Прочих типов насосов и водоподъемников

Струйный насос. Эти насосы используют энергию подводимой извне воды. Их применяют как основные водоподъемники или вспомогательные для увеличения высоты всасывания основных насосов.

Струйный насос действует следующим образом (рис. 13). К соплу 1, расположенному в начале камеры смешения 2, подается вода и со скоростью 20...50 м/с выбрасывается из сопла. Давление при выходе струи и сопла при таких скоростях в соответствии с уравнением Бернулли падает, в камере смешения создается разрежение, и в нее по всасывающей трубе 3 поступает вода из нижнего бьефа (НБ). Благодаря силам трения, струя увлекает с собой воду и смешивается с ней. Пройдя горловину 4, вода попадает в диффузор 5. Здесь скорость постепенно уменьшается, а давление увеличивается. Из насоса вода под давлением поступает в нагнетательный трубопровод 6.

Если струйный насос выполняет вспомогательные функции, то он называется гидроэлеватором и устанавливается на всасывающей трубе основного насоса 1 (см. стенд).

Часть воды из напорного трубопровода 2 основного насоса отводится вниз и проходит через сопло 3, понижая тем самым давление в камере смешения, за счет чего через обратный клапан 4 подсасывается дополнительное количество воды, которое вместе с водой, проходящей через сопло, поступает к всасывающему патрубку основного насоса. Такие установки могут поднимать воду с глубины до 30 м, однако КПД их низок и не превышает 30%.

 

Рис. 13. Струйный насос

 

Струйные установки могут применяться также для питания водой паровых котлов теплоэлектростанций, но через сопло в этом случае пропускают пар. Называются они инжекторами. Если через сопло пропускается воздух, который подсасывает жидкость (например, бензин), то такое устройство называют эжектором (в карбюраторах двигателей внутреннего сгорания).

Эти насосы могут служить также и вакуумными, которые отсасывают воздух. Например, они применяются для удаления воздуха из больших конденсаторов.

Вибрационный насос. Относится к насосам трения, в которых вода перемещается под воздействием вибрирующего органа, совершающего частые возвратно-поступательные движения (около 6000 в минуту). Насос перед запуском погружается в воду, которая через обратный клапан 1 заполняет его. После запуска якорь 8 электромагнита (см. стенд) 10 при помощи штока 3 передает колебания резиновому диску 2 и диафрагме 5, которая отделяет электромагнитную часть насоса от гидравлической. При движении диска вверх вода приобретает вертикальную скорость и направляется к напорному трубопроводу 12. Обратный клапан 1 открывается и пропускает в насос новую порцию воды. При движении диска вниз вода, находящаяся над диском, по инерции продолжает движение вверх, а вода, находящаяся под диском, давит на обратный клапан и закрывает его, не допуская вытекания воды в источник. Таким образом, насос непрерывно подает воду под напором 30...40 м.

Крыльчатый насос. Действие крыльчатого насоса аналогично действию поршневого. Оно заключается в том, что при возвратно-поворотном движении крыла, которое плотно прилегает к стенкам неподвижного цилиндрического корпуса, с одной стороны, объем рабочей камеры увеличивается и происходит засасывание жидкости, а, с другой, уменьшается, т. е. происходит вытеснение жидкости, которая занимала этот объем. Так, при движении крыла в направлении, указанном стрелкой (см. стенд), объем правой камеры уменьшается, вследствие чего жидкость, находящаяся в нем, сжимается, открывается нагнетательный клапан 4, а всасывающий клапан 5 закрывается. В то же время объем левой камеры увеличивается и в ней создается разрежение, в результате чего вода через всасывающий клапан заполняет этот объем. Напорный клапан находится в закрытом положении под действием разности давлений над ним и под ним. При обратном ходе крыла назначения камер меняются местами. Недостатки насосов: быстрый износ крыла из-за трения его о стенки корпуса, особенно при перекачке воды, загрязненной песком. Подача их − до 90 л/м, напор − 30…40м, высота всасывания − до 7 м, КПД – 80…90%. Применяются с ручным приводом как бытовые или вспомогательные.

Шестеренный насос. Относится к типу объемных (роторных) насосов. Состоит из корпуса, всасывающего и нагнетательного патрубков. Внутри корпуса 1 размещаются две шестерни, находящиеся в зацеплении. Одна из них – ведущая 2, так как при помощи муфты соединяется с валом двигателя, а вторая – ведомая 3. Насос работает под заливом, поэтому жидкость, заполняющая всасывающий патрубок 4, захватывается зубьями шестерен и вдоль стенки корпуса перемещается в нагнетательную камеру 5. При зацеплении шестерен происходит вытеснение жидкости из межзубного пространства, в результате чего в ней возникает повышенное давление, под действием которого она поступает в нагнетательный трубопровод.

Применяются эти насосы для перекачки вязких жидкостей. Преимущество их – простота изготовления и эксплуатации, а недостатки – пульсация подачи, шум, вибрация из-за неуравновешенности внутренних усилий.

Промышленность выпускает шестеренные насосы с подачей от 0,22 до 144 м³/ч с давлением от 0,4 до 2,5 МПа (4 … 25 атм).

Винтовой насос. Относится к типу объемных (роторных) насосов. Могут быть одно-, двух- и трехвинтовые в горизонтальном и вертикальном исполнении.

Основным рабочим органом одновинтового насоса (см. стенд) является однозаходный стальной винт 3, который вращается в двухзаходной резиновой обойме 4. При вращении винта между его поверхностью и обоймой образуются полости, в которых перекачиваемая жидкость герметически замыкается и при дальнейшем вращении перемещается вдоль оси винта к полости напорного патрубка 2. В связи со специфичностью вращения винта соединение его с двигателем должно осуществляться карданным валом или эксцентриковой муфтой.

Эти насосы предназначены для перекачки чистых и загрязненных жидкостей, в том числе и химически активных, в количестве − от 0,3 до 40 м³/ч при давлении от 0,5 до 2,5 МПа (5…25 атм).

Вихревой насос. Относится к динамическим насосам, использующим для своей работы силы трения внутри жидкости.

Рабочее колесо 4 (см. стенд и рис.14), закрепленное на консоли вала 1 внутри корпуса 5, имеет по периферии ячейки, в которых при вращении колеса образуются вихри, в результате чего жидкость получает кинетическую энергию. За счет сил трения эти вихри разрушаются при сходе частиц жидкости с колеса в специальный канал 6, устроенный в корпусе насоса, и увлекают в движение по направлению к нагнетательному патрубку другие частицы, находящиеся в этом канале.

 

 

 

 

 

 

Рис. 14. Вихревой насос

1 – вал; 2 – станина; 3 – колпак;

4 – рабочее колесо; 5 – корпус; 6 – канал; 7 − воздухоотвод.

 

Вследствие этого сложного процесса, протекающего внутри насоса, жидкость получает давление.

Вихревые насосы предназначены для перекачки маловязких жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Они имеют подачу от 1,8 до 22,7 м³/ч, напор – от 18 до 40 м и могут быть самовсасывающими и несамовсасывающими. Перед запуском несамовсасывающий насос должен быть залит перекачиваемой жидкостью.

Самовсасывающие насосы отличаются устройством на напорном патрубке специального узла, состоящего из колпака 3 и воздухоотвода 7, которые и обеспечивают самовсасывающую способность насоса.

Вихревые насосы могут перекачивать и легкозастывающие жидкости, например, фенол, так как имеют возможность для обогрева корпуса и рабочего колеса. Для этого через специальные отверстия в обо-гревную камеру насоса подается пар так же, как и под крышку, который и нагревает насос.

Необогреваемые вихревые насосы могут применяться как вспомогательные для откачки фильтрационных вод в насосных станциях, для пожарных нужд, для питания небольших котлов и т.д. Преимущество− простота конструкции, малый вес и небольшие габариты, недостаток – сравнительно малый КПД (0,25...0,45).

Ленточный водоподъемник. Относится к типу так называемых капиллярных насосов, которые работают с использованием вязкости воды и ее способности капиллярного «прилипания». Применяется в основном в Средней Азии и Казахстане для подъема воды из шахтных колодцев.

Подъем жидкости из колодца 1 (см. стенд) осуществляется при помощи бесконечной хлопчатобумажной прорезиненной ленты 5, которая перемещается при помощи ведущего блока 3, приводимого в движение двигателем 2. Нижний ведомый блок 4 имеет груз, который служит для натяжения ленты. За счет прилипания к ленте вода поднимается из колодца, и центробежная сила, возникающая при переходе ленты через верхний блок, отрывает воду от ленты и отбрасывает в кожух 6, после чего она стекает по отводу 7 в водоприемный лоток. Глубина подъема воды ленточным водоподъемником может достигать до 250 м при подаче 3…54 м³/ч. Коэффициент полезного действия повышается с увеличением глубины подъема и находится в пределах 0,24...0,65.

Водокольцевой вакуумный насос. Эти насосы применяются в насосных станциях как вспомогательные для заливки водой основных насосов в случае установки их с положительной высотой всасывания.

При вращении рабочего колеса-ротора (см. стенд), расположенного эксцентрично по отношению к цилиндрическому корпусу 3, вода, которая должна быть залита в насос до его запуска, под действием центробежной силы образует водяное кольцо. Наружным периметром кольцо прижато к стенкам корпуса, а внутренняя часть его отрывается от ротора и открывает две полости, одна из которых соединяется с всасывающим патрубком 1 (полость 5), а вторая (полость 6) – с нагнетательным патрубком 2. При вращении колеса в направлении, указанном стрелкой, при удалении кольца от ступицы ротора в полость 5 будет засасываться воздух, который перемещается лопатками ротора к другой полости 6 и вытесняется в нее (а следовательно, и в напорный патрубок) за счет приближения водяного кольца к ступице рабочего колеса. Таким образом, вакуумный насос, подсоединенный к основному насосу, будет удалять из него воздух и тем самым понижать давление, в результате чего вода заполнит всасывающий трубопровод и корпус основного насоса.

Вода, попавшая во всасывающий трубопровод вакуумного насоса, удаляется из него также через нагнетательную полость и нагнетательный патрубок.

Водокольцевые насосы просты по конструкции и надежны в эксплуатации, но должны работать с чистой водой, иначе будут изнашиваться лопатки ротора, примыкающие с очень небольшим зазором (менее 0,1 мм) к корпусу и крышке.

Основные параметры водокольцевого насоса: подача воздуха – 0,75…50 м³/мин, предельный вакуум – 85…95%, КПД – 20…30%.

Воздушный водоподъемник (эрлифт). Действие воздушного водоподъемника, или эрлифта, основано на использовании разности давлений столбов воды и водовоздушной смеси (эмульсии), которые имеют разную плотность. Так, давления в точках 1 и 2 (рис. 15), лежащих на горизонтальной плоскости О − О, должны быть равны, т.е.

 

(34)

 

где r_в и r_э – плотность воды и эмульсии.

Откуда высота столба водовоздушной эмульсии

(35)

Для создания водовоздушной эмульсии воздух от компрессора 1 подается в скважину по трубе 2 в смесительную камеру 3, откуда образовавшаяся смесь воды и воздуха поднимается по трубе 4 и попадает в сепаратор 5, где воздух отделяется от воды и отводится через трубу 6, а вода поступает к потребителю по трубе 7.

Коэффициент полезного действия эрлифта зависит от относительного погружения его в воду, т.е. от отношения

(36)

Так, при К = 3 и при h_г = 15м h =0,59, а при К=1,65 и при h_г=100м h = 0,4.

Следовательно, чтобы получить больший КПД, необходимо большее заглубление водоподъемной трубы под динамический уровень воды в скважине, что удорожает ее стоимость.

Достоинства эрлифта: простота устройства, отсутствие в скважине механизмов и изнашивающихся деталей.

Недостаток заключается в том, что эрлифт имеет сравнительно низкий КПД и повышенные затраты на эксплуатацию компрессорного хозяйства.

 

 

 

у1

 

Рис. 15. Воздушный водоподъемник (эрлифт).

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Конструкция, принцип действия, достоинства и недостатки ленточного водоподъемника.

2. Конструкция, принцип действия водокольцевого вакуумного насоса.

3. Конструкция, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки эрлифта.

4. Область применения, достоинства и недостатки струйных насосов. Инжектор и эжектор.

5. Область применения, достоинства и недостатки вихревого и шестеренчатого насосов.

6. Область применения, достоинства и недостатки крыльчатого и вакуумного насосов.

7. Область применения, достоинства и недостатки винтового насоса и ленточного водоподъемника.

8. Классификация изучаемых насосов по принципу действия.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ
Введение…..…………………………………………………………............................
Р а б о т а 1. Параметры насосной установки и правила ее эксплуатации….………….
1.1. Основные параметры насосной установки………………………………………
1.2.Дополнительные параметры……………………………………….……………..
1.3. Правила запуска и остановки насосной установки…………………………….
1.4. Выполнение работы……………………………………………………………….
1.5. Вопросы для самоконтроля………………………………………………………
Р а б о т а 2. Изучение конструкции насосов…………………..…………………………..
2.1. Конструкция центробежных насосов…………………………………………….
2.2. Принцип действия и конструкция осевых насосов……………………………..
2.3. Выполнение работы……………………………………………………………….
2.4. Вопросы для самоконтроля……………………………………………………….
Р а б о т а 3. Испытание насосной установки с центробежным насосом………………..
3.1. Выполнение работы……………………………………………………………….
3.2. Аналитическая обработка данных………………………………………..............
3.3. Вопросы для самоконтроля……………………………………….........................
Р а б о т а 4. Параллельная работа насосов на один трубопровод……..……..………….
4.1. Выполнение работы……………………………………………..………………...
4.2. Аналитическая обработка данных...……………………………..………………
4.3. Вопросы для самоконтроля……………………………………....……………….
Р а б о т а 5. Последовательная работа центробежных насосов на один трубопровод
5.1. Выполнение работы…………………………………………………….................
5.2. Аналитическая обработка данных………………………………………..............
5.3. Вопросы для самоконтроля……………………………………...………..............
Р а б о т а 6. Кавитационные испытания центробежного насоса……………....................
6.1. Выполнение работы……………………………………………………………….
6.2. Аналитическая обработка данных……………………………………….............
6.3. Вопросы для самоконтроля……………………………………………………….
Р а б о т а 7. Изучение конструкции и определение объемного коэффициента
полезного действия поршневого насоса……………………………..………………
7.1. Устройство и принцип работы насоса двустороннего действия
7.2. Выполнение работы ……………..………………………………………..............
7.3. Вопросы для самоконтроля……………………………………………………….
Р а б о т а 8. Изучение конструкции и принципа действия гидравлического тарана…...
8.1. Выполнение работы……………………………………………………………….
8.2. Вопросы для самоконтроля……………………………………………………….
Р а б о т а 9. Конструкция и принцип действия прочих типов насосов и
водоподъемников………………………………………………………………………
9.1. Вопросы для самоконтроля………………………………………………..……..

 

 

 

Учебно-методическое издание

 

Лейко Дмитрий Михайлович

Горбачев Владимир Владимирович

 

Насосные станции и сельскохозяйственное

водоснабжение

 

Часть 1

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ

 

 

Редактор Е.Г.Бутова

Тех. редактор Н.Л. Якубовская

Корректор Л.С. Разинкевич

 

Подписано в печать 2011.

Формат 60×84 ¹/_16. Бумага для множительных аппратов.

Печать ризографическая. Гарнитура «Таймс».

Усл. печ. л.. Уч.-изд. л.

Тираж.Заказ.

 

 

Редакционно-издательский отдел БГСХА

ЛИ № 02330/0548504 от 16.06.2009.

213407, г. Горки Могилевская обл., ул. Студенческая, 2.

Отпечатано в отделе издания учебно-методической литературы,

ризографии и художественно-оформительской деятельности БГСХА.

г. Горки, ул. Мичурина, 5