На сегодня люди, которые имеют загородные дома и другого рода постройки, не могут обойтись без насосов для питьевой воды.

Все они делятся на определенное количество видов и типов, которые предназначены для выполнения ряда задач.

1 Виды насосов: общая классификация

Условно все они делятся на несколько видов и типов. Общая классификация выглядит следующим образом:

По принципу работы:

По назначению:

• насосы для воды;
• дренажные;
• циркуляционные.

Способ забора воды:

• погружные;
• инжекторные;
• наружные.

Отдельным видом можно посчитать магистральный насос – гидравлическую машину, которая используется для перекачивания нефти и всех нефтепродуктов. Они обеспечивают высокие напоры бака, надежность и экономию во время использования, а также беспрерывную работу.

Зачастую все они горизонтальные, что позволяет сэкономить место и более тщательно распланировать подачу воды в частном доме.

1.1 Типы насосов: детальное описание

Поверхностные. Устройства небольшой мощности можно устанавливать на поверхности водоема. Это можно делать в том случае, если колодец или любой другой водоем имеет чистую воду и не находится на большой глубине. Агрегат подобного вида можно установить самостоятельно, используя для этого специальный «поплавок».

Стоит отметить, что такие конструкции бывают как горизонтальные, так и вертикальные. В свою очередь они также делятся на:

Погружные. Дачный экземпляр погружного вида используется для подачи большого напора воды с больших и малых глубин. Они подходят для использования в колодезях и скважинах.

Погружные насосы в свою очередь делятся на:

• колодезные (бытовой – частично или полностью погружается в воду, подача воды осуществляется благодаря поплавку-выклучателю, который работает автоматически);
• скважинные (на воду насос, который предназначен для подачи воды с большой глубины; агрегат способен качать воду с примесями и землей);
• дренажные (горизонтальные насосы работают на небольшой глубине и предназначаются для подачи загрязненных вод);
• фекальные (агрегат с помощью аккумулятора откачивает канализационные отходы, сюда также входят насосы для сточных вод).

1.2 Виды насосов для воды

Помимо указанной классификации для работы с водой учитывается состояние самой жидкости, а именно ее степень загрязнения и ряд других критериев, которые необходимо учитывать при выборе насосов.

Всего они делятся на насосы для:

• чистой воды (агрегат способен поставлять воду с минимальным количеством примесей; предназначен для работы в колодезях и скважинах);
• воды со средней степенью загрязнения (горизонтальные устройства, которые способны перекачивать воду с коэффициентом примесей в 200 г/м³; сюда входят насосы для морской воды, небольшие насосные станции и ряд других агрегатов);
• воды с высокой степенью загрязнения (сюда входят виды для слива воды, канализационные насосы, а также для отвода сточных вод).

1.3

Одним из видов данных устройств есть насосные станции. Их преимуществом является простота и доступность в эксплуатации, большим временем работы (долгосрочное использование мотора), обслуживание нескольких точек (домов) одновременно. Сюда относятся: ветряные насосы для воды и солнечный насос.

Перечень элементов, из чего состоит станция, составляет:

• собственно насос;
• обратный клапан;
• гидроаккумулятор;
• несколько датчиков управления.

Принцип работы состоит в том, что с помощью сильного давления воздуха, который собирается в грушеобразном отделе, происходит выкачивание воды.

Стоит отметить, что это полностью бесшумный насос, благодаря чему можно избежать лишних звуков. С помощью бака, какие бывают установлены на насосных станциях, можно увеличить производственные качества самого агрегата.

2 Преимущества и недостатки разных видов и типов насосов

Несмотря на большое количество насосов на воду все они имеют свои преимущества и недостатки, начиная от бака и системы подачи, заканчивая способами перемещения воды и других жидкостей из емкости.

2.1 Насосы для наружного использования

Устройства подобного типа используются для работы с колодцами, открытыми водоемами и некоторыми системами водоснабжения, которых есть несколько оптимальных видов. Сами они рознятся размером, мощностью, работой на батарейках или с помощью топливных препаратов и прочим.

Их преимущества:

Их недостатки:

• не работают на глубине от восьми метров;
• из-за электродвигателя являются очень шумными (есть бесшумные варианты, которые стоят в несколько раз дороже).

2.2 Насосы погружного типа

Установки данного типа предназначены для забора воды со скважин и колодцев, а также для увеличения скорости подачи воды. Особенностью является то, что он погружается непосредственно в воду или ту жидкость, которую он должен откачивать.

Их преимущества:

• возможность подъема воды с глубины в 40-50 метров;
• бесшумная работа двигателя бака;
• небольшие габариты самого устройства.

Стоит отметить, что в данном типе насосов эксперты не отмечают никаких недостатков, благодаря чему они являются оптимальным вариантом на даче или других сооружениях.

2.3 Насосы инжекторного типа

Техника данного рода имеет две трубы — с большим и меньшим диаметром, каждая из которой имеет специальную насадку — инжектор. Именно последняя имеет повышающие качества и позволяет откачивать воду с большой глубины (от 10 метров).

Их преимущества:

3 Конструкция насоса

Несмотря на разнообразие видов и типов водяные насосы имеют практически одинаковое строение и состоят их таких элементов:

• камера;
• колесо;
• насосный вал;
• аппарат направляющего типа;
• нагнетательный патрубок;
• насосный корпус;
• патрубок для всасывания воды и жидкостей.

Все это в соединении позволяет приводить в движение насос или насосную систему и осуществлять подачу воды.

4 Как выбрать?

Сколько бы ни было видов устройств и станций, только один подойдет для использования. Выбрать его можно с помощью экспертов, обратившись в магазин или сервисный центр, или воспользовавшись советами по выбору этой системы.

4.1 Вид водоема

Прежде чем приступить к выбору, вы должны четко установить вид водоема, в котором он будет работать. Здесь важно учитывать:

• размер водоема;
• глубину водоема;
• уровень загрязнения воды;
• для подачи чистой воды или вывода сточных вод.

Установив ответы на эти три вопроса-категории можно смело приступить к следующему.

4.2 Глубина

Значение имеет глубина, на которой будут работать данные устройства, то, насколько они поднимут воду:

• поверхностные;
• на глубину до 10 метров;
• на глубину до 20 метров;
• на глубину от 20 метров.

Стоит отметить, что не стоит выбирать аппараты для глубины подачи от 20 метров, если у вас поверхностный водоем или глубиной до 10 метров.

4.3 Количество обслуживающих пунктов

Здесь речь идет о количестве домов, которые будет обслуживать система водоснабжения. Если речь идет о покупке агрегата только для одного дома, можно обойтись одним аппаратом, если для двух и больше домов – понадобится насосная станция.

4.4 Производитель

Растущее количество производителей привело к увеличению спроса и усложнению выбора. Несмотря на это, на мировом рынке уже пару лет массовым спросом пользуются агрегаты немецких и итальянских производителей.

4.5 Все про насосы: Как выбрать насос и какие бывают насососы (видео)

Насос - гидравлическая машина, предназначенная для перемещения жидкости под напором. Механическая энергия, подводимая к валу в насосе преобразуется в энергию потока жидкости.

За счет переданной энергии жидкость может пониматься на заданную высоту, перекачиваться на значительные расстояния или циркулировать в рабочем контуре.

В связи с широкими областями применения и большим разнообразием конструкций классификация насосов является не самой простой и однозначной задачей. Вследствие этого насосы классифицируются по различным признакам.

Классификация насосов по принципу действия

Наиболее распространенной является классификация насосов по принципу работы. Согласной этой классификации все многообразие конструкций насосов можно разделить на две основные группы: .

• Объемные
  • Возвратно-поступательные
  • Вращательные (ротоные)
    • Роторно-поступательные
      • Шиберные
      • Роторно-поршневые
    • Роторно-вращательные
      • Зубчатые

Динамические

• • Трения

Классификация согласно ГОСТ 17398-72 Насосы. Термины и определения

В приложении к ГОСТ 17398-72 представлена классификация насосов по принципу действия и конструкции, согласно ней насосы делят на два основных класса, объемные и динамические. В каждом из классов можно выделить несколько групп по различным признакам.




Виды насосов по размеру

В зависимости от основных параметров - мощности, подачи разделяют следующие виды насосов:

Классификация насосов по назначению

Насосы, использующиеся в системах водоснабжения, канализации, коммунальном хозяйстве классифицируют по назначению:

• Общего назначения для пресной воды
• Центробежные
• Консольные
• Двухстороннего входа
• Вертикальные
• Регулируемые
• Нерегулируемые
• Диагональные
• Осевые
• Вертикальные
• Регулируемые
• Нерегулируемые
• Горизонтальные
• Вихревые
• Центробежно-вихревые
• Многоступенчатые
• Скваженные
• Скваженные погружные
• Скваженные с выносным электродвигателем (над скважиной)
• Для энергосистем
• Питательные
• Конденсаторные
• Сетевые
• Для стоячих жидкостей
• Горизонтальные
• Вертикальные
• Для абразивных смесей
• Грунтовые горизонтальные однокорпусные
• С нормальным проходным сечением
• С увеличенным проходным сечением
• Песковые
• Горизонтальные
• Вертикальные
• Для волокнистых масс
• Центробежные для бумажно массы
• Центробежные консольные
• Для жидкостей с объемно концентрацией твердых частиц на более 0,1 %
• Для жидкостей с объемно концентрацией твердых частиц на более 1,5 %
• Центробежные герметичные
• Горизонтальные
• Вертикальные
• Осевые горизонтальные нерегулируемые
• Опускные
• Моноблочные для загрязненных вода
• Дозировочные
• Поршневые
• Плунжерные
• Сильфонные

Раздел первый. НАСОСЫ

ГЛАВА 1

НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАСОСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ § 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации изображена на рис. 1. 1. В этой схеме для привода насоса исполь-

Рис. 1.1. Принципиальная схема насосной станции

1 - водоприемник; 2 - насос; 3 - приводной электродвигатель; 4- силовой понижающий трансформатор; 5- ЛЭП; 6 -валорный трубопровод; 7 -эодовыпуюк

зуется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода для другая.рабочая жидкость всасывается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия ¦" жидкости после насоса всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными, параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного- действия.

Напор представляет собой разность удельных энергий жидкости & сечениях после и до насоса, выраженную в метрах. Напор, создаваемый насосом, определяет предельную высоту подъема или дальность перекачки, жидкости (соответственно Я и L; см. рис. 1.1).

П о д а ч а, т. е. объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, измеряется обычно в л/с или м 3 /ч.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного капора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

История возникновения и развития насосав показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачки воды было бы односторонним. Помимо.водоснабжения и канализации городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулирования энергии, "транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, специальные насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, «откачка "воды, из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и т.п.), при разработке месторождений и транспортировании полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении «отходов производственных предприятий. В качестве вспомогательных устройств насосы служат для обеспечения смазки и охлаждения машин.

Таким образом, насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин, причем их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико. Поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. С этой точки зрения все существующие в настоящее время насосы могут быть разделены на следующие ¦основные группы: лопастные насосы, объемные насосы и струйные насосы. Особую группу составляют водоподъемники некоторых специальных типов.

Лоп астные насосы преобразуют энергию за счет динамического взаимодействия потока перекачиваемой жидкости и лопастей вращающегося колеса, которое и является основным рабочим органом насоса.

Объемные насосы работают по принципу вытеснения, который заключается в создании гидравлической системы, имеющей изменяющийся объем. Если этот объем заполнить перекачиваемой жидкостью, а -затем его уменьшать, то жидкость будет вытесняться в напорный трубопровод.

Струйные насосы работают по принципу смешения потока перекачиваемой жидкости со струей жидкости, пара или газа, обладающей «большим запасом кинетической энергии.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

надежность и долговечность работы;

экономичность и удобство эксплуатации;

изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

минимальные габариты и вес;

простота устройства, заключающаяся в минимальном числе деталей и полной их взаимозаменяемости;

удобство монтажа и демонтажа.

Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.

§ 2. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и вихревые насосы. Как уже отмечалось ранее г работа этих насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком "Перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосо& перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Центробежные насосы. Основным рабочим органом центробежного насоса, один из возможных вариантов конструкции которого схематически изображен на рис. 1.2, является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые для нормальной работы должны быть заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждый объем жидкости массой т, находящийся в межлопастном канале на расстоянии г от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением

Рц = /ЛСй а Г, (1.1)

где ш - угловая скорость вращения вала.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного потока жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него.

Жидкость подводят через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение) ..

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Анализ уравнения (1.1) показывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой вьгсокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По числу рабочих колес различают одноступенчатые (см. рис. 1.2) и многоступенчатые насосы.

В многоступенчатых насо-сах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых

Рис. 1.2. Центробежный насос

/ - колесо; 2 - лопасти; 3 - вал; 4 - хариус; 5 - всасывающий патрубок; 6 - всасывающий трубопровод; 7 -.напорный патрубок; 8 - напорный трубопровод

каждым колесом. В" зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т.д.

По величине создаваемого напора центробежные насосы разделяются на низконапорные (напор до 20 м), средненапорные (20-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). -

По способу подвода "жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом (см. рис. 1.2) и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа (рис. 1.3).

По способу отвода жидкости из рабочего колеса насосы разделяются на спиральные и турбинные.

В спиральных насосах перекачиваемая жидкость "из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральный канал корпуса и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам.

В турбинных насосах жидкость, прежде чем попасть в спиральный отвод, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно "с двигателями с помощью муфты, и моноблочные, рабочее коле-СО" которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды), кислотные, грунтовые и др.

Напор одноступенчатых центробежных насосов, серийно выпускаемых промышленностью, достигает 120 м, подача - 15 м 3 /с. Серийные многоступенчатые насосы развивают напор до 2000 м при подаче 80-

100 л/с. Что касается КПД, то в зависимости от конструктивного" исполнения он меняется в широких пределах - от 0,85 до 0,9 у крупных одноступенчатых насосов до 0,4-0,45 у высоконапорных многоступенчатых. Параметры центробежных насосов специального изготовления, как одноступенчатых, так и многоступенчатых, могут быть значительно выше.

Осевые насосы. Рабочее колесо осевого насоса (рис. 1.4,а) состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закрученной передней, набегающей на поток кромкой.

Если рассматривать идеальную жидкость, движущуюся без потерь, и считать, что- давление на бесконечном расстоянии постоянно, то при вызываемом вращением рабочего колеса перемещении профиля лопасти ъ массе жидкости, согласно уравнению Бернулли, за счет изменения скорости течения давление над профилем должно повыситься, а под профилем- понизиться. Это создает силовое воздействие лопасти на поток, результирующая которого R (рис. 1. 4, б) может быть разложена на две составляющие: силу Y, нормальную к направлению набегающего потока, которую называют подъемной силой, и силу X, направленную по потоку и называемую лобовым сопротивлением.

Подъемная сила-, отнесенная к единице длины лопасти, определяется формулой, которая является частным случаем общей теореми

Рис. 1.4. Осевой насос

а -лртнцыпнальная схема устройства: 1 -

колесо; 2 - камера; 3 - выправляющий аппарат; 4 - отвод; б-силы," действующие ва

профиль лопасти

SJ R

Рис. 1.3. Проточная часть двустороннего центробежного насоса

I - всасывающий паттрубсхк; 2 - рабочее колесо; 3 - проходной >вал; 4 - ггодшиггаииен; 5 - спиральный олвод; 6 - напорный паггрубак

1 - колесо; 2 - корпус; 3 - полость; 4, б -«а/парный « всасывающий патрубки; 6 - уплотняющий аысгуп

Н. Е. Жуковского о подъемной силе, действующей на тело произвольной формы:

Y = С у р I

Где С у - коэффициент, зависящий от формы профиля и угла атаки; р - плотность среды;

I - длина хорды профиля Лопасти;

яУоо - относительная скорость набегания невозмущенного потока.

Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере, благодаря чему основная масса потока в пределах колеса движется в осевом направлении, что, кстати говоря, и определило название насоса.

Двигаясь поступательно, перекачиваемая жидкость одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом. Жидкость подводится, к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и изогнутые всасывающие трубы. относительно сложной формы.

Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями.

Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.

В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом с помощью муфты. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.

Подача серийно выпускаемых отечественной промышленностью осевых насосов колеблется от 0,6 до 45 м 3 /с при напорах от 2,5 до 27 м.Таким образом, по сравнению с центробежными осевые насосы имеют значительно большую подачу, но меньший напор. КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

Вихревые насосы. Рабочее колесо вихревого насоса (рис. 1.5) .представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопастями, расположенными на лериферии колеса. В корпусе ¦имеется кольцевая полость, в которую и входят лопасти колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопастей, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопастями и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что одна и та же частица жидкости, двигаясь по винтовой траектории, на уча-

Рис. 1.6. Диагональный насос (¦производство ГДР)

1 -.всасывающий тгатрубок; 2 - рабочее колесо; 3 -.корпус насоса; 4 - выправляющий аппарат; 5 -радиальный подшипник; 6 - отвод

стке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому вихревой насос в состоянии развить напор, в 2-4 раза больший, чем центробежный насос, при одном и том же диаметре колеса, т. е-при одной и той же окружной скорости. Это, в свою очередь, приводит к значительно меньшим габаритным размерам и весу вихревых насосов сравнении с центробежными.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий-КПД (0,25-0,5) и быстрый износ их деталей при работе на жидкостях, содержащих взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м 3 /ч и напор от 15 до 90 м.

Отечественной промышленностью выпускаются также комбинированные центробежно-вихревые насосы, у которых в одном корпусе на одно>« валу размещаются колесо центробежного типа и вихревое рабочее колесо. В этом случае центробежная ступень создает необходимый подпор" вихревой ступени и повышает общий КПД насоса. При тех же подачах, напор центробежно-вихревых насосов достигает 300 м.

К числу насосов, не освоенных еще в достаточной степени отечественной промышленностью, но нашедших широкое распространение в системах водоснабжения и канализации за рубежом, следует отнести так называемые диагональные насосы (рис. 1.6), у которых поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного из радиального и осевого направлений.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов - перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное.действие подъемной и центробежной сил.

Рабочие колеса диагональных насосов могут быть закрытого (см. рис. 1.6, а) или открытого (см. рис. 1.6, б) типа. В первом случае общая конструкция колеса приближается к центробежному, а во втором - к осевому колесу. Лопасти рабочих колес открытого типа у ряда насосов выполняются поворотными, что является их несомненным преимуществом.

Жидкость отводится от рабочего колеса диагонального насоса с помощью спирального канала, как у центробежных насосов, либо с помощью трубчатого колена, как у осевых.

По своим рабочим параметрам (подача, напор) диагональные насосы также занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми.

§ 3. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ

В зависимости от конструкции, назначения и условий работы объемные насосы могут быть классифицированы следующим образом:

с возвратно-поступательным движением рабочего органа;

с вращательным движением рабочего органа.

К первой группе относятся поршневые, плунжерные и диафрагмен-ные насосы. Ко второй группе относятся шестеренные и винтовые насосы.

Поршневой насос одностороннего действия (рис. 1.7) состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим л напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратнопоступательное движение. К корпусу присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Вращательное движение вала приводного двига-

теля преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью классического кривошипно-шатунного механизма.

При ходе поршня вправо в цилиндр засасывается объем жидкости,

V - F S,

где F - площадь поршня;

5 - ход поршня.

При ходе поршня влево этот же объем выталкивается в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания (рабочий).

Идеальная подача насоса в этом случае составляет

Qct = F S п, (1.3)

где п. - частота вращения кривошипа, мин - ’.

Действительная подача Q меньше идеальной вследствие запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения, а также за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости. Поэтому действительная подача

Q = 1 lo6^ Srt , О- 4)

где т|об - объемный КПД насоса или коэффициент наполнения.

Величина коэффициента наполнения т] 0 б зависит от размеров насоса и меняется в пределах 0,9-0,99. *

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается прочностью отдельных деталей, а также мощностью двигателя, приводящего насос в действие.

Подача поршневого насоса одностороннего действия, подсчитанная по формуле (1.3), представляет собой осредненную по времени величину. Мгновенный объем жидкости, подаваемой насосом, равен площади поршня F, умноженной на скорость его движения v. Поскольку возврат-но-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, скорость поршня изменяется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса. В сочетании с полным отсутствием подачи во время цикла всасывания это обстоятельство определяет основной недостаток поршневых насосов одностороннего действия - прерывистую и неравномерную подачу.

Изменение подачи поршневого насоса за один оборот кривошипа можно изобразить графически. Подобные графики дают возможность наглядно представить последовательность процессов нагнетания и всасывания, а также оценить степень неравномерности подачи, т.е. установить, во сколько раз"максимальная подача превосходит среднюю.

Согласно теории кривошипно-шатунных механизмов можно считать, что изменение мгновенной скорости движения поршня во времени с достаточной степенью приближения следует синусоидальному закону

и = г со sin а, (1.5)

где r=S /2 - радиус кривошипа;

оз = 2лл/60 - угловая скорость;

a=f(t) -угол поворота кривошипа, представляющий собой функцию времени t.

Соответственно мгновенная подача насоса

Q = F v = F г со sin а. (1.6)

Изменение функции (1.6) за время одного оборота кривошипа показано на рис. 1.8,а.

а )

Рис. >1.8. Кривые подачи поршневых насосов

а - односггороинего действия; б -двустароанего действия; ¦прехпоршневого насоса

Ряс. "1.9. Порпшевый насос двустороннего действия

Заменим площадь, ограниченную синусоидой и осью абсцисс графика, площадью равновеликого прямоугольника, построенного на отрезке прямой длиной 2яг. Обе эти площади графически выражают объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за время одного оборота кривошипа. Высота h прямоугольника, таким образом, будет представлять в принятом масштабе величину средней подачи, а наибольшая высота синусоиды - величину максимальной подачи. Отношение максимальной подачи к средней (степень неравномерности подачи) будет:

QMaKc _ F

Площадь прямоугольника, согласно построению,

2itrh = FS - F -2 г,

h = - я

Омя КГ F

Qcp Fin

т. е. у поршневого насоса одностороннего действия максимальная пода-ча превосходит среднюю в 3,14 раза.

Существует несколько способов уменьшения неравномерности движения жидкости в системе, соединенной с поршневым насо,сом. Одним из них является применение поршневых насосов двустороннего действия (рис. 1.9), у которых камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движение поршня в любую сторону является рабочим: циклу всасывания в левой камере соответствует цикл нагнетания в правой, и наоборот.

Подача поршневого насоса двустороннего действия почти вдвое больше подачи насоса одностороннего действия тех же геометрических размеров и может быть подсчитана по формуле

Q = 1 lo6 (2F - f) Sn, (1.8)

где f - площадь сечения штока.

При построении графика изменения подачи поршневого насоса двустороннего действия, пользуясь теми же методами, получим две синусоиды (рис. 1.8,6).

В этом случае

2nrh = 2F S = 2 F-2r, я

Следовательно,

1,57, ¦ (1.9)

Q cp 2 Ff я 2

т. е. максимальная подача превосходит среднюю в 1,57 раза.

Другим весьма эффективным способом является использование многопоршневых насосов с параллельным включением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала. Рассмотрим, например, диаграмму подачи трехпоршневого насоса, состоящего из трех насосов одностороннего действия, кривошипы которых расположены по отношению друг к другу под углом 120°.

Для получения суммарной кривой подачи необходимо построить три синусоиды, сдвинутые на 120° одна по отношению к другой, и затем суммировать их ординаты (рис. 1.8, в). Площадь диаграммы, ограниченная сверху суммарной кривой, изображает подачу всеми тремя цилиндрами. Наибольшая ордината графика равна F, так как она получена от сложения двух отрезков ab и Ьс, каждый из которых составляет

F sin 30° = 0,5 F.

В этом случае имеем:

Степень неравномерности подачи

=-?- = -= 1,047. (МО)

Qcp 3 F (тс 3

Для обеспечения, возможно более" равномерной подачи поршневых насосов и предотвращения инерционных действий масс жидкости, заполняющей систему, практикуется также устройство воздушных колпаков. Благодаря большой упругости воздуха, находящегося в колпаке, во время цикла нагнетания происходит его-сжатие и поглощение части жидкости, превышающей среднюю подачу. ,Во время цикла всасывания воздух расширяется, и процесс вытеснения жидкости в напорный трубопровод продолжается.

Плунжерные насосы отличаются от поршневых конструкцией вытесняющего тела. Вместо поршня- сыч имеют плунжер, представляющий собой полый цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы. В эксплуатации плунжерные насосы несколько проще, так как у них меньше изнашиваемых деталей (отсутствуют поршневые кольца, манжеты и пр.).

Диафрагменные насосы имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану) из кожи, прорезиненной ткани или из синтетического материала.

Подача серийно выпускаемых поршневых насосов меняется от 1 до 150 м 3 /ч при напорах до 2000 м.

Шестеренный насос схематически изображен на рис. 1.10. Рабочим органом насоса являются две шестерни: ведущая и ведомая, размещенные в корпусе с небольшими радиальными и торцовыми зазорами. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, жидкость поступает из полости всасывания во впадины между зубьями и перемещает в напорную полость.

Подача шестеренного насоса, состоящего из двух колес одинакового размера,"определяется выражением

Q = 2 f I z п т]об, (1.11),

где f - площадь поперечного сечения впадины между зубьями;

1 - длина зуба шестерни;

2 - число зубьев.

Объемный КПД шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протекание жидкости через зазоры. В среднем он составляет 0,7-0,9.

Шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока а трубопроводах, присоединенных к насосу.

Винтовые насосы (рис. 1.11) имеют винты специального профиля, линия зацепления между которыми обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. При вращении-винтов эта линия перемещается вдоль оси. Длина винтов для обеспечения герметичности при всех их положениях должна быть несколько больше шага винтов. Жидкость, расположенная во впадинах винтов и ограниченная корпусом и линией защемления винтов, при вращении их вытесняется в область нагнетания. В большинстве случаев винтовые насосы выполняются с тремя винтами: средний - ведущий и два боковых- ведомые. Подача винтового насоса с циклоидным зацеплением определяется выражением

Q = 0,0691 д 4, (1.12)-

где d B - диаметр начальной окружности винтов.

Винтовые насосы обеспечивают равномерный график подачи жидкости во времени.

Теоретически подача ротационных насосов, как и всех объемных насосов, не зависит от напора, ими создаваемого. В действительности наблюдается незначительное уменьшение подачи с увеличением напора, определяемое возрастанием протекания жидкости через зазоры внутри насоса. Вытеснение жидкости из насоса в наьпорный трубопровод принципиально не зависит от встречаемого сопротивления. Поэтому напор объемных насосов определяется сопротивлением внешней сети.

§ 4. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ-И ВОДОПОДЪЕМНИКОВ

Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией. Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо-промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

Рассмотрим рабочий процесс струйного насоса и найдем соотношения, определяющие его основные параметры, на примере водоструйного насоса (гидроэлеватора), у которого рабочей и перекачиваемой средой является вода.

Водоструйный насос. В водоструйном насосе.. (рис. 1.12, а) вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения*. давление в котопой атмосферного. Из камеры смеше-

Рис. 1.12. Водоструйный насос

1 - всасывающий трубопровод; 2 - труба; 3 - сопло; 4 -подводящая камера; 5 - камера смеше ния; 6 - диффузор; 7 - напорный трубопровод

кия общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. Постоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу.

Напор, развиваемый водоструйным насосом, согласно определению, данному в § 1, представляет собой разность удельных энергий в выходном сечении III-III и во входном /-I. Без учета потерь он может быть приравнен приращению энергии на участке между сечениями II -// и I-I камеры смешения.

Используя уравнение Бернулли для этих двух сечений и вводя безразмерные параметры s = F K .Jf c и q - Q/Qc, где F K . C и f c -соответственно площади поперечного сечения камеры смешения и струи; Q c - расход сопла (струи), после ряда преобразований можно получить следующее выражение:

я= - 2 g

Действительный напор водоструйного насоса будет, конечно, меньше подсчитанного по уравнению (1.13), так как из него необходимо вычесть потери в приемной камере, камере смешения и диффузоре. Тем ие менее выражение (1.13) позволяет проанализировать изменение основных параметров водоструйных насосов. Прежде всего оно ясно показывает, что

развиваемый насосом напор пропорционален -, т.е. напору Н с, с

которым вода подводится к соплу. Кроме того, напор определяется относительной подачей q и геометрическим параметром s.

На рис. 1.12, б эти соотношения построены для s== 1,5; 2,5 и 4. На графике видно, что с увеличением подачи напор, развиваемый водоструйным насосом, уменьшается; увеличение параметра s также вызывает уменьшение напора.

КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной. Подведенную энергию можно выразить следующим образом:

^ПОДВ ~ Qc Р § Hz" (1*14)

Полезная энергия определяется напором и полезной подачей. Последнюю можно определять по-разному. Если водоструйный насос используется для откачки воды, то полезным является только расход Q, поступающий в подводящую камеру. В этом случае

9 n = Q?gH, и К)ПД водоструйного насоса будет:

Действительные значения К"ПД, достигаемые на практике в подобных условиях, не превышают 0,25-0,3.

Если же водоструйный насос используется для водоснабжения или для охлаждения, то полезной является суммарная подача Q + Qc, и тогда

3 n = (Q + Qc)pgtf. а выражение для КПД будет иметь вид:

, (Q + Qc)# п 1П

¦ 11 “ Q"H" ¦ (1Л6)

В этом случае, естественно, КПД выше и может достигать 0,6-0,7.

Водоструйный насос (гидроэлеватор) по своему устройству весьма прост и доступен для изготовления в местных условиях. Следует, однако, иметь в виду, что для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеет форма сопла, расстояние от сопла до камеры смешения, форма камеры смешения и диффузора.

Для транспортирования и подъема жидкостей используется также ряд устройств, которые нельзя назвать насосами в строгом понимании

этого слова. Некоторые из них применяются в сооружениях систем водо

снабжения и канализации. К ним в первую очередь относятся воздушные водоподъемники, гидравлические тараны и шнековые насосы.

Воздушный подъемник (эрлифт) состоит из вертикальной трубы, нижний конец которой погружен под уровень йоды в приемном резервуаре (рис. 1.13). Внутри трубы проходит воздуховод, по которому сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Н п. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси р см значительно меньше плотности воды,р, в результате чего смесь поднимается по трубе над уровнем воды в резервуаре на высоту. Н.

По принципу сообщающихся "сосудов в условиях равновесия

Н п р = [Н а Н ) Pcjj.

Отсюда находим высоту подъема Н (напор) эрлифта:

И = н а Р ~- Рс - . (1.17)

Зависимость между подачей и остальными рабочими параметрами воздушного подъемника можно найти на основе следующих рассуждений.

Энергия, передаваемая компрессором в 1 с объему Q B .arM, м 3 , воздуха, отнесенному к атмосферно.му давлению, при сжатии его от атмосферного давления р а тм до давления р, под которым он подводится к форсунке, при изотермическом процессе будет:

, N == РатмФв.атм ^ _

Р атм

Производимая сжатым воздухом полезная работа заключается в подъеме Q, м 3 , воды-в 1 с, на высоту Я:

Nn = Р g О. Н¦

Учитывая неизбежные потери путем введения КПД эрлифта rj, можно написать:

N n ~ N т)

?gQH = T\p arM Q B aTM In -- . (1.18)

P атм

Выражая давление p в Па при р в =ЮОО кг/м 3 и Ратм=ОД МПа, из уравнения (1.18) после ряда преобразований получим искомую зависимость:

Q==T] 1п (0.1Я„ + 1). (1.19)

Из формулы (=1.19) следует, что подача эрлифта уменьшается с увеличением высоты подъема Н. При постоянных напоре и заглублении эрлифта она возрастает с увеличением Q B .aTM- Казалось бы, здесь кроются неограниченные возможности увеличения Q. Однако оказывается, что при слишком большом расходе воздуха среда в водоподъемной трубе перестает быть однородной, что резко снижает эффективность эрлифта и приводит к уменьшению Q и Я.

В табл. 1.1 приводятся ориентировочные значения необходимого погружения форсунки и объема подаваемого воздуха, обеспечивающие оптимальный режим работы эрлифта.

ТАБЛИЦА.1.1

	Значения Н, м
Параметры
HJH					0,65-0,75
Я - Qa.aTM^

Что касается КПД воздушного подъемника, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3-0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД установки составляет обычно 0,1-0,2. Таким образом, по q энергетическим показате

лям это не очень эффективный способ подъема воды.

Н п п

Рис. 1.13. подъемник

1 - приемный бачок; 2 - воздушная тгрубка от тсом-ггрессора; 3 - водоподъемная "пруба; 4 - обсадная труба скважины; 5 - форсунка

В то же время устройство эрлифта чрезвычайно просто, он не имеет подвижных частей и поэтому не боится попадания взвешенных частиц. Он достаточно удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос. Воздушный подъемник легко собрать на любом объекте, использовав для подачи воздуха передвижной компрессор. Диаметр водоподъемной трубы может быть определен по скорости движения смеси непосредственно над форсункой от 2,5 до 3 м/с я

Воздушный

I - шнек; 2 - лоток; 3 -передача; - 2

4 - электродвигатель

по скорости излива от б до 8 м/с; диаметр воздушной трубы принимают по скорости движения воздуха 5-10 м/с.

Гидравлический т а р а н. В гидравлическом таране подъем воды осуществляется энергией гидравлического удара, который периодически повторяется вследствие резкого закрывания клапана под действие ем естественного потока. Непременным условием для работы тарана является расположение его ниже уровня воды в источнике.

Таранная установка (рис. 1.14) состоит из питательной трубы, ударного и нагнетательного клапанов, воздушного колпака, напорной трубы и напорного бака.

При пуске таранной установки в действие вода из источника поступает по питательной трубе к ударному клапану и под напором Яi вытекает из него наружу с возрастающей скоростью. При повышении скорости до некоторого предела давление в зазорах над клапаном уменьшается, а давление на клапан снизу возрастает настолько, что общая сила давления преодолевает вес клапана и резко закрывает его, преградив путь для выхода воды. При этом происходит гидравлический удар, вследствие чего давление в питательной трубе на некоторый короткий промежуток времени поднимается выше давления в воздушном колпаке, нагнетательный клапан открывается и вода поступает через него в воздушный колпак, а затем по напорному трубопроводу в верхний бак, поднимаясь на высоту Я 2 . В течение последующей фазы гидравлического удара в питательной трубе создается разрежение, и ударный клапан под действием атмосферного давления и частично собственного веса (или пружины) вновь открывается. Одновременно под давлением воды в воздушном колпаке закрывается нагнетательный клапан и таранная установка вновь приходит в исходное положение. После этого цикл повторяется автоматически. Число гидравлических ударов зависит от регулировки тарана и колеблется от 20 до 100 в 1 мин.

Напор Н\ выбирают в зависимости от местных топографических условий- от 1 до 20 м. Длину питательной трубы принимают равной (5...

8)Я Ь Максимальная высота подъема Я 2 достигает 100-120 м.

Шнековый насос (рис. 1Л5). Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют с трехзаход-ной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке, выполняемом обычно из бетона. Окружная скорость шнека 2-

5 м/с соответствует частоте вращения 20-100 мин -1 в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через редуктор или через клиноременную передачу.

Угол наклона шнека принимают 25-"30°, что при обычной длине шнека 10-15 м обеспечивает высоту подъема 5-8 м. Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, что увеличивает его жесткость. Поэтому при большей подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем. самым высоту подъема.

Подач-а серийно выпускаемых за рубежом шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6-7 м. Средний КПД шнекового насоса составляет около 0,7-0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.

§ 5. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ НАСОСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Если говорить о возможной подаче, то по мере ее возрастания насосы располагаются в следующем порядке (рис. 1Л6): объемные насосы, центробежные насосы и осевые насосы. Если же в качестве основного параметра рассматривать максимально возможное значение напора, то порядок будет обратным. Что касается водоподъемников специальных типов, то все они, включая струйные насосы, в поле Я-Q занимают области, прилегающие к осям координат и характеризуемые малыми значениями либо напора, либо подачи. Таким образом, практически весь диапазон напоров от 1-2 до 10 000 м и подач от нескольких литров до 150 000 м 3 в 1 ч перекрывается большим числом типоразмеров, хорошо освоенных промышленностью насосов.

В то же время при решении вопроса об использовании какого-либо насоса в той или иной технологической установке решающее" значение, помимо рабочих параметров, приобретают его эксплуатационные качества, о которых, в частности, творилось в § 1.

Проанализируем в этой связи достоинства и недостатки рассмотренных нами насосов и определяющие области их возможного применения в сооружениях систем водоснабжения и канализации.

^.Лопастные насосы. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высо-

1 10 100 1000 10000 100000 Orfft

Рис. 1Л6. Пределы изменения параметров насосов различных типов

кооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его КПД.

Все эти положительные качества центробежных и осевых насосоз привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.

Эти недостатки отсутствуют у вихревых и центробежно-вихревых насосов. Однако вследствие невысокого КПД они находят применение лишь в небольших автономных системах водоснабжения и, кроме того, используются в качестве вспомогательных (см. § 44) на крупных водопроводных и канализационных насосных станциях.

Объемные насосы. Несомненными достоинствами поршневых и плунжерных насосов являются высокий КПД и возможность подачи незначительных объемов жидкости под сколь угодно большим давлением. В то же время неравномерность подачи, сложность соединения с приводным двигателем, наличие легко изнашивающихся клапанов, тихоход-ность, а следовательно, большие размеры и.масса исключают возможность их применения на современных высокопроизводительных насосных станциях систем водоснабжения и канализации. Лишь чрезвычайно редко вертикальные поршневые насосы еще применяются для подъема воды из скважин "Малого диаметра (до 200 мм). Модифицированные поршневые насосы предназначены для подачи бетона и растворов при производстве строительных работ (см. § 36).

Объемные насосы с вращательным движением рабочего органа конструктивно более просты и обеспечивают плавную подачу перекачиваемой жидкости. Однако очень маленькие подачи шестеренных и винтовых насосов в сочетании с их способностью перекачивать вязкие жидкости определяли область их применения в качестве питательных насосов систей гидропривода, автоматики и смазки.

¦Водоструйные насосы. Достоинствами гидроэлеваторов являются небольшие размеры, простота устройства, способность перекачивать жидкости с большим содержанием взвешенных наносов и высокая надежность работы. Водоструйные насосы находят широкое применение при производстве земляных работ способом гидромеханизации. Их применяют также для откачки воды из глубоких колодцев, артезианских скважин, котлованов, траншей, для понижения уровня грунтовых вод э иглофильтровых установках. На канализационных очистных сооружениях водоструйные насосы применяют для подъема шлама, осевшего в песколовках песка и для перемешивания ила в метантенках. На крупных насосных станциях водоструйные насосы используются в качестве вспомогательных для отсасывания воздуха из основных насосов перед их запуском и для повышения всасывающей способности центробежных насосов.

К недостаткам водоструйных насосов относятся низкий КПД и необходимость подачи большого объема рабочей воды под давлением. Поэтому применение гидроэлеватора в каждом конкретном случае должно быть обосновано экономическими расчетами.

Воздушный подъемник. Простота устройства, легкий уход и надежность работы эрлифтов позволяют им при определенных условиях успешно конкурировать с центробежными насосами при подъеме воды из глубоких скважин, подаче химических реагентов и ила на водопроводных и канализационных очистных сооружениях. Однако необходимость "большого заглубления форсунки и малый КПД установки заставляют каждый раз обосновывать принимаемое решение технико-экономическим сравнением вариантов с использованием насосов различных типов.

Гидравлические тараны, характеризуемые небольшими подачами, находят применение в небольших установках автономного водоснабжения с сезонным, как правило, режимом работы.

Шнековые насосы могут оказаться весьма эффективными при перекачке сточных вод и осадка-на небольшую высоту (5-8 м).

Насос – это гидравлическое устройство , которое обеспечивает всасывание воды, ее нагнетание и перемещение. В своей работе они используют принцип передачи жидкости кинетической и потенциальной энергии. Насосы бывают нескольких видов, и деление происходит исходя из их технических параметров. Основные отличия между разными типами насосов для воды является разный КПД, мощность, производительность, напор и давление выходящего потока.

В настоящее время существует более трех тысяч видов насосов. Они отличаются строением и назначением, а также подходят разных сфер использования. Все это многообразие можно разделить на две большие группы: динамические и объемные насосы.

Объемные насосы — это устройства, в которых вещество перемещается за счет постоянного изменения объема камеры, при этом она поочередно совмещается с входным и выходным отверстием. Их, в свою очередь, можно поделить на:

• мембранные;
• роторные;
• поршневые.

Динамические – это модели, в которых вода перемещается вместе с камерой за счет гидродинамических сил, при этом присутствует постоянное сообщение с входным и выходным патрубком насоса. Динамические насосы бывают струйные и лопастные, при этом последние в свою очередь делятся на центробежные, осевые и вихревые.

Ниже все эти виды насосов, а также их классификация будут рассмотрены более подробно.

Роторные устройства

Обзор водяных насосов открывают роторные устройства. Их принципиальное отличие — отсутствие клапана . Иными словами, роторный насос для воды перемещает воду путем ее выталкивания. Осуществляет этот процесс специальный рабочий элемент — ротор. Это реализуется следующим образом: вода поступает в рабочую камеру. Движение ротора вдоль внутренних стенок рабочей камеры образует изменение объема замкнутого пространства, и вода по законам физики выталкивается.

Достоинства роторных насосов:

• высокий КПД;
• самовсасывание воды;
• возможность обратной подачи воды;
• перекачивание веществ любой вязкости и температуры;
• низкий уровень шума;
• отсутствие вибрации.

Из минусов стоит отметить, что должна быть обеспечена чистота перекачиваемых жидкостей (без твердых вкраплений). Кроме того, сложная конструкция требует дорогостоящего ремонта.

За счет возможности работы с агрессивными и вязкими веществами роторные насосы используются в химической, нефтяной, пищевой, морской промышленности. Подвид роторных насосов – шнековые – активно применяют при добыче нефти. Еще одна сфера применения – коммунальный хозяйства, где с их помощью поддерживают давление в системе отопления, при этом насос не нуждается в смазке и охлаждении.

Поршневые модели

Устройство поршневого насоса основано на вытеснении воды механическим способом. Это один из самых старых типов насосов для воды, но в современном виде его устройство гораздо сложнее, чем раньше. В частности, данные насосы имеют эргономичный и прочный корпус, развитую базу входящих в него элементов, а также гибкие возможности подключения к водопроводу. В связи с этим они широко распространены, как в промышленности, так и в быту.

Насос представляет собой металлический полый цилиндр, который, по сути, является корпусом — в нем осуществляется перемещение жидкости. Физическое воздействие на нее осуществляет поршень плунжерного типа , работа которого может напоминать гидравлический пресс. Работа данного устройства основана на возвратно-поступательных движениях. При движении вверх (поступательное движение) в камере создается разрежение воздуха, что обеспечивает всасывание воды. Вода в камеру поступает через входное отверстие с клапаном, который в этот момент открывает отверстие. При возвратном движении этот клапан возвращается на место, и открывается заслонка выходного отверстия. При этом поршень выдавливает воду. Почти по такому же принципу работает самый обычный шприц.

В такой работе есть один недостаток – жидкость поступает неравномерно. Чтобы устранить это явление, используется сразу несколько поршней, которые двигаются с определенной периодичностью, что и обеспечивает ровный поток.

Существуют поршневые насосы двойного действия . Здесь клапаны расположены с двух сторон, и вода несколько раз проходит по всему цилиндру, то есть поршень при движении перегоняет воду внутри рабочего пространства и некоторую ее часть выталкивает из насоса. За счет этого удалось добиться снижения пульсации в трубопроводе. У конструкции двойного типа есть минус – более сложная система, что делает ее менее надежной.

Основное преимущество поршневых насосов – простота и прочность, основной недостаток – низкая производительность . В целом, подобный тип насосов можно сделать более эффективным, но в этом нет смысла, так как большие мощности с меньшими затратами могут обеспечить другие виды насосов для перекачки воды.

Область применения подобного насосного оборудования достаточно широка. Они позволяют работать не только с водой, но и агрессивной химической средой, а также взрывоопасными смесями. По причине того, что такие устройства не могут перекачивать большие объемы жидкости, они не используются для крупных задач. Тем не менее, подобные насосы часто встречаются в химической промышленности. Также с их помощью можно обеспечить автономную систему подачи воды для дома или для полива. Еще одно место, где такие устройства успешно себя зарекомендовали — пищевая промышленность. Это объясняется тем, что поршневые модели деликатно относятся к пропускаемым через них веществам.

Мембранные устройства

Мембранный насос – это относительно новый вид оборудования для перекачивания жидкостей и прочих веществ. Данный тип оборудования способен работать с газообразной средой и делает это за счет специальной мембранный или диафрагмы. Она совершает возвратно-поступательные движения и с заданной цикличностью меняет объем рабочей камеры.

Конструкция устройства включает:

• мембрану;
• рабочую камеру;
• шток для соединения диафрагмы с валом привода;
• кривошипно — шатунный механизм;
• клапаны для защиты от поступления вещества назад;
• входной и выходной патрубок.

Подобные насосы могут иметь одну или две рабочих камеры. Устройства с одной камерой более распространены, с двумя используются в тех местах, где требуется более высокая производительность.

Работа осуществляется следующим образом: при запуске шток выгибает мембрану, что увеличивает объем камеры и создает в ней эффект вакуума. Это явление обеспечивает всасывание перекачиваемой среды. После заполнения камеры шток возвращает мембрану на место, объем резко уменьшается, и вещество выталкивается через выходной патрубок. При этом для того, чтобы жидкость или газ не попали обратно в момент возвратного движения, вход автоматически перекрывается специальным клапаном.

Существуют модели с двумя клапанами , расположенными параллельно друг другу. Здесь процесс осуществляется аналогично, только рабочих камеры две, и при каждом движении из одного вода выходит, а в другой входит. Такие устройства считаются более эффективными.

Преимущества мембранных насосов:

• могут работать с любой средой;
• небольшой размер;
• тихая работа;
• отсутствие вибрации;
• простота и надежность конструкции;
• экономичность по энергопотреблению;
• поддержание высокой чистоты перекачиваемого вещества;
• невысокая цена;
• длительный срок службы;
• не требуют особого или частого ухода, им не нужна смазка;
• заменить испорченные детали сможет человек без специального образования;
• обладают высокой универсальностью.

При таком обилии плюсов существенных минусов не выявлено.

Мембранный насос широко применяется в медицине и фармацевтике, в фермерских хозяйствах (в доильных аппаратах). Их используют для производства продуктов питания, в атомной сфере. С их помощью делают насосы-дозаторы для использования на производстве лаков и красок, они применяются в полиграфии и в различных местах, где есть потребность работы с ядовитыми и опасными веществами. Работать с последними можно безопасно, так как мембранные насосы имеют высокую герметичность .

Струйные насосы

Струйные модели – это самые простые из всех возможных устройств. Были созданы еще в 19 веке, тогда использовались для откачки воды или воздуха из медицинских пробирок, позже их стали применять в шахтах. В настоящее время сфера применения еще более широка.

Конструкция струйного насоса очень проста, благодаря этому они практически не требуют какого-либо обслуживания . Она состоит из четырех частей: всасывающая камера, сопло, диффузор и смесительный резервуар. Вся работа устройства основана на передаче кинетической энергии, при этом здесь не используется механическая сила. Струйный насос обладает вакуумной камерой, в которую всасывается вода. Затем она двигается по специальной трубе, на конце которой находится сопло. За счет уменьшения диаметра скорость потока увеличивается, он поступает в диффузор, а из него в камеру смешивания. Здесь вода смешивается с функциональной жидкостью, за счет чего снижается скорость, но сохраняется напор.

Струйные насосы бывают нескольких типов: эжектор, инжектор, элеватор.

1. Эжекторный только перекачивает вещество. Работает с водой.
2. Принцип работы инжекторного насоса — нагнетание вещества. Используется для выкачивания пара.
3. Элеваторный применяется с целью понизить температуру носителя, что достигается смешиванием с функциональной жидкостью.

Таким образом, струйные насосы используются для работы с водой, парой или газом. Также они могут выступать для смешивания разных веществ или для поднятия жидкостей (аэролифтовая функция).

Данный вид насосов распространен в различных областях промышленности. Их можно использовать отдельно или в комплексе с другими. Простота конструкция позволяет их использовать в аварийных ситуациях с отключением воды, а также для пожаротушения. Также они популярны в системах кондиционирования и канализации. Многие модели струйного типа продаются с различными соплами.

• надежность;
• нет необходимости постоянного технического обслуживания;
• простая конструкция;
• широкая сфера применения.

Минус — низкий КПД (не более 30%).

Центробежные насосы

В данном виде устройств основным рабочим элементом является диск, на котором зафиксированы лопатки . Они имеют наклон в сторону, противоположную направлению движения. Лопатка закрепляется на валу, который приводится в движение электрическим двигателем. В конструкции может быть использовано одно или два колеса. Во втором случае лопатки соединяют их между собой.

Принцип действия центробежного насоса основан на том, что вода через входной патрубок поступает в рабочую камеру. Среда, захваченная вращающимися лопатками, начинает двигаться вмести с ними. Центробежная сила перемещает воду от центра колеса к стенкам камеры, где создается повышенное давление. За счет него вода выбрасывается через выходное отверстие. Благодаря тому, что вода движется постоянно, насосы такого типа не создают пульсацию в водопроводе.

Использование центробежных насосов в бытовых целях позволяет выполнить различные задачи. Часто они используются для добычи воды из скважины или колодца. Откачанную таким образом воду можно использовать для обустройства водоснабжения дома, а также применить для полива участка. С помощью моделей центробежного типа можно обеспечить циркуляцию теплой воды в отопительной системе : благодаря тому, что перекачивающий центробежный насос не дает пульсации, в системе не будет появляться воздух. Различные подвиды подобных насосов можно использовать для откачивания воды из подвалов или бассейна, для удаления фекальных масс, а также в качестве дренажных машин.

Стоит отметить, что простые насосы с центробежной системой предназначены для чистой воды без твердых элементов. Различные подвиды позволяют работать и с загрязненной средой.

Осевые модели

В устройствах такого типа полностью отсутствуют центробежные силы , и весь процесс происходит путем передачи кинетической энергии. В рабочей камере, которая имеет изгиб, лопасти находятся на оси. Она расположена по ходу движения потока. Вода двигается через камеру, ось усиливает ее скорость движения и напор. За счет такой конструкции требования к их производству довольно серьезные. Чаще всего подобные насосы используют в качестве системы балласта и управления в кораблях, плавучих доках и подобной технике.

Основная задача подобных насосов – перекачивание пресной и соленой воды. Используются для отвода, снабжения и очистки воды. Осевые насосы могут иметь очень компактные размеры и устанавливаться внутри водопровода.

Вихревые насосы

Вихревые насосы имеют сходное строение с центробежными, только в них подвод воды осуществляется таким образом, что вода при попадании в камеру двигается по касательной относительно периферии и смещается к центру колеса, откуда под давлением и за счет движения лопастей вновь уходит на периферию, и уже оттуда выбрасывается через выходной патрубок. Основное отличие заключается в том, что при одном обороте колеса с лопастями (крыльчатки) цикл всасывания и выталкивания воды происходит много раз.

Такая конструкция позволяет увеличить напор в 7 раз даже при небольшом количестве воды — в этом заключается принципиальное отличие вихревых насосов от центробежных. Так же, как центробежные насосы, данные модели не терпят содержание в воде твердых вкраплений, а также не могут работать с вязкими жидкостями. Однако с их помощью можно перекачивать бензин, различные жидкости с содержанием газа или воздуха и агрессивные вещества. Минус – низкий КПД.

Подобные насосы применяются в разных целях и сферах, но их установка целесообразна в том случае, если количество вещества, с которым нужно работать, небольшое, но на выходе нужно высокое давление. В сравнении с центробежными моделями данные устройства тише, меньше и дешевле.

Классификация по типу питания

Все водяные насосы имеют определенный способ питания – от электричества или за счет жидкого топлива. В последнем случае они обязательно оснащены двигателем внутреннего сгорания. В качестве жидкого топлива используется смесь бензина и масла или дизельное топливо.

Бензиновые модели стоят дешевле и работают более тихо. Дизельные устройства заправляются соляркой. Цена у них дороже, но топливо стоит дешевле. Кроме того, они более шумные.

Насосы на жидком топливе иначе называют мотопомпой. Основное их преимущество заключается в простоте использования и мобильности, то есть использовать можно в любом месте, если нет электричества.

Электрические модели используют для работы переменный ток. Владельцу такого насоса нет необходимости переживать о наличии топлива, однако следует позаботиться о постоянном наличии электроэнергии, что не всегда удобно.

Классификация по качеству жидкости

Разные типы насосов предъявляют те или иные требования к чистоте воды. Все устройства можно делить на три типа.

1. Для чистой воды . Содержание в ней твердых частиц не должно превышать 150 грамм на кубический метр. К таким моделям относятся поверхностные насосы, а также колодезные и скважинные.
2. Для среднезагрязненной воды . Нерастворимых вкраплений от 150 до 200 грамм на кубометр. Дренажные, циркуляционные и самовсасывающие виды. Также некоторые фонтанные модели.
3. Для грязной воды. Твердых веществ от 200 грамм на метр в кубе. Дренажные и поверхностные канализационные модели.

Классификация по месту расположения

Все насосы также делятся на погружные и внешние (более распространенное название – поверхностные). Первый тип находится непосредственно в воде или частично в ней. Модели, которые погружаются не полностью, именуются полупогружными.

Стоит отметить, что есть несколько видов погружных насосов.

1. Вибрационные – здесь работа основана на электромагнитном поле и вибрации специального механизма, подобные виды насосов требуют определенных правил установки. В частности, существуют строго заданные расстояния до дна.
2. Центробежные аппараты , которые были рассмотрены выше.

Все погружные насосы могут иметь двигатель, который уже встроен в корпус, то есть он находится под водой. У некоторых моделей он располагается на поверхности.

Расположен непосредственно около водоема. В данном случае всасывающий механизм осуществляет свою работу через специальный шланг. Чем дальше насос расположен от воды, тем мощнее он должен быть.

Чаще всего поверхностные насосы используют на дачах и загородных участках. Они имеют высокую экономичность и небольшие размеры, что делает их популярными для использования в быту. Могут быть оснащены автоматикой , что делает их полностью автономными.

Совет! При использовании выносного эжектора можно осуществлять добычу воды с внушительной глубины.

Погружные насосы

Погружные насосы, помимо прочего, делятся по назначению:

• скважинные;
• колодезные;
• дренажные;
• фекальные.

Скважинные имеют вытянутую форму и используются для добычи воды из скважин. Компактные габариты позволяют опускать в небольшие по диаметру скважины, однако добычу можно вести с очень большой глубины. Отличаются высокой мощностью работы. Используются только для воды со слабым загрязнением или полностью чистой.

Колодезные используются для выкачивания воды из шахт и колодцев. Основное отличие от скважинных – больший размер и меньшая глубина погружения. Являются достаточно мощными, могут работать с водой, в которой содержится ил, песок или глина. Достаточно тихие и не вибрируют.

Основной задачей дренажников является откачивание загрязненной воды из подвалов, траншей, котлованов и прочих мест. Есть разновидности с ножами для измельчения, а также для работы со слабозагрязненными средами.

Не имеет значительных отличий от дренажных, кроме того, что они рассчитаны на сильнозагрязненную воду с твердыми веществами большого размера (порядка 35 мм в диаметре).Также в них устанавливаются ножи для измельчения мусора. Подобные насосы могут быть как погружными, так и наружными.

Поверхностные насосы

Основным отличием поверхностных насосов является их расположение недалеко от воды. Их можно разделить на несколько типов:

• самовсасывающие;
• автоматические;
• насосные станции.

Самовсасывающие насосы бывают безэжекторные и эжекторные. В первом случае втягивание воды обеспечивается самой конструкцией, во втором с помощью создания вакуума в камере. Применяются для полива, доставки питьевой воды или для бытовых нужд, а также для забора воды из водоемов на поверхности (реки, пруда). Вода должна быть чистой или с небольшим загрязнением.

Автоматические насосы обеспечиваются автоматикой, которая упрощает процесс использования. За насосом не нужно следить. Насосы с автоматикой питаются от электричества. Сам автомат может быть установлен непосредственно в модели или же в качестве отдельной системы. Основная задача – оптимизация использования, а также защитная функция. Например, устройство перестанет работать при резком обмелении водоема, повышении температуры перекачиваемого вещества или при перепадах напряжений в сети.

Состоит из самого насоса, обратного клапана, системы управления и аккумулятора. Подобное устройство имеет резиновую грушу, установленную внутри металлического корпуса. В грушу закачивается вода, а вокруг нее воздух. Специальный датчик реагирует на изменения в давлении окружающей среды, которые происходят по мере наполнения груши водой. Когда давление достигает максимума, датчик останавливает подачу воды.

Удобство пользования таким агрегатов в простоте и функциональности, возможности использовать при перебоях с подачей электроэнергии. Также им можно обеспечить водой сразу несколько точек.

Насосы – это машины, в которых производится преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, в результате чего происходит ее перемещение.

В пищевых производствах насосы являются одними из самых распространенных видов оборудования, надежная работа которых обеспечивает непрерывность технологического процесса. Насосы используют для перекачивания жидкостей с разными физико-химическими свойствами (молочных продуктов, пасты, сыворотки, спирта и.т.п.) при различных температурах.

От параметров перекачиваемой жидкости во многом зависит тип и надежность работы насоса.

По принципу действия все насосы (рис. 2.23) делят на две большие группы – объемные, динамические, а также эрлифты и монтежю, в которых для перемещения жидкости используется энергия сжатого воздуха.

Объемные насосы. Для транспортировки жидкостей при высоких давлениях применяют объемные насосы. На рис. 2.24 показаны схемы объемных насосов. К объемным насосам с возвратно-поступательным движением рабочего органа относятся поршневые, плунжерные, диафрагменные. С вращательным движением рабочего органа - ротационные, одно-, двух- и трехвинтовые, шестеренчатые.

Принцип действия объемных насосов состоит в вытеснении некоторого количества жидкости из рабочего объема машины. Энергия жидкости в них повышается в результате увеличения давления. В объемных насосах подача (производительность) не зависит от напора. Подача пропорциональна скорости перемещения рабочего органа или числу циклов в единицу времени. Объемные насосы являются самовсасывающими в отличие от динамических насосов. Их используют для перекачивания высоковязких жидкостей, жидкостей с большим содержанием газов и плохо текучих продуктов.

Динамические насосы. В насосах этого типа энергия жидкости увеличивается благодаря взаимодействию лопаток рабочего колеса и перемещающегося потока. Под действием вращающихся лопаток жидкость приводится во вращательное и поступательное движение. При этом ее давление и скорость возрастают по мере движения в рабочем колесе.

В динамическом насосе увеличивается доля кинетической энергии в связи с увеличением скорости потока на выходе из рабочего колеса.

К динамическим насосам относятся вихревые, центробежные, диагональные, осевые насосы. Именно в таком порядке возрастают подачи насосов и уменьшаются создаваемые напоры.

Рис. 2.23. Классификация насосов

Рис. 2.24. Схемы конструкций объемных насосов:

а) плунжерный; б) диафрагменный; в) ротационный; г) шестеренчатый;

д) винтовой

Центробежные насосы . Принципиальная схема центробежного насоса приведена на рис. 2.25.

Центробежный насос (или ступень многоступенчатого насоса) состоит из подвода 1, рабочего колеса 2, ротора 3, отвода 4. Жидкость подается во входной патрубок насоса и затем в рабочее колесо, откуда под действием вращающихся лопаток нагнетается в отвод. Давление жидкости на выходе из отвода при этом становится больше, чем на входе за счет торможения потока и преобразования кинетической энергии в потенциальную энергию давления.

Рис. 2.25. Схема конструкции центробежного насоса

К достоинствам центробежных насосов можно отнести отсутствие пульсаций потока жидкости и высокую приспособляемость к различным условиям работы, благодаря применению соответствующих типов колес.

Недостатками центробежных насосов являются: ограниченный диапазон подач и напоров; низкий КПД при отклонении от номинальных режимов работы; снижение КПД с ростом вязкости перекачиваемой жидкости; зависимость подачи от противодавления и сопротивления системы; невозможность обеспечения работы с самовсасыванием жидкости в пусковой период без специальных устройств.

Вихревые насосы. Отличительная особенность этого типа насосов – вихревое движение жидкости (рис. 2.26). Многократное контактирование потока жидкости с рабочим колесом сопровождается повышенными потерями энергии, в результате чего КПД насосов не превышает 40 - 50%. Вихревые насосы в сравнении с центробежными могут удалять газы из всасывающей линии, т.е. перекачивать газожидкостные смеси, и обеспечивают самовсасывание в пусковой период.

Осевые насосы используют для создания больших подач при перекачивании загрязненной воды, вязких и мало- вязких продуктов, подпиточной и оборотной воды. По сравнению с центробежными осевые насосы (рис. 2.27) имеют большие подачи и меньшие напоры.

В пищевой промышленности широкое распространение получили, в основном, поршневые, плунжерные, ротационные и центробежные насосы.

Поршневые и плунжерные насосы отличаются более высокими КПД и создаваемыми давлениями, но ограничены производительностью.

Широкое применение для целей энергосбережения получили струйные насосы , которые успешно конкурируют с лопастными насосами при наличии сбросных высокопотенциальных потоков газа, пара и жидкостей.

Рис. 2.26. Схема конструкции вихревого насоса:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – окно всасывания; 5 – нагнетательный патрубок; 6 – вал

Рис. 2.27. Схема конструкции осевого насоса:

1 – входной направляющий аппарат; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо;

4 – диффузор

Параметры насосов

Работа насоса и насосной установки характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются:

Подача насоса . Различают объемную и массовую подачу насоса. Объемная (массовая `M ) подача - объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в напорный патрубок в единицу времени. Объемная и массовая подачи связаны соотношением

где r - плотность жидкости.

Напор насоса - представляет собой энергию, сообщаемую насо­сом единице веса перемещаемой жидкости. Напор, в соответствии с уравнением Бернулли, равен разности полных напоров за насосом на линии нагнетания и на линии всасывания:

где p н и p вс - абсолютные давления на выходе и входе насоса; w н и w вс -скорости жидкости на выходе и входе насоса; z н и z вс - высоты точек замера давления, отсчитанные от произвольной горизонтальной плоскости сравнения.

Полезная мощность - мощность, сообщаемая насосом, перемещаемой жидкости:

Мощность на валу (эффективная) :

Коэффициент полезного действия представляет про­изведение трех коэффициентов, характеризующих отдельные виды потерь энергии в насосе :

,

где - гидравлический, объемный и механический КПД насоса, соответственно.

Таким образом, потери энергии в насосе подразделяются на гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери энергии связаны с трением жидкости и вихреобразованием в проточной части. Для лопастных насосов это сопротивление подвода, рабочего колеса и отвода.

Теоретический напор H т , создаваемый насосом, больше напора действительного H на величину гидравлических потерь h г :

.

Гидравлический КПД представляет собой отношение действительного напора к теоретическому:

Объемные потери связаны с перетеканием жидкости через зазоры из области повышенного в область пониженного давления, а также утечками через уплотнения. Часть теряемой энергии учитывается объемным КПД:

где Q т - теоретическая производительность насоса; Q ут - перетечки внутри и утечки из насоса.

К механическим потерям относят трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости о нерабочие поверхности рабочих колес (дисковое трение). Величина механических потерь оценивается механическим КПД:

.

Обычно для современных центробежных насосов h г = 0,90-0,96; h об = 0,96-0,98; h мех = 0,80-0,94. Значения КПД насосов, таким образом, находятся в пределах 0,6-0,9.

Для оценки насосного агрегата в целом используется КПД агрегата (насосной установки) - h а , вычисляемый как отношение полезной мощности насоса к мощности агрегата (в случае электрического привода насоса мощность агрегата - электрическая мощность на клеммах двигателя).

Таким образом, мощность насоса при электрическом приводе

Мощность приводного двигателя выбирают с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых отклонениях от номинального режима и при пуске, его мощ­ность выбирают с запасом

где коэффициент запаса мощности k =1,1-1,5 (принимается большим с уменьшением мощности насоса).

Насосная установка

Насосная установка включает в себя насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, системы регулирования, контроля и защиты.

На рис. 2.28 приведена насосная установка на основе лопастной машины. К насосу 1 жидкость поступает из приемной емкости 2 по всасывающему трубопроводу 3. Жидкость насосом нагнетается в напорный резервуар 4 по напорному трубопроводу 5. На нагнетании насоса имеется задвижка 6, при помощи которой можно менять подачу насоса. Иногда на трубопроводе 5 устанавливают обратный клапан 7, перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий обратному току жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на всасывающем трубопроводе устанавливают задвижку 8, которую перекрывают при остановке или ремонте.

В начале всасывающего трубопровода устанавливают фильтровальную сетку 9, предохраняющую насос от попадания в него твердых частиц, и клапан 10, позволяющий залить всасывающий трубопровод и насос перед пуском.

Рис. 2.28. Насосная установка

Работа насоса может контролироваться расходомером, измеряющим производительность насоса, манометром 11, установленным на напорном трубопроводе, и мановакууметром 12, установленным на всасывающем трубопроводе, позволяющим определять напор насоса.

Рассмотрим случай, когда жидкость необходимо подавать на высоту h г из приемной емкости с давлением p 1 в напорную емкость с давлением p 2 . Запишем уравнения Бернулли для сечений 1 - 1 и 0 - 0 (сторона всасывания):

и 0 - 0 и 2 - 2 (сторона нагнетания):

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений на всасывании и нагнетании равны:

, .

В связи с тем, что приемная и напорная емкости имеют большие объемы и площади резервуаров много больше площади трубопроводов, принимается, что w 1 = w 2 = 0 .

Тогда напор насоса равен:

Таким образом, напор насоса затрачивается на преодоление разности давлений в напорном и приемном резервуарах, сообщение кинетической энергии потоку жидкости на выходе из насоса (при равенстве диаметров трубопроводов на всасывании и нагнетании насосов d вс =d н , скорости на всасывании и нагнетании одинаковы w вс =w н , в этом случае второе слагаемое равно нулю), подъем жидкости на высоту и преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Если давления в емкостях равны и трубопровод горизонтальный, напор, создаваемый насосом, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

Напор насоса экспериментально можно определить по показаниям манометра и мановакууметра на выходе и входе насоса:

где Dh – разность в высотах расположения манометра и мановакууметра.

Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является допускаемая вакуумметрическая высота всасы­вания , которая определяется из уравнения Бернулли для сечений 1 – 1 и 0 – 0:

где р п – давление насыщенного пара при температуре перекачиваемой жидкости; Dp вс – потери давления во всасывающем трубопроводе.

Величина допускаемой вакуумметрической высоты всасывания связана с геометрической высотой всасывания, которая представляет собой разность высот уровня жидкости в приемном резервуаре и осью всасывающего трубопровода насоса. Если уровень жидкости в приемном резервуаре расположен выше оси всасывающего трубопровода насоса, то эту величину называют подпором (представляет отрицательную геометрическую высоту всасывания).