- Особливості поверхневих насосів
- Насоси консольного типу
- вертикальні насоси
- Насоси бустерного типу
- переваги бустеров
Тиск рідини, що проходить через насос, безперервно змінюється в напрямку руху і неоднаково в окремих точках перетинів проточною порожнини.
У звичайних конструкціях відцентрових насосів найменший тиск спостерігається поблизу входу в циліндричний перетин робочого колеса на увігнутій стороні лопатей, тобто там, де відносна швидкість w і відповідна їй кінетична енергія досягають максимальних значень. Якщо в цій зоні тиск виявляється рівним або меншим тиску насиченої пари, що відповідає температурі всмоктуючої рідини, то виникає явище, зване кавитацией.
Фізична картина кавітації полягає у вскипании рідини в зоні зниженого тиску і в подальшій конденсації парових бульбашок при винесенні киплячій рідини в область підвищеного тиску. При цьому кавітаційний процес поширений по деякій довжині потоку. Кавітація може бути місцевим процесом, характерним для короткого ділянки потоку, в тих випадках, коли тиск в перетині пульсує близько його середнього значення, рівного тиску насиченої пари при температурі усмоктуваної рідини. В цьому випадку процеси скипання і конденсації парових бульбашок протікають з великою частотою, пульсуючим чином.
У будь-яких випадках кавітації при швидкій конденсації парового бульбашки навколишнє його рідина спрямовується до центру бульбашки (центру конденсації) і в момент змикання його обсягу виробляє внаслідок малої стисливості рідини різкий точковий удар. За сучасними даними, тиск в точках змикання парових бульбашок при їх конденсації в кавітаційних процесах досягають декількох мегапаскалей.
Якщо бульбашка пара в момент його конденсації знаходиться на поверхні, що обмежує потік, наприклад на робочої лопаті, то удар доводиться на цю поверхню і викликає місцеве руйнування металу, зване питтингов. Сучасні дослідження показують, що кавітація супроводжується термічними і електрохімічними процесами, що суттєво впливають на руйнування поверхонь проточною порожнини насосів.
Характер питтинга залежить від матеріалу, з якого виготовлена проточна частина насоса. Так, піттінг чавунних деталей, наприклад робочих лопатей низьконапірних насосів, дає губчасту структуру з досить нерівною поверхнею і звивистими вузькими щілинами, проникаючими глибоко в метал і такими, що порушують міцність деталі. У високонапірних насосах, що працюють при великій частоті обертання, з деталями, виконаними з звичайних конструкційних і легованих сталей, піттінг проявляється у вигляді гладких, як би проточенной западин і канавок. Матеріалів, абсолютно стійких проти кавітації не існує. Дуже погано протистоять кавітації неоднорідні тендітні метали, такі як чавун і кераміка. З металів, застосовуваних у насособудуванні, найбільш стійкі до кавітації леговані сталі, що містять нікель і хром.
Кавітація шкідлива не тільки тому, що руйнує метал, а й тому, що машина, яка працює в кавітаційному режимі, істотно знижує ККД.
Робота насоса в режимі кавітації зовні проявляється шумом, внутрішнім тріском, підвищений рівень вібрації, а при сильно розвинулася кавітації - ударами в проточній порожнині, небезпечними для насоса.
Прийнято поділяти кавітаційний процес на три стадії. У початковій стадії зона кавітації заповнена сумішшю рідини і більш-менш великих бульбашок пари. У другій стадії в кавітаційному потоці на обмежує поверхні утворюються великі каверни, зриваються потоком і знову утворюються. Це стадія розвиненою кавітації. Третя стадія - суперкавітація: весь обтічний елемент гідромашини лежить в області каверни.
Робота насоса в стадії початкової кавітації небажана, але допустима, якщо деталі насоса виготовлені з кавітаційно-стійких матеріалів. В стадії розвиненої кавітації і суперкавітаціі робота насоса стає ненадійною і тому є неприпустимою.
Кавітація виникає зазвичай у всмоктуючому тракті насоса на лопатях робочого колеса, проте кавитационні процеси можуть виникати і в напірних потоках в місцях зриву рідини з робочих лопатей, напрямних лопаток, регулюючих органів.
Заходи, що попереджають виникнення кавітації в насосах:
· Обмеження швидкості рідини в проточній порожнині насосів;
· Застосування раціональних форм перетинів проточною порожнини і профілів лопатей;
· Експлуатація насосів в режимах, близьких до розрахункових.
У багатоступеневих насосах найбільш схильне кавітації перше по ходу рідини робоче колесо , Тому що на вході в нього тиск найменше. Щоб підвищити кавитационні якості таких насосів, перед першим ступенем їх встановлюють попередньо включений осьовий колесо або шнек, що складається з двох-трьох витків. Вони виконуються з кавітаційно-стійких матеріалів і розвивають на вході в перше колесо багатоступінчастого насоса тиск, що перешкоджає виникненню кавітації (див. Малюнок 11, Малюнок 12). На АЕС попередньо включений колеса встановлюються зазвичай, в конденсатних і поживних насосах.
Малюнок 11 - Поживний насос ПЕА 1650-75.
1 - вал; 2 - сорочка; 3 - кінцеві ущільнення; 4 - вхідна кришка;
5 - попередньо включений колесо; 6 - робоче колесо; 7 - кожух; 8 - направляючий апарат; 9 - секція; 10 - напірна кришка; 11 - втулка п'яти; 12 - шпилька;
13 - розвантажувальний диск; 14 - підшипник; 15 - плита.
Малюнок 12 - Конденсатний насос випробувань 1500-120.
1 - корпус підведення; 2 - робоче колесо; 3 - ущільнення; 4 - корпус сальника;
5 - підшипник; 6 - вал; 7 - кінцевий ущільнення; 8 - напірна кришка;
9 - внутрішній корпус; 10 - секція; 11 - зовнішній корпус; 12 - направляючий апарат; 13 - попередньо включений колесо; 14 - підшипник; 15 - подає гвинт.
Основним заходом проти кавітації в насосах будь-яких типів і конструкцій є дотримання такої висоти всмоктування насоса, при якій кавітація не виникає. Така висота всмоктування називається допустимої.
Перевищення напору на вході в насос над напором, рівним тиску насиченої пари рідини, що перекачується, називається кавітаційним запасом D h. Бескавитационной режим роботи насосів забезпечується при дотриманні умови
Dh ³ Dh доп,
де допускається кавітаційний запас
Dh доп = kDh кр;
коефіцієнт запасу k = 1,1¸1,5 і встановлюється в залежності від умов роботи і типу насоса; Dh кр - кавітаційний запас, відповідний початку зниження параметрів при кавітаційному випробуванні насоса. Допустимий кавітаційний запас Dh доп наводиться в характеристиці насоса, одержуваної при кавітаційному випробуванні.
кавітаційний запас Dh визначається залежністю
де р п - тиск насичених парів;
u в - швидкість на вході насоса;
р В - абсолютне тиск на вході насоса;
р А - атмосферний тиск.
За умови р В> р А (негативна висота всмоктування або підпір на вході в насос), де р В = rgН під + Р до + Р А, можна записати
де р до - тиск в напірному резервуарі на всмоктуванні.
Якщо р В
Висота всмоктування з урахуванням гідравлічних втрат у всмоктуючому трубопроводі Sh нд і швидкісного напору u в 2 / 2g називається вакууметріческой висотою всмоктування:
Висота всмоктування Н нд - це відстань між вільною поверхнею в резервуарі, з якого рідина забирається насосом, і віссю робочого колеса (Малюнок 6).
Допустима вакууметріческая висота всмоктування, при якій забезпечується робота насоса без зміни основних технічних показників,
.
Допустима висота всмоктування (допустима вакууметріческая висота з урахуванням втрат Sh нд)
Оцінка кавітаційних якостей насосів проводиться на основі кавітаційних характеристик, одержуваних випробуванням на спеціальних стендах.
Експериментальні методи виявлення і дослідження кавітації. Найбільш старий, але до сих пір найпоширеніший метод - енергетичний. Суть його полягає в наступному. На спеціальному стенді або в робочих умовах при роботі насоса на постійній температурі і фіксованою подачі рідини проводять зменшення тиску на всасе. При цьому на кожному ступені тиску всмоктування р вс визначають основні параметри насоса (Q, H, N, h), потім розраховують кавітаційний запас в метрах стовпа рідини Dh і будують графіки Н = f (Dh), N = f (Dh).
За початок кавітації приймають значення, при якому натиск зменшився на 2%. Для забезпечення нормальної роботи насоса рекомендується збільшити мінімальний кавітаційний запас в А раз, тобто допустимий кавітаційний запас дорівнює Dh доп = АDh кр.
Слід зауважити, що певний таким чином початок кавітації є умовним. Насправді власне кавитация починається при значеннях Dh, істотно перевищують Dh кр, однак чутливість методу не дозволяє цього визначити. Більш точно початок кавітації визначається зі зміни віброакустичних характеристик (наприклад, за загальним рівнем вібрацій). Виявлено, що зміна акустичних характеристик відбувається значно раніше, ніж енергетичних, тобто акустичний метод дає більш точну інформацію про початок кавітації.
У багатьох випадках, особливо якщо насос працює при великих частотах обертання (з відносними швидкостями потоку більше 15 м / с), можливий ерозійний знос матеріалу проточної частини, який проявляється з часом і не може бути виявлений енергетичним або акустичним методом. Разом з тим визначення можливих місць ерозії дуже бажано, так як дозволяє конструктору в багатьох випадках вжити заходів для її зменшення. Зони ерозії в даний час визначають за допомогою експрес-методів. Для цього обтічні потоком поверхні покривають легкоразрушающіміся лаковими покриттями на основі фенольних смол і проводять короткочасні випробування на заданому режимі. Якщо зони ерозії мають місце, то руйнується шар покриття. Змінюючи геометрію обтічних поверхонь, можна домогтися зменшення зон ерозії або їх ліквідації.
Ще одним методом дослідження кавітації є метод візуалізації, який використовує стробоскопірованія, швидкісні фото- і кінозйомки і дозволяє представити детальну картину виникнення і розвитку кавітаційних явищ.
Всі перераховані методи взаємно доповнюють один одного і широко використовуються в практичній і дослідницькій роботах.
Відцентрові насоси високого тиску, є невід'ємною частиною установок, які піднімають на поверхню воду з підземних водозаборів. Їх так само впроваджують в водопровідні або опалювальні системи для підтримки в мережі стабільного тиску.
Устаткування цього типу незамінне, як в побуті, так і на виробництвах, і далі ми поговоримо про його достоїнства і особливості. Подивившись відео в цій статті, ви дізнаєтеся, яка допустима висота всмоктування відцентрового насоса, і за яким принципом проводиться його підбір для свердловини або мережі.
Особливості поверхневих насосів
Такий критерій, як «висота всмоктування насоса відцентрового», має значення тільки для поверхневих моделей, яким доводиться діставати воду з великої відстані. Насправді, це завдання не з легких. Адже, якщо рівень рідини знаходиться нижче осі його вала?
Отже:
- Для того, щоб підняти воду, він повинен створити на вхідному патрубку вакуум, тобто абсолютний тиск, яке, за рахунок його різниці з тиском атмосферним, сприяє всмоктуванню рідини в робочу камеру. Це називається: вакууметріческая висота всмоктування.
- Ну а далі, в роботу включаються лопаті, які, обертаючись, викидають воду за периферію колеса, де створюється натиск, необхідний для просування потоку до напірного патрубка. Тут чималу роль грають: частота обертання лопатей, а так само протяжність усмоктувального трубопроводу - чим більше довжина труби, тим сильніше втрати напору. Те ж саме відбувається і в напірному трубопроводі.
- Тому, запорукою комфортної експлуатації насоса є, перш за все, правильні розрахунки всмоктуючої і відводить ліній. Через втрат напору, висота всмоктування насосів, що розміщуються на поверхні, не перевищує дев'яти, а частіше семи метрів. Виняток становлять лише моделі з виносним ежектором, які можуть дістати воду, перебуваючи в 25 метрах від її рівня. Є навіть більш сучасні модифікації, для яких і яку не межа.
В цьому випадку, потужність всмоктування збільшується за рахунок використання системи труб Вентурі. Використання такого агрегату дозволяє економити на будівництві свердловини, діаметр якої може не перевищувати трьох дюймів. Ну а для глибокого водозабору, що не крути, потрібен.
Насоси консольного типу
Даний варіант відцентрових насосів з повним правом можна вважати найбільш популярним в світі. Загальна маса консольних насосів, серед всього виробленого насосного обладнання, за різними оцінками становить від 55 до 70%.
Перш за все, це обумовлено простотою конструкції, яка, тим не менш, за своїми можливостями, випереджає інші моделі.
- У консольних насосах, які в маркуванні позначаються літерами «К» і «КМ», вал двигуна подовжений, утворюючи консоль - звідси і назва. Це одноступінчасті агрегати з горизонтальним розташуванням валу і одностороннім входом.
- Колесо з лопатями насаджено на кінець вала і пов'язане з двигуном через муфту. Візуально визначити тип насоса не завжди можливо, тому що не тільки колесо, а й сам двигун у побутових моделей, нерідко прихований всередині корпусу.
- До речі, конструкція у консольних насосів теж має свої особливості. Воно схоже на барабан, усередині якого обертаються два диска, розташовані під кутом. У порожнині колеса є два отвори. Одне знаходиться по центру, навпроти вала, і служить входом для потоку води. Інший отвір розташовується на периферійній частині - через нього здійснюється відведення рідини під напором.
- Насоси високого тиску відцентрові, типу «КМП» (консольні, моноблочні, підвищувальні), застосовують в житлово-комунальному господарстві. Їх використовують для підвищення тиску у водопровідних системах, і подачі води в багатоповерхові будинки, де нестача напору є проблемою номер один. Фото такого насоса ми представили вище.
ЖКГ - це не єдина сфера застосування консольних насосів. Вони дуже затребувані в виробничих схемах водопостачання, в сільському господарстві, у багатьох галузях промисловості.
Припустимо, відцентровий насос високого тиску, призначений для промислового використання, здатний перекачувати до 370 м3 води на годину, і створювати при цьому напір майже в сотню метрів.
вертикальні насоси
Торкнувшись теми насосного обладнання, що забезпечує високі показники тиску, не можна обійти увагою і. Найчастіше вони мають багатоступеневу конструкцію, і, відповідно, мають набагато більш високими напірними характеристиками.
Отже:
- У побуті, насоси з вертикальним виконанням корпусу використовують для подачі води з підземних водозаборів (заглибні моделі), а так само в дренажних і зрошувальних системах (напівзаглибні і поверхневі моделі). Насоси виробничого призначення теж нерідко мають вертикальний вал - це дає великі переваги.
- Справа в тому, що виробниче наносне обладнання нерідко розташовується в цеху, і установка вертикальних насосів дозволяє економити корисну площу приміщення. Замість одного горизонтального насоса, на одному фундаменті може вміститися три-чотири вертикальних.
- У промислових масштабах поодинокі насоси використовуються рідко. Найчастіше це насосні станції, які об'єднують в собі декілька вертикальних насосів, і мембранний бак - гідроакумулятор. Такі установки, де крім основних насосів є ще й резервні, дуже надійні і володіють високими експлуатаційними потужностями.
- Де їх тільки не використовують: в протипожежних і опалювальних системах, для водозниження та водовідведення, в меліорації і схемах подачі води в невеликі населені пункти. За допомогою такої установки можна забезпечити необхідний тиск і в системі водопостачання висотного будинку.
- Така установка дозволить мати стабільний напір води і в приватному будинку, що постачають з магістральної мережі, де тиск вічно падає в години пік. Адже в багатьох будинках опалення водяне, а коли напору води недостатньо, батареї ледь теплі, і водогрійна колонка не включається.
- Для невеликого будинку, в якому проживає одна сім'я, досить і з одним насосом. Якщо ж це будинок в два-три поверхи, або, наприклад, котедж на два господаря, проблема може виявитися істотною навіть і в тому випадку, коли постачання води здійснюється з індивідуальної свердловини.
- Адже наші будинки сьогодні напхані побутовою технікою, для роботи якої нерідко потрібно тиск води в 2,5-3 бар, забезпечити яке звичайна мережа не завжди може. Встановивши станцію на два-три насоса, можна не тільки забути про погане напорі, але і не турбуватися про те, що в разі виходу обладнання з ладу, ви залишитеся без води.
У таких установках, всі насоси одночасно не працюють - один завжди в резерві. Варто робочому насосу затриматися з запуском секунд на десять, як замість нього тут же включається резервний агрегат.
Насоси бустерного типу
Більшість вертикальних насосів мають бустерний конструкцію. Це тип конструкції, при якій насосу створюються умови роботи, аналогічні умовам свердловини. Щоб це було можливо, корпус бустерного насоса поміщається в заповнений водою циліндричний контейнер з гальванічною або нержавіючої сталі.
З'єднуються вони за допомогою фланцевого перехідника і центруються болтами, які перебувають на зовнішньому периметрі. Подібне рішення робить конструкцію надзвичайно стійкою - такий агрегат можна розташовувати хоч вертикально, хоч горизонтально.
переваги бустеров
Насоси цього типу найчастіше використовують для збирання насосних установок виробничого призначення, так як їх продуктивність і напір, не поступається характеристикам. Домогтися, наприклад, напору 800м при подачі в 1000м3 / год, від горизонтального поверхневого насоса просто неможливо.
- Такі показники, звичайно не скрізь потрібні. Але в системах пожежогасіння, бустерних установок практично немає альтернативи, адже і будівлі бувають досить високими, та й наблизитися до них під час пожежі не завжди можливо. У таких випадках, саме великий напір рятує ситуацію.
- Незамінні бустери і для постачання питної води об'єктів, розташованих високо над рівнем моря, наприклад, в горах. І, незважаючи на те, що ціна таких установок досить висока, в процесі експлуатації вона швидко окупається за рахунок економічного споживання енергії.
Якщо порівнювати їх витрати з іншими насосами аналогічної потужності, то економія складе, ні багато ні мало, 50-55%. Використання бустерних установок для забезпечення водою споруджуваних об'єктів, дозволяє знизити їх собівартість, так як енергоносії завжди складають левову частку витрат.
Прийнявши за площину порівняння рівень вільної поверхні рідини в живильному баку 0-0 (рис. 6.18), напишемо рівняння Бернуллі для перетинів 0-0 і 1-1 (перетин 1-1 відповідає всмоктуючому патрубку насоса):
де - швидкість руху рідини у всмоктуючому патрубку, - втрати напору на всмоктувальній лінії, - висота всмоктуючої лінії, - тиск рідини в перерізі 1-1. З рівняння (6.36) визначимо висоту всмоктування:
Як видно з формули (6.37), чим менше, тим більше висота всмоктування насоса. Визначимо нижню межу зміни.
Мал. 6.18. Лінія всмоктування насосної установки
Якщо тиск виявиться менше тиску насичених парів рідини при даній температурі, тобто , Тоді з рідини починають виділятися пари і розчинені в ній гази. Інтенсивне утворення бульбашок може привести до розриву потоку рідини
з утворенням парової (газової) подушки. У цьому випадку насос перестає качати, подача падає до нуля.
Припустимо, розриву потоку немає, рідина бульбашками пари (газу) при своєму русі потрапляє в область більш високих тисків.
При відбувається миттєва конденсація парів рідини. Рідина миттєво проникає в порожнечі, що утворюються при конденсації бульбашок, що призводить до численних дрібних гідравлічних ударів. Цей процес називається кавітацією. Місцеве підвищення тиск може досягати 100 МПа.
Внаслідок кавітації може статися:
- зниження, і;
- повне припинення подачі - розрив потоку;
- виникнення вібрації, ударів, шумів;
- механічне пошкодження твердих поверхонь насоса.
Виникнення кавітації в відцентровому насосі найімовірніше
у всмоктувальній порожнини насоса. Для запобігання кавітації необхідно, щоб.
Визначимо максимальну висоту всмоктування насоса, приймаючи:
Допустиму висоту всмоктування можна визначити з урахуванням кавітації запасу:
Значення кавитационного запасу наводяться в каталогах
по насосах і в паспорті насоса.
Висота всмоктування відцентрового насоса для води при нормальних умовах становить = 6-7 м.
осьові насоси
Робоче колесо 1 при обертанні в корпусі 2 повідомляє рідини рух в осьовому напрямку. При цьому потік кілька закручується. Для перетворення обертального руху потоку в поступальний
в корпусі насоса встановлюється нерухомий направляючий апарат 3 (рис. 6.19). Лопаті робочого колеса виконуються у вигляді гвинта.
При обертанні колеса в потоці рідини виникає різниця тисків по обидва боки кожної лопаті. Сили тиску лопатей
на потік створять вимушене обертальний і поступальний руху рідини, збільшуючи її тиск і швидкість, тобто механічну енергію потоку рідини.
Осьові насоси застосовуються для великих витрат рідини (десятки кубічних метрів в секунду) і малих напорів (5-20 м).
Теоретичний напір осьового насоса, як і для відцентрового, визначається за рівнянням Ейлера (6.25):
Мал. 6.19. Схема осьового насоса
Розглянемо трикутники швидкостей на вході рідини в робоче колесо (рис. 6.20, а) і на виході (рис. 6.20, б).
а) б)
Мал. 6.20. Трикутники швидкостей для робочого колеса осьового насоса
Окружна (переносна) швидкість обертання, як відомо, визначається за формулою:
де w - кутова швидкість обертання. Окружна швидкість на вході в робочі колеса і на виході будуть однаковими, тобто . Отже, можна записати:
Це і є основне рівняння осьового насоса. Воно показує, що величина напору осьового насоса пропорційна добутку окружної швидкості на зміну складової абсолютної швидкості потоку в напрямку переносного руху потоку.
З трикутників швидкостей визначимо і:
Значення і можуть бути визначені з рівняння нерозривності:
де r - щільність рідини, - площа поперечного перерізу осьового насоса на вході і на виході:. Тоді отримаємо, що.
C урахуванням (6.41) і (6.42) рівняння (6.40) перепишемо у вигляді:
Відповідно до рівняння (6.43), для створення напору потрібно, щоб було менше. Чим більше різниця між і, тим більше закрутка лопатки. Лопатки робочого колеса необхідно профілювати таким чином, щоб величина напору по радіусу була постійна, тобто значення і по радіусу різні. Іншими словами, закрутка лопаті по радіусу повинна змінюватися так, щоб по радіусу не змінювався.
Реальний натиск осьового насоса може бути визначений за формулою:
Тут - ККД насоса, який визначається за формулою:
(6.45)
де j, - гідравлічний ККД насоса, - механічний ККД насоса, що враховує втрати енергії від тертя в прокладці, підшипниках і дискового тертя. Зазвичай приймають:
Коефіцієнт j може бути визначений виходячи з рівняння витрати:
де - об'ємна витрата насоса. Беручи, отримаємо:
У порівнянні з відцентровими осьові насоси відрізняються простотою конструкції і меншими розмірами при тій же продуктивності. Їх недоліком є обмежена висота всмоктування. Відомо, що чим більше продуктивність насоса, тим більше небезпека кавітації. Щоб уникнути кавітації в цьому випадку висота всмоктування не повинна перевищувати 1-2 м.
вихрові насоси
Вихровий насос (рис. 6.21) складається з робочого колеса 1 з короткими радіальними лопатками і нерухомого корпусу 2, забезпеченого всмоктуючим 3 і напірним 4 патрубками. У корпусі є концентричний відвідний канал, який переривається перемичкою, що служить ущільненням між напірної і усмоктувальної лопатями.
У вихровому насосі не забезпечується герметичне поділ всмоктуючого і напірного трубопроводів, тобто насос є проточним так само, як і всі лопатеві насоси.
У вихрових насосах відцентрова сила використовується кілька разів. Тому натиск, створюваний ними, в 4-5 разів перевищує напір відцентрових машин, що мають ту ж окружну швидкість.
Відцентрові сили викликають безперервне витікання рідини
з міжлопатевих каналів в концентричний відвідний канал. З огляду на нерозривності потоку рідина безупинно втікає в межлопастное канали з відвідного каналу. За час проходження всієї довжини відвідного каналу рідина кілька разів потрапляє в канали між лопатками
і кожен раз отримує від робочого колеса нового потужного імпульсу. При цьому рідина здійснює складний звивисте Гвинтоподібне рух.
Мал. 6.21. Схема вихрового насоса
У вихрових насосах визначається внутрішній ККД робочого процесу. Значення обчислюють як відношення корисної теоретичної потужності до теоретичної потужності, що витрачається колесом. Крім внутрішніх втрат, властивих процесу передачі енергії від робочого колеса до потоку і оцінюваних внутрішнім ККД, в вихрових насосах спостерігаються об'ємні, гідравлічні
і механічні втрати. Об'ємні втрати обумовлені перетіканням рідини через перемички.
Гідравлічні втрати енергії виникають внаслідок тертя
і вихреобразования при поступальному русі рідини по відвідному каналу. Механічні втрати - втрати енергії на тертя в сальниках, підшипниках і на тертя на робочих поверхнях колеса в рідині.
Настільки значні втрати енергії призводять до того, що при найбільш сприятливих для вихрових насосів режимах загальний ККД машини не перевищує 50%.
На рис. 6.22 представлені характеристики вихрового насоса. Напір насоса H залежить від витрати в меншому ступені, ніж для відцентрового насоса. Якщо окружна складова швидкості рідини в відвідної каналі дорівнює окружної швидкості робочого колеса, то рідина в колесі
і каналі обертається як одне ціле з однаковою окружною швидкістю.
Мал. 6.22. Характеристики вихрового насоса
Сильна взаємодія потоку рідини в колесі і в каналі відсутня, поздовжні вихори не виникають, і натиск вихрового робочого процесу, при цьому.
Для цього випадку можна записати:
Подачу насоса визначають за формулою:
Коефіцієнт подачі c змінюється в межах c = 0,50-0,65.
У порівнянні з відцентровим, вихровий насос компактніше, конструкція його простіше і дешевше. Вихрові насоси є самовсмоктуючий. Вони можуть працювати на суміші газу і рідини.
У вихровому насосі зміна напору менше впливає на подачу, ніж
в відцентровому, про що свідчить крута характеристика (рис. 6.22).
Вихрові насоси зазвичай застосовують при необхідності створювати великий напір при малій подачі.
У вихрових насосах рідина підводиться до робочого колеса
на периферії його, тобто в зоні високих швидкостей. Тому можливість виникнення кавітації досить велика. Попередити виникнення кавітації можна підвищенням тиску на вході в вихровий колесо.
Для цього слід встановити на валу вихрового насоса додаткове відцентрове колесо. Застосування включеного відцентрового колеса дозволяє істотно підвищити швидкість рідини на вході
в вихровий колесо і отримати більш високий тиск вихрового колеса
і насоса в цілому. ККД відцентрово-вихрового насоса вище, ніж чисто вихрового насоса. Якщо у найбільш поширених вихрових насосів ККД становить 33-35%, то для відцентрово-вихрових - 50-65%.
Регулювання продуктивності вихрових насосів проводиться дросселированием потоку на виході або зміною числа обертів.
поршневі насоси
Серед об'ємних насосів найбільш поширеними є поршневі насоси.
На рис. 6.23 зображена схема поршневого насоса простої дії. Він складається з поршня 1 з штоком 3, що рухаються зворотно-поступально всередині циліндра 2 і двох клапанів - всмоктуючого 4
і нагнітального 5. Знизу до корпусу насоса приєднана усмоктувальна труба 6, зверху - нагнітальна 7.
Зворотно-поступальний рух поршня зі штоком створюється приводом. В якості приводу можуть служити: парова машина (прямодействующие насоси), кривошипно-шатунні механізми, екцентріковая або кулачкова передача. Розглянемо робочі
процеси машини. з циліндра, тобто відбувається нагнітання. Тиск в порожнині різко зростає, і нагнітання починається відразу ж на початку ходу нагнітання.
Зображена на рис. 6.23 машина за один оборот валу кривошипа здійснює один процес всмоктування і один процес нагнітання
і називається машиною простого дії. Через позначений хід поршня.
Схеми поршневих насосів подвійного, потрійного і четверного дій представлені на рис. 6.24.
Насос подвійної дії за один оборот валу кривошипа здійснює два процеси всмоктування, два - нагнітання на загальну лінію; насоси потрійної дії - три, четверного - чотири.
а) б) в) г)
Мал. 6.24. Схеми поршневих насосів: а, б - подвійної дії;
в - потрійної дії; г - четверного дії
Особливості роботи насоса можна наочно зобразити
на теоретичної індикаторної діаграмі, показує зміну тиску в циліндрі в залежності від положення поршня при роботі машини (рис. 6.25).
За іншими ознаками:
- розміщенням осі циліндра (горизонтальні і вертикальні);
- за конструкцією поршня (дисковий, диференційний,
з прохідним поршнем - з клапаном в тілі поршня, плунжерний);
- по тиску (низькі - до 1 МПа, середні - до 2 МПа, високі - понад 2 МПа);
- по продуктивності (малий - до 4 · 10 -3 м 3 / с, середній -
до 15 · 10 -3 м 3 / с, великий - понад 15 · 10 -3 м 3 / с).
сторінка 1
Висота всмоктування відцентрового насоса не може перевищувати теоретичного стовпа рідини, рівного по тиску 1 ат.
Висота всмоктування відцентрових насосів щодо вище, ніж поршневих, внаслідок відсутності втрат на подолання сил інерції. Однак для того щоб відцентровий насос всмоктував рідина, лінія всмоктування і насос перед пуском його в хід повинні бути залиті рідиною.
Висота всмоктування відцентрових насосів становить 3 5 - 4 5 м вод. ст. Однак слід мати на увазі, що відцентровий насос в момент пуску не може забезпечити подсоса рідини, а тому перед пуском всмоктуючий трубопровід і насос повинні бути залиті рідиною, що перекачується. Для утримання рідини у всмоктуючому трубопроводі після зупинки насоса на кінці трубопроводу встановлюють зворотний клапан.
Так як висота всмоктування відцентрових насосів становить 2 - 5 м, то в разі їх застосування необхідно пристрій заглиблених (до 10 м) шахт для установки насосів.
Від чого залежить висота всмоктування відцентрових насосів.
Це рівняння показує, що висота всмоктування відцентрового насоса, так само як і поршневого, залежить від швидкості протікання рідини і опорів на лінії всмоктування, а також від температури рідини.
Мулососи можуть застосовуватися для збільшення висота всмоктування відцентрового насоса. Для цієї мети їх встановлюють на всмоктуючої лінії, після приємного клапана, а від нагнітального патрубка насоса до них підводять воду. Кількість підводиться води становить приблизно 15% від продуктивності насоса. Продуктивність гидроельоватора повинна в цьому випадку дорівнюватиме продуктивності насоса.
Установка, схема якої приведена на рис. 5.1, б, також призначена для відкачування рідини насосом, розташованим на поверхні землі, з глибини, що перевищує допустиму вакуум-метричну висоту всмоктування відцентрового насоса.
Найбільш поширеною є схема, зображена на рис. 6.4, а. В цьому випадку ежектор як би збільшує висоту всмоктування відцентрового насоса. Я), а відцентровий насос з більш високим ККД подає воду на висоту ЯВС ЯГ. Вона аналогічна першій схемі, але передбачає установку так званого двухпоточного насоса - багатоступінчастого насоса з відбором води на проміжній ступені.
Адже, якщо рівень рідини знаходиться нижче осі його вала?