учебник по ОПОВ

Действительная производительность насоса меньше теоретической из-за утечки жидкости через неплотности в сальниках, клапанах, запаздывания открытия и закрытия клапанов.

Рис. 2.3.10. Диаграммы подачи жидкости поршневым насосом: а – простого действия; б – двойного действия; в – тройного действия.

Qт – теоретическая производительность насоса, м3/с

S – длина хода поршня (или плунжера), м

F – площадь поперечного сечения поршня, м2

n - число оборотов вала кривошипно-шатунного механизма, мин -1 f – площадь поперечного сечения штока, м2

101

Если f << F, то производительность насоса двойного действия в 2 раза больше производительности насоса простого действия.

Qд – действительная производительность насоса определяется по формуле:

Диаграммы подачи жидкости поршневым насосом простого, двойного, тройного действия представлены на рис. 2.3.10

Степень неравномерности подачи в триплекс – насосе минимальна. Для снижения неравномерности подачи и уменьшения инерции массы жидкости, заполняющей насосную установку, на входе и выходе ставят воздушные колпаки.

Характеристика поршневого насоса

Характеристика поршневого насоса – это графическая зависимость между напором Н и производительностью насоса Q при n = const (рис. 2.3.11.). Производительность поршневого насоса не зависит от напора.

Рис. 2.3.11. Характеристика поршневого насоса: 1 – теоретическая характеристика насоса; 2 – действительная характеристика насоса

2.3.4Плунжерные насосы

Вхимической промышленности эти насосы более распространены, чем поршневые, т.к. требуют менее тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра и проще уплотняются.

Рис. 2.3.12. Плунжерный насос: 1 – цилиндр; 2 – плунжер; 3 – сальник; 4 – всасывающий клапан; 5 – нагнетательный клапан

Плунжерные диафрагменные (мембранные) насосы

Наряду с агрессивными, загрязненными или легко воспламеняющимися жидкостями эти насосы перекачивают также абразивные среды с высокой вязкостью бережно и осторожно. Эти основные качества нужны в производстве лаков и красок.

Рис. 2.3.13. Плунжерный диафрагменный (мембранный) насос: 1 – корпус; 2 – клапаны; 3 – цилиндр; 4 – плунжер; 5 – диафрагма (из резины или специальной стали)

102

2.3.5 Винтовые насосы

Винтовой или шнековый насос – это насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимся внутри статора соответствующей формы.

Винты имеют специальный профиль – такой, что линия зацепления между ними обеспечивает полную герметизацию области нагнетания под областью всасывания. Направление нарезки ведомых винтов противоположно направлению нарезки ведущего. Винты помещены в кожух с гладкой цилиндрической поверхностью. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается вдоль оси насоса и вытесняется в линии нагнетания. Производительность увеличивается с увеличением числа оборотов винтов. При этом давление, создаваемое насосом, остается без изменений

Винтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей различной степени вязкости, газа или пара, в том числе и их смесей. Эти насосы могут работать при давлениях до 30 МПа.

Преимуществами винтовых насосов являются:

равномерная подача жидкости, в отличие от насосов поршневых и плунжерных;

способность перекачивать смеси из жидкой и твёрдой фаз;

как и другие объёмные насосы, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости;

возможность получить высокое давление на выходе без множества каскадов нагнетания;

хорошая сбалансированность механизма и, как следствие, - низкий уровень шума при работе.

Рис. 2.3.14. Винтовой насос: 1 – ведущий винт; 2 – ведомые винты; 3 – кожух; 4 – корпус.

103

Недостатки винтовых насосов:

сложность и высокая стоимость изготовления насоса;

нерегулируемость рабочего объема;

так же, как и другие виды объёмных насосов, винтовые нельзя пускать вхолостую без перекачиваемой жидкости, так как в этом случае повышается коэффициент трения деталей насоса и ухудшаются условия охлаждения. В результате этого насос может перегреться и выйти из строя

2.3.6 Шестеренные насосы

Шестеренные насосы предназначены преимущественно для перекачивания вязких жидкостей.

Рис. 2.3.15. Шестеренный насос: 1,2 – шестерни; 3 – корпус; 4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок

Две шестерни, одна из которых ведущая, а другая ведомая, вращаясь в хорошо подогнанном корпусе, перемещают масло, заполняющее впадины между зубьями по части окружности из полости всасывания в полость нагнетания. При вращении шестерен вследствие создаваемого разрежения жидкость поступает в корпус, перемещается по направлению вращения в нагнетательный патрубок (рис.

2.3.15.).

Такие насосы обладают реверсивностью. Это значит, что области всасывания и нагнетания меняются местами при изменении направления вращения шестерен.

Подача насоса определяется по формуле:

v 0.7 0.9

f – площадь поперечного сечения впадины между зубьями, м2;

l – длина зуба шестерни, м;

z – число зубьев;

n – частота вращения шестерен, мин-1

104

2.3.7 Осевые (пропеллерные) насосы

Рабочее колесо (1) с лопатками винтового профиля при вращении в корпусе (2) сообщает жидкости движение в осевом направлении. Для преобразования вращательного движения жидкости на выходе из колеса в поступательное движение устанавливают направляющий аппарат (3).

Рис. 2.3.16. Осевой насос: 1- рабочее колесо; 2 - корпус; 3 - направляющий аппарат

Применяют для перемещения больших объемов жидкостей (десятки м3/с) при относительно невысоких напорах (от 3-5 до 15-25м). По сравнению с центробежными насосами осевые насосы имеют большую подачу, но меньший напор. К.п.д. их достигает 0,9 и выше.

2.3.8 Вихревые насосы

По принципу действия отличаются от центробежных насосов. Перекачиваемая жидкость подводится и отводится по боковым каналам. Рабочее колесо имеет на наружной поверхности ячейки, заполненные во время работы жидкостью. При вращении рабочего колеса с большой скоростью жидкость, находящаяся в ячейках, вследствие трения, увлекает перекачиваемую жидкость, поступающую через боковой канал, перемещает ее по кольцевому пространству в нагнетательный канал.

Рис. 2.3.17. Вихревой насос: 1 – корпус; 2 – рабочее колесо

Напор таких насосов в 2 - 4 раза больше, чем у центробежных насосов при одном и том же диаметре колеса. Они просты по устройству, малогабаритны, не требуют заливки линии всасывания и корпуса перед пуском. С уменьшением производительности напор и мощность у них резко возрастают, достигая

105

2.3.11 Классификация компрессорных машин

Большинство химико-технологических процессов связано с транспортировкой газа или изменением его давления. Это процессы абсорбции, конвективной сушки, холодильные и каталитические процессы, системы пневмотранспорта, вентиляционные установки. Машины, предназначенные для сжатия и транспортирования газов при давлениях отличных от атмосферного (от 0,001Па до 100000000 Па) называются компрессорами.

Основной характеристикой таких машин является степень сжатия.

Степень сжатия с – это отношение конечного давления, создаваемого компрессором, к начальному давлению.

р2- давление на выходе из компрессорной машины

р1 – давление на входе в компрессорную машину

В зависимости от степени сжатия различают следующие компрессорные машины:

вентиляторы (с < 1,15) - для транспортирования больших количеств газов при низких давлениях;

газодувки (1,15 < с < 3,0) - для транспортирования газов при существенных гидравлических сопротивлениях системы;

компрессоры с > 3,0 - для создания высоких давлений.

По принципу действия различают компрессоры:

объемные (поршневые, мембранные, роторные);

динамические (струйные, центробежные, осевые).

По рабочему давлению компрессоры подразделяют на:

вакуумные (Р начальное < Р атм);

низкого давления (Р конечное 0,115 - 1,0 МПа);

высокого давления (Р конечное 10 -100 МПа);

сверхвысокого давления (Р конечное > 100 МПа).

107

В вентиляторах, которые создают небольшое избыточное давление, достаточно одной ступени. В газодувках, как правило, предусмотрено несколько ступеней сжатия. Компрессоры всегда состоят из нескольких ступеней сжатия.

Несмотря на то, что по конструкции рабочих колес, количеству ступеней сжатия газодувки и компрессоры похожи, необходимо знать их существенные отличия.

Во-первых, в газодувках при сжатии газа и увеличении его температуры не принимают никаких мер по снижению температуры газа. В компрессорах газ всегда охлаждают.

Второе различие состоит в размере рабочих колес, которые устанавливают в последовательно работающих ступенях сжатия. В газодувках диаметры рабочих колес и их ширина одинаковы.

В компрессорах с целью уменьшения гидравлических потерь размер рабочих колес последовательно уменьшают. Если компрессор состоит из нескольких секций, то внутри каждой секции колеса одинаковые, но их размер уменьшается от секции к секции.

Сжатие и разрежение газов

Сжатие и разрежение газов сопровождается изменением давления и температуры.

Взависимости от условий сжатия различают:

адиабатическое сжатие - процесс, при котором тепло, выделяющееся при сжатии, полностью остается внутри газа, повышая его температуру. Потери тепла в окружающую среду отсутствуют Q=const;

изотермическое сжатие – это процесс, при котором тепло, выделяющееся при сжатии, полностью отводится наружу, T=const;

политропическое сжатие – реальный процесс сжатия газа, при котором одновременно с изменением объема и давления происходит изменение температуры и отвод тепла наружу.

2.3.12 Поршневые компрессоры

Относятся к машинам объемного действия. Передача энергии газу происходит в результате действия на него поршня. Бывают простого и двойного действия – по числу сторон поршня, действующих на газ; одно-, двух-, многоцилиндровые – по числу параллельно работающих цилиндров; одно-, двух-, многоступенчатые – по числу ступеней сжатия.

На рис. 2.3.20. показана схема одноцилиндрового компрессора простого действия с приводом от кривошипно-шатунного механизма.

108

Рис. 2.3.20. Одноцилиндровый компрессор простого действия: 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик

В цилиндре 1 движется поршень 2. В крышке цилиндра находятся всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Возвратно-поступательное движение поршня происходит за счет преобразования вращательного движения кривошипа 6, соединенного с поршнем с помощью шатуна.

При движении поршня слева направо из крайнего левого положения в полости цилиндра понижается давление, и открывается всасывающий клапан. Газ поступает в цилиндр. Процесс всасывания заканчивается при достижении поршнем крайнего правого положения. При обратном движении поршень действует на газ, повышая его давление. Всасывающий клапан при этом закрывается. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не достигнет значения давления в нагнетательном трубопроводе. После этого открывается нагнетательный клапан, и газ вытесняется в трубопровод. Поршень доходит до достижения поршнем крайнего левого положения. Затем процесс повторяется. Так как температура газа при сжатии повышается и при этом затраты энергии на сжатие увеличиваются, то газ в цилиндре обычно охлаждают, используя водяную рубашку.

Необходимо отметить, что в таких компрессорах под поршнем остается некоторый объем сжатого газа, который называют вредным пространством. Чем больше вредное пространство, тем дольше расширяется газ из него и меньше объем всасывания. Для того, чтобы уменьшить объем вредного пространства, к цилиндру присоединяют дополнительные полости, объем которых можно регулировать вручную или автоматически.

Рис. 2.3.21. Одноцилиндровый компрессор двойного действия: 1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – всасывающий клапан, 4 – нагнетательный клапан, 5 – шатун, 6 – кривошип, 7 – маховик, 8 - крейцкопф

109