Характеристика и применение насосного оборудования

Характеристика и применение насосного оборудования

Введение

НАСОС - устройство для перемещения жидкостей. Иногда насосами называют устройства для накачивания велосипедных, автомобильных и футбольных камер. Правильнее их называть компрессорами. Насосы бывают разных видов: поршневые, ротационные, центробежные, осевые, спиральные, или шнековые. Последние и являются родоначальниками всех насосов. Их изобретение приписывается Архимеду.

Во всяком случае, ему принадлежит первая конструкция насоса, состоящего из вала, наклонно опущенного в воду, обвитого цилиндрической спиралью, которая обшита сверху просмоленной тканью. Усилий одного человека было достаточно для того, чтобы вращать это устройство. Вода в нем, как гайка по вращающемуся винту, поднималась вверх и выливалась в приёмный лоток. Этот насос послужил прототипом очень многих изобретений.

Гидравлические машины средневековых механизвов зачастую делались со спиральными насосами, сконструированными по принципу, разработанному Архимедом. Французский врач Д. Папен в 1690 году придумал паровой насос, действовавший за счёт создания вакуума в цилиндре при конденсации водяного пара, а потом и паровой двигатель. В России первый центробежный насос был создан А.А. Саблуковым в 1838 году. Его конструкция полностью соответствовала той, что была применена им при создании центробежного вентилятора. Вслед за центробежным насосом А.А. Саблуков построил осевой, повторяющий конструкцию осевого вентилятора.

Принцип действия этих устройств без изменения сохранился до сих пор. Насосы огромных размеров перекачивают нефть, воду, химические продукты. Без насосов не мог бы работать ни один завод, ни одна фабрика. Насосами оборудованы пожарные автомобили и суда. Топливо и смазочные материалы в современных двигателях внутреннего сгорания также подаются насосами.

Теперь о каждом по отдельности.

1. Поршневые насосы

Рис. 1

Поршневые насосы можно назвать одним из древнейших изобретений человечества. Еще греческий изобретатель Ктесибий в III в. до н.э. применил при тушении пожара насос, имевший два поршня. С тех пор поршневые насосы претерпели множество изменений, но их принцип остался неизменен.

Поршневые насосы, выпускаемые в широком ассортименте, разнообразны по своей конструкции и применяемых материалах. Чтобы понять принцип работы поршневой гидравлической машины, можно рассмотреть рабочий цикл обыкновенного одноступенчатого устройства. Изучаемый вариант состоит из рабочей камеры (цилиндра), и поршня, совершающего в нем возвратно-поступательное движение.

Как правило, в современных устройствах для передачи движения поршню применяют кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий движение вращения в возвратно-поступательное. Камера имеет напорное и всасывающее отверстия, оснащенные клапанами. При движении поршня и увеличении объема рабочего цилиндра давление в нем падает, в результате чего открывается клапан и пропускает внутрь определенное количество жидкости.

При обратном движении поршня в камере насоса генерируется избыточное давление; клапан всасывания перекрывается, а подачи - наоборот, открывает жидкости доступ в нагнетательный трубопровод. При этом жидкость будет поступать в напорный коллектор прерывисто, в зависимости от частоты движения поршня.

Для того, чтобы увеличить КПД поршневых машин и стабилизировать давление в напорном трубопроводе, применяют насосы двухстороннего действия и имеющие несколько цилиндров агрегаты. Насосы двухстороннего действия, в отличие от описанных выше, имеют поделенный пополам цилиндр, каждая часть которого имеет свой напорный и всасывающий патрубки, оснащенные клапанами. При движении поршня, в разных частях цилиндра создается либо избыточное, либо всасывающее давление, под действием которого открывается та или иная пара клапанов.

В качестве дополнительного прибора, обеспечивающего равномерную подачу поршневых насосов, применяются также воздушные колпаки, представляющие собой емкость, заполненную до некоторого уровня воздухом. При выбросе жидкости из камеры насоса, воздух, благодаря своей упругости, гасит часть давления, а при обратном цикле - воздух расширяется, и подача жидкости в напорный трубопровод или резервуар продолжается.

К недостаткам поршневых насосов следует отнести сложность изготовления, и как следствие, их высокую стоимость. К тому же, такие насосы требуют дополнительных уплотнительных приспособлений между стенками рабочей камеры и поршня, которые в результате воздействия сил трения подвержены износу.

Поршневые насосы описанной конструкции не применимы для перекачки сред, содержащих абразивные частицы. Зачастую такие насосы требуют дополнительной системы охлаждения. Последовательное соединение поршневых насосов с возвратно поступательным движением поршня не применяется, т.к. высокое давление на входе неприемлемо.Неоспоримыми достоинствами поршневых насосов является возможность генерирования больших напорных значений при малых габаритах, взаимозаменяемость деталей, возможность регулировки давления в напорном трубопроводе путем изменения частоты движения или хода поршней.

Принцип работы поршневого насоса воплощен в некоторых дозировочных насосах. Такие насосы широко применяются в химической и пищевой промышленности, в системах водоснабжения и в быту.

1.1 Насосы двухстороннего действия

Насосы типа Д - с горизонтальным валом одноступенчатые - предназначены для перекачивания воды и других жидкостей при температуре до 85°С, аналогичных воде по вязкости и химической активности, а также химически активных жидкостей (водородный показатель рН от 4 до 12), нефти, продуктов ее переработки с кинематической вязкостью до 10 - 4 м2/с и жидкостей с содержанием механических примесей не более 1% и с размером твердых частиц не более 0,2 мм.

Для насосов, предназначенных для перекачивания нефти и нефтепродуктов, материал проточной части обозначается буквой Б; химически активных жидкостей - К; воды с содержанием механических примесей до 1% - В; для других типов проточной части допускается содержание механических примесей в перекачиваемой жидкости до 0,05%. Насосы этого типа могут применяться для диапазона подач Q = 40 - 1800 л/с и напоров Н= 15 - 100 м, мощность двигателя этих насосов составляет N= 15 - 2000 кВт. Насосы большой мощности изготовляются по индивидуальным заказам.

Насосы обозначают следующим образом (на примере насоса Д200-90):

Д - насос двустороннего входа;

- подача насоса в м3/час;

- напор в м. вод. ст.

Насос с обточенным рабочим колесом обозначается Д200-90а.

Характеристики некоторых типов насосов приведены в таблице.

Особенности конструкции и назначение:

Центробежные, горизонтальные, одноступенчатые насосы типа Д, 1Д и 2Д имеют двусторонний полуспиральный подвод жидкости к рабочему колесу и спиральный отвод.

Корпус насоса имеет разъем в горизонтальной плоскости. Расположение всасывающего и напорного патрубка в нижней части корпуса насоса позволяет проводить ремонт без отсоединения труб и демонтажа двигателя. Двигатель приводит в действие ротор насоса через упругую втулочно-пальцевую муфту. Опорами ротора являются радиальные или радиально-упорные подшипники. Рабочее колесо двустороннего входа, что обеспечивает равновесие осевых сил. Двойные сальниковые уплотнения надежно предотвращают протечки по валу.

Насосы типа Д предназначены для перекачивания чистой воды температурой до 85°С. Применяются на насосных станциях первого и второго подъемов городского, сельского и промышленного водоснабжения, а также для орошения и осушения полей. Материал основных деталей: корпуса, крышки и рабочего колеса - чугун СЧ 18-36; вала - сталь 45.

Устройство и принцип работы насоса типа Д

На общей фундаментной раме электронасосного агрегата установлен непосредственно сам насос, соединенный упругой втулочно-пальцевой муфтой с приводным двигателем. Электронасос типа Д является центробежным, горизонтальным одноступенчатым с двусторонним полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Имеет спиральный отвод и сальниковое уплотнение вала.

Крышка насоса типа Д и корпус выполнены из чугуна, в горизонтальной плоскости через ось ротора имеется разъем. Разборка насоса возможна без отсоединения трубопроводов и снятия двигателя, благодаря тому, что нагнетательный и всасывающий патрубки насоса расположены в нижней части корпуса.

Для возможности присоединения вакуумного насоса или для выпуска воздуха при заполнении насоса самотеком в верхней части крышки корпуса предусмотрено отверстие М16х1,5. Протечку жидкости по валу предотвращает сальниковое уплотнение. Для насосов 1Д гидравлический затвор сальника выполняется посредством подвода жидкости к кольцу сальника по каналу в крышке насоса

Корпус и крышку корпуса от износа защищают уплотняющие кольца, что также уменьшает протечки жидкости из напорной полости во всасывающую. В горизонтальном насосе типа Д установлено рабочее колесо двустороннего входа, что обеспечивает надежную работу насоса.

Что перекачивает насос:

Вода и другие жидкости аналогичные по химической активности, температурой до 85°С, вязкостью до 36сСт. Допускается содержание твердых включений не более 0,05% по массе, размером до 0,2мм и микротвердостью не более 6,5 гПа (650 кгс/мм2).

Пример маркировки:

- порядковый номер модернизации;

Д - тип насоса (двухстороннего входа);

первые цифры - подача, м3/ч;

цифры после тире - напор, м;

буквы "а" и "б" после цифр - индекс первой и второй обточек рабочего колеса;

далее - обозначение климатического исполнения и категории размещения.

Технические характеристики насосов типа Д, 1Д, 2Д.

Таблица 1

1.2 Дозировочные насосы

Все насосное оборудование в той или иной степени обеспечивает возможность регулирования подачи. Это регулирование осуществляется, посредством обеспечения обратной связи между величиной подачи насоса и регулирующим механизмом. По информации, поступающей от прибора, фиксирующего подачу насоса (расходомер и т.п.) оператор или автоматика воздействует на исполнительный механизм регулирования подачи (задвижку, вариатор, электропривод).

Исключение составляет дозировочный насос, имеющий встроенную шкалу регулирования подачи, по которой заранее и (или) в процессе работы насоса производится настройка необходимой подачи с заданной точностью. Типовая (наиболее распространённая) конструкция дозировочных насосов - насосы типа НД и НДр.

Насос типа НД, НДр предназначен для объёмного напорного дозирования различных нейтральных и агрессивных жидкостей. Насос одноплунжерный, приводной, горизонтальный одностороннего действия. Эксцентриковый вал насоса связан с электродвигателем через одноступенчатый червячный редуктор. Червячное колесо редуктора жёстко закреплено на эксцентриковом валу. На шейке вала имеется эксцентрик, приводящий в движение ползун с плунжером гидроцилиндра. Вращая эксцентрик относительно шейки вала, можно бесступенчато менять эксцентриситет, а следовательно длину хода плунжера и подачу насоса от нуля до максимума.

Гидроцилиндр состоит из корпуса, плунжера, всасывающего и нагнетательного шариковых клапанов, уплотнительного устройства с кольцевым фонарём, предназначенным для подвода промывочной жидкости или устройства гидравлического затвора.

Регулирующий механизм в насосах НД обеспечивает бесступенчатое изменение подачи вручную при остановленном агрегате (регулирование "на остановленном агрегате"), а в насосах НДр - вручную как на остановленном, так и на работающем агрегате (регулирование "на ходу").

Регулирующий механизм имеет микрометрическую шкалу. Погрешность в дозировании отечественных насосов лежит в диапазоне от 0,5 до 2,5 % и выше и, соответственно, обозначается как категория точности дозирования 0,5; 1,0; 2,5 и без категории точности дозирования.

2. Ротационные насосы

Ротационный насос предназначен для использования в химической, нефтехимической промышленности и в других областях для перекачки высокотоксичных и отравляющих веществ, где требуется высокая надежность. Насос состоит из трубного основания, на которое по спирали навит шланг, а поверх шланга, на вращающемся корпусе-роторе монтируется свободно вращающиеся продольные обжимные ролики. Между поверхностью основания во внутреннюю полость корпуса-ротора закачена несжимаемая жидкость, например вода. При вращении корпуса-ротора обжимные ролики, обкатываясь по шлангам, продавливают перекачиваемый агент в сторону нагнетания, повышающееся давление через стенки шлангов воспринимается несжимаемой средой и удерживает тело шланга в сжатом состоянии в пределах упругой деформации. Отсутствие герметизирующих устройств позволяет использовать насос в любых загрязненных условиях.

Изобретение относится к нефтепромысловой, нефтехимической и химической промышленности и может быть использовано при перекачке химреагентов, сред с повышенной токсичностью, радиоактивных и других агрессивных веществ, не допускающих утечек в окружающую среду при больших напорах и подачах. В настоящее время существуют насосы шиберные, которые сложны по конструкции ротора.