УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСЕВЫХ НАСОСОВ. ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ЭТИХ НАСОСОВ

Раздел первый

НАСОСЫ

Глава 1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ НАСОСОВ

Насосные установки простейших конструкций использовались человеком <5 древних времен и в основном предназначались для нужд орошения. Описания поршневого двухцилиндрового насоса относятся ко II в. до н. э. Первые водоподъемные машины в России для водоснабжения были построены в 1631 г. В 1718 г. были сооружены по указанию Петра I водоподъемники для снабжения Летнего сада водой, а 36 лет спустя член Петербургской академии наук JL Эйлер разработал струйную теорию центробежных насосов.

Великий русский ученый М. В: Ломоносов в своих трудах описал различные конструкции водоподъемных механизмов для откачки воды из глубоких шахт. В 1752 г. М. В. Ломоносов приступил к постройке Усть-Рудницкой стекольной фабрики, где водяные колеса были применены для приведения в движение различных механизмов.

В 1835 г. А. А. Саблуков изобрел центробежный "насос, после чего уравнения Эйлера нашли применение при проектировании гидравлических турбин и центробежных насосов.

В 1889 г. В. А. Пушечниковым сконструирован и изготовлен первый глубоководный осевой насос, установленный на московском водопроводе.

Академик В. F. Шухов разработал ряд конструкций поршневых насосов для откачки нефти из скважин, дал теорию работы паровых поршневых насосов прямого действия.

Крупвсеййие ученые Н Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин разработали теорию обтекания потоком крыла, что послужило основой проектирования лопастных машин.

Профессор И. И. Куколевский применил законы подобия к проектированию центробежных насосов, использовав результаты лабораторного экспериментирования. Академик Г. Ф. Проскура, профессор И. И. Куколевский, профессор И. Н. Вознесенский создали крупнейшие пропеллерные насосы для канала им. Москвы.

Большие заслуги в развитии советского гидромашиностроения принадлежат профессорамИ. Г. Есьману, Н. М. Щапову^ С. G. Рудневу, В. С. Квят- ковскому, Т. М. Башта, Б. Б. Некрасову, Р. И. Шищенко и др.

Насосы как гидравлические машины длительное время предназначались исключительно для перекачки воды. В настоящее время насосы широко применяются во многих областях человеческой деятельности (коммунальное и промышленное водоснабжение, гидроаккумулирование, транспорт). Насосы применяются на тепловых электростанциях, известны специальные типы насосов для нефтяной, нефтехимической, химической, бумажной, торфяной, металлургической и других отраслей промышленности. В качестве вспомогательных устройств (для смазки узлов трения и подачи топлива) насосы входят в большинство машин: двигатели внутреннего сгорания, жидкостно-ракетные двигатели и др. На пути освоения плазмы появляются плазменные насосы.

Конструктивное разнообразие насосов велико, поэтому классифицировать насосы по их назначению трудно. Наиболее правильно в настоящее время определить насос как машину для преобразования механической энергии двигателя в энергию перекачиваемой жидкости.

Насосы имеют много общего с гидравлическими двигателями (гидравлическими турбинами), так как в них совершается процесс, обратный процессу преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию, совершаемому в гидротурбине, что приводит к общности в теории и конструировании этих машин.

Физические свойства жидкостей и газов (при дозвуковых скоростях газа) имеют большое сходство, что позволяет сравнивать насосы с энергетической группой газовых машин — вентиляторами, газодувками, компрессорами п в меньшей мере с обратными по процессу машинами — паровыми и газовыми турбинами.

Установление сходства насосов с другими энергетическими машинами открывает широкие возможности использования опыта смежных отраслей машиностроения. В то же время опыт насосостроения с успехом может быть использован при разработке гидротурбин, компрессорных машин и вентиляторов.'

С учетом сказанного современная наука о насосах делит их по принципу действия на три основных класса: лопастные или лопаточные (насосы обтекания), вихревые насосы (насосы увлечения) и объемные насосы (насосы вытеснения).

В лопастных (лопаточных) насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе обтекания лопастей (лопаток) колеса и их силового воздействия на поток. У вихревых насосов преобразование энергии двигателя происходит в процессе интенсивного образования и разрушения вихрей при увлечении быстро движущимися частицами жидкости в ячейках колеса медленно .движущихся частиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса каналах (вихревой эффект). При движении жидкости в колесе

вихревого насоса между участками всасывания и нагнетания имеет место и центробежный эффект. Механизм действия вихревых насосов довольно сложен. В последнее время движение жидкости в рабочих каналах вихревого насоса сравнивают с движением жидкостного винта, отмечается сложение эффекта центробежных и объемных насосов. В объемных насосах повышение энергии происходит в процессе вытеснения в напорный трубопровод объема жидкости из замкнутого пространства насоса поршнем (плунжером, скалкой), мембраной, имеющими возвратно-поступательное движение, или зубьями шестерен, винтами, кулачками, выдвижными скользящими пластинами при вращательном движении этих элементов насоса (ротационные насосы).

Лопастные насосы разделяются на центробежные (радиальные), диагональные и осевые (пропеллерные). В центробежных насосах'движение жидкости в рабочем колесе происходит от центральной части к периферии по радиальным направлениям, т. е. в потоке частиц жидкости нет осевых составляющих абсолютной скорости. В диагональных насосах частицы жидкости движутся по поверхностям вращения с образующими, наклонными к оси, т. е. осевые и радиальные составляющие абсолютной скорости — величины одного порядка. В осевых насосах частицы жидкости движутся в осевом направлении. Лопастные насосы обладают малой способностью самовсасывания. Поэтому при пуске их всасывающую трубу и колесо заливают жидкостью, применяя различные способы. Лопастные насосы удобны для непосредственного соединения с быстроходными типами современных электромоторов, паровых и газовых турбин с двигателями внутреннего сгорания. Лопастные насосы отличаются компактностью и легкостью. .

К. п. д. лопастных насосов достигает 0,9—-0,92 и в области умеренных напоров не уступает к. п. д. поршневых насосов. Поэтому при невысоких и средних напорах и больших подачах применяются исключительно 'лопастные насосы. В настоящее время вследствие усовершенствования методов проектирования и производства лопастных насосов их стали применять также и при высоких напорах — до 3000 м и выше. Лопастные насосы находят широкое применение при подаче нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, для подачи воды в нефтяной пласт при нефтедобыче, для подачи высокоагрессивных и токсичных жидкостей в нефтехимии. Фактором, ограничивающим частоту вращения и высоту всасывания лопастного насоса, является кавитация.

Вихревые насосы получили "наибольшее распространение в стационарных и передвижных установках мощностью не более нескольких десятков киловатт для перекачки маловязких жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Напор вихревых насосов в 2—5 раз больше напора центробежных насосов при тех же значениях диаметра колеса и частоты вращения, но они отличаются низким к. п. д. (0,25—0,5).

Объемные насосы характеризуются тем, что рабочие органы их периодически образуют замкнутые объемы жидкости и вытесняют эти отобранные порции жидкости, увеличивая давление, в нагнетательный трубопровод. Особенностями объемных насосов являются постоянное, почти герметичное, разделение всасывающей и нагнетательной камер, а также способность к самовсасыванию. Подача объемного насоса определяется геометрическими размерами его рабочих органов и числом циклов в единицу времени. Подача объемных насосов от 0,8 до 800 м3/ч. В объемных насосах величина напора принципиально не ограничена.

Глава 2 ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ

УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСЕВЫХ НАСОСОВ. ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ЭТИХ НАСОСОВ

Центробежные и осевые насосы по своей конструкции весьма разнообразны, однако они имеют и много общего. Рассмотрим некоторые конструкции насосов и их деталей.

консольный одноступенчатый центробежный насос простейшей конструкции. Насос состоит из корпуса 5, лопастного (центробежного) колеса 4, сальниковой набивки ^ с нажимным фланцем 7, фланца для затяжки деталей насоса 1,f гайки для крепления колеса на валу 3, всасывающего подвода 2, защитной втулки 8, вала 11, станины 10, муфты 13 для соединения вала насоса с валомдоигателя, подшипников 9 и 12. Лопастное колесо 4 имеет два диска, между которыми расположены лопасти. На заднем диске расположена ступица со шпоночной канавкой для крепления колеса на валу, а на переднем диске колеса имеется всасывающее окно. Корпус колеса конструктивно объединяет все элементы в насосе и служит для подвода жидкости к лопастному колесу, для отвода потока от него и для преобразования скоростной энергии потока, выходящего из колеса, в давление. В месте прохода вала через "отверстие в стенке корпуса расположено сальниковое уплотнение, предотвращающее вытекание жидкости из корпуса наружу или поступление атмосферного воздуха внутрь корпуса при вакууме в полости корпуса. Вал опирается <на радиально-опорные шарикоподшипники, которые воспринимают как радиальную, так и осевую нагрузки, возникающие вследствие действия гидравлических сил и силы тяжести.

Установка нескольких лопастных колес в одном насосном агрегате значительно расширяет область применения лопастных насосов и создает ряд конструктивных преимуществ. Каждое лопастное колесо представляет собой элементарный насос. Рабочие колеса лопастных насосов могут устанавливаться параллельно или последовательно. При параллельной установке подачи колес складываются: каждое лопастное колесо подает лишь часть общей подачи, создавая полный напор; поток в колесе делится на ряд параллельных струи. Такой насос называется многопоточным. В центробежных насосах с двусторонним входом жидкости поток при входе делится на две части ( 2.2) и с двух сторон поступает в лопастное колесо. Обе части потока вновь соединяются при выходе из лопастного колеса и поступают в спиральный отвод. Такая конструкция насоса компактна и обладает рядом преимуществ. Насосы такой конструкции относятся к насосам типа Д. При последовательной установке колес создаваемый ими напор складывается и каждое лопастное колесо создает лишь часть полного напора при полной подаче; напор насоса нарастает ступенями от колеса к колесу. Такие насосы называются многоступенчатыми — насосы типа М.

Принцип работы центробежных и осевых насосов одинаков и основан на силовом взаимодействии лопатки с обтекающим ее потоком. Эта общность процесса передачи механической энергии от рабочего тела к потоку обусловливает сходство эксплуатационных свойств. Однако имеет место и различие этих типов насосов: в центробежных насосах поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление, поэтому создаются условия возникновения центробежных сил; в осевых насосах поток жидкости параллелен оси вращения колеса и силовое воздействие на поток жидкости осуществляется лопатками, набегающими под различным углом атаки и проталкивающими жидкость в осевом направлении, сообщая одновременно вращательное движение потоку. Вращательное движение потока в осевом насосе приводит к вихре- образованию, непроизводительной затрате энергии. С целью предотвращения закручивания потока на выходе из лопастей колеса жидкость поступает в направляющий аппарат.

схемы осевого и центробежного насосов. Как осевой, так и центробежный насосы состоят из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем колеса 2, Силовое взаимодействие потока с лопастным колесом происходит при вращении колеса, при этом в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти. Силы давления лопастей на поток возникают при вращении колеса и создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая ее механическую энергию.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: