Общие вопросы прикладной гидромеханики

Подбор насосов

В практической деятельности при выборе технологического оборудования для конкретного процесса, часто возникает задача подбора насосного оборудования. При этом основными парамет­рами, определяющими выбор конкретного насоса, являются его подача и напор.

Количество перекачиваемой жидкости определяется из технологических требований, когда известно, сколько продукта должно быть перемещено из одного аппарата с внутренним давлением Р₁ в другой аппарат с давлением Р₂. Параметрами, определяющими тип выбираемого насоса, будут являться также физические свойства перекачиваемой среды, ее температура и агрессивность, учитываемые при назначении конструкционного материала.
При выборе насоса с требуемым напором следует также учитывать гидравлическое сопротивление системы (включающей расширения, сужения, повороты, запорную арматуру), по которой перекачивается жидкость.
После определения величин подачи и напора, а также типа насоса и его исполнения осуществляют его подбор по каталогам, используя карты рабочих полей, на которых нанесены области применения насосов различных типоразмеров (рис. 2.8). Если точка А, соответствующая требуемым значением подачи и напора, попадает в область его применения, соответствующий насос может быть использован в заданном процессе. Если же рабочая точка А' не лежит на рабочей характеристике серийного выпускаемого насоса, выбирают ближайший насос с большими типоразмерами, который либо используют в выпускаемом виде, либо осуществляется операция подрезки рабочего колеса, изменяющая его эксплуатационные характеристики.


Насосы объемного типа


Поршневые насосы применяют при относительно небольших подачах и высоких давлениях (до 100 МПа) для перекачивания высоковязких пожаро- и взрывоопасных жидкостей.
Простейшая схема горизонтального поршневого насоса приведена на рис. 2.9. Он состоит из поршня 2, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре 7, внутри которого установлены всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны. Поршень 2 приводится в действие кривошипно-шатунным механизмом 3.
П ри движении поршня 2 влево в цилиндре 1 создается разрежение, в результате которого клапан 5 открывается, клапан 6 закрывается, и жидкость из всасывающего трубопровода закачивается в цилиндр 1. Процесс всасывания происходит до тех пор, пока поршень не достигнет крайнего правого положения. Затем поршень начинает движение справа налево, и в цилиндре 1 возникает избыточное давление, закрывающее клапан 5 и открывающее клапан 6, через который жидкость под давлением выталкивается в нагнетательный трубопровод. Процесс завершается при достижении поршнем крайнего левого положения. Затем цикл повторяется.
В зависимости от конструкции поршня различают поршневые насосы (см. рис. 2.9) (поршни в виде дисков, уплотняемые металлическими разрезными уплотнительными кольцами 4 или эластичными манжетами), а также плунжерные насосы (рис. 2.10) (рабочий орган - плунжерный поршень 2, установленный в корпусе 1).
Преимуществами поршневых насосов является: возможность получения высоких напоров при малой подаче; незначительная зависимость подачи от напора; способность самовсасывания. Плунжерные насосы благодаря простоте регулирования движения поршня могут использоваться для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей
К недостаткам можно отнести: меньшую, по сравнению с центробежными насосами, подачу; некоторую неравномерность подачи; большие габаритные размеры и сложность конструкции.
Для выравнивания подачи поршневых и плунжерных насосов существует несколько способов:
• применение многопоршневых машин с общей приводной частью и общими магистральными трубопроводами;
• использование воздушных колпаков на всасывающей и напорной линиях для демпфирования (сглаживания) потоков жидкости
Теоретическая средняя подача насоса простого действия (Q, м³/с) составляет

где F — площадь поперечного сечения поршня (или плунжера). м²; S — ход поршня, м; п — частота вращения вала, об/с.
Действительная подача

где = 0,8...0,9 — коэффициент подачи; i — кратность подачи.
Большую группу насосов объемного типа составляют роторные насосы, к которым относятся шестеренные (зубчатые), пластинчатые (шиберные), а также винтовые.
Шестеренный насос (рис. 2.11) состоит из двух зубчатых колес 1 и 3, находящихся в зацеплении и размещенных с малым зазором в корпусе 4, одно из которых является ведущим, другое — ведо­мым. При вращении колес жидкость из полости всасывания 5 перемещается в напорную полость 2.
П одача шестеренного насоса, состоящего из двух колес различных размеров, определяется как

где f — площадь поперечного сечения впадины между зубьями, м², l — длина зуба колеса, м; и — число зубьев колес; и — частота вращения, об/мин; — объемный коэффициент насоса. Если колеса одинаковы, то

Шестеренные насосы применяют для перекачивания вязких жидкостей при невысоких подачах и высоких давлениях (до 1,5 МПа).
П ластинчатый насос (рис. 2.12) состоит из корпуса 1 с ротором виде установленного в нем с эксцентриситетом цилиндра 3, в котором выполнены радиальные прорези. В этих прорезях с воз­можностью свободного перемещения установлены пластины 4, которые при вращении, в результате действия на них центробежных сил плотно прижимаются к стенкам корпуса, образуя камеры, в которых жидкость от всасывающей магистрали 5 перемещается к нагнетательной магистрали 2. При этом объем камеры, формируемой у всасывающего патрубка, увеличивается, создавая раз­режение и всасывание, а у нагнетательного патрубка уменьшается, увеличивая давление.
Пластинчатые насосы применяют для перемещения чистых жидкостей при умеренных подаче и напоре.




Винтовой насос (рис. 2.13), как правило, состоит из одного ведущего винта (червяка) 1 и находящихся в зацеплении с ним нескольких ведомых винтов (червяков) 2, заключенных в корпусе 3 с патрубками всасывания 4 и нагнетания 5. Направления винтовых нарезок ведомых и ведущего винтов противоположны.
При вращении винтов всасываемая жидкость заполняет впадины винтовых нарезок и перемещается по направлению вращения ведущего винта.
Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих устройств, позволяющих передавливать жидкость из патрубка всасывания в патрубок подачи.
Винтовые насосы используются для перекачивания высоковязких жидкостей, топлив, нефтепродуктов и т. п. Подача этих насосов достигает 300 м³/ч, а напор - 20 МПа.
Давление, обеспечиваемое винтовыми насосами, зависит в первую очередь от числа шагов винтовой линии.
Подачу (Q, м³/с) можно определить по формуле

где = 0,7 ... 0,95; п — частота вращения ведущего винта, об/мин; d — диаметр червяка, м.