Материал: А27516 Сабуров АГ Гуляева ЮН Основы гидравлики гидравлич-х машин и гидропривода Конспект лекций

Рис. 4.11

Для ответа на этот вопрос необходимо построить суммарную характеристику Q – H параллельно работающих насосов. Она строится следующим образом. Проводят ряд линий, параллельных оси Q, и от точек их пересечения с характеристикой насоса откладывают вправо отрезки длиной Q₁, Q₂, …, Q₅. Плавное соединение полученных точек 1, 2,…, 5 дает суммарную характеристику параллельно работающих насосов. Другими словами, общую характеристику получают сложением абсцисс характеристик насосов для данного напора. Проанализируем работу параллельно соединенных насосов в случаях, когда сеть имеет пологую и крутую характеристики (см. рис. 4.11).

Нетрудно заметить, что для крутой характеристики такая работа насосов дает небольшое увеличение производительности ΔQ_к. Поэтому параллельное соединение насосов для сетей с крутыми характеристиками нецелесообразно. Наряду с этим из рис. 4.11 следует, что для сети с пологими характеристиками достигается значительное увеличение производительности (на величину ΔQ_п), а увеличение напора ΔH_п незначительно, поэтому параллельная работа насосов оправдана для сетей с достаточно пологими характеристиками. Однако даже в этом случае невозможно добиться двукратного повышения производительности ввиду наличия гидравлического сопротивления сети: из рис. 4.11 видно, что . При параллельной установке насосов диаметр нагнетательного патрубка следует увеличить, иначе во время одновременной работы двух насосов гидравлические сопротивления напорного трубопровода резко возрастут, и производительность не увеличится сколько-нибудь значительно.

Последовательное соединение насосов обычно предпринимают для того, чтобы сделать перекачку жидкости на высоту, недостижимую для одного насоса (т. е. для повышения напора). При последовательной работе насосов жидкость подается из нагнетательного патрубка первого насоса во всасывающий патрубок второго насоса, а из нагнетательного патрубка второго насоса жидкость направляется в нагнетательный трубопровод. На рис. 4.12 показано построение общей характеристики двух одинаковых насосов, включенных последовательно.

Сущность этого построения заключается в сложении напоров насосов для ряда значений производительности. Для этого проводят ряд линий, параллельных оси Н, и от точек их пересечения с характеристикой насоса откладывают вверх отрезки длиной Н₁, Н₂, …, Н₅. Соединив полученные точки 1, 2,…, 5 плавной линией, получают искомую характеристику. Анализ показывает, что для пологой характеристики последовательное соединение малоэффективно, так как приращение напора ΔH_п и производительности ΔQ_п незначительны (см. рис. 4.12). Для крутой характеристики получается большое повышение напора и малое увеличение производительности ΔQ_к.. Следовательно, последовательное соединение насосов дает значительное повышение напора при работе на сети с крутой характеристикой.

4.4.7. Основные вопросы эксплуатации центробежных насосов

При эксплуатации центробежных насосов необходимо руководствоваться следующим:

1. Перед пуском насос и всасывающий трубопровод необходимо заполнить жидкостью.

2. Конец всасывающего трубопровода погружают в жидкость не менее чем на 0,5 м ниже ее горизонта в приемной емкости во избежание засасывания воздуха насосом.

3. Валы насоса и электродвиателя должны быть строго центрированы. 4. Пуск насосов производится, в большинстве случаев, при закрытой задвижке на нагнетательном трубопроводе во избежание перегрузки электродвигателя.

5. Во время работы насоса необходимо наблюдать за показаниями манометра, вакуумметра, амперметра.

6. Перед остановкой насоса необходимо закрыть задвижку на нагнетательном трубопроводе.

4.5. Осевые (пропеллерные) насосы

Схема устройства осевого насоса показана на рис. 4.13. Основными элементами являются корпус 1, рабочее колесо 2 c укрепленными на нем лопатками 3, направляющий аппарат 4. Рабочее колесо напоминает гребной винт и состоит из нескольких лопастей, изогнутых по винтовой поверхности. Жидкость поступает к рабочему колесу и отводится от него вдоль оси насоса. Особенность движения жидкости заключается в том, что она захватывается лопастями рабочего колеса и перемещается в осевом направлении, одновременно участвуя во вращательном движении. За рабочим колесом неподвижно установлен направляющий аппарат, предназначенный для умень-шения потерь напора за счет преобразования вращательного движения жидкости в поступательное.

Напор, развиваемый осевыми насосами, можно определить по основному уравнению центробежного насоса Эйлера (4.11). Так, если жидкость поступает в насос без предварительной закрутки, то α₁ = 90°, cosα₁ = 0 и теоретический напор равен

, (4.20)

т. е. находится так же, как и для центробежного насоса с безударным входом жидкости в колесо.

Осевые насосы характеризуются малым напором (2–10 м) и большой производительностью (до 100 м³/с). Ввиду высокой быстроходности высота всасывания осевых насосов, во избежание кавита-

ции, нередко принимается отрицательной (заглубление насоса под уровень).

Высокая производительность, простота конструкции, высокие КПД и малая чувствительность к засорению способствуют широкому распространению осевых насосов в различных отраслях народного хозяйства.

4.6. Струйные насосы

В струйных насосах для перемещения жидкостей и создания напора используется энергия другой жидкости, которую называют рабочей жидкостью. При классификации насосов по их приводу струйные насосы относят к бесприводным насосам. Схема струйного насоса приведена на рис. 4.14. Рабочая жидкость I поступает с большой скоростью из сопла 1 через камеру смешения 2 в диффузор 3. При этом за счет поверхностного трения она увлекает перекачиваемую жидкость II. В наиболее узкой части диффузора скорость движения смеси достигает наибольшего значения, а давление потока, в соответствии с уравнением Бернулли (3.14), становится наименьшим. За счет этого создается перепад давлений между камерой смешения и диффузором, и жидкость непрерывно поступает из камеры смешения в диффузор. В диффузоре скорость потока уменьшается, а давление увеличивается, и смесь III под напором поступает в нагнетательный трубопровод.

Струйные насосы, применяемые для нагнетания жидкостей, обладают малой высотой всасывания (до 2 м), и называются инжекторами. Струйные насосы, применяемые для отсасывания жидкостей, обладают большей высотой всасывания (до 4 м) и называются эжекторами. В качестве рабочих жидкостей применяют воду, пар, сжатый воздух. Область применения струйных насосов чрезвычайно обширна: откачивание воды из колодцев, шахт, артезианских скважин; отсасывание воздуха из насосов перед пуском их в работу; смешение горячей и холодной воды теплофикационных сетей; сжатие вторичного пара в выпарных установках и т. д. Достоинством насосов данного типа является простота их конструкции, надежность в работе, простота эксплуатации. Наряду с этим существенным недостатком струйных насосов является низкий КПД (15–30%) вследствие большого гидравлического сопротивления сопла, камеры смешения, горловины и диффузора.

4.7. Эрлифты (воздушные подъемники)

Устройство эрлифта показано на рис. 4.15. Он состоит из трубы 1 для подачи сжатого воздуха и смесителя 2, где образуется газожидкостная смесь, которая вследствие меньшей плотности поднимается по трубе 3. На выходе из нее газо-жидкостная смесь огибает отбойник 4. При этом из смеси выделяется воздух, и жидкость поступает в сборник 5. Кроме воздуха, диспергируемым веществом может быть другой газ или пар; в этом случае устройство называют соответственно газлифт и парлифт.

Эрлифт работоспособен в том случае, когда в смесителе давление столба жидкости высотой превышает давление газожидкостного столба высотой , т. е. . С учетом гидравлических потерь ΔР_п в подъемной трубе можно записать равенство . Отсюда напор эрлифта равен

. (4.21)

Формула (4.21) показывает, что для увеличения требуемого напора (высота подъема жидкости) необходимо увеличить заглубление под уровень входного отверстия подъемной трубы. Увеличение напора эрлифта за счет уменьшения плотности газожидкостной смеси нежелательно, так как это приводит к уменьшению производительности. Необходимое давление газа зависит от высоты и определяется по формуле

, (4.22)

где – потери давления в трубопроводах на пути воздуха от компрессора и в смесителе.

1

Рис. 4.15

Достоинствами эрлифта являются простота конструкции, возможность подъема жидкостей из скважин малого диаметра, способность откачивать агрессивные и сильно нагретые жидкости. К недостаткам следует отнести необходимость большого заглубления трубы под уровень и низкий к.п.д. (15–25 %). Эрлифты широко используют для откачки нефти и растворов солей из буровых скважин, а также в системах артезианского водоснабжения.

4.8. Поршневые насосы

В поршневых насосах рабочим органом является поршень 1 (рис. 4.16). Он движется в цилиндре 2 возвратно-поступательно, и при этом происходит всасывание и нагнетание жидкости. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой 3 цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений в приемной емкости и в цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 4. Нагнетательный клапан 5 при ходе поршня вправо закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается клапан 4. Жидкость поступает через нагнетательный клапан в нагнетательный трубопровод и далее в сеть. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом происходит попеременно: всасывание – при движении поршня слева направо, нагнетание – при обратном направлении движения поршня. Поршень насоса приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 6, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня. Для предотвращения и уменьшения утечки жидкости из рабочей полости циллиндра поршень снабжен уплотнительными кольцами 7, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра (на рис. 4.16 изображено одно кольцо).

1

Р

4

По числу всасываний (нагнетаний), осуществляемых за один оборот кривошипа, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия. У насоса, изображенного на рис. 4.16, за один оборот кривошипа совершается один акт всасывания и один акт нагнетания; такие насосы относят к насосам простого действия. Ниже на рис. 4.17 показан насос двойного действия, у которого за один оборот кривошипа (за два хода поршня) совершаются два акта всасывания и два акта нагнетания.

По конструкции рабочего органа поршневые насосы можно разделить на собственно поршневые и плунжерные. Плунжер не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня значительно большим отношением длины к диаметру (см. рис. 4.17 и 4.21). Плунжерные насосы не требуют такой тщательной обработки внутренней поверхности циллиндра, как поршневые, а неплотности легко устраняются подтягиванием или заменой уплотнения (сальниковые набивки). В связи с тем, что для плунжерных насосов нет необходимости в тщательной подгонке поршня и циллиндра, их применяют для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей, а также для создания более высоких давлений.

По роду привода поршневые насосы делят на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины). Прямодействующие паровые насосы имеют привод непосредственно от паровой машины, поршень которой находится на одном штоке с поршнем насоса. Насосы этого типа используют в огне- и взрывоопасных производствах при наличии дешевого пара.