Классификация насосов по принципу действия, устройству и среде.
Содержание
Классификация насосов вследствие огромного разнообразия конструкций, областей использования, материалов и много другого является очень трудоёмкой задачей.
А если учитывать всё большее количество появляющихся с каждым днем моделей, то единая всеобъемлющая таблица, в которой будут указаны виды насосов и их классификация не представляется возможным.
Сам насос — это гидравлическая машина, которая преобразует механическую энергию приводного двигателя (например вращение электродвигателя) в энергию потока жидкости, которая необходима для перемещения жидкости и создания напора.
На практике оборудование разделяется по наиболее важным признакам.
Классификация насосов по принципу действия.
Насосы по принципу действия можно разбить на две группы:
объемные;
Объемный тип.
В насосах объемного типа определенный объем перекачиваемой жидкости отсекается и перемещается от входного патрубка насоса к напорному, при этом жидкости сообщается дополнительная энергия, главным образом в виде энергии давления.
Насосы объемного типа подразделяются на две подгруппы: возвратно-поступательного действия; роторные.
В возвратно-поступательных насосах перемещение жидкости достигается за счет осевого перемещения поршня или диафрагмы в цилиндре насоса.
Цилиндр насоса с помощью клапанов попеременно соединяется с подводящим и напорным трубопроводом. Основным недостатком возвратно-поступательных насосов является неравномерность (так называемая пульсация) подачи.
Для выравнивания подачи насосы выполняют многопоршневыми и применяют воздушные колпаки.
Насосы возвратно-поступательного действия можно классифицировать по следующим признакам: способу действия поршня-одностороннего или двустороннего действия; положению поршня и цилиндра – горизонтальные и вертикальные;
форме поршня – дисковые, плунжерные.Роторные насосы.
В роторных насосах один или несколько вращающихся роторов образуют в корпусе насоса полости, которые захватывают перекачиваемую жидкость и перемещают её от входного патрубка насоса к напорному.
Роторные насосы обеспечивают более равномерную подачу, в них отсутствует отсекающая клапанная система.
Наибольшее распространение получили такие конструктивные схемы роторных насосов как:
винтовые – одно и многовинтовые; пластинчатые – одно и многопластинчатые.Динамические насосы.
В динамических насосах приращение энергии происходит в результате взаимодействия потока жидкости с вращающимся рабочим органом. Принято подразделять такие агрегаты на две основные группы:
вихревые.В лопастных насосах жидкость получает приращение энергии за счет взаимодействия с вращающейся решеткой лопастей рабочего колеса. В рабочем колесе происходит приращение потенциальной и кинетической энергии жидкости.
Кинетическая энергия в неподвижных элементах насоса (таких как отводы) превращается в энергию давления.
Обычно лопастные насосы не обладают свойством самовсасывания. Для запуска в работу необходимо будет заполнить их водой (или другой перекачиваемой жидкостью).
В вихревых насосах приращение энергии перекачиваемой жидкости осуществляется за счет турбулентного обмена энергией основного потока в канале насоса и вторичного потока в рабочем колесе.
В промышленности большее распространение получили лопастные насосы, которые по направлению потока в рабочем колесе подразделяются на центробежные( радиальные и диагональные) и осевые.
В зависимости от соотношения параметров (таких как напор, расход и число оборотов) изменяется форма проточной полости насоса, в частности рабочего колеса.
Классификация центробежных насосов по свойствам перекачиваемой жидкости.
От физико-химических свойств перекачиваемой жидкости зависит конструктивное исполнение и применяемые материалы в насосах. По этому признаку насосы делятся на следующие группы:
для загрязненных жидкостей и взвесей; для агрессивных и радиоактивных жидкостей; для жидких металлов; для эрозирующих жидкостей и твердых веществ.В зависимости от перекачиваемой жидкости насосы подразделяются на:
холодные – перекачивающие среду с температурой не более 100 0С; горячие – перекачивающие среду с температурой более 100 0С.Классификация по назначению.
Один и тот же тип насосов может эксплуатироваться в различных технологических процессах – это основной принцип классификации по назначению.
Одним из примеров такой классификации центробежных насосов может служит разделение оборудования по группам на крупных промышленных объектах, например на электростанциях.
На электростанции принято подразделять оборудование на две группы: насосы тепловой схемы; вспомогательные агрегаты.
К первой группе относятся: питательные насосы – они обеспечивают подачу питательной воды в котел при высокой температуре и давлении; конденсатные – такие агрегаты необходимы для откачивания конденсата из конденсатора и подачи его к питательным насосам;
циркуляционные – используются для поддержания циркуляции в паровых котлах ТЭС и главных циркуляционных насосах; сетевые насосы – обеспечивают работу теплофикационным сетям и подают воду с высокой температурой в отопительные системы здания; насосы системы охлаждения – подают большое количество холодной воды для охлаждения конденсаторов и другого оборудования.К группе вспомогательных относятся агрегаты систем химводоочистки, маслоснабжения и регулирования, насосы для уплотнений и т.п.
Классификация пожарных насосов.
Классификация центробежных пожарных насосов характеризуется набором основных параметров агрегата, таким как напор, подача, коэффициент полезного действия, высота всасывания и мощность.
Основным требованием к пожарному агрегату является высота подачи воды под давлением. Напор насоса системы пожаротушения зависит от устройства оборудования, а именно от количества рабочих колес.
Модели с одним рабочим колесом принято называть одноступенчатыми, с двумя и более – многоступенчатыми. Чем больше рабочих колес в агрегате – тем на большую высоту он способен поднять воду.
При установке системы пожаротушения в здании следует учитывать и то, что периодически потребуется проводить профилактические работы по проверке работоспособности, для того, что в случае необходимости оборудования выполнило свои функции.
Устройство и классификация насосов.
Этот вид классификации чем то похож на первый. К примеру, для насосов объемного типа классификация по устройству выглядит следующим образом:
одно, двух, трех и многопоршневой насос; оппозитный, V-образный; одно, двух и многорядный.Устройство вихревых насосов в большинстве случаев выполняются одноступенчатыми, консольного типа.
Устройство и принцип действия центробежных насосов. Классификация, характеристики
Если рассматривать устройства, которые используются для перекачки жидкостей, самым практичным будет центробежный насос. Данное оборудование обладает высокой производительностью и обеспечивает мощный напор, но конструкция при всех положительных особенностях является предельно простой. Насосные станции и бытовые помпы, которые используются для организации автономного водопровода или для полива дачных участков, относятся к данному типу.
Устройство насоса
Устройство и принцип действия центробежных насосов будут описаны в статье. Если рассматривать первую часть вопроса, то можно выделить, что рабочий элемент в простом исполнении состоит из корпуса, который внешне напоминает улитку или спираль. Внутри находится вал и рабочее колесо, последнее из которых закрепляется как раз на валу. Шпонка обеспечивает передачу вращения от вала к колесу. Рабочее колесо имеет в составе два диска и лопатки, которые закреплены между ними.
Лопатки обладают изогнутой формой и обращены выпирающей стороной к направлению вращения. Если вас заинтересовали характеристики центробежных насосов, то вы должны знать о том, что корпус изготавливается из чугуна или стали, а вот рабочие колеса, как правило, выполняются из полимеров. Вал рабочего колеса в разных моделях может быть консольным или двухопорным. В последнем случае конструкция дополняется подшипниками. Выходя за пределы корпуса и связываясь с ротором коленчатого или электрического вала с помощью муфты, хвостовик выступает в роли привода.
Для того чтобы исключить утечку перекачиваемого вещества через отверстия в корпусе, конструкция наделяется уплотнением.
Надежная герметичность
Если вас заинтересовали устройство и принцип действия центробежных насосов, то лучше всего в момент приобретения отдать предпочтение оборудованию, которое обладает торцевым уплотнением вала. Этот вариант отличается более высокой надежностью, чем сальниковая набивка, которая на сегодняшний момент уже считается устаревшей. Торцевое уплотнение обеспечивает полную герметичность корпуса даже в том случае, когда вал рабочего колеса оказывается смещенным. Высокая надежность гарантируется и при вибрациях, которых нельзя избежать в процессе работы насоса.
Принцип действия
После того как устройство и принцип действия центробежных насосов вам станут известны, вы можете приобрести оборудование и приступить к его установке. Однако перед этим стоит более подробно ознакомиться с тем, какой принцип работы использует описываемый агрегат. Таким образом, после того как двигатель будет запущен, вал насоса начинает вращаться. Лопатки колеса приводят в действие вещество, находящееся в рабочей камере. Жидкость начинает передвигаться по кругу, подвергаясь центробежной силе. Модуль данной силы будет больше, чем дальше молекулы перекачиваемой среды будут находиться от центра вращения. В конечном итоге вода окажется выброшенной на периферию рабочего колеса, после она поступит на выходной патрубок. Это обеспечивает поддержание давления за счет центробежной силы.
Классификация по числу ступеней
Для того чтобы сделать правильный выбор оборудования, необходимо знать устройство и принцип действия центробежных насосов. Это касается и классификации. Разделить агрегаты можно по ряду признаков, в том числе и по числу ступеней. Установки могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. В первом случае в конструкции установлено только одно рабочее колесо, данная система является классической. Если же есть необходимость развить значительный напор, то используются многоступенчатые насосы, в которых несколько рабочих колес, установленных на один вал. Принцип работы такого оборудования заключается в том, что каждое колесо с рабочей камерой образует ступень. Корпус выполнен таким образом, что жидкость переходит с одной ступени на другую до тех пор, пока не достигнет выходного патрубка.
Классификация по направлению оси вращения
Если вас заинтересовали характеристики центробежных насосов, то вы должны для начала определиться, к какому классу относится то или иное оборудование. Подразделить устройства можно еще и по направлению оси вращения. Это указывает на то, что вал может находиться в горизонтальном или вертикальном положении.
Первый вариант считается наиболее распространенным, что обусловлено простотой обслуживания. Вторая разновидность предполагает меньше места для установки, так как двигатель находится под корпусом. К этому типу можно отнести большую часть скважинных насосов, которые предназначены для работы в стесненных условиях. Подобные центробежный насос для скважины обладают одним минусом, который выражен в том, что для обслуживания или ремонта корпуса придется снять двигатель.
Классификация насосов по способу установки и их характеристики
В продаже представлены центробежные промышленные насосы в широком ассортименте, они могут отличаться между собой по способу монтажа. В зависимости от поставленных перед оборудованием целей и условий использования, следует выбрать поверхностный, полупогружной или погружной насос. Поверхностные располагаются непосредственно около источника или в некотором отдалении от него. Заплатить за такое оборудование придется меньше. Устройство будет постоянно находиться на виду, что указывает на легкодоступность для обслуживания и контроля. Недостатком выступает условие, при котором уровень воды в источнике должен находиться в 8 метрах или выше относительно уровня установки агрегата. Именно поэтому с глубокими скважинами и колодцами такое оборудование работать не будет.
Характеристики полупогружных и погружных насосов
Рассматривая промышленные насосы, вы наверняка обратите внимание на полупогружные модели, в которых вал располагается вертикально. Некоторая часть корпуса будет погружена в источник, наиболее часто такое оборудование используется для выкачивания жидкости из приямков. Когда есть необходимость выкачать жидкость из глубоких скважин и колодцев, используются погружные насосы, которые в процессе эксплуатации подвешиваются на цепь или трос.
Устройство предстоит полностью погрузить в воду. Так как работа центробежного насоса погружного типа будет сопровождаться воздействием на корпус агрессивной среды, он должен обладать определенными характеристиками, среди которых — устойчивость к коррозии наружных элементов конструкции, герметичность корпуса и электрической части, а также исключение вероятности протечек машинного масла сквозь конструкцию насоса. Последнее требование очень важно, так как при попадании в колодец или скважину машинного масла, удалить его будет очень проблематично и дорого.
Классификация насосов по способу забора воды и характеристики оборудования
Производительность центробежного насоса будет зависеть от мощности двигателя, эту характеристику вы сможете найти в паспорте устройства. Не следует экономить, приобретая агрегат с минимальной мощностью, так как в этом случае при больших нагрузках оборудование будет работать на износ. Однако этот параметр является одним из самых важных при выборе. Требуется обратить перед приобретением еще и на то, какой способ забора воды используется той или иной моделью. Схема центробежного насоса вам позволит понять, из каких частей состоит конструкция, это особенно важно, если монтажные работы вы будете производить самостоятельно. Необходимо разобраться еще и с тем, какое перед вами оборудование: насос нормального всасывания или самовсасывающее устройство.
В первом случае вода может поступать самотеком, тогда как самовсасывающие модели будут способны поднять воду с определенной глубины. Как показывает практика, этот параметр не превышает 8 метров.
Что собой представляет центробежный насос – его устройство и принцип действия
Если разговор зашел о центробежных насосах, то необходимо отметить, что это самые распространенные гидравлические машины динамического действия. Их область применения настолько широка, что, наверное, сразу не вспомнить те сферы человеческой деятельности, где бы они не применялись. Поэтому стоит подробнее разобрать центробежный насос (устройство и принцип действия), а также рассмотреть его классификацию.
Помимо этого, центробежный насос – это один из самых популярных видов для проектирования и создания схем водоснабжения частных домов с гидроаккумулятором. Благодаря своей надежной конструкции и долговечности он распространен не только в загородном строительстве, но и во многих областях промышленности. К тому же такие конструкции просты в обслуживании и регулировке, которую можно производить самостоятельно. И, пожалуй, решающим фактором при выборе этих насосов является доступная цена из-за несложного процесса изготовления агрегата.
Центробежный насос
Как устроен
Основной деталью устройства центробежного насоса является рабочее колесо. Это совершенно уникальная конструкция, с помощью которой внутри рабочей полости создается давление, перекачивающее воду или любую другую жидкость. Это давление и есть напор, который является одной из основных характеристик агрегата.
Рабочее колесо центробежного насоса состоит из диска, на который прикреплены лопатки сложной формы. На фото ниже это хорошо видно. Так вот жидкость, попадая в межлопаточное пространство, подается под большим давлением в отвод, который собой представляет канал особой формы. Так вот именно данная форма и помогает сохранить энергию потока, которая внутри отвода переходит из кинетической в потенциальную. При этом энергетический переход происходит с минимальными гидравлическими потерями.
Рабочее колесо
В настоящее время центробежные насосы (точнее конструкция рабочего колеса) делятся на открытого и закрытого типа. Первые – это диск с лопатками, второй – это то же самое, только добавлен еще один внешний диск, который и с другой стороны закрывает лопатки. Первая модификация используется для перекачивания вязких материалов. Но у второго выше КПД.
Рабочее колесо насаживается на вал, он же ротор устройства, и держится на нем при помощи металлической шпонки, которая передает вращательное движение от вала к колесу. Сам же ротор может держаться в корпусе центробежного насоса по-разному. Здесь в основном две модификации, которые отмечаются в классификации.
- Это когда вал электродвигателя выполняет функции ротора. То есть, на вал электродвигателя насаживается рабочее колесо.
- Это когда ротор является отдельной единицей. Поэтому, чтобы он имел опоры для вращения, его устанавливают в два подшипника, которые в свою очередь являются неотъемлемой частью насосной установки. При этом ротор и вал электродвигателя соединяются между собой для передачи вращательного движения. Соединения могут быть разными: муфта, ременная через шкивы, через несколько муфт и редуктор.
Рабочее колесо на вале электродвигателя
Что касается корпуса прибора, то в основном изготавливают его из чугуна методом литья. Это удешевляет сам агрегат, к тому же чугун является нейтральным материалом ко многим средам, даже агрессивным. Есть стальные насосы, корпус которых изготавливается методом штамповки под очень большим давлением. Есть цельнолитые конструкции, есть сборные, состоящие из нескольких частей, они собирается между собой болтовыми соединениями.
Внимание! Последний вариант является более практичным, потому что его легко разобрать, провести ремонт и собрать. Но самое главное требование – это гладкая внутренняя поверхность, которая не будет препятствовать движению жидкости. Это подчас и определяет КПД центробежного насоса.
Необходимо отметить, что существуют конструкции, в которых на одном роторе устанавливается сразу несколько рабочих колес. Такие агрегаты называются многоступенчатыми. С их помощью можно развить большую мощность, то есть, перекачать большой объем жидкости, а соответственно и увеличить напор прибора. Обычно ротор в таких установках опирается на подшипники, которые смазываются перекачиваемой жидкостью принудительно. То есть, между отсеками, где расположено рабочее колесо и подшипники, находятся каналы, по которым и перемещается жидкость.
Это и есть основные детали центробежных насосов. Чисто конструктивно сам агрегат может быть разным. Это может быть вертикальная или горизонтальная установка, с выходным патрубком, расположенным под 90° или 45°. Как уже говорилось выше, это могут быть насосы с колесом на вале электродвигателя, или на отдельном роторе.
Основные детали
Принцип действия
Итак, как работает центробежный насос. Всасывающий трубопровод располагается по оси насосной установки, то есть, перекачиваемая жидкость попадает на центр рабочего колеса. При его вращении образуется центробежная сила, которая толкает жидкость от центра на периферию. Центробежная сила появляется за счет формы лопаток.
Получается так, что у центра колеса образуется разряжение, а на периферии, наоборот, давление. Именно под его действием жидкость попадает в напорный патрубок. А так как в центре образовалось разряжение, то из напорного патрубка воду начинает затягивать в установку. Это и есть принцип действия центробежного насоса, который основывается непрерывной подаче жидкости.
Принцип действия
Самовсасывающие насосы
Одной из категорий центробежных насосов являются самовсасывающие. То есть, эти насосные установки могут из глубины всасывать жидкости вместе с воздухом между ними. Чисто теоретически высота всасывания центробежных насосов составляет 10,33 м. По техническим причинам этот показатель не превышает 8 м. Он определяет не только высоту всасывания, но и показывает, что внутри вертикальных труб есть определенные потери, которые насос преодолевает.
Внимание! Устанавливая центробежный прибор на вертикальный трубопровод, необходимо учитывать соотношение диаметра трубы и входного патрубка агрегата. Они должны быть или одинаковые, или диаметр трубы должен быть больше патрубка.
При этом очень важно правильно провести монтаж и трубы, и насоса. На фото ниже показано, как это надо делать правильно, даже с учетом обратного клапана или заслонки.
Правила установки
Классификация
Существует несколько позиций, по которым разделяются насосные установки.
- Одно- или многоступенчатые.
- Одно- или многоканальные. Это когда жидкость проходит по каналам в конструкции установки.
- Жидкая среда может попадать внутрь насоса или через один патрубок, или через два.
- Отводиться же она может или кольцевым способом, или спиральным.
- Рабочее колесо открытое или закрытое.
- Ротор мокрый или сухой.
Заключение по теме
Центробежные насосы не зря повсеместно используют в разных областях деятельности людей. Свое место они нашли и в быту. К примеру, их используют для подачи воды из скважин или колодцев, устанавливают в системы отопления в качестве циркуляционных установок, их используют для откачки нечистот из колодцев и септиков. То есть, все мы постоянно сталкиваемся с ними, а значит, знаем об их существовании. Правда, не знаем как они работают, и из каких частей состоят. Ведь основное наше соприкосновение – это нажать кнопку, чтобы он заработал.
¸Классификация насосов
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.
Презентация на тему: Лекция 5
Гидравлика
Классификация гидравлических машин
Гидравлические машины делятся на два больших класса
– насосы и гидравлические двигатели.
Насосы – это устройства для напорного перемещения жидкости в результате сообщения ей энергии.
Гидравлические двигатели – это устройства, в которых рабочий орган получает энергию от протекающей жидкости.
Гидравлические машины находят широкое распространение в сельском хозяйстве. Насосы являются неотъемлемой частью систем водоснабжения, теплофикации, центрального отопления, вентиляции, гидромеханизации. Насосы и гидравлические двигатели применяют в гидроприводе, который служит для приведения в действие рабочих органов многих сельскохозяйственных машин.
Классификация
насосов
Насосы по принципу действия и конструкции делятся на две основные группы – динамические и объемные.
Динамические насосы — насосы в которых жидкость в камере движется под силовым воздействием и имеет постоянное сообщение
свходным и выходным патрубками. Это силовое воздействие осуществляется с помощью рабочего колеса, сообщающего жидкости кинетическую энергию, трансформируемую в энергию давления.
Динамическими являются насосы лопастные, электромагнитные, трения и инерции. К лопастным насосам относятся центробежные, осевые и диагональные насосы. К насосам трения и инерции относятся вихревые, шнековые, лабиринтные, червячные и струйные насосы.
Объемные насосы – насосы, в которых сообщение энергии жидкости осуществляется по принципу механического периодического вытеснения жидкости рабочим телом, создающим в процессе перемещения определенное давление жидкости. В объемных насосах жидкость получает энергию в результате периодического изменения замкнутого объема, который попеременно сообщается то с входом, то
свыходом насоса.
Объемными являются насосы поршневые, плунжерные, диафрагменные и роторные.
Классификация насосов
Классификация гидравлических двигателей
Гидравлические двигатели по принципу действия и конструкции делятся на три основные группы — гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидравлические двигатели.
Гидроцилиндры – это гидравлические двигатели с ограниченным возвратно-поступательным движением выходного звена.
Гидромоторы – это гидравлические двигатели с вращательным движением выходного звена.
Поворотные гидравлические двигатели – это гидравлические двигатели с ограниченным углом поворота выходного звена.
Центробежные насосы
Центробежный насос состоит из рабочего колеса с лопатками, расположенного внутри корпуса.
Рабочее колесо получает вращение от электродвигателя и передает энергию жидкости, находящейся в корпусе насоса.
Под действием центробежной силы жидкость перемещается от центра насоса в радиальном направлении и выталкивается в трубопровод.
Непрерывность работы насоса заключается в том, что при вращении рабочего колеса жидкость, уходя от оси вращения, создает вакуум. Вакуум распространяется во всасывающий патрубок насоса, помещенный в жидкость, чем достигается забор жидкости.
Основные рабочие параметры центробежных насосов
Основными рабочими параметрами центробежных насосов являются напор, подача, коэффициент быстроходности, мощность и коэффициент полезного действия.
Напор Н (м) насоса – удельная энергия, которую сообщает насос жидкости для того, чтобы жидкость могла подняться на определенную высоту или переместиться на определенное расстояние, преодолевая гидравлические сопротивления.
Подача Q (л/с) насоса — объем жидкости, подаваемый насосом в единицу времени.
Коэффициент быстроходности ns (об/мин) – наиболее полная гидравлическая характеристика центробежных насосов.
ns = 3,65n(Q)½ /(Н)¾ ,
где n – частота вращения рабочего колеса насоса.
Коэффициент быстроходности позволяет классифицировать насосы не по одному какому-нибудь параметру, а по их совокупности и дает основание для сравнения различных типов насосов и выбора насоса, наиболее пригодного для работы в заданных условиях.
Основные рабочие параметры центробежных насосов
Полезная мощность Nп (кВт) насоса — это произведение весовой подачи на напор:
Полезная мощность насоса Nп всегда меньше затрачиваемой мощности N (мощности, подводимой к валу насоса), так как в насосе неизбежно возникновение потерь энергии.
Коэффициент полезного действия η – полный коэффициент полезного действия, который учитывает общие потери (гидравлические, объемные и механические).
Гидравлические потери – потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости от входа в насос до выхода из него. Эти потери учитываются гидравлическим КПД – ηг.
Основные рабочие параметры центробежных насосов
Объемные потери – потери энергии, возникающие в результате утечки жидкости из нагнетательной части насоса во всасывающую. Эти потери оценивают объемным КПД насоса — ηо.
Механические потери – потери энергии, возникающие вследствие трения в подшипниках, сальниках, а также вследствие трения наружной поверхности рабочего колеса о жидкость. Эти потери учитывают механическим КПД — ηм.
Полный КПД насоса представляет собой произведение всех трех коэффициентов полезного действия:
Полный коэффициент полезного действия характеризует совершенство конструкции насоса и степень его изношенности.
Максимальный КПД крупных современных насосов достигает 0,9 и более, а КПД малых насосов может составлять 0,6…0,7.
Основное уравнение центробежного насоса
Основное уравнение центробежного насоса впервые было получено Эйлером в 1754 г.
Уравнение центробежного насоса устанавливает связь между напором насоса и геометрическими параметрами рабочего колеса насоса и частотой его вращения:
Нт = u2υ2/g
рт = ρu2υ2,
где u2 – окружная скорость жидкости на выходе из рабочего колеса, υ2 – абсолютная скорость жидкости на выходе из рабочего колеса.
9.3. Область применения насосов
С целью того, чтобы сузить поиск необходимого насоса для той или иной цели рассмотрим область применения различных групп насосов согласно классификации, в зависимости от их основных параметров: подачи Q и напора Н.
Если говорить о возможной подаче, то по мере ее увеличения насосы располагаются в следующем порядке (рис.9.5): объемные, центробежные и осевые. Если же в качестве определяющего параметра рассматривать максимально возможное значение напора, то порядок будет обратным. Что касается насосов трения, то все они в поле Н — Q занимают области, прилегающие к осям координат и характеризуемые малыми значениями либо напора, либо подачи. Таким образом, практически весь диапазон напоров от 1 до 10000 м и подача от нескольких литров до 150000 м3/ч перекрывается большим числом типоразмеров хорошо освоенных промышленностью насосов.
В то же время при решении вопроса об использовании какого-либо насоса в той или иной технологической установке решающее значение помимо рабочих параметров приобретают его эксплуатационные качества.
Рис. 9.5
10. Динамические насосы
Из этой группы насосов более подробно изучаются центробежные насосы, входящие по классификации в подгруппу лопастных насосов, поэтому определению «центробежный насос» должны предшествовать определения «Динамический насос» и «Лопастной насос» согласно ГОСТ 17398-72.
10.1. Центробежные насосы
10.1.1. Схема устройства и принцип действия
Динамический насос – это насос, в котором жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.
Лопастной насос – это динамический насос, в котором жидкая среда перемещается путем обтекания лопасти.
Центробежный насос – это лопастной насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.
На основании приведенных определений составим в простейшем виде схематически конструкцию этого насоса (рис.10.1) консольного типа.
На вал 1 насажено рабочее колесо 2, вращающееся внутри корпуса 3. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), соединенных в единую конструкцию лопастями 4. Лопасти отогнуты плавно в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Передний диск имеет отверстие для подвода жидкости, задний – втулку для крепления колеса на валу. Поток входит в насос в осевом направлении, выходит — в радиальном. На входе в корпус крепится всасывающий патрубок, на выходе – нагнетательный.
Рис.10.1
Рабочее колесо с корпусом образуют спиральную камеру 5, которая затем плавно переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый с напорным трубопроводом. Между валом и корпусом предусмотрено уплотнение 6.
Рассмотрим принцип действия центробежного насоса (рис.10.1). Так как вход и выход этого насоса между собой постоянно сообщаются, то насос принципиально не способен создать достаточное разрежение для его заполнения жидкостью, поэтому перед пуском насоса в работу последней должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью. Для возможности заполнения во всасывающей трубе для малых насосов предусматривается обратный клапан 7, а для более крупных, в которых клапаны отсутствуют, – вакуумирование.
При вращении рабочего колеса на каждый объем жидкости, находящейся в межлопастном канале, действует центробежная сила, под действием которой жидкость выбрасывается из рабочего колеса в спиральную камеру; так как жидкость является сплошной средой без пустот и переуплотнений, то начиная с центра рабочего колеса, жидкость перемещается непрерывными потоками в межлопаточных пространствах, наращивая в основном кинетическую энергию, которая сначала в спиральной камере, затем в диффузоре превращается в потенциальную энергию, т.е. растет давление.
