Устройство и характеристики осевого насоса
Особым типом лопастных насосов являются осевые или пропеллерные насосы (рис. 12.18). Осевой насос состоит из вала 1, на котором установлены лопатки 2, корпуса 3 и нагнетательного патрубка 4. Жидкость к колесу такого насоса подводится и выходит из него не меняя своего направления, вдоль оси. Насосы эти применяются при малых напорах до 20 м и сравнительно больших производительностях до 30 м3/с.
Осевые насосы находят широкое применение в оросительных системах, конденсационных установках, шлюзовых системах и т. д.
Теоретический напор определяется по уравнению Эйлера при условии u1 = u2 = u, тогда
| .
| (12.55)
| При осевом подводе с1cosa1=0 и
| .
| (12.56)
| Характеристики осевых насосов отличаются от характеристик центробежных и имеют седловину (рис. 12.19). Высота всасывания осевых насосов ввиду их большой быстроходности во избежание кавитации делается отрицательной, т. е. колесо насоса опускается ниже уровня воды.
12.10. Поршневые насосы. Устройство и принцип действия. Классификация
Поршневые насосы всех видов работают по общему принципу вытеснения жидкости. Рассмотрим принципиальную схему поршневого насоса (рис. 12.20). Он состоит из следующих основных элементов: 1. цилиндр; 2. поршень; 3. всасывающий клапан; 4. всасывающий трубопровод; 5. нагнетательный клапан; 6. нагнетательный трубопровод; 7. шатун; 8. кривошип.
При вращении вала кривошипа приводится в действие поршень. Когда он движется слева направо, в цилиндре возникает разряжение, открывается клапан 3 и происходит заполнение цилиндра жидкостью.
В крайнем правом положении (крайние положения поршня называется мертвыми точками) происходит изменение направления движения поршня и он начинает выталкивать жидкость из цилиндра. При этом под воздействием повышенного давления всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный 5 – открывается. Таким образом, происходит процесс нагнетания. Затем цикл повторяется. Производительность насоса определяется по формуле
| ,
| (12.57)
| где F – площадь поршня;
S – ход поршня;
n – число оборотов в минуту.
Действительное количество жидкости, подаваемой насосом, меньше теоретического, в силу того, что в насосе имеются утечки через неплотности. Если вспомнить, что утечки жидкости через неплотности оцениваются объемным КПД hо, то действительная производительность
| .
| (12.58)
| Все многообразие имеющихся поршневых насосов можно разделить на следующие группы:
1. По способу приведения в действие:
а) с кривошинно-шатунным механизмом;
б) прямодействующие (паровые);
в) ручные.
Схема а) рассмотрена выше.
Прямодействующий насос представляет собой комбинацию паровой машины и насоса, поршни которых насажены на один вал. Под поршень паровой машины (рис. 12.21) подается пар и под воздействием образующегося усилия перемещается поршень насоса, осуществляя тем самым процесс всасывания и нагнетания. Подобные насосы применяются в котельных установках для питания котла водой за счет собственного пара.
Ручные насосы применяются в случае необходимости разовой откачки небольших количеств жидкости.
2. По расположению оси цилиндра насоса:
а) горизонтальные;
б) вертикальные.
3. По устройству поршня насоса:
а) с дисковым поршнем;
б) плунжерные.
При создании сравнительно небольших давлений применяют дисковые поршни с уплотнением в виде манжет или уплотнительных колец. При больших давлениях применяют плунжерные поршни, у которых ширина поршня соизмерима с его ходом или даже больше (рис. 12.22).
Уплотнение здесь достигается за счет точной приработки цилиндра и поршня. Малый зазор между плунжером и цилиндром обеспечивает хорошее уплотнение.
4. По роду действия:
а) простого действия;
б) двойного действия;
в) многократного действия;
г) дифференциальные.
Существенным недостатком поршневого насоса простого действия (рис. 12.20) является неравномерность подачи им жидкости в нагнетательный трубопровод. Так за один оборот вала кривошипа происходит ход всасывания, когда жидкость в нагнетательный трубопровод не подается, и ход нагнетания. Для устранения этого недостатка применяют насосы двойного действия (рис. 12.23). Отличием этого насоса от насоса простого действия является наличие двух пар клапанов – 3 и 5 – всасывающих и 4 и 6 – нагнетательных. Это позволяет насосу работать двумя сторонами поршня. Когда в левой полости открыт всасывающий клапан 3 в правой открыт нагнетательный 6 и наоборот – в правой открыт 5 в левой 4. Таким образом, получается более равномерная подача жидкости. Производительность такого насоса рассчитывается по формуле
| ,
| (12.59)
| где f – площадь сечения штока.
Для приближенных расчетов можно пользоваться формулой
| .
| (12.60)
| Более равномерную подачу, чем у насоса простого действия можно получить и с помощью дифференциального насоса (рис. 12.24). У этого насоса половина подачи поступает в нагнетательный трубопровод в процессе нагнетания, а половина поступает в полость справа от поршня (см. рисунок). В процессе всасывания жидкость из правой полости выталкивается в нагнетательный трубопровод. Преимуществом данной схемы является то, что здесь всего одна пара клапанов, а равномерность подачи такая же, как и у насоса двойного действия. Производительность такого насоса
| .
| (12.61)
| Насосы многократного действия имеют несколько (3 – 4) цилиндров, приводящихся в действие от одного коленчатого вала. Наиболее равномерную подачу жидкости имеют насосы тройного действия.
5. По назначению:
а) насосы для воды;
б) насосы для вязких жидкостей;
в) насосы для горячих жидкостей;
г) растворонасосы;
д) грязевые насосы.
12.11. Неравномерность подачи поршневых насосов и способы ее компенсации
Выше отмечалось, что одним из недостатков поршневых насосов является неравномерность подачи насоса простого действия.
Количество жидкости, подаваемое в нагнетательный трубопровод, в каждый момент времени определяется скоростью поршня u и площадью поперечного сечения цилиндра F.
| ,
| (12.62)
| где u = ωr sinφ;
ω – угловая скорость;
φ – угол поворота кривошипа (см. рис. 12.20);
r – радиус кривошипа.
При угле φ = 900 мгновенная подача достигает максимума
| .
| (12.63)
| При угле φ=00 и 1800 Q=0, а закон изменения подачи – синусоидальный (рис. 12.25).
Рис. 12.25 Рис. 12.26
Отношение максимальной подачи к средней называется коэффициентом неравномерности подачи.
| .
| (12.64)
| Для насоса однократного действия δ = π. У насоса двойного действия, который работает двумя сторонами поршня, синусоиды накладываются друг на друга и имеют вид, показанный на (рис. 12.26).
Коэффициент неравномерности подачи будет:
| .
| (12.65)
| У насоса тройного действия кривошипы коленчатого вала повернуты один относительно другого на 1200. Степень неравномерности подачи у такого насоса δ = p/3 = 1,047.
Таким образом, одним из способов компенсации неравномерности подачи жидкости является применение насосов многократного действия и дифференциальных. Однако, естественно, конструкция таких насосов более сложная, чем у насоса простого действия и их не всегда выгодно применять.
Для уменьшения пульсации жидкости насосы однократного действия снабжаются воздушными колпаками (рис. 12.27). Воздушный колпак, или пневмогидравлический аккумулятор представляет собой емкость, частично заполненную жидкостью, а частично воздухом. Сечения нагнетательного и всасывающего трубопроводов, рассчитываются так, чтобы при данной мощности насоса, пропускать расход, не превышающий среднюю подачу насоса. Поэтому, когда в цилиндр всасывается, или из него нагнетается жидкости больше, чем Qср, излишняя жидкость засасывается из запаса всасывающего колпака или остается в нагнетательном колпаке. По этой причине во всасывающем колпаке создается разрежение, за счет которого всасывание из трубопровода продолжается и после закрытия всасывающего клапана. В нагнетательном колпаке, наоборот излишняя жидкость поджимает воздух и поэтому после закрытия нагнетательного клапана под давлением воздуха жидкость продолжает поступать в трубопровод. Таким образом, подача оказывается более равномерной и, кроме того, уменьшаются инерционные силы, которые ухудшают подачу насоса.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|