Поршневі й плунжерні насоси відносяться до зворотно-поступальних. Пристрій і принцип роботи поршневого насоса однобічної дії можна зрозуміти з (рис.1). Такий насос складається з робочої камери 1 з усмоктувальними й напірним клапанами ВК і НК і циліндра 2 з поршнем 3, що робить зворотно-поступальний рух. До робочої камери приєднані усмоктувальні й напірний трубопроводи.
За один цикл, тобто за один поворот вала 4 із кривошипом 5 у циліндр засмоктується, а потім виштовхується обсяг рідини, рівний:
V = FS (2.1)
де, S і F — хід і площа поршня
В плунжерному насосі двосторонньої дії (рис.2) обидві порожнини поршня є робітниками, і за один хід поршня в прямому напрямку одночасно відбувається усмоктування й нагнітання рідини. Ці ж процеси повторюються й при ході поршня у зворотному напрямку.
При тих самих площах поршня F, однаковому ході S і постійній кількості ходів в одиницю часу подача насосів двосторонньої дії в 2 рази більше подачі насосів однобічної дії. Крім того, насоси двосторонньої дії забезпечують більш рівномірну подачу рідини.
Рис.1. Поршневий насос однобічної дії
Рис. 2. Плунжерний насос двосторонньої дії
Рівномірну подачу забезпечують також і диференціальні насоси (рис. 3). У таких насосах обидві порожнини поршня так само, як і в насосів двосторонньої дії, є робочими. Але на відміну від насосів двосторонньої дії ці насоси мають тільки два клапани: усмоктувальний і нагнітальний. Тому за один оберт колінчатого вала (кривошипа) у цих насосах відбуваються один цикл усмоктування й два цикли нагнітання. При однакових з насосами однобічної дії габаритних розмірах диференціальний насос забезпечує таку ж подачу, але з більшою рівномірністю.
Рис. 3. Схема диференціального плунжерного насоса
1— плунжер; 2 — шток; 3 — всмоктувальний клапан; 4 — нагнітальний клапан
Відповідно до наведених схем, а також залежно від призначення, умов роботи й конструкції можна прийняти наступну класифікацію зворотно-поступальних насосів.
1. За видом дії - насоси:
а) однобічної дії;
б) двосторонньої дії;
в) строєні;
г) здвоєні двосторонньої дії;
д) диференціальні.
2. За розташуванням циліндрів - насоси:
а) горизонтальні;
б) вертикальні.
3. За конструкцією робочого органа - насоси:
а) поршневі, у яких дисковий поршень, постачений ущільнюючими пристроями, переміщається в розточеному циліндрі;
б) плунжерні, у яких замість поршня застосовують плунжер у вигляді порожньої склянки, що рухається в ущільнюючому сальнику, не торкаючись внутрішніх стінок циліндра; плунжерні насоси простіші й надійніші в експлуатації, тому що в них немає змінних ущільнюючих деталей;
в) із прохідним поршнем - вертикальні насоси, вода в які при нагнітанні проходить усередині поршня через нагнітальний клапан, розташований у верхній його частині.
4. За способом приведення насоса в дію - насоси:
а) приводні - від двигуна, з'єднаного з насосом шатунним механізмом і відповідними передачами;
б) прямодіючі - парові, у яких поршень насосного циліндра розташований на загальному штоку з поршнем парової машини .
5. За призначенням – насоси для подачі: розчину, бетону, кислоти, масла.
3. Динамічні насоси
Динамічні насоси широко застосовуються у технологічних процесах, пов'язаних з підйомом пластової рідини, впливом на призабійну зону шару, транспортуванням нафти й води в системах підтримки пластового тиску, в установках підготовки нафти для нафтопереробних підприємств. Найбільш ефективним є використання динамічних насосів для переміщення значних обсягів рідини.
Порівняно з іншими видами динамічні насоси відрізняються простотою конструкції, високим ступенем уніфікації вузлів насосів одного типу, невеликими габаритними розмірами, низькою вартістю. Перевага динамічних насосів полягає також у можливості безпосереднього з'єднання валів насосів з валами електродвигунів, швидкохідних турбін і регулювання подачі насосів у широких межах.
Динамічні насоси підрозділяються на:
Лопатеві насоси – робочим органом у яких слугує лопатеве колесо або дрібнозахідний шнек.
У них входять:
Центробіжні – у яких перетворення механічної енергії привода в потенційну енергію потоку відбувається внаслідок відцентрових сил, що виникають при взаємодії лопаток робочого колеса з рідиною.
Відцентрові насоси підрозділяють на:
Центробіжно – шнековий насос – від відцентрового насоса з підведенням рідини до робочого органа, виконаному у вигляді дрібнозаходного шнека великого діаметра (дисків), розташованому по центру, з викидом по дотичній нагору або в бік від корпуса.
Консольний насос – від відцентрового насоса з однобічним підведенням рідини до робочого колеса, розташованому на кінці вала, вилученому від привода.
Осьові (пропелерні) насоси – робочим органом яких слугує лопатеве колесо пропелерного типу. Рідини в цих насосах переміщуються уздовж осі обертання колеса. Швидкохідні насоси з високим коефіцієнтом швидкості, характеризуються більшими значеннями подач, але низьких значеннях напору.
Напівосьові (діагональні, турбінні) насоси – робочим органом яких слугує напівосьове лопатеве колесо.
Радіальні насоси – робочими органами яких слугують радіальні робочі колеса. Тихохідні одноступінчасті й багатоступінчасті насоси з високими значеннями напору при низьких значеннях подач.
Відцентрово – шнекові (дискові) – здатні перекачувати карамелізовані клеї й маси, що склеюються.
Струйні насоси – у яких переміщення рідини здійснюється за рахунок енергії потоку допоміжної рідини, пари або газу (немає рухливих частин, але низький ККД).
Тарани (гідротарани) – використовують явище гідравлічного удару для нагнітання рідини (мінімум рухливих частин, майже немає поверхонь тертя, простота конструкції, здатність розвивати високий тиск на виході, низькі ККД і продуктивність).
Вихрові насоси – динамічні насоси, рідина в яких переміщається по периферії робочого колеса в тангенціальному напрямку. Перетворення механічної енергії приводу на потенційну енергію потоку (напір) відбувається за рахунок множинних вихорів, порушуваних лопатевим колесом у робочому каналі насоса. ККД ідеального вихрового насоса не перевищує 45 %. ККД реальних насосів не перевищує 30 %.
Вихрові насоси в багатоступінчастому виконанні значно розширюють діапазон робочих тисків при малих подачах, знижуючи коефіцієнт швидкості до значень, характерних для насосів об'ємного типу.
Вихрові насоси об’єднують переваги насосів об'ємного типу (високі тиски при малих подачах) і динамічних насосів (лінійна залежність напору насоса від подачі, рівномірність потоку).
Вихрові насоси використовуються для перекачування чистих і малов’язких рідин, зріджених газів, як дренажні насоси для перекачування гарячого конденсату.
Відцентрові лопатеві насоси, призначені для перекачування стічних вод, повинні задовольняти особливим вимогам, висунутим характером перекачуваної рідини, що містить велику кількість значних і дрібних відходів. Крім того, у стічній рідині завжди втримується пісок (у середньому 160 кг на 1000 м рідини). Склад стічної рідини спричиняє деякі конструктивні особливості динамічних насосів для стічних вод, а саме:
- робоче колесо закритого типу значно ширше й має меншу кількість лопаток, ніж колесо насосів, що перекачують чисту воду;
- лопаткам надається більш обтічна форма;
- на корпусі насоса й на вхідному патрубку є люки – ревізії;
- у зону чепцевого пристрою подається чиста вода;
- внутрішня порожнина корпуса захищена змінними дисками. [6]
4. Порівняння й області застосування насосів різних типів
Переваги відцентрових насосів перед поршневими:
- висока продуктивність і рівномірна подача;
- компактність і швидкість (можливість безпосереднього приєднання до електродвигуна);
- простота пристрою, що дозволяє виготовляти їх з хімічно стійких, що важко піддаються механічній обробці матеріалів;
- можливість перекачування рідин, що містять тверді зважені частки, завдяки більшим зазорам між лопатками й відсутності клапанів;
- можливість встановлення на легких фундаментах.
Однак відцентрові насоси невеликої й середньої продуктивності мають ККД на 10-15% нижче, ніж поршневі. Це обумовлено наявністю більших зазорів між порожнинами усмоктування й нагнітання, через які можливий перетікання рідини, а також витратами енергії на побічні вихорі поблизу країв лопаток у зв’язку із обертанням з великою швидкістю робочого колеса, що перетворюється на тепло й розсіюється у навколишньому середовищі. Такі втрати різко зростають для високов'язких рідин, перекачування яких відцентровими насосами, внаслідок різкого зниження ККД, є економічно невигідним.
До недоліків відцентрових насосів варто віднести досить низький напір, а також зменшення продуктивності при збільшенні опору мережі й різке зниження ККД при зменшенні продуктивності.
Поршневі насоси доцільно застосовувати при порівняно невеликих подачах і високих тисках, для перекачування високов'язких, вогне- і вибухонебезпечних рідин, а також при дозуванні рідких середовищ.
В області більших подач (до 1500 м /хв.) при невеликих напорах (до 10-15 м) застосовують пропелерні насоси, що відрізняються високим гідравлічним ККД, компактністю й швидкістю. Ці насоси придатні для перекачування забруднених рідин, що кристалізуються.
Гвинтові насоси можуть бути використані для перекачування високов'язких рідин, палива, нафтопродуктів.
Позитивними якостями гвинтових насосів є:
- швидкість,
- компактність,
- безшумність.
Продуктивність гвинтових насосів практично не змінюється при зміні тиску. ККД цих насосів досить високий.
Область застосування одногвинтових насосів обмежена продуктивністю 3,6-7 м /год. і тиском 10-25 ат. Одногвинтові насоси використовують для перекачування забруднених і агресивних рідин, розчинів і пластмас із високою в'язкістю.
Пластинчасті насоси застосовують для переміщення чистих, не маючих твердих домішок рідин при середньому виробництві і напорі.
Для перекачування грузлих рідин, що не містять твердих домішок, при невеликих подачах (не вище 5-6 м /год.) і високих тисків (100-150 ат) використовують шестеренні насоси.
Вихрові насоси застосовують для переміщення чистих малов’язких рідин з невеликими подачами (до 40 м /ч) і порівняно високими напорами (до 250 м), що у кілька разів переважають напори відцентрових насосів.
Позитивними якостями вихрових насосів є:
- простота конструкції,
- компактність,
- можливість одержання більш високого напору, ніж у відцентрових насосах.
Недоліком вихрових насосів є низький ККД ( = 20-50%), що обумовлено значними втратами при переносі енергії вихорами, а також непридатність для перекачування грузлих рідин і рідин, що містять тверді суспензії.
Струминні насоси, повітряні підйомники використовують у виробництвах, де наявність частин, що рухаються й труться неприпустимо. Струминні насоси можна застосовувати лише в тих випадках, коли припустиме змішування перекачуваної рідини з робочою. Струминні насоси, повітряні підйомники можуть бути виготовлені з хімічно стійких матеріалів, але мають низький ККД.
У динамічних насосах рідина переміщується під впливом сил на незамкнений обсяг рідини, що безупинно відбувається із входом у насос і виходом з нього.
У лопатевих насосах енергія передається рідині при обтіканні лопат обертового робочого колеса насоса.
У відцентрових насосах рідина рухається від його центра до периферії.
В осьових насосах рідина рухається в напрямку вісі колеса.
У насосах тертя рідина переміщається під впливом сил тертя.
В об'ємних насосах рідина переміщається (витісняється) при періодичній зміні замкнутого обсягу рідини, що періодично повідомляється із входом у насос і виходом з нього.
У поршневих, плунжерних, діафрагмових насосах рідина витісняється тілом, що рухається поступально.
У шестеренних, пластинчастих, гвинтових насосах рідина витісняється тілом, що робить обертові рухи.
5. Розрахунок параметрів насосів
Поршневий насос, який робить 160 об/хв., повинен перекачувати воду, яка нагріта до 65 С. Попередні підрахунки показали, що витрата енергії на створення швидкості, інерційні втрати і гідравлічні опори всмоктуючої лінії складають в сумі6,3 мм рт ст. Середній атмосферний тиск в місці установки насоса 740 мм рт ст. На якій висоті над рівнем води повинен бути встановлений насос?
Розв’язок:
Нвсм < А – ht – h
Ht = 2,02 м води ст.
760 мм рт ст. – 101300 Па
740 мм рт ст. – х
1 м. вод – 98634 Па
Х – 98634 Па
А = 10 м води
Нвсм = 10 – 2,02 – 6,3 = 1,68 м водн. ст.
Отже, теоретична висота всмоктування не може бути більше 1,68, тому насос повинен бути встановлений нижче рівня води.
Висновки
1. За характером сил, що переважають у насосі, вони бувають:
- об'ємні – у яких переважають сили тиску;
- динамічні – у яких переважають сили інерції.
2. За характером з’єднання робочої камери із входом і виходом з насоса:
- періодичне з'єднання (об'ємні насоси)
- постійне з'єднання входу й виходу (динамічні насоси).
3. Об'ємні насоси використовуються для перекачування грузлих рідин. У цих насосах одне перетворення енергії – енергія двигуна безпосередньо перетворюється на енергію рідини (механічна => кінетична + потенційна). Це високонапірні насоси, вони чутливі до забруднення перекачуваної рідини. Робочий процес в об'ємних насосах неврівноважений (висока вібрація), тому необхідно створювати для них масивні фундаменти. Також для цих насосів характерною є нерівномірність подачі. Значним плюсом таких насосів можна вважати здатність до сухого усмоктування (самоусмоктування).
4. Для динамічних насосів характерно подвійне перетворення енергії (1 етап: механічна => кінетична + потенційна; 2 етап: кінетична => потенційна). У динамічних насосах можна перекачувати забруднені рідини, вони мають рівномірну подачу й урівноваженістю робочого процесу. На відміну від об'ємних насосів, вони не здатні до самоусмоктування.
Список використаної літератури
1. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учеб. для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. -М.: Машиностроение, 1982. – 400 с.
2. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Часть I. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты: Учебник для вузов. – М.: Химия, 1995. – 416 с.
3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Часть II. Массообменные процессы и аппараты: Учебник для вузов. – М.: Химия, 2002. – 384 с.
4. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.:Химия, 1971. – 784 с.
5. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для студ. хим-технол. спец. вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Под. ред. П.Г. Романкова.. - Л.: Химия, 1987. – 220 с.
6. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1968. – 848 с.
7. Экология города /Под ред. Ф.В. Стольберга.- Киев.: Лібра, 2000.- 464с.
Страницы: 1, 2
