Наша сеть партнеров Banwar
Насос, пристрій (гідравлічна машина, апарат або прилад) для напірного переміщення (всмоктування і нагнітання) головним чином крапельної рідини в результаті повідомлення їй зовнішньої енергії (потенційної і кінетичної).
Пристрої для безнапірного переміщення рідини насосами зазвичай не називають і відносять до водопідіймальні машинам.
Основний параметр Н. - кількість рідини, що переміщується в одиницю часу, т. Е Здійснювана об'ємна подача Q. Для більшості Н. Найважливішими технічними параметрами також є: розвивається тиск p або відповідний йому натиск H, споживана потужність N і ккд h.
Термінологія насосів.
Назви більшості пристроїв, застосовуваних для всмоктування і нагнітання рідин, складаються з слова «Насоси» і відповідної ухвали, що характеризує, як правило, або принцип його дії (наприклад, відцентровий, електромагнітний), або особливості конструкції (горизонтальний, зубчастий, шиберний), або подається середу (наприклад, грунтовий насос). Іноді определительное слово фіксує призначення або область застосування Насоси (наприклад, лабораторний, дозувальний), тип приводу (ручний, з електроприводом), а також автора конструкції (наприклад, насос Гемфрі) або назва фірми (насос СІХІ - за першими літерами слів Simen Hinsch; насос Фарко - по імені власника заводу). Деякі з розглянутих пристроїв отримали особливі назви, наприклад: газлифт, одна з конструкцій якого називається Маммут-насос, або насос Маммут; витискувачі, до яких відноситься Монжус, званий також насосом монтежю, або пневматичний Н .; гідроелеватор, інжектор і ежектор, що є різновидами струминного Насоси Gод назвою Насоси. Відомі також пристрої зовсім іншого призначення, наприклад: вакуумні насоси, призначені для видалення газів з замкнутих об'ємів; тепловий насос - установка для передачі теплоти з навколишнього середовища (повітря або води), що має низьку температуру, до об'єкту з більш високою температурою (наприклад, до води опалювальної системи); Насос магнітного потоку, який здійснює періодичні зміни магнітного потоку в замкнутому ланцюзі, і ін.
Класифікація насосів.
Пристрої для напірного переміщення рідин поділяють на види і різновиди за різними ознаками, наприклад за принципом дії і конструкції. Така ознака покладено в основу класифікації, представленої в Державному стандарті СРСР (ГОСТ 17389-72). Насоси можна також умовно розділити на 2 групи: насоси-машини, які приводяться в дію від двигунів, і насоси-апарати, які діють за рахунок інших джерел енергії і не мають рухомих робочих органів. Насоси-машини бувають лопатеві (відцентрові, осьові, вихрові), поршневі, роторні (шестеренні, коловоротні, пластинчасті, гвинтові і ін.). До насосним апаратів відносяться струменеві (рідинно-рідинні і газорідинних), газліфти (в тому числі ерліфти), витискувачі (в тому числі парові і газові), гідравлічні тарани, магнитогидродинамические насоси та ін.
Насоси всіх типорозмірів в СРСР мали умовні позначення (марки), що складаються зазвичай з букв і цифр. Даний принцип діє і сечас.
Історична довідка про насосному обладнанні.
Винахід насоса відноситься до глибокої давнини. Перший насос для гасіння пожеж, який винайшов давньогрецький механік Ктесібій, був описаний в 1 в. До н. е. Давньогрецьким вченим Героном з Олександрії в творі «Pneumatica», а потім М. Вітувіем у праці «De Architectura». Найпростіші дерев'яні насоси з прохідним поршнем для підйому води з колодязів, ймовірно, застосовувалися ще раніше. До початку 18 ст. Поршневі насоси в порівнянні з водопідіймальні машинами використовувалися рідко. Надалі в зв'язку з ростом потреб у воді і необхідністю збільшення висоти її подачі, особливо після появи парової машини, насоси поступово стали витісняти водопідіймальні машини. Вимоги до насосів і умови їх застосування ставали все більш різноманітними, тому поряд з поршневими насосами стали створювати обертальні насоси, а також різні пристрої для напірної подачі рідин. Т. О., історично намітилися три напрямки їх подальшого розвитку: створення поршневих насосів, обертальних насосів і гідравлічних пристроїв без рухомих робочих органів.
Підйом в розвитку поршневих насосів спостерігався в кінці 18 ст., Коли для їх виготовлення стали застосовувати метал і використовувати привід від парової машини. З середини 19 ст. Почали широко впроваджуватися у виробництво парові прямодействующие поршневі насоси до цього періоду відноситься створення крильчатих насосів, прообразом яких є поршневий насос з кільцевих циліндром, описаний французьким інженером А. Рамелл в 1588 ( «Le diverse et articiose machine»). Розвиток теорії поршневих насосів тісно пов'язане з роботами вітчизняних вчених і інженерів (К. Бах, Г. Берг, А. П. Герман, В. Г. Шухов, П. К. Худяков, І. І. Кукольовський, А. А. Бурдаков та ін.). Досягнення в області поршневих насосів були широко використані також при створенні поршневих компресорів, гідравлічних пресів та ін. Пристроїв, але самі поршневі насоси починаючи з 20-30-х рр. 20 в. Стали помітно витіснятися з ряду областей відцентровими, роторними і ін. Насосами.
Інший шлях розвитку насоса почався з винаходу так званих обертаються насосів, що мали по одному ротору, які також були описані Рамелл. Насоси з ексцентричним ротором є прототипом сучасних шиберних насосів. У 1624 І. Лейрехон в книзі «La rеcrеation mathеmatiqae» описав двороторний Коловоротний насос, який можна розглядати як прообраз сучасних зубчастих насосів в подальшому з'явилися і ін. Різновиди роторних насосів, представником яких є, наприклад, лабіринтовий насос, створений вже в 50-е рр. 20 в. Перший вихровий насос, названий відцентровим самовсмоктувальним, був запропонований в 1920 в Німеччині інженером С. Хінш, потім з'явилися і ін. Різновиди.
Ідея використання відцентрової сили для подачі рідин виникла в 15 ст. Ще у Леонардо да Вінчі і, мабуть, незалежно від нього була реалізована на початку 17 ст. Французьким інженером Бланкан, яка вибудувала найпростіший відцентровий Н. для подачі води, робочим органом якого служило відкрите колесо, що обертається. Один з перших відцентрових насосів зі спіральним корпусом і четирёхлопастним робочим колесом був запропонований французьким ученим Д. Папеном, який удосконалив конструкцію раніше відомої повітродувки «Hessians». В кінці 19 ст., Коли з'явилися швидкохідні теплові, а потім електричні двигуни, відцентрові насоси отримали більш широке застосування. У 1838 російський інженер А. А. Саблуков на основі створеного ним раніше вентилятора побудував одноступінчатий відцентровий Н., в 1846 американський інженер Джонсон запропонував багатоступінчастий горизонтальний насос, в 1851 аналогічний насос був створений у Великобританії за патентом Гуїна (насос Гуїна), в 1899 російський інженер В. А. Пушечников розробив вертикальний багатоступінчастий Н. для свердловин глибиною до 250 м. Цей насос, побудований в Парижі на заводі Фарко (насос Фарко), призначався для водопостачання Москви, мав подачу 200 м³ / год, ккд до 70%. У Росії перші відцентрові насоси почали виготовляти в 1880 на заводі Г. Ліста в Москві.
Розвиток осьових насосів грунтувалося на досвіді аналогічних їм гідротурбін. Проектування і дослідження осьових (пропелерних і поворотно-лопатевих) насосів відноситься до кінця 19 - початку 20 ст. в СРСР ці Н. розробляються починаючи з 1932 на заводі «Борець» (під керівництвом М. Г. Кочнева), у Всесоюзному науково-дослідному інституті гідромашинобудування (С. С. Руднєв та ін.), в харківському інституті «променергетики» (Г . Ф. Проскура та ін.), а з 1934 на дослідній установці в м Дмитрові (під керівництвом І. Н. Вознесенського). Велику роль у створенні теорії і вдосконалення конструкції відцентрових і осьових насосів відіграли праці Л. Ейлера, О. Рейнольдса, М. Є. Жуковського, С. А. Чаплигіна, К. Пфлайдерера і ін. Вчених.
Третій напрям розвитку пристроїв для напірної подачі рідин об'єднує кілька шляхів створення і вдосконалення насосних апаратів. Прототипи витискувачів, згідно зі свідоцтвом Герона, виготовлялися вже в Стародавній Греції (пристрої для витіснення з посудини води підігрітим повітрям або водяною парою). Першим витіснювачем виробничого призначення була запропонована в 1698 англійським інженером Т. Севери парова водовідливні установка. Це пристрій можна вважати прототипом винайденого в Німеччині в 1871 Халл пульсометра, що мав 2 камери і діяв автоматично.
Ідея використання стисненого повітря для подачі води висловлювалася в 1707 Папеном і ін. Інженерами, але практично була застосована значно пізніше (в 20 ст.) - в Монжус і в двокамерному водопідйомник витіснення для водяних свердловин (конструкція інженера В. П. Савотіна, СРСР) . Подача води під дією тиску продуктів згоряння рідкого палива була здійснена в Великобританії в 1911 Н. Л. Гемфрі (див. В ст. Витіснювач).
Принципово інший спосіб подачі води або нафти з свердловин за допомогою стиснутого повітря або ін. Газу був застосований в газліфтах, які були запропоновані в середині 19 ст., А пізніше знайшли і практичне застосування (з 1897 в Росії на нафтопромислах в Баку, з 1901 в США).
З винаходом Монгольф'є в 1796 автоматично чинного гідравлічного тарану намітився ще один шлях розвитку пристроїв для напірної подачі рідини, принцип дії яких був заснований на використанні для подачі води періодично створюваних гідравлічних ударів. Надалі були запропоновані різні конструкції гідравлічних таранів. В СРСР знайшли поширення установки інженера Д. І. Трембовельского (1927) і ін.
Однією з різновидів насосних апаратів з'явився водоструминний насос, який як лабораторний прилад був запропонований англійським ученим Д. Томпсоном в 1852 і служив для відсмоктування води і повітря. Перший промисловий зразок струминного насоса застосував інженер Нагель в 1866 (імовірно в Німеччині) для видалення води з шахт. Пізніше створені різні струменеві Н. у вигляді водо-водяних ежекторів, паро-водяних інжекторів і багато ін. Основи теорії струменевих насосів були закладені в роботах Г. Цейнера і У. Ранкіна у 2-й половині 19 ст. І отримали значний розвиток в 30-х рр. 20 в. Завдяки дослідженням американських інженерів О'Брайена і Госліна і радянських фахівців Л. Д. Бермана, К. К. Бауліна, А. Н. Ложкіна, Е. Я. Соколова, Н. М. Зінгера і ін. Пізніше запропонований гідропневматичний водопідйомник для свердловин (В. П. Сироткін, Я. С. Суреньянц), в конструкції якого об'єднані струменевий насос і ерліфт. Одним з напрямків розвитку насосних апаратів є створення магнитогидродинамических насосів. Перші такі насоси на постійному струмі були запропоновані Голденом (1907) і Гартманом (1919) і Н. на змінному струмі - Чаббом (1915). Однак широко їх стали застосовувати в СРСР і за кордоном тільки в 50-60-і рр. 20 в., Головним чином у зв'язку з успіхами атомної енергетики. Т. О., техніка підйому і переміщення спочатку тільки води, а потім нафти і ін. Рідин в кожну епоху в основному відповідала рівню розвитку продуктивних сил і виробничих відносин.
Основні типи сучасних насосів.
Відцентрові насоси є найбільш поширеними і призначаються для подачі холодної або гарячої (t?> 60? C) води, в'язких або агресивних рідин (кислот і лугів), стічних вод, сумішей води з грунтом, золою і шлаком, торфом, роздробленим кам'яним вугіллям і т.п. Їх дія заснована на передачі кінетичної енергії від обертового робочого колеса тим часткам рідини, які знаходяться між його лопатями. Під впливом виникає при цьому відцентрової сили Р частки подається середовища з робочого колеса переміщаються в корпус насоса і далі, а на їх місце під дією тиску повітря надходять нові частинки, забезпечуючи безперервну роботу насоса.
Робочі колеса насоса можуть бути не тільки з одностороннім підведенням рідини, але і з двостороннім, що дозволяє майже повністю зрівнювати тиск рідини на зовнішні бічні поверхні колеса. Однією з важливих практичних характеристик робочих коліс відцентрових і деяких ін. Насосів є коефіцієнт швидкохідності ns - число оборотів в 1 хв такого робочого колеса, яке геометрично подібно оскільки він розглядався і при подачі Q = 75 л / сек розвиває напір Н = 1 м. Класифікація робочих коліс відцентрових насосів по швидкохідності представлена в табл. 1, в якій кожен тип колеса характеризується відношенням зовнішнього діаметра Dвн до діаметру його вхідного отвору Doтв.
Для створення великих напорів застосовують багатоступінчасті насосів, в яких рідина проходить послідовно кілька робочих коліс, отримуючи від кожного з них відповідну енергію. Найважливішою особливістю відцентрових насосів є безпосередня залежність напору, а також потужності, ККД та допустимої висоти всмоктування від подачі, яка для кожного типу насоса виражається відповідними графіками, званими характеристиками. Ккд відцентрового насоса при певному режимі його роботи досягає максимального значення, а потім зі збільшенням подачі знижується. Найбільші відцентрові насоси вітчизняного виробництва можуть забезпечити подачу води до 65 000 м³ / год при напорі 18,5 м, споживаючи потужність 7,5 Мвт, максимальний ккд дорівнює 88-92%. У США для насосної станції Гранд-Кулі створений вертикальний одноступінчатий відцентровий насос з подачею 138 000 м / год і напором 95 м при потужності 48 Мвт.
Осьові насоси призначаються головним чином для подачі великих обсягів рідин. Їх робота обумовлена передачею тієї енергії, яку отримує рідина при силовому впливі на неї лобовій поверхні обертових лопатей робочого колеса. Частинки рідини, що подається при цьому мають криволінійні траєкторії, але, пройшовши через виправляється апарат, починають переміщатися від входу в насос до виходу з нього, в основному уздовж його осі (звідки і назва).
Існують 2 основні різновиди осьових насосів: жестколопастние з лопатями, закріпленими нерухомо на втулці робочого колеса, звані пропелерними, і поворотно-лопатеві, обладнані механізмом для зміни кута нахилу лопатей. Насоси обох різновидів будують зазвичай одноступінчастими, рідше двоступінчастими.
Зміною нахилу лопатей робочого колеса досягається регулювання подачі з підтримкою ккд на високому рівні в широких межах. Робочі колеса осьового насоса мають дуже високий коефіцієнт швидкохідності (ns від 500 до 1500 об / хв). При малих подачах характеристики Н - Q і N - Q круто знижуються. Максимальні значення Н і N відповідають режиму холостого ходу. Найбільший вітчизняний осьової поворотно-лопатевої Н. розрахований на Q = (45? 50)? 103 м³ / год при H від 13 до 10 м, N = 2 Мвт і 11 = 86%. Марка цього Н .: ОП2-185. де ОП - осьової поворотно-лопатевої, 2 - тип робочого колеса і 185 - діаметр робочого колеса (по кінцях лопатей, в см).
Вихрові насоси мають гарну здатність самовсмоктування, т. Е. Можливістю починати дію без попереднього заповнення всмоктуючої труби подається середовищем, якщо вона є в корпусі насоса завдяки цьому вони застосовуються для подачі легкоиспаряющихся або насичених газами крапельних рідин і в комбінації з відцентровими насосами існують 2 різновиди вихрових насосів: закритого і відкритого типу. У вихровому насосі закритого типу частинки рідини з осередків, розташованих по периферії робочого колеса, під впливом відцентрових сил переходитимуть в канал корпусу насоса і потім, передавши частину своєї кінетичної енергії розташованої в ній середовищі, повернуться в ін. Осередки. Здійснюючи Гвинтоподібне вихровий переміщення, кожна частка за час її перебування в насосі кілька разів побуває в осередках ротора і отримає від нього певну енергію. В результаті такого багатоступінчастого дії вихрові насоси в порівнянні з такими ж (за розмірами і швидкості обертання) відцентровими насосами розвивають в 3-7 разів більший натиск, але працюють з більш низьким (в 2-3 рази) ккд. У вихрових насосах відкритого типу рідина підводиться поблизу валу насоса, проходить між лопатками робочого колеса і відводиться на виходi в корпусі з відкритого (без перемички) периферійного каналу. У зарубіжній літературі вихрові насоси називаються фрикційними, регенеративними, турбулентними, самовсмоктуючий і ін.
Поршневі насоси відрізняються великою різноманітністю конструкцій и широтою! Застосування. Дія поршневого насосів складається з чергуються процесів всмоктування и Нагнітання, Які здійснюються в ціліндрі насоса при відповідному напрямку руху РОбочий органу - поршня або плунжера. ЦІ процеси відбуваються в одному и тому ж обсязі, но в Різні моменти часу. За способом повідомлення робочому органу поступально-зворотного руху насоса поділяють на приводні (зазвичай з колінчастим валом і шатунним механізмом) і прямодействующие. Щоб періодично з'єднувати робочий об'єм то зі стороною всмоктування, то зі стороною нагнітання, в насосах передбачені всмоктуючий і нагнітальні клапани. Під час роботи насоса рідина отримує головним чином потенційну енергію, пропорційну тиску її нагнітання. Нерівномірність подачі, пов'язана зі зміною в часі швидкості руху поршня або плунжера, зменшується зі збільшенням кратності дії насоса і може бути майже повністю усунена застосуванням повітряно-гідравлічного компенсатора. Поршневі насоси класифікують на горизонтальні і вертикальні, одинарного і багаторазового дії, одно- і багатоциліндрові, а також по швидкохідності, роду рідини, що подається і ін. Ознаками. У порівнянні з відцентровими насосами поршневі насоси мають більш складну конструкцію, відрізняються тихохідні, а отже, і великими габаритами, а також масою на одиницю здійснюваної роботи. Але вони мають порівняно високим ККД та незалежністю (в принципі) подачі від напору, що дозволяє використовувати їх в якості дозувальних. Поршневі насоси можуть створювати при нагнітанні рідини тиску близько 100 Мн / м² (1000 кгс / с м²) і більш.
Роторні насоси набули поширення головним чином для здійснення невеликих подач рідини. За особливостями конструкції робочих органів роторні насоси можна поділити на зубчасті (в тому числі шестеренні), гвинтові, шиберні, коловоротні, аксіально і радіально-поршневі, лабіринтові і ін. Кожен з них має свої різновиди, але об'єднує їх ознака - спільність принципу дії , в основному аналогічного дії поршневих насосів роторні насоси відрізняються відсутністю всмоктуючого і нагнітального клапанів, що є їх великою перевагою і спрощує конструкцію.
Зубчастий насос із зовнішнім зачепленням двох шестерень - найбільш поширений - всмоктує рідину при виході зубів одного колеса із западин іншого і нагнітає її при вході зубів однієї шестерні в зачеплення з іншого. Зубчасті насоси забезпечуються запобіжним клапаном, який при досягненні максимально допустимого тиску перепускає рідину з боку нагнітання на сторону всмоктування. Насоси використовують для подачі нафтопродуктів і ін. Рідин без абразивних домішок.
Шиберний пластинчастий насос діє в результаті зміни робочих обсягів, укладених між сусідніми пластинами і відповідними ділянками поверхонь ротора і корпусу насоса в лівій частині насоса при обертанні за годинниковою стрілкою ексцентрично розташованого ротора цей обсяг збільшується, через що тиск в ньому знижується і створюється можливість для всмоктування рідини. В іншій частині насоса при обертанні ротора межлопаточную простору зменшуються, що забезпечує нагнітання подається середовища. Ці насоси бувають одинарними і парними. Вони призначені для нагнітання чистих не надто вузьких мінеральних масел до тиску 6 Мн / м² (60 кгс / с м²) і більш і застосовуються в системах гідроприводу і ін. Пристроїв.
Струменеві насоси з числа насосних апаратів мають найбільш широку сферу застосування і найбільша різноманітність конструкцій. Одним з них є водоструминний насос, дія якого полягає в основному з трьох процесів - перетворення потенційної енергії робочої рідини в кінетичну (в конічному сходиться насадки), обміну кількістю руху між частинками робочої рідини і подається середовища (в камері змішання), а також переходу кінетичної енергії суміші робочої й транспортується рідин в потенційну (в дифузорі). Завдяки цьому в камері змішання створюється розрідження, що забезпечує всмоктування подається середовища. Потім тиск суміші робочої й транспортується рідин значно підвищується в результаті зниження швидкості руху, що робить можливим нагнітання. Струменеві насоси прості по пристрою, надійні і довговічні в експлуатації, але їх ккд не перевищує 30%.
Області застосування насосів.
Особливості конструкції і принцип дії різних насосів визначають діапазони подачі і напору, в межах яких доцільно застосовувати насоси того чи іншого типу.
Розглядаючи сфери застосування пристроїв для напірної подачі рідин, слід також мати на увазі, що ще в 19 ст., Особливо у Великобританії, насоси використовувалися (до впровадження електроприводу) як генератори гідравлічної енергії. Ця енергія від центральних енергетичних установок (з поршневими насосами і паровими машинами) за спеціальними водопроводів високого тиску передавалася на промислові підприємства до споживачів. З початку 20 ст. Стали застосовувати відцентрові і роторні насоси в якості генераторів гідравлічної енергії в гідравлічних передачах і системах гідроприводу машин, в яких поряд з гідравлічними двигунами вони є основним елементом.
США
Gt; 60?
Озрахований на Q = (45? 50)?