Характеристики відцентрових насосів

Роботу насосу можна охарактеризувати системою трьох кривих: Н = f (Q); N = f (Q) i h = f (Q) при сталому значені частоти обертів n =const; ці криві називаються характеристикою насосу (рис. 27).

Характеристики насосу отримують експериментально, змінюючи продуктивність насосу шляхом відкриття засувки (рис. 24) на нагнітальній лінії і наводяться вони в каталогах насосів.

Рис. 27. Характеристики відцентрових насосів	Рис. 28. Універсальна характеристика відцентрового насосу

В результаті аналізу цих кривих можна скласти повне уявлення про роботу насосу для конкретних умов.

Для вибору робочого режиму і відповідного числа обертів користуються універсальною характеристикою насосу (рис. 28), ці залежності отримують при різних числах обертів. На практиці користуються розмірними й безрозмірними універсальними характеристиками. На рис. 28 представлена розмірна універсальна характеристика для відцентрового насосу, число обертів робочого колеса якого змінюється від 1230 до 2925 об./хв. Безрозмірні характеристики будуються так само, як і розмірні, тільки значення продуктивності, напору і к.к.д. виражаються безрозмірними величинами, які являють собою відношення продуктивностей і напорів до їхніх оптимальних значень.

За універсальною характеристикою можна встановити межі роботи насосу і вибрати найбільш сприятливий режим його роботи.

Коефіцієнт швидкохідності

Усю розмаїтість різних типів коліс відцентрових та осьових насосів по принципу їхньої геометричної та динамічної подібності можна поділити на кілька груп, які характеризуються чисельним значенням коефіцієнту швидкохідності n_s, який розраховується за формулою:

(3.28)

де Q – продуктивність насосу, м³/с; Н – напір, м; n – кількість обертів колеса, об./хв.

Коефіцієнт швидкохідності являє собою кількість обертів колеса, геометрично подібному такому, що створює напір в 1 м при витраті потужності 1 Вт.

Коефіцієнти швидкохідності динамічних насосів наведені в табл.4.

Таблиця 4

Значення коефіцієнтів швидкохідності насосів

D ₁ – діаметр окружності на вході потоку в колесо;

D ₂ - діаметр окружності на виході з колеса.

Осьовий тиск та його врівноважування

Робоче колесо відцентрового насосу обертається у просторі, який заповнений рідиною, і бокові стінки колеса з обох боків знаходяться під тиском. У місці входу рідини в робоче колесо (рис. 29) через кільцевий простір з діаметрами D ₂ i D ₁, де одна з бокових стінок відсутня, тобто з боку всмоктування рідини, має місце нерівність тиску: тиск усередині колеса Р ₁ завжди менший за тиск ззовні Р ₂. Внаслідок цього утворюється сила, яка прагне зсунути робоче колесо уздовж валу в бік усмоктування.

Величина цієї сили приблизно може бути знайдена з рівняння

(3.29)

Рис. 29. Осьовий тиск.

Сила F дещо перевищує дійсне осьове зусилля, оскільки у рівнянні (3.29) не враховується тиск вхідної струмини і відцентрових сил, які виникають внаслідок обертання рідини в зазорі.

В багатоступінчастих відцентрових насосах повне осьове зусилля дорівнює сумі осьових зусиль, які діють на кожне робоче колесо.

Врівноважування осьового зусилля досягається: двобічним підведенням рідини в колесо, симетричним розташуванням робочих коліс, свердлінням в задній стінці колеса отворів, які зрівнюють внутрішній і зовнішній тиск, встановленням гідравлічної п’яти – диска визначеної площі, різниця тисків з обох боків якого врівноважує діюче осьове зусилля.

Робота насосів на мережу

Залежність втрат напору h_втр від витрати Q для будь-якого трубопроводу або розгалуженої мережі виражається рівнянням параболи:

(3.30)

де - коефіцієнт пропорційності, який характеризує

мережу;

- сума коефіцієнтів опору (на тертя і місцеві опори).

Повний напір Н_пов, який повинний створити насос, складається з геометричної висоти підйому рідини Н_г і різниці тиску в резервуарах (рис. 24) :

Н_пов = Н_г+ (3.31)

Крива, яка виражає залежність необхідного напору від витрати рідини через мережу, називається характеристикою мережі (рис. 30)

Н= Н_г+К·Q² (3.32)

Рис. 30. Робота насосу на мережу:   1 – характеристика насосу; 2 – характеристика трубопроводу; А – робоча точка	Рис. 31. Характеристики мережі:   1- крута; 2 – полога

В залежності від коефіцієнта пропорційності розрізняють мережу з крутою (рис. 31, крива 1) і з пологою (рис. 31, крива 2) параболою (характеристикою).

Поєднавши характеристики мережі й насосу, на перетинанні кривих отримуємо точку А (рис. 30), яку називають робочою точкою; вона відповідає найбільшій продуктивності насосу при роботі на дану мережу.

Якщо потрібна більш висока продуктивність, то необхідно збільшити число обертів електродвигуна, або замінити даний насос на насос більшої продуктивності. Можна збільшити продуктивність насосу також шляхом зменшення гідравлічного опору мережі D h_втр.

Спільна робота насосів

На практиці використовують паралельне й послідовне з’єднання насосів. У випадку, якщо продуктивності одного насосу не вистачає, то вмикають в роботу два насоси, які з'єднують паралельно. Графічна залежність сумарної характеристики при паралельному з’єднанні насосів залежить від крутизни характеристики мережі. Для пологої характеристики мережі паралельне включення насосу більш ефективне, ніж для крутої характеристики мережі (рис. 32), тобто

DQ_полог. > DQ_крут.

Для збільшення напору відцентрові насоси вмикають послідовно. І у цьому разі графічна залежність сумарної характеристики насосу залежить від крутизни характеристики мережі. Більший ефект досягається для крутої характеристики мережі і менший - для пологої (рис. 33), тобто

DН_крут. > DН_полог.

Відцентрові насоси мають такі переваги:

1- висока продуктивність і рівномірна подача;

2- компактність і швидкохідність (можливість безпосередньо приєднувати до електродвигуна);

3- простота будови, що дозволяє виготовляти їх з хімічностійких матеріалів, які важко піддаються механічній обробці;

4- можливість перекачувати рідини, які містять тверді частинки, завдяки великим зазорам між лопатками і відсутності клапанів; можливість встановлення на легких фундаментах.

К.к.д. найбільш крупних і ретельно виготовлених насосів сягає 0,95, а к.к.д. поршневих насосів - 0,9.

Рис. 32. Паралельна робота насосів на мережу	Рис. 33. Послідовна робота насосів на мережу

Відцентрові насоси невеликої і середньої продуктивності мають к.к.д. на 10-15 % нижчі за поршневі. Це обумовлене наявністю великих зазорів між порожнинами всмоктування й нагнітання, крізь які можливий витік рідини, а також витратами енергії на неминуче вихроутворення поблизу кромок лопаток робочого колеса. Ця енергія перетворюється на тепло і розсіюється в оточуючому середовищі. Ці витрати різко зростають для високов’язких рідин.

Недоліки відцентрових насосів:

1- відносно низькі напори;

2- зменшення продуктивності при збільшенні опору мережі й різке зниження к.к.д. при зменшенні продуктивності.

3.1.2.1.2. Осьові (пропелерні) насоси

Робоче колесо 2 (рис. 34) з лопатками гвинтового профілю при обертанні в корпусі 4 надає рідині рух в осьовому напрямку. При цьому потік дещо закручується. Для перетворення обертового руху рідини на виході з колеса в поступальний рух у корпусі 4 встановлюють спрямовуючий апарат 3. Осьові насоси використовують для переміщення великих об’ємів рідини (десятки кубі­чних метрів в секунду) при відносно невеликих напорах (від 3-5 до 15-25 м). У порівнянні з відцентровими насосами осьові мають значно більшу подачу, але менший напір. К.к.д. високопродуктивних осьових насосів досягає 0,9 і більше.

Рис. 34. Осьовий насос:

1, 5 – нагнітальний та всмоктувальний патрубки; 2 – робоче колесо; 3 – спрямовуючий апарат; 4 – корпус; 6 – сальник; 7 – грунбукса; 8 – вал.

3.1.2.2. Насоси тертя

Насоси тертя – насоси, в яких рідина переміщається під дією сили тертя. До них відносяться вихрові та струминні.

3.1.2.2.1. Вихрові насоси

Робоче колесо вихрового насосу (рис. 35) являє собою плоский диск с короткими радіальними прямолінійними лопатками 2, які розташовані на периферії колеса. В корпусі 9 є кільцева порожнина 4. Зазор між колесом и корпусом достатньо малий, що запобігає перетоку рідини з порожнини нагнітання в порожнину всмоктування.

Рис. 35. Вихровий насос:

1 – робоче колесо; 2, 4 – нагнітальний і всмоктувальний патрубки; 3 – роздільник потоків; 5 – кільцевий відвід; 6 – міжлопатеві канали; 7 – лопатка; 8 – корпус; 9 – вал.

При обертанні робо­чого колеса рідина, яка знаходиться в міжлопатевих каналах 3, захоплюється лопатками і одночасно під дією відцентрової сили завихрюється. При цьому один і той самий об’єм рідини на ділянці від входу в кільцеву порожнину до виходу з неї багаторазово попадає в міжлопатеві канали, де кожний раз одержує додаткове збільшення енергії і напору. Тому напір вихрових насосів у два-чотири рази більший, ніж у відцентрових, при одному і тому ж діаметрі колеса, тобто при одній і тій самій кутовій швидкості. Це, в свою чергу, дозволяє виготовляти вихрові насоси значно менших розмірів і мас у порівнянні з відцентровими. До переваг вихрових насосів слід віднести також простоту будови і відсутність необхідності заливки всмоктувального трубопроводу і корпусу перед кожним пуском насосу, оскільки ці насоси здатні засмоктувати рідину самостійно.

Характеристика вихрових насосів відрізняється від характеристики відцентрових: зі зменшенням продуктивності насосу напір і потужність різко зростають, досягаючи мак­симуму при Q = 0. Тому пуск цих насосів проводять при відкритій засувці на нагнітальному трубопроводі.

Недоліком вихрових насосів є порівняно невисокий к.к.д. (0,25-0,5) і швидке зношення їхніх деталей при роботі з забрудненими рідинами.

Струминні насоси

В струминних насосах (рис. 36) робоча рідина (як правило, вода або водяна пара) з великою швидкістю із сопла 1 потрапляє в камеру змішування 2. При цьому за рахунок поверхневого тертя в камері змішування створюється розрідження, достатнє для підйому рідини з резервуару в насос. Рідина, що засмоктується, швидко змішується з робочою, і суміш потрапляє спочатку в конфузор 3,в якому швидкість руху суміші плавно збільшується, досягаючи у горловині 4 максимального значення. В дифузорі 5 швидкість потоку зменшується і, у відповідності з рівнянням Бернуллі, кінетична енергія руху переходить в потенційну енергію тиску, внаслідок чого суміш потрапляє в нагнітальний трубопровід під напором.

Рис. 36. Струминний насос:

1 – сопло; 2 – камера змішування; 3 – конфузор; 4 – горловина; 5 – дифузор; 6 – патрубок для подачі рідини, що перекачується.

Струминні насоси підрозділяють на інжектори (нагніталь­ні) та ежектори (всмоктувальні). Подачу струминних насосів характеризують коефіцієнтом інжекції . При кожному

заданому коефіцієнті інжекції ступінь підвищення тиску струминного насосу збільшується зі зменшенням площі перерізу камери змішування відносно площі вихідного перерізу сопла робочої рідини. При зменшенні коефіцієнту інжекції відбувається підвищення тиску, що розвивається струминним насосом.

До переваг струминних насосів відноситься простота будови і відсутність частин, що рухаються, а до недоліків - низький к.к.д. (0,1-0,25), а також низький напір. Струминні насоси можна використовувати тільки в тому випадку, якщо можна змішувати робочу рідину і рідину, що перекачується.

3.1.3. Об’ємні насоси

В об’ємних насосах робочий процес базується на поперемінному заповненні робочої камери рідиною і витісненні її з робочої камери. Ця група охоплює насоси, в яких рідина витискається з замкненого простору тілом, яке рухається зворотно-поступально (поршневі, плунжерні й діафрагмові насоси), або ті, що мають обертальний рух (шестеренні, гвинтові, пластинчасті).

Ці насоси характеризуються невеликою продуктивністю, розвивають великий тиск і мають високий к.к.д.

Поршневі насоси

Принцип дії і типи насосів

Всмоктування й нагнітання рідини в поршневому насосі простої дії відбувається нерівномірно: за два ходи поршня рідина один раз всмоктується і один раз нагнітається.

За кількістю всмоктувань або нагнітань, які здійснюються за один оберт кривошипу, або за два ходи поршня, поршневі насоси поділяться на:

- насоси простої дії;

- насоси подвійної дії;

- диференційні насоси.

За розташуванням поршня розрізняють вертикальні й горизонтальні поршневі насоси.

Схема насосу простої дії наведена на рис. 37. В циліндрі 5 поршень 3 здійснює зворотно-поступовий рух. При русі поршня вправо об’єм збільшується, тиск зменшується, всмоктувальний клапан 1 відкривається і рідина поступає в циліндр. Так відбувається процес всмоктування при закритому клапані 3. При русі поршня вліво об’єм рідини в циліндрі зменшується, тиск в циліндрі зростає. Під дією тиску всмоктувальний клапан 1 закривається, а нагнітальний клапан 3 відкривається і рідина потрапляє в напірний трубопровід. Далі при обертанні маховика 9 кривошипно-шатунний механізм 8 повторює цикл.

За один оберт маховика в поршневому насосі простої дії відбувається два хода поршня: один раз рідина всмоктується і один раз нагнітається.

а

Рис. 37. Схема горизонтального насосу простої дії:

1 – всмоктувальний клапан; 2 – робоча камера; 3 - нагнітальний клапан; 4 – поршень; 5 – циліндр; 6 – шток; 7 - крейцкопф; 8 – шатун; 9 – маховик;

а – графік подачі поршневого насоса.

Подача поршневого насосу за рахунок зворотно–поступового руху поршня пульсуюча. Це наглядно видно з графіка подачі а на рис.37. Для зменшення пульсацій рідини в поршневому насосі встановлюють повітряні ковпаки (рис. 38), використовують насоси подвійної дії (рис. 39) або переходять на диференціальну схему подачі (рис. 40).

Повітряні ковпаки служать для вирівнювання подачі, вони являють собою циліндричної або іншої форми закриту судину 1, 5 (рис. 38), у верхній частині якої знаходиться повітря, що згладжує завдяки своєї пружності пульсації подачі.

В залежності від призначення встановлюють по одному ковпаку на нагнітальному і всмоктувальному трубопроводах або і на нагнітальному, і на всмоктувальному трубопроводах одночасно.

Сутність дії ковпака нагнітальної сторони (рис. 38, поз. 1) полягає в тому, що за такою схемою рідина по­дається насосом не

Рис. 38. Поршневий насос з повітряними ковпаками:   1, 5 – повітряні ковпаки; 2, 6 – нагнітальний і всмоктувальний трубопроводи; 3, 4 – нагнітальний і всмоктувальний клапани; 7 – поршень; 8 – шток; 9 - крейцкопф.

безпосередньо в напірний трубопровід, а у ковпак, частково заповнений повітрям, яке при поточній підвищеній подачі стискається, а при зменшеній - розширюється. Внаслідок зміни об’єму повітря від V _max до V _min і навпаки, об’єм рідини у ковпаку змінюється у зворотному відношенні, тобто максимальному об’єму повітря в ковпаку відповідає мінімальний об’єм рідини і навпаки. Отже, повітряний ковпак приймає об’єм рідини при зростанні подачі насосу і повертає цей об’єм у нагнітальний трубопровід при зменшенні подачі. У зв’язку з цим тиск у ковпаку змінюється від p _mіn до р _mах і знову знижується до p _mіn. Однак, оскільки об’єм повітря в ковпаку може бути відносно великим, то при зменшенні його на величину D V, що дорівнює об’єму акумульованої в ковпаку рідини, вказана зміна об’єму не супроводжується помітною зміною тиску, тобто при достатньому повітряному об’ємі ковпака тиск у ньому під час роботи насосу залишається практично незмінним. Тому рідина потрапляє в напірний трубопровід під сталим напором.

Степінь нерівномірності тиску в ковпаку характеризується величиною

(3.33)

Очевидно, що чим більша різниця (р _max - p _min) і відповідно d, тим сильніші коливання швидкості рідини, що витікає з ковпака в нагнітальний трубопровід під дією тиску в ньому. На практиці вважають, що при d = 0,025 зміни швидкості рідини в трубопроводі настільки малі, що рух можна вважати сталим.

Аналогічне міркування можна провести і стосовно ковпаку на всмоктувальному трубопроводі (рис. 38, поз. 5), з тією лише різницею, що в цьому випадку тиск в ковпаку змінюється по ходу поршня в протилежному порядку.

У відповідності зі сказаним раніше, розрахунок ковпаків зводиться до визначення таких їхніх розмірів, при яких ступінь нерівномірності не перевершує заданої величини.

При наявності повітряних ковпаків в обох циліндрах мож­на приймати при розрахунках, що насос перекачує рідину з нижнього (всмоктувального) ковпака у верхній (нагнітальний), долаючи різницю тисків між ними.

Істотно знижується не­рівномірність в насосах багаторазової дії. Насоси подвійної (рис. 39) мають два всмоктувальних і два нагнітальних клапани. Насос потрійної дії являє собою потроєні насоси простої дії з загальним трубопроводом всмоктування і нагнітання й колінчастим валом, причому кривошипи кожного з трьох насосів простої дії розташовані під кутом 120⁰ один відносно одного. За один оберт колінчастого валу рідина три рази всмоктується і три рази нагнітається.

Диференціальні поршневі насоси (рис. 40) відрізняються від насосів простої дії більш рівномірною подачею, оскільки повна подача за подвійний хід розподіляється рівномірно між ходами. У цих насосах при ході поршня або плунжера вправо утворюється розрідження в камері А над усмоктувальним клапаном, і вона заповнюється рідиною. Одночасно об’єм рідини (який дорівнює об’єму поршня або плунжера, що виходить з внутрішньої порожнини насосу) витискується з напірної камери Б при закритому нагнітальному клапані. При зворотному ході (вліво) усмоктувальний клапан закривається, і об’єм рідини, що поступив до цього у камеру А, витискується з неї через нагнітальний клапан.

Рис. 39. Поршневий насос подвійної дії	Рис. 40. Диференціальний насос

При роботі в умовах високих тисків поршневі насоси потребують складних ущільнюючих пристроїв (поршневі кільця, еластичні манжети), високоточної обробки поверхні поршня та циліндра. Тому для створення високих тисків поршень замінюють порожнім або суцільним плунжером (скалкою). У залежності від конструкції насоси поділяються:

- на власно поршневі (рис. 35, 37);

- плунжерні (скальчасті – рис. 40).

Різниця між поршневим насосам і плунжерним насосом: в поршневих насосах робочим органом є поршень, який має ущільнюючі кільця, що пришліфовані до внутрішньої дзеркальної поверхні циліндру; плунжерні насоси не мають циліндричних кілець і відрізняються від поршневих значно більшим відношенням довжини до діаметру.

В плунжерному насосі роль поршня відіграє плунжер, який ущільнюється за допомогою сальника.

Є плунжерні насоси подвійної дії, які мають більш рівномірну подачу. Є насоси потрійної дії – триплекс.

На рис. 41 представлений плунжерний горизонтальний насос простої дії, в якому всмоктування й нагнітання рідини відбувається внаслідок зворотно-поступового руху плунжера 1 в циліндрі 3. Ущільнення плунжера здійснюється за допомогою сальника 2. В промисловості плунжерні насоси знайшли більш широке використання, ніж поршневі, оскільки потребують менш ретельної обробки внутрішньої поверхні циліндру і простіше ущільнюються (підтягуванням або заміною набивки 2). У зв’язку з цим їх використовують для перекачування забруднених і в’язких рідин, а також для створення більш високих тисків. За швидкістю обертання валу кривошипа поршневі насоси підрозділяють на тихохідні (40-60 об./хв.), нормальні (40-60об./хв.) та швидкохідні (120-180 об./хв. і більше).

Рис. 41. Схема горизонтального плунжерного насосу простої дії:   1 - плунжер (скалка); 2 - сальник; 3 - циліндр; 4 - всмоктувальний клапан; 5 - нагнітальний клапан.	Рис. 42. Діафрагмовий насос:   1 – плунжер; 2 – циліндр; 3 – корпус; 4, 7 – всмоктувальний і нагнітальний клапани; 5, 6 – всмоктувальний і нагнітальний патрубки; 8 – діафрагма; 9 – сальник; 10 – грунбукса.

Різновидом поршневого насосу простої дії є діафрагмовий (мембранний) насос (рис.42), який використовують для перекачування забруднених і агресивних рідин. У цьому насосі циліндр 2 і плунжер 1 відокремлені від рідини, що перекачується, гнучкою перегородкою-діафрагмою 8 з гуми або спеціальної сталі. При русі плунжера наверх діафрагма під дією різниці тисків з двох її боків прогинається впра­во, при цьому відкривається всмоктувальний клапан 4 і рідина потрапляє у насос. При ходе плунжера вниз діафрагма прогинається вліво, відкривається нагнітальний клапан 7 (всмоктувальний клапан при цьому закривається), і рідина потрапляє в нагнітальний трубопровід 6.

Продуктивність

Об’єм рідини, який всмоктується насосом за один хід поршня зліва направо при безперервному русі рідини за поршнем, дорівнює FS (позначення після формули 3.37); при відсутності витоків такий самий об’єм при ході поршня зворотно повинний подаватися в нагнітальний трубопровід. Тому теоретична продуктивність Q _теор (м³/с) насосу простої дії при числі обертів валу n (с^-1) кривошипно-шатунного механізму визначається за формулою:

для насосу простої дії:

(3.37)

де F - площа перерізу поршня; S - довжина ходу поршня;

для насосу подвійної дії:

(3.38)

де - площа перерізу штоку.

Продуктивність насосу потрійної дії, який складається з трьох насосів простої дії, при f << F складе:

(3.39)

Дійсна продуктивність поршневих насосів визначається за формулою:

(3.40)

Значення коефіцієнту корисної дії h _v залежить від розмірів насосу та його зношення. Для великих насосів (діаметром поршня більше 150 мм) h _v=0,95-0,99.

Нерівномірність подачі

Зміну продуктивності поршневого насосу за один оберт валу кривошипу можна зобразити графічно, що дає наглядне уявлення про послідовність всмоктування та нагнітання, а також можливість оцінити ступінь нерівномірності подачі.

Зміна миттєвої швидкості руху w _м поршня в часі з достатнім ступенем наближення підкоряється синусоїдальному закону

(3.41)

де r - радіус кривошипу; - кутова швидкість; - кут повороту кривошипу; t - час.

Відповідно миттєва продуктивність (подача) насосу

(3.42)

Зміна функції за один оберт валу кривошипу показана на рис. 43, а. Замінимо площу, обмежену синусоїдою і віссю абсцис графіка, площею рівновеликого прямокутника, побудованого на відрізку прямої довжиною 2pr. Обидві площі виражають об’єм рідини, який подається насосом в нагнітальний трубопровід за один оберт кривошипу. Висота прямокутника, таким чином, буде представляти у прийнятому масштабі середню подачу, а найбільша висота синусоїди – максимальну подачу. Відношення максимальної подачі Q _max до середньої Q _сер (ступінь нерівномірності подачі) складе .

Рис. 43. Діаграми подачі рідини поршневими насосами:

а - для насосу простої дії; б – для насосу подвійної дії; в – для насосу потрійної дії (триплексу). - кут повороту кривошипу.

Площа прямокутника на рис. 43, а дорівнює , звідки . Тоді , тобто у поршневого насосу простої дії максимальна продуктивність (подача) в 3,14 рази більша, ніж середня.

Для насосу подвійної дії (рис. 43, б), отримуємо дві синусоїди. При цьому , звідки . Отже, , тобто максимальна подача більша за середню у 1,57 рази.

Для отримання сумарної кривої подачі насосу потрійної дії (триплекс-насосу) потрібно побудувати три синусоїди, зміщені одна відносно одної на 120°, і потім скласти їх ординати (рис. 43, в). Площа діаграми, обмежена зверху сумарною кривою, зображує подачу всіма трьома циліндрами.Найбільша ордината графіка дорівнює F, оскільки вона отримана від додавання двох відрізків аb і bс, кожний з яких складає ; у цьому випадку маємо . Тоді ступінь нерівномірності подачі .

При розрахунку висоти всмоктування поршневих насосів у рівнянні (3.8) треба враховувати ще і втрати напору на подолання сил інерції у всмоктувальному трубопроводі. Ці втрати обумовлені нерівномірністю роботи поршневого насосу, в результаті чого на стовп рідини, що знаходиться у всмоктувальному трубопроводі й рухається з деяким перемінним прискоренням, діє сила інерції, спрямована у бік, протилежний напрямку руху рідини.

Втрати напору на подолання сил інерції

(3.43)

де l - висота стовпа рідини в трубопроводі; f - площа перерізу поршню; f ₁ - площа перерізу трубопроводу; u - окружна швидкість обертання кривошипу; r - радіус кривошипу.

Шестеренні насоси

У корпусі 1 насосу (рис. 44) встановлені дві шестерні 2,одна з яких - ведуча - приводиться в обертання від електродвигуна. Між корпусом і шестернями є невеликі радіальні й торцеві зазори. При обертанні шестерень у напрямку, вказаному стрілками, внаслідок розрідження, що створюється при виході зубів з зачеплення, рідина зі всмоктувального патрубку з тиском р ₁потрапляє в корпус. В корпусі рідина захоплюється зубами шестерень, переміщається уздовж стінки корпусу в напрямку обертання і потрапляє в нагнітальний трубопровід з тиском р ₂.

Продуктивність шестеренного насосу визначається за рівнянням:

(3.44)

де f – площа поперечного перерізу западини між зубами, м²;

l – довжина зуба шестерні, м; z –кількість зубів, шт.; n – частота обертів шестерні, об./с.

Рис. 44. Шестеренний насос:

1 - корпус; 2 – шестерня.

Відзначимо, що шестеренні насоси мають реверсивність, тобто при зміні напрямку обертання шестерень області всмоктування і нагнітання міняються місцями.

Об’ємний к.к.д. h _v шестеренного насосу враховує часткове перенесення рідини зворотно в порожнину всмоктування, а також протікання рідини через зазори і, як правило, складає 0,7-0,9.

Шестеренні насоси використовуються для в’язких рідин, які не містять твердих включень при невеликих подачах (Q =300¸360м³/год.) і високих тисках (р = 100-150 ат).

Гвинтові насоси

Бувають одногвинтові (однозаходні), двогвинтові й тригвинтові.

Однозаходні насоси мають гвинт 3 (рис. 45), який розташований усередині (обойми) 1. Обойма з гвинтом може поміщатися в корпус, виготовлений з іншого матеріалу, або цього корпусу може й не бути, тоді обойма виконує роль корпусу.Обойма являє собою порожній циліндр з профільованою внутрішньою поверхнею т гвинта (рис. 46).

Рис. 45. Гвинтовий насос:

1 – корпус; 2 – циліндр; 3 – гвинт; 4 – всмоктувальна порожнина; 5 – напірний трубопровід.

Поверхня гвинта, як і поверхня обойми, теж профільована (обидві поверхні мають синусоїдальну форму), і лінія стикання між корпусом і гвинтом забезпечує повну герметизацію області нагнітання від області всмоктування.

Продуктивність

Продуктивність гвинтових насосів збільшується зі зростанням числа обертів гвинта, при цьому тиск, який створює насос, залишається без зміни.

Поперечний переріз ротору 2 (рис. 46)в кожному місці являє собою окружність діаметром d. Поверхня ротору утворена обертанням сину­соїди профілю bed навколо осі 0 і одночасно переміщенням її уздовж осі. У відповідності з цим при повороті ротору на 360° осьове переміщення утворюючої синусоїди дорівнює кроку ротору t. Центр перерізу ротору зміщений відносно його осі симетрії 0 на величину е. При обертанні ротор виконує рух висотою h.

Крок гвинтової поверхні обойми t_o6 дорівнює подвоєному кроку t ро­тору. В поперечному перерізі гвинтова поверхня обойми 3 являє собою два кола K,центри яких 0₁ і 0 ₂ знаходяться на відстані 4 е один від одного; радіуси окружностей дорівнюють радіусу перерізу гвинта .

Загальна площа F прохідного перерізу обойми дорівнює сумі площ двох вказаних окружностей і площі прямокутника 4ed, тобто .

Рис. 46. До розрахунку продуктивності гвинтового насосу:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – обойма; h – діаметр, який описує крайня точка поверхні ротору, т - профільована внутрішня поверхня обойми; е- відстань між осями обойми і гвинта.

Внутрішню поверхню обойми можна представити як поверхню, утворену складним переміщенням вказаного перерізу при його обертанні навколо осі обойми і при одночасному русу уздовж цієї осі. При цьому усі точки на периферії перерізу обойми описують гвинтові лінії, в результаті при повороті ротору на кут j =2p переріз переміщається на величину кроку t_o6. Осьове переміщення h при цьому

(3.45)

Принцип дії гвинтового насосу базується на щільному контакті профільного гвинтового ротору 2 с обоймою 3 корпусу 1. При обертанні ротору між його поверхнею і внутрішньою гвинтовою поверхнею обойми 3 утворюються замкнені порожнини а, об’єм яких при обертанні насосу безперервно змінюється. При цьому відбувається безперервне витиснення рідини.

При обертанні ротору будь-який його поперечний переріз переміщається у відповідному поперечному перерізі обойми, утворюючи місяцеподібні замкнені порожнини (відмічено крапковою штриховкою). Загальна площа двох поперечних перерізів цих порожнин дорівнює різниці площ внутрішнього перерізу обойми і зовнішнього перерізу ротору, який дорівнює 4 ed. Замкнені порожнини розповсюджуються на довжину кроку t_o6 обойми, контури витка мають перемінну площу поперечного перерізу, яка змінюється від нуля до 4 ed. Для будь-якого кутового положення ротору в поперечний переріз пари обойма - ротор попадають дві замкнені порожнини перемінного перерізу, причому, коли одна порожнина зникає повністю (положення, зображене на рис. 45, а),інша порожнина має найбільшу площу перерізу, яка дорівнює 4 ed. Зміна перерізу двох замкнених порожнин при різних положе­ннях ротору представлена на рис. 46.

Продуктивність одногвинтового насосу визначається загальною зміною об’ємів замкнених порожнин в одиницю часу. При цьому, коли порожнина на одному боці збільшується в об’ємі, у ній розвивається вакуум і вона заповнюється рідиною (відбувається цикл всмоктування). В якийсь момент ця порожнина замикається (відсікається від порожнини всмоктування) і починає переміщатися до нагнітального кінця обойми, витісняючи з неї рідину, яка її заповнює, в результаті зменшення свого об’єму. За один оберт рідина в замкненому об’ємі переміщається уздовж осі обойми на величину її кроку t _об і витискується через постійний прохідний переріз 4ed. Внаслідок цього розрахункова подача такого насосу при сталому обертанні не буде мати пульсацій.

Оскільки вісь ротору переміщається при обертанні відносно осі внутрішньої профільованої поверхні обойми, привод ротору повинен здійснюватися за допомогою кардану.

У відповідності з наведеним розрахункова подача насосу визначається за формулою:

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: