Насосы других типов

В химической и нефтехимической промышленности широко ис­пользуют насосы и других типов. Из всего их многообразия наибо­лее широко распространены осевые, вихревые и струйные насосы.

Осевые насосы. В насосе этого типа способ передачи энергии потоку жидкости принципиально не отличается от способа пере­дачи энергии в центробежном насосе. Различие состоит в том, что если в центробежном насосе жидкость входит в рабочее колесо вдоль оси насоса, а выходит по радиусу, то в осевом насосе вход и выход жидкости организованы вдоль оси.

Схема осевого насоса приведена на рис. 7.12. Рабочее колесо состоит из втулки-ступицы 1 большого диаметра и рабочих лопа­стей 2 изогнутой формы. Колесо посажено на вал 4 и вращается с высокой частотой. Под воздействием лопастей жидкость движется с большой линейной скоростью, т.е. получает значительную ки­нетическую энергию. Одновременно она перемещается вдоль оси насоса и после прохождения рабочего колеса поступает в непод­вижный направляющий аппарат 3. Здесь при прохождении через профилированные неподвижные лопатки поток жидкости «вы­прямляется», и линейная скорость уменьшается. При этом кине­тическая энергия преобразуется в потенциальную энергию дав­ления.

Рабочее колесо и направляющий аппарат установлены соосно в корпусе 5, который образует проточную полость насоса. Отме­тим, что вал насоса проходит внутри втулки неподвижного на­правляющего аппарата.

Для осевых насосов характерны большие значения подачи при относительно малом напоре. В отличие от центробежных насосов мощность осевых насосов уменьшается с увеличением подачи, что вызвано происходящим при этом быстрым падением напора.

Вихревые насосы. Характерными особенностями вихревого насоса являются, с одной стороны, простота конструкции, что обеспечивает его относительную дешевизну и удобство обслужи­вания, а с другой — низкий КПД и, следовательно, неэкономич­ность при эксплуатации.

Эти насосы развивают большой напор при малой подаче. Из-за низкого КПД вихревые насосы не применяют при высокой мощ­ности во избежание больших потерь энергии.

Схема вихревого насоса представлена на рис. 7.13. В корпусе 6 соосно размещено рабочее колесо 5, имеющее форму диска, на наружной кромке которого расположены радиальные лопатки 4. Между лопатками и наружной поверхностью диска образуются полости, заполняемые жидкостью. Часто применяют колёса с двумя самостоятельными кольцевыми рядами межлопаточных полостей и перегородкой между ними.

Между рабочим колесом и корпусом остается зазор — проточ­ный канал для жидкости. Входной 3 и выходной 1 патрубки отде­лены друг от друга перемычкой 2..

При вращении рабочего колеса жидкость под действием лопа­ток приобретает большую линейную скорость (т. е. значительную кинетическую энергию). Под действием центробежных сил про­исходит выброс жидкости из рабочей полости в радиальном на­правлении. В проточном канале корпуса она пронизывает движу­щуюся с относительно малой скоростью жидкость. За счет жидко­стного трения покинувшая колесо жидкость тормозится, и ее ки­нетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию дав­ления.

В пространство между лопатками на место ушедшей жидкости подсасывается жидкость из проточного канала корпуса. На нее вновь воздействуют лопатки рабочего колеса. Этот процесс при поворо­те колеса происходит многократно, и жидкость движется по спи­рали. Ее энергия по ходу движения возрастает.

Низкие значения КПД такого насоса обусловлены его конст­рукцией и принципом действия. Следует обратить внимание на то, что часть жидкости, получившей энергию в рабочем колесе, вместо того чтобы поступить в напорный трубопровод, вновь воз­вращается во всасывающую полость. Это та жидкость, которая находится в межлопаточном пространстве рабочего колеса и про­ходит под перемычкой между патрубками. Таким образом, часть жидкости циркулирует внутри насоса, создавая объемные потери. Сложное движение жидкости по спиральной траектории с изме­нением скорости и жидкостным трением предопределяет боль­шие гидравлические потери. В целом КПД вихревого насоса, как правило, не превышает 0, 4.

Особенностью характеристик вихревых насосов является то, что с увеличением подачи напор насоса быстро уменьшается. При этом снижается и мощность насоса, а максимальные значения КПД приходятся на довольно узкий диапазон значений подачи.

Вихревые насосы склонны к такому явлению, как кавитация. Она возникает на входе в насос, где резко возрастает скорость жидкости и соответственно понижается давление. Для предотвра­щения этого явления выпускают центробежно-вихревые насосы. Они имеют две ступени. В первой, центробежной ступени жид­кость приобретает повышенное давление, заведомо превышаю­щее давление насыщенных паров, поэтому при ее поступлении в вихревую ступень появление кавитации исключено.

Струйные насосы. В струйных насосах энергию в поток перека­чиваемой жидкости вносит поток рабочей жидкости, имеющий заведомо большую скорость. Схема струйного насоса приведена на рис. 7.14.

Рабочая жидкость по трубе 1 через сопло 2, в котором приоб­ретает большую скорость, поступает в камеру смешения 3. На входе в нее при увеличении скорости рабочего потока давление пони­жается. За счет этого перекачиваемая жидкость подсасывается в камеру смешения через входной патрубок 6 и камеру подвода жидкости 5.

В камере смешения оба потока, взаимодействуя за счет жидко­стного трения, приобретают некоторую усредненную скорость, образуя общий поток. При этом кинетическая энергия перекачи­ваемого потока возрастает вследствие уменьшения таковой в ра-

Рабочая жидкость может быть аналогична перекачиваемой. Ино­гда используют другую жидкость, в частности воду, водяной пар или газ (водо-, паро- или газоструйные насосы).

Достоинством струйных насосов является отсутствие подвиж­ных частей. Энергию для обеспечения перемещения поток полу­чает не в самом насосе, а за его пределами. Это позволяет устанав­ливать насос во взрывоопасном помещении, где использование электродвигателя сопряжено с определенными проблемами. Струй­ные насосы могут перекачивать загрязненные жидкости.

Простота конструкции (отсутствие подвижных частей) сочета­ется с существенным недостатком струйных насосов — низким КПД (до 0, 3). Потери энергии в таком насосе связаны с вихреобразованием, происходящим при большой скорости потока, и зна­чительным трением в камере смешения и диффузоре.

Контрольные вопросы

1.Какие изменения происходят в потоке жидкости при попадании в насос? Каково назначение насосов?

2.Как воздействуют на жидкость насосы кинетического и объемного действия?

3.Какие параметры характеризуют работу насоса?

4.Какие потери энергии имеют место внутри насосов?

5.Какое оборудование обычно входит в состав насосной установки?

6.С какой целью в насосной установке применяют манометр и ваку­умметр?

7.Каковы устройство и принцип действия центробежного насоса? Что происходит с жидкостью внутри него?

8.Как меняются параметры центробежного насоса при изменении частоты вращения вала?

9.Каковы основные характеристики работы центробежного насоса? Какой вид они имеют на графике?

10.Что такое рабочая точка насоса? Какие параметры насоса можно определить по расположению рабочей точки на графике?

11.Назовите способы изменения подачи центробежного насоса.

12.Почему ограничена высота установки насоса над уровнем жидко­сти в исходном резервуаре?

13.Что такое кавитация в насосе и как уменьшить вероятность ее воз­никновения?

14.Опишите устройство и принцип действия осевого насоса. Каковы особенности траекторий движения жидкости в осевом и центробежном насосах?

15.Как устроен и действует вихревой насос? Почему вихревые насосы имеют низкий КПД?

16.Каковы устройство и принцип действия струйного насоса? Пере­числите его достоинства и недостатки.

17.Изобразите схему устройства поршневого насоса простого дей­ствия. Каким образом происходит передача энергии жидкости? Каковы достоинства и недостатки поршневых насосов?

18.Почему неравномерность подачи жидкости в поршневом насосе является его недостатком? Назовите способы устранения неравномер­ной подачи.

19.Изобразите схему поршневого насоса двойного действия. Сравните работу насосов простого и двойного действия.

20.Какими средствами можно изменить подачу поршневого насоса?

21.Назовите основные элементы роторных насосов. Изобразите схему шестеренного насоса и опишите его действие.

22.Каковы достоинства и недостатки роторных насосов?

Глава 8