Виды насосов

Автор: | 31.03.2021

Насос — устройство, расходующее энергию для подъема, транспортировки или сжатия жидкости. Самые ранние насосы были устройствами для подъема воды, такие как персидские и римские водяные колеса и более сложный винт Архимеда.

Горные работы в средние века привели к развитию всасывающего (поршневого) насоса. А всасывающий насос работает при атмосферном давлении; когда поршень поднимается, создавая частичный вакуум, внешнее атмосферное давление заставляет воду попадать в цилиндр, откуда она выходит через выпускной клапан. Одно только атмосферное давление может поднять воду на максимальную высоту около 34 футов (10 метров), поэтому силовой насос был разработан для осушения более глубоких шахт. В силовом насосе ход поршня вниз выталкивает воду через боковой клапан на высоту, которая просто зависит от силы, приложенной к поршню.

Классификация насосов:

Насосы классифицируются по способу передачи энергии жидкости. Основными методами являются объемное смещение, добавление кинетической энергии и использование электромагнитной силы.

Жидкость может вытесняться механически или с помощью другой жидкости. Кинетическая энергия может быть добавлена ​​к жидкости либо путем ее вращения с высокой скоростью, либо путем создания импульса в направлении потока. Чтобы использовать электромагнитную силу, перекачиваемая жидкость должна иметь хороший электрический провод. Насосы, используемые для транспортировки или нагнетания газов, называются компрессорами, нагнетателями или вентиляторами. Насосы, в которых перемещение осуществляется механически, называются объемными насосами прямого вытеснения. Кинетические насосы передают кинетическую энергию жидкости с помощью быстро вращающейся крыльчатки.

Вообще говоря, поршневые насосы прямого вытеснения перемещают относительно небольшие объемы жидкости при высоком давлении, а кинетические насосы перемещают большие объемы при низком давлении.

Определенное давление требуется для того, чтобы жидкость текла в насос, прежде чем можно будет добавить дополнительное давление или скорость. Если давление на входе слишком мало, возникнет кавитация (образование пустого пространства в насосе, которое обычно занято жидкостью). Испарение жидкости во всасывающей линии — частая причина кавитации. Пузырьки пара, попадающие в насос вместе с жидкостью, схлопываются, когда попадают в область с более высоким давлением, что приводит к чрезмерному шуму, вибрации, коррозии и эрозии.

Важными характеристиками насоса являются необходимое давление на входе, производительность по отношению к заданному общему напору (энергия на фунт из-за давления, скорости или высоты) и процентная эффективность перекачивания конкретной жидкости. Эффективность перекачивания подвижных жидкостей, таких как вода, намного выше, чем вязких жидкостей, таких как меласса. Поскольку вязкость жидкости обычно уменьшается с повышением температуры, обычно в промышленности очень вязкие жидкости нагревают, чтобы перекачивать их более эффективно.

Насосы прямого вытеснения.

Насосы прямого вытеснения, которые поднимают заданный объем за каждый рабочий цикл, можно разделить на два основных класса: поршневые и роторные. Поршневые насосы бывают поршневого, плунжерного и диафрагменного типов; роторные насосы включают шестеренчатые, лопастные, винтовые, лопастные и кулачковые насосы.

Плунжерный насос — самый старый из широко используемых. Поршневые и плунжерные насосы состоят из цилиндра, в котором поршень или плунжер движется вперед и назад. В плунжерных насосах плунжер проходит через неподвижное уплотнение с набивкой и вдавливается в жидкость, в то время как в поршневых насосах уплотнительное уплотнение переносится поршень, выталкивающий жидкость из цилиндра. По мере того, как поршень движется наружу, объем, доступный в цилиндре, увеличивается, и жидкость поступает через односторонний впускной клапан. По мере того, как поршень движется внутрь, объем, доступный в цилиндре, уменьшается, давление жидкости увеличивается, и жидкость вытесняется через выпускной клапан. Скорость откачки изменяется от нуля в точке, в которой поршень меняет направление, до максимальной, когда поршень проходит примерно половину своего хода. Отклонение в скорости откачки можно уменьшить, используя обе стороны поршня для перекачивания жидкости. Насосы этого типа называются двойного действия. Колебания скорости откачки можно еще больше уменьшить, если использовать более одного баллона.

Общая производительность поршневых насосов может быть изменена путем изменения либо скорости возвратно-поступательного движения штока поршня, либо длины хода поршня. Поршень может приводиться в движение непосредственно паром, сжатым воздухом или гидравлическим маслом или через механическое соединение или кулачок, который преобразует вращательное движение ведущего колеса в возвратно-поступательное движение штока поршня.

Поршневые и плунжерные насосы дороги, но они чрезвычайно надежны и долговечны. Поршневые насосы, как известно, работают без ремонта и замены более 100 лет.

Действие диафрагменного насоса аналогично поршневому насосу, в котором поршень заменен пульсирующей гибкой диафрагмой. Это преодолевает недостаток контакта поршневых уплотнений с перекачиваемой жидкостью. Как и в случае поршневых насосов, жидкость входит и выходит из насоса через обратные клапаны. Диафрагма может приводиться в действие механически поршнем, непосредственно прикрепленным к диафрагме, или текучей средой, такой как сжатый воздух или масло.

Мембранные насосы обеспечивают пульсирующую подачу жидкостей или газов или их смеси. Они полезны для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы, а также для перекачивания дорогих, токсичных или коррозионных химикатов, когда недопустимы утечки через набивку.

Мембранные насосы могут работать всухую в течение длительного периода времени. Кроме того, скорость откачки большинства таких насосов может изменяться во время работы.

Самый распространенный вид шестеренчатый насос показан на рисунке 1. Один из шестерни приводится в движение, а другая работает бесплатно. Частичный вакуум, создаваемый расцеплением вращающихся шестерен, втягивает жидкость в насос. Затем эта жидкость передается на другую сторону насоса между зубьями вращающейся шестерни и неподвижным корпусом. Когда вращающиеся шестерни зацепляются друг с другом, они создают увеличение давления, которое заставляет жидкость попадать в выпускную линию. Шестеренчатый насос может откачивать жидкость в любом направлении, в зависимости от направления вращения шестерни.

Рисунок 1: Насос с внешним зацеплением

 

Насос с внутренним зацеплением показан на рисунке 2 . Ведомая шестерня представляет собой ротор с зубьями, нарезанными изнутри, которые входят в зацепление с зубьями промежуточной шестерни, нарезанной снаружи, смещенной от центра ротора. Серповидная часть неподвижного корпуса разделяет поток жидкости между промежуточной шестерней и ротором. Шестеренные насосы могут перекачивать жидкости, содержащие пары или газы. Поскольку они зависят от жидкости перекачиваются для смазки внутренних движущихся частей, они не подходят для перекачивания газов. Они обеспечивают постоянную мощность с незначительными пульсациями для данной скорости ротора. Эрозия и коррозия приводят к увеличению количества жидкости, проскальзывающей обратно через насос. Поскольку шестеренчатые насосы подвержены засорению, они не подходят для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Однако, поскольку им не нужны обратные клапаны, их можно использовать для перекачивания очень вязких жидкостей.

Рисунок 2: Насос с внутренним зацеплением

 

Лопастные насосы напоминают насосы с внешним зацеплением, но имеют роторы с двумя, тремя или четырьмя лопастями вместо шестерен; оба ротора приводятся в движение. Лопастные насосы имеют более пульсирующий выход, чем насосы с внешним зацеплением, и менее подвержены износу. Лопастные компрессоры также используются для перекачки газов; каждый ротор имеет две лопасти.

В винтовой насос, винтовой ротор вращается в неподвижном корпусе, форма которого такова, что полости, образованные на входе, перемещаются по направлению к выпуску по мере того, как винт вращается. По мере образования полости создается частичный вакуум, который втягивает жидкость в насос. Затем эта жидкость переносится на другую сторону насоса внутри прогрессирующей полости. Форма неподвижного корпуса такова, что на выпускном конце насоса полость закрывается, создавая увеличение давления, которое выталкивает жидкость в выпускную линию.

Винтовые насосы могут перекачивать жидкости, содержащие пары или твердые частицы. Они обеспечивают стабильную мощность с незначительными пульсациями для данной скорости ротора. Поскольку винтовые насосы не нуждаются в впускных и выпускных обратных клапанах, их можно использовать для перекачивания очень вязких жидкостей. Хотя винтовые насосы громоздки, тяжелы и дороги, они прочны , медленно изнашиваются и имеют исключительно долгий срок службы.

Пластинчатый насос показан на рисунке 3. Ротор установлен не по центру. Прямоугольные лопатки расположены через равные промежутки по изогнутой поверхности ротора. Каждая лопасть может свободно перемещаться в прорези. Центробежная сила от вращения выбрасывает лопатки наружу, образуя уплотнение относительно неподвижного кожуха. По мере вращения ротора на всасывающей стороне насоса создается частичный вакуум, в который всасывается жидкость. Затем эта жидкость переносится на другую сторону насоса в пространстве между ротором и неподвижным корпусом. На стороне нагнетания доступный объем уменьшается, и возникающее в результате увеличение давления выталкивает жидкость в выпускную линию; скорость откачки можно изменять, изменяя степень эксцентриситета ротора. Пластинчатые насосы не нуждаются в впускных и выпускных обратных клапанах; они могут перекачивать жидкости, содержащие пары или газы, но не подходят для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Для перекачки газов используются компрессоры лопастного типа.

Рисунок 3: Пластинчатый насос

.

Пластинчатые насосы обеспечивают постоянную мощность с незначительными пульсациями для данной скорости ротора. Они прочные, а их лопатки легко заменяются и компенсируют износ. Производительность насоса не снижается до тех пор, пока лопасти не будут сильно изношены.

Кинетические Насосы.

Кинетические насосы можно разделить на два класса: центробежные и регенеративные. В кинетических насосах жидкости сообщается скорость. Большая часть этого скоростного напора затем преобразуется в напор.

Центробежные насосы бывают радиальными, осевыми и смешанными. Насос с радиальным потоком обычно называют прямым центробежным насосом; наиболее распространенным типом является спиральный насос, показанный на рисунке 4. Например, насос СЭ1250-140-11 используется для создания нужного давления в тепловых сетях. Его причисляют центробежному насосному оборудованию спирального типа, такое оборудование работает от электричества. В зависимости от модели агрегат может быть как одноступенчатым, так и двухступенчатым. Жидкость поступает в насос около оси крыльчатки, вращающейся с высокой скоростью. Жидкость выбрасывается радиально наружу в корпус насоса. Создается частичный вакуум, который непрерывно втягивает больше жидкости в насос.

Рисунок 4: Центробежный насос со спиральным корпусом

Спиральные центробежные насосы являются надежными и относительно недорогими, тихим и надежными, и их производительность относительно не зависит от коррозии и эрозии. Они компактны, просты в конструкции и не требуют впускных и выпускных обратных клапанов.

Центробежные насосы со спиральным корпусом могут перекачивать жидкости, содержащие твердые частицы, но при перекачивании жидкостей, содержащих более чем небольшое количество пара, их всасывание нарушается из-за кавитации. Центробежные насосы со спиральным корпусом лучше всего работают при перекачивании относительно невязких жидкостей, а их производительность значительно снижается при перекачивании вязких жидкостей.

Другой тип центробежных насосов с радиальным потоком — это инфузорный насос, в котором после того, как жидкость покидает рабочее колесо, она проходит через кольцо неподвижных лопаток, которые рассеивают жидкость, обеспечивая более контролируемый поток и более эффективное преобразование скоростного напора в напор.

В центробежных насосах с осевым потоком ротор представляет собой гребной винт. Жидкость течет параллельно оси, как показано на рисунке 5. Диффузионные лопатки расположены в выпускном отверстии насоса, чтобы исключить скорость вращения жидкости, передаваемой воздушным винтом. Компрессоры с осевым потоком также используются для перекачки газов. В насосах смешанного типа жидкость нагнетается как в радиальном, так и в осевом направлении в спиральный корпус.

Рисунок 5: Центробежный насос с осевым потоком

 

А регенеративный насос также называется турбинным или периферийным насосом. Рабочее колесо имеет лопатки с обеих сторон обода, которые вращаются в кольцевом канале в корпусе насоса. Жидкость не выходит свободно из конца рабочего колеса, а возвращается обратно в нижнюю точку диаметра рабочего колеса. Эта рециркуляция или регенерация увеличивает развиваемый напор. Из-за малых зазоров регенеративные насосы нельзя использовать для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Они могут перекачивать жидкости, содержащие пары и газы, и фактически они могут перекачивать газы при условии, что они содержат достаточно жидкости для герметизации тесных зазоров. Регенеративные насосы подходят только для перекачивания подвижных жидкостей.

Электромагнитные насосы.

Их можно использовать только для перекачивания жидкостей с хорошими электрическими проводниками. Трубка, по которой проходит жидкость, помещается в магнитное поле, и через жидкость поперек проходит ток, так что на нее действует электромагнитная сила в направлении потока. Ток и поле могут создаваться разными способами. Принцип работы электромагнитного насоса такой же, как и у электродвигателя. Электромагнитные насосы используются для перекачки жидких металлов, которые используются для охлаждения ядерных реакторов.

Другие типы насосов.

Газлифты используются для подъема жидкостей со дна скважин. Сжатый газ вводится в жидкость около забоя скважины, как показано на Рисунке 6. Образовавшаяся смесь газа и жидкости легче и более плавучая, чем одна жидкость, так что смесь поднимается и выходит. У газлифтов нет движущихся частей, и они могут использоваться для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Хотя воздушные или газовые подъемники сейчас мало используются, когда-то они широко использовались для перекачки воды, рассола и нефти.

Рисунок 6: Пневматический или газовый лифт-насос

 

Струйный эжекторный насос, жидкость проходит через сопло Вентури (см. трубка Вентури ) и создает всасывание, вызывающее захват второго потока жидкости. В аспирационном насосе вода проходит через сопло Вентури и создает всасывание для всасывания воздуха. Паровые эжекторы широко используются для откачки больших объемов паров и газов при низких давлениях. Пар с высокой скоростью входит в основной корпус насоса и передает часть своего количества движения газу, который всасывается из впускной линии. Смесь пара и газа поступает в главное сопло Вентури, известное как диффузор. Кинетическая энергия преобразуется в энергию давления, и смесь пара и газа сжимается. Таким образом, энергия пара используется для сжатия газа от низкого до более высокого давления. Струйные энжекторные насосы используются примерно с 1850 года.

Гидравлический поршневой насос использует энергию нисходящего потока воды для подъема части воды на более высокий уровень. Вода, протекающая во впускной трубе, закрывает обратный клапан . Как и в случае гидравлического удара (при котором поток воды внезапно останавливается, вызывая ударное воздействие), кинетический энергия преобразуется в энергию давления, и второй обратный клапан открывается, чтобы пропустить немного воды в воздушную камеру и вверх по выпускной трубе. Давление во впускном водопроводе падает, и снова открывается первый обратный клапан. Сжатый воздух закрывает обратный клапан в воздушной камере, и весь цикл повторяется. Примерно 15 процентов воды, протекающей во впускной трубе, можно поднять на высоту, в пять раз превышающую высоту падения во впускной трубе. Гидравлические поршневые насосы были разработаны в конце 18 века и до сих пор используются в некоторых домашних системах водоснабжения.

Вакуумные насосы — это просто компрессоры, которые забирают газ под давлением ниже атмосферного , сжимают его и выпускают газ при атмосферном давлении. Поскольку газ при низком давлении имеет большой объем, вакуумные насосы имеют тенденцию быть громоздкими. Пароструйные эжекторы широко используются в промышленности для создания вакуума. Поршневые и пластинчато-поршневые насосы также широко используются для создания вакуума.

Добавить комментарий