать давление всасывания в насосе?

6. Что такое кавитация?

7. По кому принципу работают поршневые насосы?

Насосом называется гидравлическая машина, передающая энергию электродвигателя протекающей через нее жидкости. Энергия жидкости на входе в насос меньше, чем на выходе.

Все насосы по принципу действия делятся на два основных вида: динамические и объемные: (рис.1.)

Рис.1. Классификация насосов

Предельная высота всасывания

(7)

Объемные насосы. Из классификационной схемы насосов (см. рис. 1) следует, что объемные насосы делятся на поршневые и роторные.

В зависимости от конструкции, назначения и условий работы поршневые насосы классифицируются так.

По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной вход поршня:

♦одностороннего действия — жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении поршня в одну сторону;

♦двустороннего действия — жидкая среда вытесняется из замкнутой ка­меры при движении поршня в обе стороны;

♦дифференциальные, работающие на всасывающей стороне — одно­стороннего действия, а на нагнетательной стороне двухстороннего дей­ствия.

По направлению оси движения рабочих органов:

♦горизонтальные;

♦вертикальные.

По количеству поршней:

♦однопоршневые;

♦двухпоршневые;

♦трехпоршневые;

♦многопоршневые.

Поршневые насосы могут приводиться в действие от двигателя через кривошипно-шатунный механизм.

По способу распределения жидкости все объемные насосы разделяются на клапанные и бесклапанные. Бесклапанные насосы обратимы, т. е. могут быть гидродвигателями (гидравлическими машинами, преобразующими энергию протекающей через них жидкости во вращательное, возвратно-по­воротное или поступательное движение выходного звена машины). Насосы с клапанным распределением не могут быть гидродвигателями. Поршневые насосы являются клапанными насосами.

К поршневым насосам относятся диафрагменные насосы, используе­мые для перекачки вязких продук­тов, технологических агрессивных сред и с механическими абразивны­ми включениями. Принцип работы диафрагменного насоса (рис.3) подобен поршневому с той разницей, что поршень от перекачиваемого про­дукта отделен диафрагмой 2, изго­товленной из резины. В результате колебаний диафрагмы, приводимой в движение через поршень от кривошипно-шатунного механизма 4, в ра­бочей камере создается сначала ваку­ум, а затем повышенное давление.

При соответствующем ходе поршня происходят всасывание и нагнетание. Впуск и выпуск перекачиваемой среды обеспечивает шаровая клапанная система 3. Корпус насоса 1 изготавливают из стали.

Существенным недостатком диафрагменных насосов является износ эластичной диафрагмы вследствие ее растягивания. С целью повышения долговечности насоса предлагается выполнять диафрагму в форме опорных шайб (рис.4). В этом случае диафрагма 2 изготавливается из неупругого материала (прорезиненная ткань). Диафрагма помещается в корпус 1 и в процессе движения поочередно прилегает к каждой из шайб 3. Так как фор­ма диафрагмы и шайбы совпадает, диафрагма не растягивается. Колебатель­ное движение диафрагмы обеспечивается штоком 5, а попеременное включе­ние камер 6 на впуск и выпуск перекачиваемой среды клапанами 4.

Роторный насос — это объемный насос, в котором вытеснение жидкости происходит из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей.

Особый характер процесса вытеснения жидкости в роторных насосах и перенос рабочих камер с жидкостью из полости всасывания в полость нагне­тания делает излишними всасывающий и напорный клапаны. Отсутствие всасывающих и напорных клапанов в роторных насосах является основной их конструктивной особенностью, которая отличает этот класс насосов от класса поршневых насосов.

Роторные насосы являются обратимыми. Обычно состоят из следующих основных частей: статора (неподвижного корпуса), ротора, жестко связан­ного с валом насоса, и вытеснителя (одного или нескольких).

Рассмотрим классификационную схему роторных насосов (рис. 5). По характеру движения вытеснителей класс роторных насосов делится на два подкласса: роторно-вращательные и роторно-поступательные.

Рис.5.Классификационная схема роторных насосов

Как показывают названия, в первом подклассе вытеснители совершают лишь вращательное движение, а во втором — одновременно с вращатель­ным еще и возвратно-поступательное движение относительно ротора.

Роторно-вращательные насосы делятся на зубчатые и винтовые. В пер­вом ротор и вытеснитель имеют форму зубчатых колес, а жидкость в насосе перемещается в плоскости их вращения. В винтовых насосах ротор имеет форму винта, а жидкость в нем перемещается вдоль оси его вращения.

Основной разновидностью зубчатых насосов являются насосы шестеренные.

Роторно-поступательные насосы делятся на шиберные (в основном пластинчатые) и роторно-поршневые насосы. Различие между ними за­ключается не только в форме вытеснителя (пластин и поршней) и характе­ре движения жидкости в насосе, но и в способе ограничения (образования рабочих камер).

Роторно-поршневые насосы по расположению рабочих камер делятся на радиальные и аксиальные.

Шестеренный насос — это зубчатый насос с рабочими органами в виде шес­терен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое. Раз­личают шестеренные насосы с внешним и внутренним зацеплением.

На рис. 6 изображен насос с внешним зацеплением. При вращении шестерен 3 на стороне всасывания создается разрежение и жидкость под атмосферным давлением заполняет впадины между зубьями шестерен, перемещаясь в сторону нагнетания, где зубья одной шестерни входят во впадины другой и вытесняют перекачиваемую жидкость в нагнетатель­ный патрубок.

Рис. 6. Шестеренный насос:

1-крышка; 2-корпус; 3-шестерни.

В зависимости от свойств перекачиваемой жидкости проточная часть корпуса 2 и шестеренные роторы могут быть изготовлены из чугуна и стали или из бронзы и стали. С торцов насос закрывается крышками 1.

Насосы с малым модулем зубчатого зацепления могут хорошо работать на Маловязких жидкостях и плохо перекачивают густые и вязкопластичные среды. Существенным недостатком шестеренных насосов является неравномер­ность подачи, которая зависит от числа зубьев шестерен. К недостаткам шес­теренных насосов относятся также повышенные значения утечек, связанных с обратным перепуском перемещаемой среды из зоны нагнетания в зону всасывания через зазоры между шестернями и корпусом, шестернями и крышками.

Винтовые насосы в отличие от других объемных насосов обладают рядом преимуществ: создают высокое давление, имеют значительную высоту вса­сывания и малое перемешивание перемещаемой жидкости, конструктивно просты, компактны, не имеют клапанов и сложных проходов, что обуслав­ливает низкие потери энергии в местных сопротивлениях, они легче порш­невых в 5... 10 раз.

Одновинтовой насос (рис. 7) состоит из корпуса, снабженного всасыва­ющим 4 и нагнетательным 1 патрубками, резинового статора — обоймы 2 и винтового ротора 3. Вращение ротору передается от приводного вала с помо­щью карданного вала 6 с шарнирами 7, закрепленных в кронштейне 5. На­сос работает по принципу замыкания и последующего вытеснения объемов среды из полостей, образованных винтом ротора и обоймой.

Рис. 7. Одновинтовой насос:

1-нагнетенный патрубок; 2-обойма; 3-винтовой ротор; 4-всасывающий патрубок; 5-кронштейн; 6-карданный вал; 7-шарниры.

Профилированная внутренняя поверхность обоймы выполнена в виде двухзаходного винта с шагом, в два раза превышающим шаг однозаходного винта — ротора. При наличии эксцентриситета между неподвижной обой­мой и винтом — ротором, когда первая на стороне всасывания, полость уве­личивается в объеме, давление в ней понижается до величины, меньшей давления в приемной части насоса. За счет разности давлений полость за­полняется перемещаемой средой. Дальнейшее вращение винта обеспечивает замыкание полости, и среда перемещается к нагнетательной части обоймы в результате вытеснения ее винтом (за один оборот винта перемещение равно одному шагу обоймы). При постоянной частоте вращения винта подача насо­са строго постоянна.

Для перекачки вязкопластичных технологи­ческих сред широко применяют пластинчатый (эксцентриковолопастный) насос (рис. 8). Ос­новными частями простейшего пластинчатого на­соса однократного действия являются: вращаю­щийся ротор 2, помещенный с эксцентриситетом в неподвижном кольце статора 5. Кольцо статора за­прессовано в корпус 1 и имеет загрузочную горло­вину 3. В пазах ротора находятся пластины 4, спо­собные при вращении перемещаться радиально. Их наружные концы скользят по окружности ста­тора. Пазы для пластины имеют наклон в сторону вращения ротора для предотвращения заклинива­ния пластин. Насосы такого типа используются при давлениях 10...12МПа.

Ограниченность давления обусловлена кон­тактными нагрузками между пластинами и статором, а также односторонней нагрузкой ротора силами давления со стороны полости, находящейся под давлением. Полной уравновешенности ротора уда­ется достигнуть в пластинчатых насосах двойного действия (рис. 9).

Статорное кольцо и ротор прикрыты с обеих сторон крышками, в которых профрезерованы ду­гообразные окна А, В, С, D. По мере поворота ро­тора в зонах окон В и В пространство между дву­мя соседними пластинами увеличивается, образуется вакуум и происходит процесс всасыва­ния. В зонах окон А и С объем между пластинами уменьшается и происходит процесс нагнетания. В результате перекрестного размещения областей В и В низкого давления и областей А и С высокого давления ротор и, следовательно, подшипники разгружены от действия радиальных сил.

В радиально-поршневом насосе (рис. 10) поршни 1, вращаясь вместе с блоком цилиндров 2, участвуют одновременно в возвратно-поступательном движении в ради­альном направлении, т. к. они опираются на кольцевую направляющую по­верхность статора 3, размещенную с эксцентриситетом е относительно оси вращающейся части насоса (ротора). Оси поршней перпендикулярны оси вращения ротора или составляют с ней углы более 45°.

Поршни выдвигаются из цилиндров центробежными силами и действием давления жидкости, подаваемой из напорной линии насоса в тыльную часть поршней. Для уменьшения напряжений в месте контакта поршней со стато­ром площадь поверхности поршней стремятся сделать меньше, а их число больше. Одновременно это содействует выравниванию подачи и уменьше­нию радиальных габаритных размеров.

Роторные аксиально-поршневые насосы — насо­сы, у которых рабочие камеры вращаются относи­тельно оси ротора, а оси поршней или плунжеров па­раллельны оси вращения или составляют с ней угол меньше 45°. Насосы и гидродвигатели с аксиальным или близким к аксиальному расположением цилиндров являются наиболее распространенными в гидравли­ческих системах. По числу разновидностей конструк­тивного исполнения они во много раз превосходят прочие типы гидромашин. Они обладают наилучши­ми габаритными и весовыми характеристиками, от­личаются компактностью, высоким КПД, пригодны для работы при высоких частотах вращения и давле­ниях, обладают сравнительно малой инерционнос­тью, а так же просты по конструкции.

На рис. 11 изображена схема аксиально-поршневого насоса с наклон­ной шайбой. Оси цилиндров 1 расположены в нем параллельно оси враще­ния блока 2. Цилиндры с помощью пружин прижимаются к наклонной шайбе (диску) 3.

Поскольку цилиндровый блок 2 у рассматриваемого насоса вращается, упрощается распределение жидкости, которое обычно выполняется через серпообразные окна а и в в распределительном золотнике 4. При работе на­соса торец цилиндрового блока скользит по поверхности распределительно­го золотника. При этом цилиндры попеременно соединяются с окнами а и в золотника и через них — с зонами всасывания и нагнетания.

К объемным насосам специального назначения могут быть отнесены шланговые насосы и водокольцевой вакуум-насос.

Рабочим органом шлангового насоса (рис. 12) является установленный на специальном профилированном корпусе 1 шланг из эластичного материа­ла (например, резины или пластмассы) 2. Шланг периодически сжимается обкатываемым роликом 4, и перекачиваемая среда, которой заполнен внут­ренний его объем, выжимается.

Рис. 11. Схема аксиально-поршневого насоса:

1 — цилиндр; 2 — цилиндровый блок; 3 — шайба (диск); 4 — распределительный золотник; а и б — серпообразные окна

Для надежной и непрерывной подачи среды по шлангу и предупреждения воз­врата вытесняемой среды установлено три ролика, закрепленных в держателе 3. При вращении обоймы с роликами происходит последовательное сжатие шланга и вытеснение среды роликами. За один оборот вала держателя вытесня­ется три дозы жидкости. Концы шланга закрепляются в корпусе или в специаль­ных зажимах, к которым присоединя­ются трубопроводы. Во избежание быст­рого износа шланг и профильную поверхность корпуса смазывают сили­коновым составом или непрерывно сма­чивают водой.

Шланговый насос обеспечивает импульсную объемную подачу, которая зависит от частоты вращения вала с держателями роликов и диаметра шлан­га, а также количества шлангов, расположенных параллельно друг другу в корпусе насоса.

Вакуумные насосы (вакуум-насосы) предназначены для откачки воздуха из всасывающих линий центробежных насосов при заливе их водой перед пуском, а также тогда, когда требуется удалить воздух из системы и создать вакуум. На­ибольшее распространение получили водокольцевые вакуум-насосы, (рис. 13). На валу насоса закреплено колесо с радиальными лопатками 6, расположенное эксцентрично по отношению к цилиндрической камере корпуса 5. Возле ступицы колеса имеются два серповидных выреза а и в, соединенных со­ответственно с напорным 3 и всасывающим 4 патрубками насоса.

Если перед пуском насоса в его корпус 5 залить воду, то при вращении ра­бочего колеса 6 образуется водяное кольцо 1, расположенное концентрично по отношению к камере насоса и эксцентрично по отношению к колесу 6.

Между ступицей колеса, лопатками и внутренней гранью водяного кольца образуются полости, объем которых за первую половину оборота колеса, т. е. до вертикального диаметра, увеличивается. При увеличении объема полостей в них водокольцевого возникает разрежение и через серповидное отверстие (подводящее секторное отверстие 7) начинает поступать воздух.

При дальнейшем вращении колеса объем полости уменьшается, воздух сжи­мается и при достижении очередной полостью выходного серповидного отверс­тия а (нагнетательного отверстия 2) под действием избыточного давления вы­талкивается через напорный патрубок в атмосферу (или в трубопровод). Если всасывающий патрубок вакуум-насоса соединить с герметичной полостью, то в ней вследствие постоянного отсоса воздуха возникает вакуум.

В целях предотвращения перегрева воды в водяном кольце к вакуум-на­сосу подводят свежую воду, которая, непрерывно поступая в насос, замеща­ет нагревшуюся.

Величина создаваемого насосом разряжения (вакуума) не может быть больше давления насыщенных паров поступающей в насос воды, поэтому понижение температуры воды ведет к повышению величины разрежения.

Дата добавления: 2013-12-13