Насосы и их устройство. Классификация и области применения насосов. Агрегаты поверхностного типа

Под насосами в общем случае понимают энергетические машины или установки, которые для перемещения перекачиваемой среды (жидкой, твердой и газообразной) при статическом или динамическом воздействии увеличивают ее давление или кинетическую энергию.

Историческое развитие насосостроения как способа транспортирования химических и физических веществ, а также постоянно возрастающие требования к параметрам износостойкости, всасывающей способности и специальные условия монтажа привели к большому количеству типов, которые обусловили разные определения понятий и типов насосов. В результате возникали случаи, когда заказчик, разработчик и поставщик применяли три различных определения для одного и того же насоса.

Для устранения этого очевидного недостатка была разработана система классификации насосов , по конструктивным признакам и принципу действия, а также по виду перекачиваемой жидкости.
Насосы по принципу действия подающего элемента подразделяют на насосы возвратно-поступательного действия, роторные и динамические .

НАСОСЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Перемещение жидкости происходит в результате осевого двиижения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.
По виду вытеснителя насосы подразделяют на поршневые и мембранные (рис. 1).


Признаками классификации поршневых насосов могут служить:

а) способ действия поршня (рис. 2);

б) положение поршня и цилиндра (рис. 3);
в) форма поршня (рис. 4);
г) вид привода (рис. 5).

Соответственно этому различают насосы простого или двойного действия, горизонтальные или вертикальные, радиальные или аксиальные, клапанные, крыльчатые, дисковые, плунжерные многоступенчатые с рычажным, кулачковым приводом или с качающимся приводным диском, а также прямодействующие.

Мембранные насосы классифицируют по расположению и колиичеству мембранных цилиндров, а также по типу привода.

РОТОРНЫЕ НАСОСЫ

Роторные насосы работают главным образом по принципу вытеснения, причем один или несколько вращающихся поршней или винтов образуют друг с другом в цилиндре насоса рабочие полости, причем размеры полости всасывания наибольшие, а наапорной полости - наименьшие; поэтому жидкость из полости всасывания и выталкивается в напорную полость. Однако некоторые роторные насосы имеют постоянные рабочие полости (объем вытеснения) как на входе, так и на выходе.

Принципиальные различия и некоторые преимущества роторных насосов над поршневыми заключаются:

а) во вращающихся поршнях;
б) в отсутствии клапанов в цилиндрах;
в) в уравновешивании масс или моментов.

По конструктивному исполнению рабочих органов все роторные насосы делят на пять основных типов, а именно: шестеренные, винтовые, коловратные, пластинчатые, роликовые . На рис. 6 приведены эти типы роторных насосов.

(рис. 7) подразделяют в основном по числу шестерен (на двух- и многошестеренные), по типу зацепления (с наружным и внутренним зацеплением) и по числу потоков жидкости (на одно- и многопоточные насосы).

Как видно по рисункам, жидкость, попадая в межзубчатые пространства зубчатых колес, перемещается от входной к напорной полости насоса. Взаимное зацепление зубьев, а также малые радиальные и торцовые зазоры между шестернями и корпусом уменьшают протечки перекачиваемой жидкости.

Винтовые насосы подразделяют в основном по количеству рабочих органов на одно- и многовинтовые, а по направлению потока жидкости на одно- и двухпоточные винтовые (рис. 8). В противоположность шестеренным насосам процесс перемещения жидкости в винтовых насосах происходит в осевом направлении по свободным межвинтовым полостям от стороны всасывания к напорной стороне.

Коловратные насосы выпускают в настоящее время самых различных конструкций. Для конструкции этого вида xapaктерны так называемые двухвальные насосы с одно- или многоопрофильными роторами различной формы поперечного сечения (рис. 9). Почти все коловратные насосы перемещают перекачиваемую жидкость от стороны всасывания к напорной стороне без изменения объема полости вытеснения.

Пластинчатые насосы - типичные представители одновальных насосов, по принципу действия подразделяют на простого и двойного действия (рис. 10), а по виду ротора на одно- и многоопластинчатые насосы (шиберные).

Рабочий процесс этих типов характеризуется изменяющимся (серповидным) рабочим объемом полостей всасывания и напора. Уплотнение между входным и напорным патрубками осуществляется плоскими пластинами или лопатками, помещенными в пазах ротора, при минимальных радиальных и торцовых зазоорах между ротором и корпусом.

Роликовые насосы подразделяют только по принципу действия на одно- и двукратного действия (рис. 11). В данном случае эффект нагнетания обусловливается вращающимися поршнями, эксцентрично расположенными в корпусе, которые приводят эластичную оболочку в колебательное движение и перемещают жидкость вследствие быстрого изменения (пропорционально частоте вращения) рабочего объема полостей всасывания и напора.

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

В отличие от поршневых и роторных эти насосы работают по динамическому принципу. В результате вращения рабочих колес внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, которая в последующих элементах (диффузоре, направляющем аппарате, спирали) в большей части преобразуется в энергию давления.

По принципу действия насосы прежде всего подразделяют на лопастные и вихревые (рис. 12). Если лопастной насос не обладает, как правило, свойством самовсасывания, то вихревой - обычно работает по принципу самовсасывания. Кроме того в вихревых насосах в подавляющей степени происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале корпуса насоса.

Лопастные насосы подразделяют:
по направлению потока на выходе из рабочего колеса - на центробежные насосы радиального, диагонального типов и на осевые (рис. 13);

по прохожденио жидкости за рабочим колесом - с направляяющим аппаратом, спиральным или кольцевым отводом;
по направлению потока жидкости в рабочем колесе или между рабочими колесами - на одно- и двухпоточные (рис. 14).

В многооступенчатых насосах применяют одностороннее или симметричное расположение рабочих колес (рис. 15).

В заключение следует еще указать на деление, или классифиикацию, насосов по всасывающей способности:

самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенными ступенями всасыывания или всасывающими устройствами) и не самовсасывающие.

Вихревые насосы по форме рабочего колеса можно классифиицировать на открытые (звездообразные), закрытые (с периферийнообоковым каналом) и чисто вихревые (рис. 16), а по прохождению потока на одно- и многоступенчатые насосы.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАСОСЫ

К этой группе относятся прежде всего небольшие насосы, которыe по классическим признакам (наличие вращающегося или перемещающегося вдоль оси рабочего органа) нельзя отнести к обычным насосам.

Струйные насосы (рис. 17) характеризуются наличием трубы Вентури, в центр которой подводится струя рабочей среды (вода, пар или газ). Рабочая струя образует пограничный слой и вследствие высокой скорости вначале захватывает частички окружающего воздуха, а затем вследствие обменных процессов всасывает перекачиваеемую жидкость из подводящего трубопровода. Пневматические насосы (газлифты) подают жидкость в результате образования водовоздушной смеси малой плотности при поступлении воздуха под давлением в зааглубленную под уровень жидкости трубу. Окружающая жидкость большей плотности проникает во всасывающую трубу, обеспечивая тем самым процесс подъема жидкости (рис. 18).

Электромагнитный насос (рис. 19), предназначенный главным образом для перекачивания жидкого металла, создает по так называемому правилу правой руки осевую силу в перекачиваемой жидкости, которую можно рассматривать в качестве движущегося проводника в магнитном поле. Вследствие этого создаются услоовия для перемещения жидкости.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ВИДУ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ СРЕДЫ

От физических и химических свойств перекачиваемой среды неизбежно зависят конструкции насоса, принцип его работы, а также выбор материала. На этом основании вид перекачиваемой среды пелесообразно принять в качестве второго признака для классификации насосов. Поэтому определены шесть типичных перекачиваемых сред для насосов. В соответствии с этим насосы предназначены для чистых и слегка загрязненных жидкостей, загрязненных жидкостей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей, агресссивных жидкостей, жидких металлов .

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЗНАЧЕНИЮ

На практике довольно часто встречаются насосы разных типов, названия которым даны в зависимости от особенностей их эксплуатации. Так, например, различают питательные, циркуляционные, конденсатные насосы , если речь идет о насосах для тепловых электростанций.

К циркуляционным или насосам охлаждения относятся насосы, которые, как правило, работают в замкнутых системах. Под реакторными насосами подразумевают в настоящее время главные циркуляционные насосы, которые включены в первичный контур реактора атомной электростанции.

Судовые центробежные или поршневые трюмные насосы используют в судостроении.

В погружных насосах или насосах с мокрым или защищенным электродвигателем, последний размещают в перекачиваемой среде. Общеизвестные гидравлические насосы, относящиеся к этим типам и устанавливаемые в гидравлические системы, являются не только подающими машинами, но и источниками напорного потока жидкости.

Классификацию по назначению следует применять лишь в том случае, когда недостаточно первых двух признаков (классификация по принципу действия и по перекачиваемой среде) для четкой характеристики определенного типа насоса.

Каждый человек, у которого есть свой участок, не раз сталкивался с такой проблемой, как отсутствие воды. Отключение воды может быть всего на несколько часов, а порой вода может отсутствовать и несколько дней, в таких случаях многие бурят скважину и ставят водяные насосы. Или же, можно столкнуться с проблемой нехватки воды во время сезона полива, как правило, напор воды в такие часы бывает очень маленьким и опять же без насоса здесь не обойтись.

Итак, приобретая насос, вы в разы облегчаете себе труд. У вас всегда буде вода, для бытовых нужд, для питья, а также и для полива своего сада и огорода. Тем более, что на сегодняшнем рынке имеется такой большой ассортимент продукции, как отечественного, так и зарубежного производства. Насосы представлены разных типов и предназначены для различных целей, поэтому выбрать его не составит большого труда.

Рассмотрим, каких же видов бывают водяные насосы. Делятся они на две большие категории: это бытовые насосы предназначенные для установки на собственном участке и профессиональные - большие насосы, которые устанавливают на различных производствах.

В данной статье мы будем рассматривать более подробно бытовые насосы, т. к. речь все-таки пойдет о них. Но стоит упомянуть главное отличи е бытовых насосов от промышленных: у них более повышен моторесурс и с помощью таких насосов, возможно, перекачать большее количество кубических метров воды. Используются такие насосы для того, чтобы обеспечить большие населенные пункты водой или же какое-либо промышленное предприятие.

• устройства для водоснабжения;
• дренажные насосы;
• циркуляционные насосы.

По принципу работы насосы разделяют на:

• колодезные;
• скважинные;
• самовсасывающие;
• ручные.

По способу забора воды насосы бывают:

• наружные;
• погружные;
• инжекторные.

Рассмотрим более подробно насосы по способу забора воды.

Наружные насосы

Наружные насосы используются для забора воды из колодцев, открытых водоемов, систем водоснабжения. При работе насоса, вода всасывается в трубу, один конец которой находится в воде. Глубина, с которой он способен всасывать воду, высота, на которую он может поднять столб воды, а также его производительность полностьюзависят от его мощности. В свою очередь наружные насосы тоже разделяются на два типа: вихревые и центробежные . Первые используются для добычи воды из мелких скважин, а вот вторые могут справиться с откачивание воды с более глубоких скважин.

Достоинства наружных насосов:

• без труда закачивает воду на высоту от 15 до 20 метров;
• насос легок в обслуживании;
• просто монтируется.

Недостатки наружных насосов:

• с его помощью невозможно откачать воду с глубины более чем 7−8 метров;
• очень шумно работает электродвигатель, есть, конечно, вариант приобрести бесшумный насос, но цена его будет в разы выше.

Погружные насосы

Погружные насосы, также как и наружные, используются для забора воды из колодцев и скважин. По самому названию можно понять, что такой насос погружается непосредственно в саму воду, благодаря чему ему не нужно обеспечивать защиту сухого хода.

Достоинства погружных насосов:

• с необычайной легкостью, такой насос в состоянии поднять воду с большой глубины , справится даже с глубиной в 40−50 метров;
• бесшумная работа двигателя насоса;
• не занимает много места;

Одним самым большим недостатком погружных насосов считается его высокая стоимость по сравнению с наружным.

Инжекторные насосы

Инжекторные насосы применяются в том случае, если есть необходимость откачивать воду с глубины более чем 10 метров. Отличается инжекторный насос тем, что всасываемых труб у него две: одна большего диаметра, а другая меньшего. На концах обеих труб имеется специальная насадка - инжектор. Благодаря этой насадке насос может откачивать воду с большей глубины.

Достоинства инжекторных насосов:

• доступные, надежные и простые в установке;
• безопасные;
• обеспечивают подъем воды с большой глубины;
• подходят для применения в бытовых нуждах;
• обладают большой производительностью;
• расход электроэнергии снижен.

Конструкция водяного насоса

Ели рассматривать водяной насос с точки зрения машиностроения, то он представляется собой гидравлическую машину, которая предназначена для перекачивания воды в горизонтальном или вертикальном направлении. Для того, чтобы вода начала движение в том или ином направлении, ее необходимо сообщить определенную кинетическую энергию. Исходя из этого, водяной насос можно представить как устройство, которое преобразует электрическую энергию в кинетическую энергию, за счет которой движется жидкость.

По принципу действия насосы разделяют на центробежные и вибрационные.

К примеру, центробежный насос состоит из таких элементов как:

• рабочая камера;
• рабочее колесо;
• направляющий аппарат;
• вал насоса;
• нагнетательный патрубок;
• корпус насоса;
• всасывающий патрубок.

А вот вибрационные насосы имеют в своей конструкции гибкую мембрану, которая разделяет рабочую емкость. С одной стороны мембраны находится механизм, который приводит ее в движение, а с другой - область с водой.

Популярные производители водяных насосов

Одним из популярных производителей водяных насосов считается итальянская фирма Calpeda . Она считается признанным лидером на мировом рынке насосного оборудования. Насосы, которые производит эта фирма, считаются самыми надежными в мире. Изготавливаются они при помощи высокоточного оборудования, на производстве работает высококвалифицированный персонал и, к тому же, компания славится хорошими техническими традициями. Абсолютно все материалы и запчасти для насосов Calpeda произведены в Италии.

Помимо этой узнаваемой марки, есть еще и такие как Gardena или Makita , которые также являются довольно таки узнаваемыми марками. Являются стабильными и надежными компаниями, которые на сегодняшний день только наращивают свой потенциал.

Стоимость водяных насосов их сравнение

Цены на водяные насосы могут быть абсолютно разные, зависит цена от:

• мощности двигателя;
• типа насоса;
• марки производителя.

Поэтому прежде чем покупать тот или иной насос, стоит для начала определиться, какого типа насос вам нужен, также необходимо знать его мощность, а затем уже рассматривать насосы различных производителей.

Например, водяной насос погружного типа Gardena на 900 Вт с максимальной производительностью 5500 л/ч будет стоить в пределах 8 тысяч рублей. Насос этой же марки только мощностью в 500 Вт будет стоить уже в пределах 4 тысяч рублей.

Если рассматривать насосы поверхностного типа, они по мощности идут больше, соответственно и цена на них выше. К примеру, насос той же марки поверхностного типа потребляемой мощности 1000 Вт стоит в районе 15 000 - 17 000 рублей. При этом цена может быть завышена, если насос имеет какие-то особенности, например автоматический контроль за уровнем воды.

Насос поверхностного типа марки Makita мощностью 710 - 750 Вт стоит почти также как и Gardena, при этом имеет меньшую мощность, но обладает низким уровнем шума.

Исходя из всего вышесказанного, при покупке насоса, в первую очередь стоит определиться с его типом. Необходимо знать, откуда вы будете выкачивать воду, после чего уже и делать выбор относительно того или иного типа насоса. Также стоит знать, какой примерно объем воды будет выкачивать насос. А затем уже выбирать марку производителя и сравнивать цены на них.

К числу нагнетателей, получивших распространение в водоснабжении и водоотведении, относятся::

1. лопастные насосы: центробежные, диагональные, осевые, вихревые;

2. поршневые насосы

3. роторные нагнетатели (винтовые, шестеренчатые)

4. воздушные водоподъемники

5. струйные насосы (нагнетатели)

6. компрессоры.

Наибольшее распространение получили – центробежные насосы.

Принцип действия насоса легко уяснить по рис.1.

Центробежный насос – не герметичная машина.

Для обеспечения герметичности насоса – его заливают водой. (способы заливки различные: из водопровода, вакуум насосом, из напорного резервуара).

При вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая рабочее колесо, также начинает вращаться, приобретая при этом центробежную силу. Под действием этих сил частицы жидкости устремляются от центра к периферии по радиусу. Чем больше радиус колеса R и частота его вращения n, тем больше скорость движения жидкости, тем с большей скоростью частицы жидкости устремляются к напорному патрубку насоса. Объем заполняемый жидкостью опорожняется и в нем создается пониженное давление – вакуум. Под действием атмосферных сил вода из расходной емкости по всасывающей трубе поступает на лопасти колеса в зону пониженного давления. И цикл повторяется.

Корпус насоса имеет форму улитки и служит для преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную (зона расширения корпуса), а также для гашения поперечных сил (осевые силы и поперечные или радиальные силы).

Поршневой насос .

Поршневой насос – герметичная машина, поэтому не требует заливки. Он может нагнетать как жидкости, так и газы (Объемные насосы вытеснения).

Основные конструкционные элементы насоса:

К роторным нагнетателям относятся такие насосы, которые, как и поршневые, перемещают жидкость за счет ее вытеснения. Только у поршневого наоса рабочий орган имеет возвратно-поступательное движение, а у роторных – рабочие органы вращаются по окружности и этих органов больше, чем количество поршней.

Примером роторного нагнетателя может служить шестеренчатый насос:

За счет герметичного защемления зубьев шестерен друг с другом рабочая камера насоса делится на две части: всасывающую и напорную. Во всасывающей камере зубья попеременно вытесняют находящуюся там среду (масла, жидкости). Создавая тем самым вакуум, а в напорной части создают избыточное давление за счет поступления вытесняемой среды.

Примерно по этому же принципу работают винтовые насосы (один ведущий и два ведомых винта), пластинчатый насос.

Вихревой насос.

Принцип действия вихревых наосов основан также на передаче энергии от лопасти к потоку жидкости.

1 –рабочее колесо с радиальными лопастями. 2 – кольцевой канал

6ºА – окно в боковой части корпуса.

Жидкость поступает на лопасти рабочего колеса, через окно А. Рабочее колесо представляет собой своеобразное центробежное колесо с радиальными лопастями. Вокруг периферии колеса в корпусе насоса выполнен кольцевой канал, заканчивающийся напорным патрубком. Область входных каналов отделяется от напорного патрубка участком, плотно прилегающим к колесу (радиальный зазор) не более 0,2 мм и служащим уплотнением.

Жидкость, вошедшая через входное отверстие в насос, попадает межлопастные пространства, в которых ей сообщается механическая энергия. Центробежные силы выбрасывают ее из колеса. В кольцевом канале жидкость движется по винтовым траекториям и через некоторое расстояние вновь поступает в межлопастное пространство, где снова получает приращение механической энергии.

Таким образом, в корпусе работающего насоса образуется своеобразное кольцевое вихревое движение, от которого насос и получил название вихревого. Многократность приращения энергии частиц жидкости приводит к тому, что вихревой насос при прочих равных условиях создает значительно больший напор, чем центробежный. Наличие уплотняющего участка позволяет насосу перекачивать газы.

Недостаток – низкий КПД – 40-50-%

Воздушные водоподъемники бывают двух типов:

Вытеснители (монтжю, пульсометры, джаты, нагнетатели Кремера)

Эрлифты.

Вытеснители применяются для перемещения загрязненных или агрессивных жидкостей. Состоят: из приемника – куда подводится жидкость, компрессора, нагнетательной трубы, которая присоединяется к верхней части приемника.

Под действием сжатого воздуха жидкость по напорной трубе вытесняется на желаемую высоту.

Эрлифты – применятся для извлечения воды из глубоких трубчатых колодцев.

Рис. 2. Воздушный подъемник

а-схема устройства; - б-напорная характеристика; /-приемный бак; 2-воздушная труба от компрессора; 3-водоподъемная труба; 4-обсадная труба скважины; 5-форсунка

Водоподъемная труба (3) спущена под уровень воды в колодец. Воздушная труба (2) подводит сжатый воздух от компрессора в нижнюю часть водоподъемной трубы с помощью дырчатого распределителя воздуха (5). Сжатый воздух, растворяясь в воде, насыщает воду. Благодаря чему удельный вес водовоздушной смеси внутри водоподъемной трубы оказывается меньше, чем удельный вес воды в колодце. Регулируя количество подаваемого воздуха, можно добиться того, что водовоздушная смесь начнет подниматься по трубе и выливаться в емкость.

Недостаток – низкий КПД – 20-30%

Струйные водоподъемники работают по принципу использования энергии рабочей среды для перемещения жидкости.

В качестве рабочей среды могут выступать: вода, пар, газ.

Если газ – то эжектор. Вода – гидроэлеватор

Рис. 3. Водоструйный насос

а -схема устройства: /-всасывающий трубопровод; 2 -труба; 3 -сопло; 4 -подводящая камера; 5 -камера смешения; 6 -диффузор; 7-напорный трубопровод; б-теоретическая расходно-напорная характеристика

В водоструйных – гидроэлеваторах – рабочая жидкость (вода) под высоким напором h по трубе 2 поступает в насадку, а из нее в сужающую часть трубы – 4, где скорость движения жидкости возрастает за счет энергии рабочей жидкости. При увеличении скорости в сечении 1-1 падает давление и в это место устремляется поток жидкости из резервуара под действие атмосферного давления.

Недостаток низкий КПД.

Насосы – это машины, в которых производится преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, в результате чего происходит ее перемещение.

В пищевых производствах насосы являются одними из самых распространенных видов оборудования, надежная работа которых обеспечивает непрерывность технологического процесса. Насосы используют для перекачивания жидкостей с разными физико-химическими свойствами (молочных продуктов, пасты, сыворотки, спирта и.т.п.) при различных температурах.

От параметров перекачиваемой жидкости во многом зависит тип и надежность работы насоса.

По принципу действия все насосы (рис. 2.23) делят на две большие группы – объемные, динамические, а также эрлифты и монтежю, в которых для перемещения жидкости используется энергия сжатого воздуха.

Объемные насосы. Для транспортировки жидкостей при высоких давлениях применяют объемные насосы. На рис. 2.24 показаны схемы объемных насосов. К объемным насосам с возвратно-поступательным движением рабочего органа относятся поршневые, плунжерные, диафрагменные. С вращательным движением рабочего органа - ротационные, одно-, двух- и трехвинтовые, шестеренчатые.

Принцип действия объемных насосов состоит в вытеснении некоторого количества жидкости из рабочего объема машины. Энергия жидкости в них повышается в результате увеличения давления. В объемных насосах подача (производительность) не зависит от напора. Подача пропорциональна скорости перемещения рабочего органа или числу циклов в единицу времени. Объемные насосы являются самовсасывающими в отличие от динамических насосов. Их используют для перекачивания высоковязких жидкостей, жидкостей с большим содержанием газов и плохо текучих продуктов.

Динамические насосы. В насосах этого типа энергия жидкости увеличивается благодаря взаимодействию лопаток рабочего колеса и перемещающегося потока. Под действием вращающихся лопаток жидкость приводится во вращательное и поступательное движение. При этом ее давление и скорость возрастают по мере движения в рабочем колесе.

В динамическом насосе увеличивается доля кинетической энергии в связи с увеличением скорости потока на выходе из рабочего колеса.

К динамическим насосам относятся вихревые, центробежные, диагональные, осевые насосы. Именно в таком порядке возрастают подачи насосов и уменьшаются создаваемые напоры.

Рис. 2.23. Классификация насосов

Рис. 2.24. Схемы конструкций объемных насосов:

а) плунжерный; б) диафрагменный; в) ротационный; г) шестеренчатый;

д) винтовой

Центробежные насосы . Принципиальная схема центробежного насоса приведена на рис. 2.25.

Центробежный насос (или ступень многоступенчатого насоса) состоит из подвода 1, рабочего колеса 2, ротора 3, отвода 4. Жидкость подается во входной патрубок насоса и затем в рабочее колесо, откуда под действием вращающихся лопаток нагнетается в отвод. Давление жидкости на выходе из отвода при этом становится больше, чем на входе за счет торможения потока и преобразования кинетической энергии в потенциальную энергию давления.

Рис. 2.25. Схема конструкции центробежного насоса

К достоинствам центробежных насосов можно отнести отсутствие пульсаций потока жидкости и высокую приспособляемость к различным условиям работы, благодаря применению соответствующих типов колес.

Недостатками центробежных насосов являются: ограниченный диапазон подач и напоров; низкий КПД при отклонении от номинальных режимов работы; снижение КПД с ростом вязкости перекачиваемой жидкости; зависимость подачи от противодавления и сопротивления системы; невозможность обеспечения работы с самовсасыванием жидкости в пусковой период без специальных устройств.

Вихревые насосы. Отличительная особенность этого типа насосов – вихревое движение жидкости (рис. 2.26). Многократное контактирование потока жидкости с рабочим колесом сопровождается повышенными потерями энергии, в результате чего КПД насосов не превышает 40 - 50%. Вихревые насосы в сравнении с центробежными могут удалять газы из всасывающей линии, т.е. перекачивать газожидкостные смеси, и обеспечивают самовсасывание в пусковой период.

Осевые насосы используют для создания больших подач при перекачивании загрязненной воды, вязких и мало- вязких продуктов, подпиточной и оборотной воды. По сравнению с центробежными осевые насосы (рис. 2.27) имеют большие подачи и меньшие напоры.

В пищевой промышленности широкое распространение получили, в основном, поршневые, плунжерные, ротационные и центробежные насосы.

Поршневые и плунжерные насосы отличаются более высокими КПД и создаваемыми давлениями, но ограничены производительностью.

Широкое применение для целей энергосбережения получили струйные насосы , которые успешно конкурируют с лопастными насосами при наличии сбросных высокопотенциальных потоков газа, пара и жидкостей.

Рис. 2.26. Схема конструкции вихревого насоса:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – окно всасывания; 5 – нагнетательный патрубок; 6 – вал

Рис. 2.27. Схема конструкции осевого насоса:

1 – входной направляющий аппарат; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо;

4 – диффузор

Параметры насосов

Работа насоса и насосной установки характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются:

Подача насоса . Различают объемную и массовую подачу насоса. Объемная (массовая `M ) подача - объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в напорный патрубок в единицу времени. Объемная и массовая подачи связаны соотношением

где r - плотность жидкости.

Напор насоса - представляет собой энергию, сообщаемую насо­сом единице веса перемещаемой жидкости. Напор, в соответствии с уравнением Бернулли, равен разности полных напоров за насосом на линии нагнетания и на линии всасывания:

где p н и p вс - абсолютные давления на выходе и входе насоса; w н и w вс -скорости жидкости на выходе и входе насоса; z н и z вс - высоты точек замера давления, отсчитанные от произвольной горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность - мощность, сообщаемая насосом, перемещаемой жидкости:

Мощность на валу (эффективная) :

Коэффициент полезного действия представляет про­изведение трех коэффициентов, характеризующих отдельные виды потерь энергии в насосе :

,

где - гидравлический, объемный и механический КПД насоса, соответственно.

Таким образом, потери энергии в насосе подразделяются на гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери энергии связаны с трением жидкости и вихреобразованием в проточной части. Для лопастных насосов это сопротивление подвода, рабочего колеса и отвода.

Теоретический напор H т , создаваемый насосом, больше напора действительного H на величину гидравлических потерь h г :

.

Гидравлический КПД представляет собой отношение действительного напора к теоретическому:

Объемные потери связаны с перетеканием жидкости через зазоры из области повышенного в область пониженного давления, а также утечками через уплотнения. Часть теряемой энергии учитывается объемным КПД:

где Q т - теоретическая производительность насоса; Q ут - перетечки внутри и утечки из насоса.

К механическим потерям относят трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости о нерабочие поверхности рабочих колес (дисковое трение). Величина механических потерь оценивается механическим КПД:

.

Обычно для современных центробежных насосов h г = 0,90-0,96; h об = 0,96-0,98; h мех = 0,80-0,94. Значения КПД насосов, таким образом, находятся в пределах 0,6-0,9.

Для оценки насосного агрегата в целом используется КПД агрегата (насосной установки) - h а , вычисляемый как отношение полезной мощности насоса к мощности агрегата (в случае электрического привода насоса мощность агрегата - электрическая мощность на клеммах двигателя).

Таким образом, мощность насоса при электрическом приводе

Мощность приводного двигателя выбирают с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых отклонениях от номинального режима и при пуске, его мощ­ность выбирают с запасом

где коэффициент запаса мощности k =1,1-1,5 (принимается большим с уменьшением мощности насоса).

Насосная установка

Насосная установка включает в себя насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, системы регулирования, контроля и защиты.

На рис. 2.28 приведена насосная установка на основе лопастной машины. К насосу 1 жидкость поступает из приемной емкости 2 по всасывающему трубопроводу 3. Жидкость насосом нагнетается в напорный резервуар 4 по напорному трубопроводу 5. На нагнетании насоса имеется задвижка 6, при помощи которой можно менять подачу насоса. Иногда на трубопроводе 5 устанавливают обратный клапан 7, перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий обратному току жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на всасывающем трубопроводе устанавливают задвижку 8, которую перекрывают при остановке или ремонте.

Рис. 2.28. Насосная установка

Работа насоса может контролироваться расходомером, измеряющим производительность насоса, манометром 11, установленным на напорном трубопроводе, и мановакууметром 12, установленным на всасывающем трубопроводе, позволяющим определять напор насоса.

Рассмотрим случай, когда жидкость необходимо подавать на высоту h г из приемной емкости с давлением p 1 в напорную емкость с давлением p 2 . Запишем уравнения Бернулли для сечений 1 - 1 и 0 - 0 (сторона всасывания):

и 0 - 0 и 2 - 2 (сторона нагнетания):

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений на всасывании и нагнетании равны:

, .

В связи с тем, что приемная и напорная емкости имеют большие объемы и площади резервуаров много больше площади трубопроводов, принимается, что w 1 = w 2 = 0 .

Тогда напор насоса равен:

Таким образом, напор насоса затрачивается на преодоление разности давлений в напорном и приемном резервуарах, сообщение кинетической энергии потоку жидкости на выходе из насоса (при равенстве диаметров трубопроводов на всасывании и нагнетании насосов d вс =d н , скорости на всасывании и нагнетании одинаковы w вс =w н , в этом случае второе слагаемое равно нулю), подъем жидкости на высоту и преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Если давления в емкостях равны и трубопровод горизонтальный, напор, создаваемый насосом, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Напор насоса экспериментально можно определить по показаниям манометра и мановакууметра на выходе и входе насоса:

где Dh – разность в высотах расположения манометра и мановакууметра.

Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является допускаемая вакуумметрическая высота всасы­вания , которая определяется из уравнения Бернулли для сечений 1 – 1 и 0 – 0:

где р п – давление насыщенного пара при температуре перекачиваемой жидкости; Dp вс – потери давления во всасывающем трубопроводе.

Величина допускаемой вакуумметрической высоты всасывания связана с геометрической высотой всасывания, которая представляет собой разность высот уровня жидкости в приемном резервуаре и осью всасывающего трубопровода насоса. Если уровень жидкости в приемном резервуаре расположен выше оси всасывающего трубопровода насоса, то эту величину называют подпором (представляет отрицательную геометрическую высоту всасывания).

На сегодня люди, которые имеют загородные дома и другого рода постройки, не могут обойтись без насосов для питьевой воды.

Все они делятся на определенное количество видов и типов, которые предназначены для выполнения ряда задач.

1 Виды насосов: общая классификация

Условно все они делятся на несколько видов и типов. Общая классификация выглядит следующим образом:

По принципу работы:

По назначению:

• насосы для воды;
• дренажные;
• циркуляционные.

Способ забора воды:

• погружные;
• инжекторные;
• наружные.

Отдельным видом можно посчитать магистральный насос – гидравлическую машину, которая используется для перекачивания нефти и всех нефтепродуктов. Они обеспечивают высокие напоры бака, надежность и экономию во время использования, а также беспрерывную работу.

Зачастую все они горизонтальные, что позволяет сэкономить место и более тщательно распланировать подачу воды в частном доме.

1.1 Типы насосов: детальное описание

Поверхностные. Устройства небольшой мощности можно устанавливать на поверхности водоема. Это можно делать в том случае, если колодец или любой другой водоем имеет чистую воду и не находится на большой глубине. Агрегат подобного вида можно установить самостоятельно, используя для этого специальный «поплавок».

Стоит отметить, что такие конструкции бывают как горизонтальные, так и вертикальные. В свою очередь они также делятся на:

Погружные. Дачный экземпляр погружного вида используется для подачи большого напора воды с больших и малых глубин. Они подходят для использования в колодезях и скважинах.

Погружные насосы в свою очередь делятся на:

• колодезные (бытовой – частично или полностью погружается в воду, подача воды осуществляется благодаря поплавку-выклучателю, который работает автоматически);
• скважинные (на воду насос, который предназначен для подачи воды с большой глубины; агрегат способен качать воду с примесями и землей);
• дренажные (горизонтальные насосы работают на небольшой глубине и предназначаются для подачи загрязненных вод);
• фекальные (агрегат с помощью аккумулятора откачивает канализационные отходы, сюда также входят насосы для сточных вод).

1.2 Виды насосов для воды

Помимо указанной классификации для работы с водой учитывается состояние самой жидкости, а именно ее степень загрязнения и ряд других критериев, которые необходимо учитывать при выборе насосов.

Всего они делятся на насосы для:

• чистой воды (агрегат способен поставлять воду с минимальным количеством примесей; предназначен для работы в колодезях и скважинах);
• воды со средней степенью загрязнения (горизонтальные устройства, которые способны перекачивать воду с коэффициентом примесей в 200 г/м³; сюда входят насосы для морской воды, небольшие насосные станции и ряд других агрегатов);
• воды с высокой степенью загрязнения (сюда входят виды для слива воды, канализационные насосы, а также для отвода сточных вод).

1.3

Одним из видов данных устройств есть насосные станции. Их преимуществом является простота и доступность в эксплуатации, большим временем работы (долгосрочное использование мотора), обслуживание нескольких точек (домов) одновременно. Сюда относятся: ветряные насосы для воды и солнечный насос.

Перечень элементов, из чего состоит станция, составляет:

• собственно насос;
• обратный клапан;
• гидроаккумулятор;
• несколько датчиков управления.

Принцип работы состоит в том, что с помощью сильного давления воздуха, который собирается в грушеобразном отделе, происходит выкачивание воды.

Стоит отметить, что это полностью бесшумный насос, благодаря чему можно избежать лишних звуков. С помощью бака, какие бывают установлены на насосных станциях, можно увеличить производственные качества самого агрегата.

2 Преимущества и недостатки разных видов и типов насосов

Несмотря на большое количество насосов на воду все они имеют свои преимущества и недостатки, начиная от бака и системы подачи, заканчивая способами перемещения воды и других жидкостей из емкости.

2.1 Насосы для наружного использования

Устройства подобного типа используются для работы с колодцами, открытыми водоемами и некоторыми системами водоснабжения, которых есть несколько оптимальных видов. Сами они рознятся размером, мощностью, работой на батарейках или с помощью топливных препаратов и прочим.

Их преимущества:

Их недостатки:

• не работают на глубине от восьми метров;
• из-за электродвигателя являются очень шумными (есть бесшумные варианты, которые стоят в несколько раз дороже).

2.2 Насосы погружного типа

Установки данного типа предназначены для забора воды со скважин и колодцев, а также для увеличения скорости подачи воды. Особенностью является то, что он погружается непосредственно в воду или ту жидкость, которую он должен откачивать.

Их преимущества:

• возможность подъема воды с глубины в 40-50 метров;
• бесшумная работа двигателя бака;
• небольшие габариты самого устройства.

Стоит отметить, что в данном типе насосов эксперты не отмечают никаких недостатков, благодаря чему они являются оптимальным вариантом на даче или других сооружениях.

2.3 Насосы инжекторного типа

Техника данного рода имеет две трубы — с большим и меньшим диаметром, каждая из которой имеет специальную насадку — инжектор. Именно последняя имеет повышающие качества и позволяет откачивать воду с большой глубины (от 10 метров).

Их преимущества:

3 Конструкция насоса

Несмотря на разнообразие видов и типов водяные насосы имеют практически одинаковое строение и состоят их таких элементов:

• камера;
• колесо;
• насосный вал;
• аппарат направляющего типа;
• нагнетательный патрубок;
• насосный корпус;
• патрубок для всасывания воды и жидкостей.

Все это в соединении позволяет приводить в движение насос или насосную систему и осуществлять подачу воды.

4 Как выбрать?

Сколько бы ни было видов устройств и станций, только один подойдет для использования. Выбрать его можно с помощью экспертов, обратившись в магазин или сервисный центр, или воспользовавшись советами по выбору этой системы.

4.1 Вид водоема

Прежде чем приступить к выбору, вы должны четко установить вид водоема, в котором он будет работать. Здесь важно учитывать:

• размер водоема;
• глубину водоема;
• уровень загрязнения воды;
• для подачи чистой воды или вывода сточных вод.

Установив ответы на эти три вопроса-категории можно смело приступить к следующему.

4.2 Глубина

Значение имеет глубина, на которой будут работать данные устройства, то, насколько они поднимут воду:

• поверхностные;
• на глубину до 10 метров;
• на глубину до 20 метров;
• на глубину от 20 метров.

Стоит отметить, что не стоит выбирать аппараты для глубины подачи от 20 метров, если у вас поверхностный водоем или глубиной до 10 метров.

4.3 Количество обслуживающих пунктов

Здесь речь идет о количестве домов, которые будет обслуживать система водоснабжения. Если речь идет о покупке агрегата только для одного дома, можно обойтись одним аппаратом, если для двух и больше домов – понадобится насосная станция.

4.4 Производитель

Растущее количество производителей привело к увеличению спроса и усложнению выбора. Несмотря на это, на мировом рынке уже пару лет массовым спросом пользуются агрегаты немецких и итальянских производителей.

4.5 Все про насосы: Как выбрать насос и какие бывают насососы (видео)