Общие сведения
Насосами называются машины, служащие для перекачки и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкостей с твердыми и коллоидными веществами и газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов (газообразных жидкостей) выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров.
Насосы в настоящее время являются самым распространенным видом машин. По принципу действия насосы подразделяются на:
а) центробежные, у которых перекачка и создание напора происходят вследствие центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса;
б) осевые (пропеллерные) насосы, рабочим органом у которых служит лопастное колесо пропеллерного типа. Жидкость в этих насосах перемещается вдоль оси вращения колеса;
в) поршневые и скальчатые насосы, в которых жидкость перемещается при возвратно-поступательном движении поршня или скалки. К этой группе можно отнести простейший вид поршневых насосов - диафрагмовые насосы, у которых рабочим органом служит резиновая или кожаная диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения;
г) тараны, работающие за счет энергии гидравлического удара; д) струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет
энергии потока вспомогательной жидкости, пара или газа; е) эрлифты (воздушные водоподъемники), в которых рабочим телом является
сжатый воздух.
Насосы, применяемые в различных производственных установках, должны выполнять одну, две или все три перечисленные функции. Насосная установка состоит из собственно насоса 3; резервуара 5, из которого насос всасывает жидкость при помощи всасывающего трубопровода 4; напорного резервуара 2, в который подается жидкость с помощью нагнетательного трубопровода 1.
Расходом или подачей насоса Q называют объемное количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени в нагнетательный трубопровод. Следовательно, под расходом понимают то количество жидкости, которое получает потребитель. В действительности, через рабочие органы насоса, его проточную часть проходит большее количество жидкости Q0, которое учитывает объемные потери жидкости, например, через сальниковое или другое уплотнения.
Манометрическим называют напор, создаваемый насосом для преодоления геометрической высоты всасывания Z1 и высоты нагнетания Z2, для преодоления разности давлений на концах трубопровода р2 - p1, т.е. разности между внешним давлением над поверхностью жидкости в нагнетательном резервуаре р2 и внешним давлением на поверхности жидкости во всасывающем резервуаре р1. Кроме того, манометрический напор затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений трубопроводов насосной установки на всасывающей линии h’w и нагнетательной линии h’’w. Поэтому манометрический напор, создаваемый насосом, можно выразить так:
Одним из основных параметров работы насоса является расход мощности N, т. е. количество затрачиваемой насосом энергии для подъема, перемещения и нагнетания жидкости в единицу времени.
Различают теоретическую мощность NT, т. е. такую, которую необходимо было бы затратить для подачи жидкости, преодолевая необходимый манометрический напор при полном отсутствии потерь энергии в самом насосе.
Очевидно, теоретическая мощность (кВт) определяется величиной
В действительности, полная мощность, затрачиваемая двигателем, т. е. мощность на валу насоса или эффективная мощность N больше теоретической N> NT. Поэтому отношение NT:N всегда меньше единицы. Это отношение показывает, какая часть из
всей использованной насосом энергии затрачивается полезно. Вследствие этого указанное отношение принято называть общим коэффициентом полезного действия насоса и обозначать
откуда следует, что.
Устройство и принцип действия поршневых насосов.
Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение
жидклсти из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма).
Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям:
1) по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные;
2) по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачные насосы);
3) по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия.
4) по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые.
Рис. 1. Насос поршневой простого действия
Насос простого действия. Схема насоса простого действия изображена на рис. 1. Поршень 2 связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток 3, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан 6 поднимается и жидкость из расходного резервуара 4 по всасывающему трубопроводу 5 поступает в рабочую камеру 7. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 8 открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод 9.
Так как каждому обороту двигателя соответствует два хода поршня, из которых лишь один соответствует нагнетанию, то теоретическая производительность в одну секунду будет
где F - площадь поршня, м²; l -ход поршня,м;
n -число оборотов двигателя,об/мин.
Для повышения производительности поршневых насосов их часто выполняют сдвоенными, строенными и т.д. Поршни таких насосов приводятся в действие от одного коленчатого вала со смещением колен.
Действительная производительность насоса Q меньше теоретической, так как возникают утечки, обусловленные несвоевременным закрытием клапанов, неплотностями в клапанах и уплотнениях поршня и штока, а также неполнотой заполнения рабочей камеры.
Отношение действительной подачи Q к теоретической QT называется объемным КПД поршневого насоса:
Объемный КПД - основной экономический показатель, характеризующий работу насоса.
Дифференциальный насос.
Рис. 2. Схема поршневого насоса с дифференциальным поршнем
Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе (рис. 2) поршень 4 перемещается в гладко обработанном цилиндре 5. Уплотнением поршня служит сальник 3 или малый зазор со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий 7 и нагнетательный 6, а также вспомогательную камеру 1. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. Так, при ходе поршня влево из вспомогательной камеры в нагнетательный трубопровод 2 вытесняется объем жидкости, равный (F - f)l; при ходе поршня вправо из основной камеры вытесняется объем жидкости, равный fl. Таким образом, за оба хода поршня в нагнетательный трубопровод будет подан объем жидкости, равный
(F - f)l + fl = Fl
т.е. столько же, сколько подается насосом простого действия. Разница лишь в том, что это количество жидкости подается за оба хода поршня, следовательно, и подача происходит более равномерно.