Насосные установки
Насосные установки предназначены для транспортировки жидкости, заполнения и осушения резервуаров, для обслуживания механизмов (например, система водяного охлаждения).
Наибольшее распространение получили центробежные насосы.
Для централизованного обеспечения водой промышленных и сельскохозяйственных объектов сооружаются насосные станции, состоящие из крупных насосных агрегатов, и с обслуживающим персоналом.
Характеристики центробежных насосов (ЦН).
Эксплуатационные свойства ЦН определяются зависимостью напора (давление жидкости) на выходе от производительности при различных скоростях
H=F(Q),
где Н— напор на выходе, м. ст. жидкости; Q— производительность, м3/с.
Эти зависимости, обычно, приводятся в виде графиков в каталогах для каждого конкретного агрегата.
Представление о характеристиках центробежного насоса и магистралей дает рис. 1.
Для определения рабочей точки, которая определяется пересечением двух характеристик: насоса и магистрали, нужно знать зависимости Нн = F(Q) и Hм = F(Q).
Полный напор (Н) в системе состоит из двух составляющих:
H=HС + HДИН = HС + СQ2,
где Нс — статический напор, м; Ндин — динамический напор, м; Q — производительность, м3/с; С — постоянная величина.
В зависимости от преобладающей составляющей, характеристика магистрали может быть статической (А) или динамической (Б), которая представляет собой параболу по форме.
Из рис. 1 видно, что при снижении оборотов приводного ЭД характеристика насоса перемещается вниз параллельно номинальной (ωном).
Таким образом, при приводе от АД и работе:
•при статической характеристике магистрали
-
производительность изменяется (от Qном до Q1) значительно;
-
чрезмерное снижение скорости, когда характеристики не пересекаются, насос перестает качать («срыв струи»).
Примечание — Такой вариант возможен при снижении напряжения в сети.
•при динамической характеристике магистрали:
-
производительность изменяется (от ном. до 1) незначительно;
-
чрезмерное снижение скорости (до 2) не приводит к прекращению подачи жидкости, но производительность уменьшается.
При приводе от СД скорость не изменяется, но угол отставания ротора от статора увеличивается, что уменьшает момент на валу двигателя.
При чрезмерном снижении напряжения сети СД выпадают из синхронизма и останавливаются.
Производительность центробежных насосов можно регулировать следующими способами:
-
дросселированием трубопровода (например, закрывать задвижки на напорной магистрали);
-
изменением угловой скорости (ω) приводного ЭД (например, изменением напряжения в цепи статора АД);
-
изменением числа работающих на магистраль агрегатов;
-
изменением положения рабочего органа механизма (например, поворотом лопаток рабочего колеса).
Дросселирование осуществляется прикрытием задвижки на напоре, при этом (рис.
Б) характеристика магистрали перемещается влево (до точки РТ’) при неизменной угловой скорости насоса (ωном). При новом положении рабочей точки (РТ’) производительность (Q’) уменьшится, а напор (Н’) увеличится (теоретически). Реально часть напора (∆Н’) теряется на регулирующем устройстве, а следовательно, фактический напор (Нф‘) тоже уменьшится. Расчеты показывают, что уменьшение производительности (Q) в два раза приводит к снижению КПД насоса в 4 раза и увеличивает потери мощности до 38 % от номинальной мощности ЭД.
Следовательно, данный способ целесообразно применять в установках небольшой мощности (несколько кВт) при преобладании статического напора в магистрали.
Изменение угловой скорости осуществляется изменением подводимого к статору электродвигателя напряжения (дроссель насыщения) или включением в цепь ротора добавочного сопротивления. При этом характеристика насоса перемещается вниз параллельно номинальной (ωном). Из рис.1 видно, что при статической характеристике производительность (Q1) снижается значительно больше, чем при динамической для одной и той же скорости (ω1).
Расчеты показывают, что электрический способ регулирования более экономичен, чем дросселирование, так потери мощности меньше (до 16%). Следовательно, данный способ целесообразно применять в установках средней мощности (десятки кВт).
Примечание — Для установок большой мощности (сотни и тысячи кВт) этот способ неэкономичен; в этом случае применяются каскадные схемы электроприводов, в которых «потери скольжения» возвращаются в сеть или преобразуются в механическую мощность и поступают на вал механизма; преобразование «энергии скольжения» возможно с помощью вентильных схем или вспомогательных машин на одном валу с главным двигателем.
Изменение числа работающих агрегатов, подключенных на магистраль параллельно, целесообразно применять при статическом напоре, так как общая производительность совместно работающих агрегатов — это сумма производительностей всех работающих агрегатов, что обеспечивает их экономичную работу.
Примечание. При динамическом напоре общая производительность увеличивается незначительно, а агрегаты работают с пониженным КПД.
Устройства автоматизации насосных установок.
Наряду с аппаратурой общего назначения для пуска, переключения и управления, в системах автоматизации применяется специальная аппаратура.
Поплавковое реле уровня предназначено для контроля уровня в резервуарах с неагрессивной жидкостью и выдачи сигнала в схему управления.
Представление о конструкции и принципе действия поплавкового реле дает рис.2.
В резервуар (1) погружается поплавок (2), который подвешен на гибком канате (5), перекинутом через блок (4). Уравновешивание осуществляется с помощью груза (8).
На канате укреплены две переключающие шайбы (7), положение которых можно изменить в соответствии с условиями регулирования. Переключающие шайбы (7) при достижении предельных уровней жидкости поворачивают коромысло (6), связанное с контактным устройством (3), которое замыкает четную (2 и 4) или нечетную (1 и 3) пару контактов цепей управления.
Электродное реле уровня предназначено для контроля уровня электропроводных жидкостей и выдачи сигнала в схему управления.
Рис. 3. Электродное реле уровня
Представление о конструкции и принципе действия электродного реле дает рис. 3.
Основным контролирующим элементом являются два электрода (2), помещенные в резервуар (1) с электроприводной жидкостью (4). Электроды заключены в кожух (3), открытый снизу и включены в цепь катушки реле промежуточного (РП) малогабаритного исполнения (телефонного типа).
Слаботочное реле (РП) получает питание от понижающего трансформатора (по условиям электробезопасности).
При подъеме уровня жидкости в резервуаре до короткого электрода собирается цепь РП, которая срабатывает, дает команду в цепь управления (РП: 1) и становится на самопитание (РП: 2) через длинный электрод.
Насосный агрегат включается на откачивание жидкости из резервуара. Отключение агрегата произойдет при снижении уровня ниже длинного электрода.
Струйное реле предназначено для контроля наличия потока (струи) жидкости в трубопроводе. Представление о конструкции и принципе действия струйного реле дает рис. 4.
Чувствительным элементом является диафрагма (1) с дроссельным устройством (отверстие в центре), установленная в трубопроводе (4) и воспринимающая перепад давления жидкости при протоке. Обе полости диафрагмы трубками (3) соединены с сильфонами (2), у которых имеются цилиндрические мембраны (5), механически связанные тягами с электроконтактной частью реле (6).
При наличии протока жидкости давление в левой полости диафрагмы (1) будет больше, чем в правой, поэтому контактная группа (1 и 3) замкнута и в цепь управления 1 дается сигнал о наличии протока жидкости.
Примечание — Струйное реле, обычно, применяется в системах охлаждения, поэтому этот сигнал является разрешающим пуск механизма.
При уменьшении количества протекающей жидкости (например, остановка насоса) перепад давления изменяется на диафрагме, контактная группа левая (1 и 3) размыкается, а правая (2 и 4) замыкается. При этом выдается сигнал на остановку двигателя, который обслуживается этой СВО, через цепь управления 2 и он останавливается.
Реле контроля заливки предназначено для контроля заливки гидравлической полости центробежных насосов.
Они могут работать на принципе поплавка, но в настоящее время наибольшее распространение получили реле мембранного типа.
Такие реле устанавливаются выше уровня насоса от 0,3 до 0,5 м. При заливке полости насоса жидкостью мембрана прогибается, перемещая прикрепленный к ней шток, что переключает контактную систему реле, разрешая пуск насоса.
После снижения давления в полости мембрана пружиной возвращается в исходное положение.
Достоинством мембранных реле является большая чувствительность и способность выдерживать высокие давления. Такие реле применяют при заливке насосных агрегатов с помощью вакуум-насоса.
Принципиальная электрическая схема АУ задвижкой центробежного насосного агрегата (рис. 5)
Назначение. Для управления задвижкой ЦНА, сигнализации ее состояния и защиты цепей управления.
Основные элементы схемы.
Д1, Д2 — приводные двигатели ЦНА и задвижки на напоре агрегата.
КМ, КО, КЗ — контакторы пускателя магнитного (ПМ) Д1, открытия и закрытия задвижки агрегата.
РП — реле промежуточное.
РУ — реле уровня, для контроля уровня в резервуаре и коммутации цепей управления насоса и задвижки.
РД — реле давления, для контроля давления в полости насоса и выдачи сигнала на управление задвижкой.
П — передача понижающая, механическая.
ВКА, ВКО и ВКЗ — выключатели конечные «аварийный» (при неисправности механизма), состояния задвижки «открыто» и «закрыто».
ВБ — выключатель безопасности, для отключения электрических цепей при ручном управлении задвижкой.
Rl, R2:— ограничительные резисторы в цепях сигнальных ламп.
Органы управления.
КУ — ключ управления, для выбора режима управления насосом («Р» — ручное, «О» — отключено, «А» — автоматическое).
Кн.П и Кн.С — кнопки «пуск» и «стоп» Д1 (на местном посту).
КН.О, Кн.З, Кн.С1 — кнопки ДУ открытием, закрытием и остановкой задвижки (на пульте оператора).
Нн > Н > Нн — сигнал от датчика уровня в резервуаре, отклонение от нормального.
«P↑» — сигнал от датчика давления в полости насоса о повышении давления.
Режимы управления:
КУ — «А» — «автоматическое управление» ЦНА и задвижкой, основной режим;
КУ — «Р» — «ручное управление» ЦНА и задвижкой (местное или ДУ).
Работа схемы.
Исходное состояние.
Поданы все виды питания (включены ВА, ВА1, ВА2), КУ — «А», ВБ -«В», резервуар осушен до «Нн», задвижка на напоре закрыта, полость насоса заполнена, система осушения приготовлена.
При этом: — засвечена вполнакала ЛЗ «задвижка закрыта»,
— погашена ЛО «задвижка открыта».
ЦНА в «ждущем режиме».
Автоматическое управление.
При поступлении жидкости в резервуар (Н > Нн) собирается цепь РУ
РУ↑ — собирается цепь КМ (РУ: 1),
—готовится цепь РП (РУ:2).
КМ ↑ — подключается к сети (Д1) (КМ: 1…3),
—становится на самопитание (КМ:4).
При работе насоса на закрытую задвижку давление в полости повысится «(Р↑)», при этом собирается цепь РП (РД).
РП ↑ — собирается цепь КО (РП: 1),
—размыкается цепь КЗ (РП:2) повторно.
КО↑ — подключается к сети (Д2) (КО:1…3) и пускается на открытие задвижки,
-
становится на самопитание (КО:4),
-
блокируется цепь КЗ (КО:5),
-
шунтируется часть резистора R2 (КО:6).
Задвижка начинает открываться, при этом собирается цепь ЛО (ВКЗ), она загорается полным накалом (ярко) на все время открывания.
При полном открытии задвижки контакт ВКО разомкнётся, при этом разомкнётся цепь КО, погаснет ЛЗ, горевшая вполнакала.
КО ↓ — отключается от сети (Д2)(КО:1…3) и останавливается,
-
размыкается цепь самопитания (КО:4),
-
готовится цепь КЗ (КО:5),
-
включается полностью R2 в цепь ЛО, она переходит на горение вполнакала.
ЦНА работает на откачку жидкости из резервуара, ЛО «задвижка открыта» горит вполнакала, ЛЗ «задвижка закрыта» погашена, уровень в резервуаре снижается.
При полной откачке жидкости (Н < Нн) размыкается цепь РУ,
РУ ↓ — размыкается цепь КМ (РУ: 1),
—размыкается цепь РП (РУ:2).
КМ ↓ — отключается от сети (Д1) (KM: 1…3) и останавливается,
—размыкается цепь самопитания (КМ:4).
РП ↓ — размыкается цепь КО (РП:1), параллельная цепи самопитания,
—собирается цепь КЗ (РП:2).
При отключенном ЦНА давление в полости снижается (Р↓), при этом повторно размыкается цепь РП (РД).
КЗ↑ — подключается к сети(Д2) (К3:2…3) и пускается на закрытие задвижки,
—становится на самопитание (К3:4),
-
блокируется цепь КО (КЗ:5),
-
шунтируется часть резистора R1 (КЗ:6).
Задвижка начинает закрываться, при этом собирается цепь ЛЗ (ВКО), она зажигается полным накалом (ярко) на все время закрывания.
При полном закрытии задвижки контакт ВКЗ разомкнётся, при этом разомкнётся цепь КЗ, погаснет ЛО, горевшая вполнакала.
КЗ ↓ — отключается от сети (Д2)(КЗ: 1…3) и останавливается,
-
размыкается цепь самопитания (К3:4),
-
готовится цепь КО (КЗ:5),
-
включается полностью R1 в цепь ЛО, она переходит на горение вполнакала.
ЦНА отключен от сети и остановлен, ЛО «задвижка открыта» погашена, ЛЗ «задвижка закрыта» горит вполнакала. ЦНА в «ждущем режиме».
Ручное управление.
При неисправности РУ или РД, установить КУ — «Р».
«Пуск» насоса от Кн.П., открытие задвижки от Кн.О. Элементы срабатывают по цепям «ручное управление», цепи «автоматическое управление» отключены. Контроль уровня по стеклянному уровнемеру визуально, на местном посту.
Остановка насоса от Кн.С, закрытие задвижки от Кн.З.
Примечание — При наличии связи с пультом оператора открытие и закрытие задвижки производится дистанционно оператором.
При действиях с местного поста вручную, в целях безопасности, отключить ВА2 или ВБ, что исключит ошибочное включение Д2 с пульта оператора. При «неисправности» механизма задвижки схема управления отключается аварийным конечным выключателем ВКА, гаснут ЛО и ЛЗ.
Зашита, блокировка, сигнализация:
-
силовая цепь и цепи Д1, Д2, от токов КЗ и перегрузки (ВА, ВА1 с комбинированными расцепителями);
-
цепи управления Д2, от токов КЗ (ВА2 с максимальным расцепителем);
-
ограничение хода задвижки (ВКО и ВКЗ);
—- взаимная эл. блокировка цепей КО (К3:5) и КЗ (КО:5);
—ЛО «задвижка открыта» горит вполнакала, сигнализация состояния;
—ЛЗ «задвижка закрыта» горит вполнакала, сигнализация состояния. Примечание — Переходный процесс открывания (закрывания) задвижки
сопровождается горением ЛО (ЛЗ) полным накалом (ярко).
Питание цепей.
3 ~ 380 В, 50 Гц — силовая сеть.
1 ~ 220 В, 50 Гц — цепи управления, автоматики, сигнализации.
Источник: works.doklad.ru
|
2. Транспортирование жидкостей и газов |
2.1. Насосные установки
Транспортирование жидкостей и газов является необходимой операцией большинства технологических процессов пищевых производств. Наиболее распространенный вид транспортировки текучих сред – трубопроводный. В его состав входят трубопроводы, приемные и расходные резервуары (объемы всасывания и нагнетания), запорные и контрольно-измерительные устройства на трубопроводах, а также насосы, вентиляторы и компрессоры. Часто в него включают различные аппараты для обработки транспортируемых сред (например, теплообменные аппараты для нагревания или охлаждения). Правильное устройство трубопроводов, соединяющих аппараты друг с другом, с источниками сырья и хранилищами готовой продукции, а также машинами, имеет важное значение для производства.
Трубопроводы служат для транспортирования жидкостей с различными физико-химическими свойствами при атмосферном или высоком давлении, под вакуумом. Протяженность трубопроводов на некоторых заводах (спиртовые, сахарные) достигает десятков километров. Их стоимость составляет до 15 % от затрат на сооружение всего предприятия.
Большинство труб изготовляют из стали разных марок, однако в пищевой промышленности целесообразно использование труб из нержавеющей стали, стекла и пластических масс.
Трубы соединяют между собой, с резервуарами и аппаратами, с устройствами, необходимыми для контроля и управления потоками транспортируемой среды с помощью арматуры.
Соединения труб бывают разъемными и неразъемными. Разъемные соединения могут быть фланцевыми, резьбовыми и раструбными, неразъемные – сваркой, пайкой и склеиванием. Выбор типа соединения зависит от материала трубопровода, свойств транспортируемой среды, необходимости частых разборок, от температуры и давления.
Соединительные части трубопроводов обычно называют фасонными деталями, или фитингами. Они служат для перехода от одного диаметра трубы к другому, для поворота или разветвления трубопровода. Наиболее распространенные фасонные детали трубопроводов – отвод, колено, переход, двойник, крестовина.
Различают запорную и регулирующую арматуру. К трубопроводной арматуре относят также предохранительные и перепускные клапаны (для выпуска избытка потока при росте давления), обратные клапаны (препятствующие обратному движению потока), спускные краны, конденсатоотводчики, указатели уровня.
Запорная арматура (вентили, задвижки, краны) классифицируется:
— по способу соединения с трубопроводом (фланцевая, резьбовая и с концами под сварку);
— способу приведения в действие (приводная – открытие и закрытие прохода происходит под действием внешней силы, самодействующая – закрытие и открытие прохода происходит под воздействием потока, транспортируемого по трубопроводу).
Трубопроводная арматура характеризуется условным диаметром прохода и условным давлением.
Для герметизации соединений деталей трубопроводов между собой, а также в различной аппаратуре используют прокладочные материалы, обладающие эластичностью, достаточной прочностью, стойкостью к агрессивным средам, способностью сохранять прочность в определенных пределах температур.
Роль приемных и расходных резервуаров в насосных установках часто выполняют различные технологические аппараты, в том числе емкостного типа, с различными устройствами (змеевики, рубашки, перемешивающие устройства).
Для сообщения транспортируемой по трубопроводам жидкости энергии используются насосы. От работы насосов в значительной степени зависит качество пищевых продуктов, а также ход технологического процесса.
В общем случае к устройству насосов для пищевых продуктов и их работе предъявляют следующие основные требования:
— насос при работе должен оказывать возможно меньшее механическое воздействие на продукт, не изменять его природные свойства (например, не вызывать заметного изменения жировой фазы молока, не снижать ниже допустимой вязкость (консистенцию) кефира, сметаны и других продуктов);
— рабочие органы насосов, соприкасающиеся с продуктом, должны быть выполнены из нержавеющей стали или других материалов, разрешенных органами здравоохранения РФ для контакта с пищевыми продуктами;
— конструкция насосов должна обеспечивать безразборную мойку или быструю и легкую разборку для мойки;
— насосы должны легко присоединяться к трубопроводам;
— насосы должны обеспечивать наибольшую подачу при перекачивании жидкости из одной емкости в другую и создавать необходимое давление при нагнетании через аппараты технологической схемы при устойчивой подаче;
— насосы для дозирования пищевых продуктов должны обеспечивать равномерную подачу продукта и иметь устройства, которые ее регулируют.
Классификация трубопроводов и их расчет. Трубопроводы подразделяются на простые и сложные.
Простым считается трубопровод, не имеющий ответвлений (Рис 2.1, а, б), а сложным – трубопровод с ответвлениями (Рис 2.1, в, г, д).
Сложные трубопроводы делятся на тупиковые (Рис 2.1, в) и кольцевые (рис 5.1, г, д).
В
Рис 2.1. Схемы простых (а,б) и
сложных трубопроводов (в,г,д)
тупиковых трубопроводах к любому узлу жидкость подводится только с одного направления, а в кольцевых – с двух и более. Сложные трубопроводы могут применяться в качестве систем водоснабжения или рассольного охлаждения. При этом могут быть использованы тупиковая или кольцевая схемы, однако необходимо учитывать, что кольцевая схема более надежна в эксплуатации, хотя и требует больших затрат на строительство.
Любой сложный трубопровод можно разбить на участки, в пределах которых его можно считать простым и расчет вести поэтапно от участка к участку.
При проектировании трубопроводов выполняют геометрический и гидравлический расчеты.
Геометрический расчет сводится к определению внутреннего диаметра трубопроводов. Из уравнения расхода
, (2.1)
где Q – заданный расход транспортируемой жидкости, м3/с; – скорость движения жидкости, м/с.
Скорость движения жидкости в трубопроводах предприятий пищевой промышленности следует выбирать в пределах 0,5…2,0 м/с. В формулу (2.1) целесообразно подставлять оптимальную скорость, однако ее определение требует сложного технико-экономического расчета.
После расчета диаметра трубы выбирают трубу ближайшего диаметра по сортаменту.
Увеличение скоростей транспортирования жидкостей ведет к росту гидравлического сопротивления, а следовательно, повышению энергетических затрат на транспортирование (мощности насосов).
При движении жидкостей со скоростями, превышающими 2 м/с, в трубопроводах появляется шум и увеличивается опасность возникновения гидравлического удара при резком открытии или закрытии запорной арматуры.
При гидравлическом расчете трубопроводов решаются задачи двух типов.
К первому типу относятся задачи, в которых при известных геометрических размерах трубопровода, расходе, физических свойствах жидкости нужно определить начальный напор (давление) или перепад давления в начале и конце системы.
Вторая задача заключается в определении необходимого расхода при известных геометрических размерах трубопровода, напоре (давлении), физических свойствах жидкости. Гидравлический расчет осуществляется с использованием уравнения Бернулли (1.122) и уравнения сплошности течения (1.27).
Первая задача решается при расчете простого трубопровода с целью определения требуемого напора (давления) насоса Pн, необходимого для выбора марки насоса установленного типа, обеспечивающего заданный расход Qн.
Пусть имеем простой трубопровод, по которому жидкость из резервуара I перекачивается насосом в резервуар II (Рис 2.2).
И
Рис 2.2. Схема определения напора (давления),необходимого для осуществления заданного расхода
звестныQ, μ, ρ, ,d, l, Δ, z1, z2, p2. Необходимо определить давление в начале трубопровода p1 (или необходимый перепад давления Δp).
Выбираем характерные для данной схемы сечения и плоскость сравнения. Сечение 1-1 – сечение трубы в начале трубопровода, а сечение 2-2 совпадает со свободной поверхностью жидкости в резервуаре II. Плоскость сравнения лежит ниже сечения 1-1 (плоскость 0-0).
Так как в рассматриваемой схеме насосной установки имеют место потери напора по длине и в местных сопротивлениях, то, определяя их по формулам Дарси-Вейсбаха (1.174) и Вейсбаха (1.233), запишем уравнение Бернулли для выбранных сечений:
.
Упростим уравнение, считая, что 0 α1 = α2 = 1. Тогда после несложных преобразований получим:
. (2.2)
Скорость движения потока в трубопроводе определим по уравнению (2.1), а коэффициент гидравлического трения – по методике, изложенной в главе 3. Коэффициенты местных сопротивлений выбираем из справочной литературе.
Из формулы (2.2) определяем искомое давление p1 (или Δp).
В
Рис 2.3. Схема определения расхода по
заданному напору
торая задача сводится к определению скорости (расхода) жидкости по заданному напору (давлению).
Пусть имеем резервуар I, из которого по короткому простому трубопроводу вытекает жидкость (Рис 2.3).
Обычно известно: давление в начале трубопровода р1, давление в конце – р2, геометрические размеры трубопровода – l, d, физические свойства жидкости μ, ,ρ, шероховатость внутренней поверхности трубы Δ.
Требуется определить скорость движения потока в трубе (или расходQ).
Составляют уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:
. (2.3)
При решении задач подобного типа могут иметь место три случая:
а) площадь сечения 1-1 f1>> f 2 площади сечения 2-2 (трубы);
б) f 1 = f 2;
в) f 1<< f 2.
В уравнении (2.3) кроме неизвестны такжеиλ. Если трубопровод состоит из нескольких участков разного диаметра, значения скоростей на каждом участке выражают, пользуясь уравнением сплошности потока
= const ,
через скорость какого-либо одного участка.
Рассмотрим случай, когда f1>> f2. Тогда 1<<2 и слагаемое .
Преобразуем выражение (2.3) относительно 2, обозначив через – перепад гидростатических напоров в сечениях 1-1 и 2-2,
. (2.4)
Аналогично получаем выражение по определению для других случаев (f1 f2, f1 << f2).
Для решения выражений применяют метод последовательных приближений.
Порядок расчета заключается в следующем:
— задаются скоростью движения жидкости в трубе;
— определяют режим движения;
— из справочной литературы выбирают значения коэффициентов местных сопротивлений ξi;
— по выражению (2.4) вычисляют значение в первом приближении;
— сравнивают полученное значение с принятым в начале расчета. Если ошибка составляет более 5 %, то выполняют второе приближение, задаваясь уже значением, полученным в первом приближении. Расчет продолжают до тех пор, пока ошибка составит менее 5 %.
Классификация, принцип действия и устройство насосов. Насосом называется гидравлическая машина, передающая энергию электродвигателя протекающей через нее жидкости. Энергия жидкости на входе в насос меньше, чем на выходе.
Все насосы по принципу действия делятся на два основных вида: динамические и объемные (рис 2.4).
Динамическими называются насосы, в которых жидкость перемещается под силовым воздействием в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.
Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры при переменном сообщении этой камеры со входом и выходом насоса.
Таким образом, динамические насосы можно также назвать «проточными», а объемные – «герметичными». В связи с этим для рабочего процесса динамических насосов характерны большие скорости движения их рабочих органов и жидкости, а рабочий процесс объемных насосов заключается в вытеснении жидкости из рабочих камер рабочими органами. Большие скорости рабочих органов в объемных насосах в принципе не обязательны, т. к. основную роль в рабочем процессе играет давление жидкости.
По виду сил, действующих на жидкость, динамические насосы делят на лопастные насосы и насосы трения. Силами, действующими на жидкость, являются: в лопастных насосах – возникающие при обтекании лопастей (лопаток) рабочих колес, а в насосах трения – силы трения.
По направлению движения жидкости в рабочем колесе насоса лопастные насосы делят на центробежные и осевые. В первых жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а во вторых – в направлении оси вращения колеса.
По тому же признаку насосы трения делят на:
вихревые, в которых жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в окружном направлении;
дисковые, в которых жидкость перемещается от центра рабочего колеса, не имеющего лопаток, к периферии;
ч
Рис 2.4. Классификация насосов
ервячные, в которых жидкость перемещается по винтовым каналам вдоль оси вращения винта.
Две последних разновидности насосов применяются в качестве масляных насосов систем смазки некоторых двигателей и других машин.
Поскольку около 90 % динамических насосов, используемых в различных отраслях пищевой промышленности, являются центробежными, рассмотрим принцип их действия.
Проточная часть центробежного насоса (Рис 2.5) состоит из рабочего колеса 1, спирального отвода 2 и входного патрубка 3. Рабочее колесо обычно состоит из двух дисков, один из которых насажен на вал, а второй скреплен с первым лопатками и имеет входное отверстие. В некоторых конструкциях второй диск отсутствует (открытое колесо).
П
Рис 2.5. Принципиальная схема
центробежного насоса: 1– рабочее колесо;2– спиральный отвод;3– входной патрубок;4– диффузор
ринцип действия центробежного насоса заключается в силовом воздействии лопаток вращающегося колеса на жидкость, протекающую через межлопаточные каналы. В результате этого воздействия жидкость непрерывно отбрасывается в спиральный отвод с увеличенной скоростью и повышенным давлением. Спиральный отвод имеет улиткообразную форму и предназначен для того, чтобы уловить уходящую из колеса жидкость и частично преобразовать ее кинетическую энергию в энергию давления. Дальнейшее преобразование кинетической энергии происходит в диффузоре4, который часто устанавливают на выходе из насоса.
Е
Рис 2.6. Центробежный насос: 1– рабочее колесо;2– корпус;3– камера всасывания;4– нагнетательный патрубок;5– сальник
сли при наполненных жидкостью корпусе и всасывающем трубопроводе привести во вращение рабочее колесо, то жидкость, находящаяся в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. В результате этого в центральной части колеса создается разрежение, а на периферии – повышенное давление. Под действием этого давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод, одновременно через всасывающий трубопровод под действием разряжения жидкость поступает в насос. Таким образом осуществляется непрерывная подача жидкости центробежным насосом.
Центробежные насосы могут быть не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом – Рис 2.6), но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается одним и тем же: жидкость перемещается под действием центробежной силы, развиваемой вращающимся рабочим колесом.
Для уплотнения вала насоса в корпусе с целью предотвращения утечек перекачиваемой жидкости устанавливается сальник 5, конструкция которого определяется давлением в насосе, частотой вращения вала рабочего колеса насоса, видом перекачиваемой жидкости (агрессивность, содержание твердых примесей, температура и т. п.).
Центробежные насосы классифицируют по ряду признаков.
По количеству колес:
одноколесные насосы. Напор, создаваемый таким насосом, зависит от частоты вращения колеса, которая ограничивается его прочностью;
многоколесные (многоступенчатые) насосы, состоящие из нескольких рабочих колес, вращающихся на общем валу в общем корпусе. В этом насосе жидкость проходит последовательно через все колеса. Подача многоколесного насоса такая же как одноступенчатого насоса с колесом таких же размеров и при тех же оборотах. Но напор многоступенчатого насоса равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом в отдельности. Число колес достигает иногда двенадцати. Дальнейшее увеличение их числа нежелательно из-за значительного прогиба вала и биения при вращении. Теперь есть многоступенчатые насосы, создающие напор более 4000 м.
По создаваемому напору: низконапорные, развивающие напор до 20 м; средненапорные, от 20 до 60 м; высоконапорные, свыше 60 м.
По расположению входа в насос: с боковым входом; с осевым входом; с двусторонним входом – колесо такого насоса представляет собой как бы сложенные тыльными сторонами два колеса с боковым входом (жидкость входит в колесо с двух сторон, благодаря чему увеличивается подача насоса).
По расположению oси вращения рабочих органов: горизонтальные (наиболее распространенные); вертикальные.
По виду разъема корпуса: с осевым разъемом (разъем корпуса происходит в плоскости от рабочего колеса); с торцевым разъемом (разъем происходит в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса).
По способу соединения с двигателем: приводные, соединенные с двигателем ременной передачей или редуктором; соединенные непосредственно с двигателем при помощи муфты; моноблок-насосы. Рабочее колесо установлено на одном валу с электродвигателем.
По назначению и роду перекачиваемой жидкости: для чистой воды; канализационные; производственно-технические (для перекачивания нефти, кислот, горячей и шахтной воды); землесосы и песковые насосы; шлаковые и др.
К
Рис 2.7. Вихревой насос: 1– корпус;2– рабочее колесо; 3 – входной патрубок;4– выходной патрубок
онструкции насосов отличаются друг от друга в зависимости от назначения.
К вихревым относятся насосы, в которых поток жидкости создается за счет сил трения или инерции (Рис 2.7).
Жидкость захватывается лопатками рабочего колеса 2 у входного патрубка 3 в кольцевой канал между рабочим колесом и корпусом 1, попадает в межлопаточную полость рабочего колеса 2 и затем вновь выбрасывается в кольцевой канал.
Таким образом, при прохождении межлопаточных полостей колеса на пути от входа 3 к выходу 4 жидкость многократно получает приращение энергии. В силу этого при одном и том же диаметре рабочего колеса вихревые насосы развивают напор в 2…4 раза больше, чем центробежные. Благодаря этому вихревые насосы имеют меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с центробежными насосами тех же рабочих параметров.
Важным преимуществом вихревых насосов является и то, что они обладают самовсасывающей способностью, что намного упрощает их эксплуатацию. Одним из направлений совершенствования вихревых насосов является также разработка мер по регулированию параметров их работы.
В
Рис 2.8. Вихревой регулирующий насос: 1 – корпус; 2 – заслонка; 3 – рабочее колесо; 4 – рабочий канал; 5 – отсекатель
ихревой насос (рис 2.8) содержит корпус1 с отсекателем 5 и рабочим каналом 4, который перекрывается регулируемой заслонкой 2, имеющей П-образную форму, и лопаточное рабочее колесо 3, расположенное в корпусе. Заслонка установлена с возможностью радиального перемещения. При работе насоса рабочая среда перемещается рабочим колесом по каналу от входа к выходу. Посредством радиального перемещения заслонки часть рабочего канала выключается из работы, обеспечивая большее или меньшее значение напора и подачи соответствующим изменением потребляемой мощности.
Для гидротранспортирования сред с содержанием твердых и эластичных кусков материала весьма перспективно применение свободно-вихревых насосов. Отличительной особенностью насосов этого типа является то, что полуоткрытое рабочее колесо, располагающееся в нише задней стенки корпуса, образует с передней внутренней поверхностью корпуса свободную камеру. В результате этого при вращении рабочего колеса воздействию лопастей подвергается не весь поток, а только 15…20 %. Эта часть потока (циркуляционный поток) воздействует на основной, который проходит через свободную камеру, за счет вихревого энергообмена и проявления сил вязкостного трения. Основной поток жидкости проходит через свободную камеру, минуя вращающееся рабочее колесо. Поэтому насос имеет малую засоряемость, удобен для мойки и стерилизации.
Э
Рис 2.9. Схема свободного вихревого насоса с решеткой: 1 – корпус;
2 – коническая предохранительная решетка; 3 – отверстия; 4 – щель;
5 – циркулирующий поток;
6 – основной поток
Рис 2.10. Схема динамического насоса трения КРК: 1– корпус;
2– лопасть;3– камера всасывания;4– камера нагнетания
ффективность работы свободно-вихревого насоса улучшается, если рабочее колесо снабжено предохранительным элементом, отделяющим от него поток. В этом случае жидкая среда попадает на вращающееся рабочее колесо отфильтрованной, в результате чего исключается его поломка и уменьшается абразивный износ. Конструктивно предохранительные устройства могут быть решетчатыми, сетчатыми, установленными на самом рабочем колесе или неподвижно соединенными с корпусом.
Свободно-вихревой насос (рис 2.9), с конической предохранительной решеткой 2 обеспечивает самоочищение решетки и повышает устойчивость работы насоса. Основной поток 6, поступающий в корпус 1 насоса делится на циркулирующий поток 5, проходящий через отверстия 3 в решетке 2, и остальную часть, включающую крупные включения твердых тел.
Вследствие разности диаметров диска и колеса образуется щель 4, служащая каналом выхода жидкости в свободную камеру. Крупные включения твердых тел, содержащиеся в жидкости, задерживаются на решетке и отбрасываются центробежными силами в основной поток.
Для трубопроводного транспортирования кусковых эластичных материалов можно использовать динамический насос трения шнекового типа КРК (фирма АМАГ, Германия, Рис 2.10).
В насосах этого типа продукт с жидкостью, поступивший в камеру всасывания 3, подхватывается вращающейся лопастью, имеющей вид сужающегося шнека (спирали), и за счет силы трения перемещаемая среда скользит по наружной поверхности лопасти и внутренней поверхности корпуса 1, направляясь в камеру нагнетания 4. Насос развивает напор до 30 м, имеет подачу до 140103 м3/с.
Д
Рис 2.11. Одношнековый насос:
1– корпус;2– шнек;3– штуцер
ля перемещения пастообразных сред широко применяются шнековые вытеснители (рис 2.11). В этом насосе шнек2 имеет левую и правую навивку. Корпус 1 насоса герметичен и имеет штуцер 3 для присоединения к вакуум-насосу. При входе в горловину насоса продукт вакуумируется и, захваченный шнеком, перемещается от центра влево. Затем входит в полую трубу шнека, перемещается к выходным отверстиям, второй раз вакуумируется и напорным винтом подается в нагнетательный трубопровод. Такая конструкция насоса позволяет осуществить высокую степень вакуумирования продукта. Обратный перепуск продукта из зоны высокого давления в зону низкого давления минимален.
Это объясняется тем, что внутренняя поверхность корпуса насоса футеруется фторопластом и винт при вращении выбирает в футеровке пазы, соответствующие своему профилю, значительно уменьшая зазоры.
Источник: StudFiles.net