ВходПоршневой жидкостный насос для служит. Преимущества и недостатки конструкции
Поршневой жидкостный насос является одним из первых представителей насосов. Механическое вытеснение жидкости является одним из первых принципов перекачивания жидкости. В настоящее время конструкция поршневого насоса притерпела множество улучшений и в современном виде поршневой насос имеет прочный корпус и обладает широкими возможностями для взаимодействия.
Принцип работы поршневого насоса
Работа поршневого жидкостного насоса основана на принципе вытеснения. Основными рабочими органами поршневого насоса являются: цилиндр и поршень. Поршень перемещается в цилиндре совершая возвратно-поступательное движение.
Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств. Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.
Центробежные насосы имеют значительные преимущества по сравнению с поршневыми: обеспечивают равномерность подачи, более быстроходны, компактны, проще по конструкции, могут быть использованы для перекачивания загрязненных жидкостей.
Недостатки центробежных насосов: невозможность создания больших давлений, уменьшение подачи с увеличением напора, низкий к. п. д. и необходимость заливки насоса перед его пуском.
Совместная работа центробежных насосов Работа центробежного насоса должна рассматриваться совместно с работой трубопровода, к которому он подключен, так как подача и напор устанавливаются в зависимости от сопротивления трубопровода.
При эксплуатации центробежные насосы могут быть соединены последовательно и параллельно.
Последовательное соединение центробежных насосов применяют с тем, чтобы увеличить давление на выходе из системы насосов . При этом через каждый насос проходит все количество перекачиваемой жидкости. При данной производительности будет получен тем больший напор, чем больше насосов включено последовательно. Особенно часто эту схему применяют на магистральных трубопроводах, что позволяет более эффективно использовать трубопровод при перекачке различных нефтепродуктов. В нефтепереработке и нефтехимии такая схема используется для перекачки продуктов на требуемую высоту, когда один насос не может дать необходимый при заданной производительности напор .
При параллельном соединении центробежные насосы работают на общий трубопровод. Такую схему используют для увеличения подачи в трубопровод.
Регулирование подачи центробежного насоса . При эксплуатации центробежных насосов приходится регулировать подачу в зависимости от изменения технологического режима. Регулирование подачи осуществляется при постоянных числах оборотов рабочего колеса, часто обусловлено особенностями конструкции электродвигателей переменного тока, используемых в основном для привода насосов.
Регулирование подачи дросселированием в напорном трубопроводе при помощи задвижки или регулирующего клапана широко применяют при эксплуатации, так как такое регулирование легко осуществить . Однако при этом снижается к.п.д. насосной установки вследствие потери части напора при дросселировании. Регулировать подачу дросселированием во всасывающем трубопроводе не рекомендуется, так как ухудшаются условия всасывания, что может привести к кавитации и срыву работы насоса.
Регулировать подачу можно также перепуском части жидкости по обводной линии (байпасу) из напорного патрубка во всасывающий. При этом общая подача увеличивается, а напор снижается , так как часть энергии тратится дополнительно на перекачивание байпасирующей жидкости.
Возможно также изменение подачи за счет уменьшения диаметра рабочих колес, что достигается их обтачиванием. Однако в процессе работы насоса такая замена рабочих колес невозможна.
Параллельное и последовательное соединение насосов позволяет изменять подачу в достаточно широких пределах .
Центробежные насосы для нефтегазопереработки. Конструкция корпуса центробежного насоса определяется в основном температурой, давлением и физико-химическими свойствами перекачиваемой жидкости.
Для перекачки холодных нефтепродуктов используют многоступенчатые насосы, корпус которых выполнен из чугуна . Всасывающий и нагнетательный патрубки размещены в нижней половине корпуса, что дает возможность разбирать насос, не отсоединяя трубопроводы. Корпус насоса состоит из двух половин – верхней и нижней, имеющих разъем в горизонтальной плоскости. Рабочие колеса насажены на вал, который вращается в двух подшипниках. Рабочие колеса уравновешены гидравлически. Осевое усилие воспринимается радиально-упругими подшипниками, установленными в корпусе.
Вал и корпус насоса уплотняются сальниками с эластичной набивкой из пропитанных асбестовых колец, которые по мере износа подтягиваются нажимной втулкой. Вал насоса в пределах сальников защищен сменной втулкой. Для соединения первой и второй ступеней насоса служит переводная труба.
Для уменьшения гидростатического давления на сальник, находящийся на стороне нагнетания, предусмотрено разгрузочное устройство в виде лабиринтного уплотнения и отводящей трубки.
При температуре выше 200 о С трудно обеспечить герметичность в плоскости горизонтального разъема корпуса. Поэтому горячие насосы имеют двойной корпус. Внешний корпус – кованный или литой, изготовлен из высоколегированной стали и имеющий фланцевый разъем в вертикальной плоскости. Внутренний литой корпус с проточной частью имеет горизонтальный разъем или собирается из секций . При изменении температуры оба корпуса могут удлиняться независимо.
Чтобы исключить возможность возникновения пожара и взрыва при перекачке нефтепродуктов при температурах до 400 о С , сальники и стыки корпуса горячего насоса должны бать герметичными.
В табл. 11-1 приведены характеристики горячих насосов для перекачки нефтепродуктов с температурой до 400 о С.
Таблица 11-1 Характеристики горячих насосов для перекачки нефтепродуктов с температурой до 400 о С
Сальники и подшипники горячих насосов дополнительно охлаждаются водой под давлением 0,15 МПа, а в корпус сальника подводится уплотнительная охлажденная жидкость (масло) под давлением р = р сальника + 0,15 МПа. Для перекачки сжиженных углеводородных газов применяют центробежные насосы, конструкция которых аналогична конструкции насосов для холодных нефтепродуктов. Сжиженные углеводородные газы поступают в насос под давлением около 3,5 МПа ; в насосе давление газов увеличивается в несколько раз . Поэтому особое внимание должно быть уделено конструкции сальниковых устройств. Сальники должны быть герметичными.
Сжиженные газы, просачивающиеся через сальники наружу, быстро испаряются, что приводит к значительному охлаждению и обмерзанию сальника, а также к загазованности насосного помещения. Жидкость, проникающая в сальник, отводят по линии, соединенной со всасывающей линией насоса, а в фонарь сальника подают уплотнительную жидкость . В рубашку сальника подают периодически горячую воду, чтобы предотвратить обмерзание сальника.
Для герметизации вала насоса используют одинарные или двойные торцовые уплотнения. Одинарные торцовые уплотнения применяются при работе под давлением до 2,5 МПа и под вакуумом. В табл.11-2 приведены основные характеристики насосов для перекачки сжиженных газов.
Таблица 11-2. Характеристика центробежных насосов для перекачки сжиженных газов
Сальники с мягкой набивкой. Для уплотнения валов центробежных нефтяных насосов применяют сальники с мягкой набивкой из различных материалов. На рис. 11-8 приведена конструкция сальника с мягкой набивкой и с рубашкой для охлаждения.
Рис. 11.8 Сальниковое уплотнение с мягкой набивкой центробежного нефтяного насоса:
а – тупиковая схема; б – циркуляционная схема; 1 11 – вывод уплотнительной жидкости; 111 – ввод воды;; 1У – вывод воды; 1 – корпус насоса; 2 - нажимная втулка; 3 – защитная втулка; 4 - фонарь; 5 – набивка; 6 – вал;; 7 – грундбукса; 8 – канал для охлаждающей жидкости.
В камере сальника находится эластичная набивка 5, состоящая из разрезанных колец. В среднюю часть набивки устанавливают специальное полое кольцо 4 (фонарь), имеющее радиально расположенные отверстия. В основании сальниковой камеры со стороны проточной части насоса расположена грундбукса 7, зазор между которой и защитной гильзой 3, предохраняющей вал 6 от износа, составляет 0,2-0,3 мм .
Уплотнение между защитной гильзой вала и корпусом насоса достигается поджатием эластичной набивки 5 нажимной втулкой 2. Для отвода тепла, выделяющегося при трении набивки о гильзу вала, в корпусе насоса 1 предусмотрены каналы 8 вокруг сальника для ввода охлаждающей воды (рубашка сальника).
Температура уплотнительной жидкости на входе достигает 35 о С и на выходе 50 о С.
Тупиковую схему подачи уплотнительной жидкости применяют для перекачки холодных нефтепродуктов, кислот и щелочей. Циркуляционную схему рекомендуется применять для перекачки горячих нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов.
Торцовые уплотнения центробежных насосов. Уплотнения этого вида рекомендуется применять при перекачке сжиженных углеводородных газов и легких нефтепродуктов, когда сальниковые уплотнения с мягкой набивкой не обеспечивают полной герметичности.
Рис. 11.9.Одинарное торцовое уплотнение:
1, 11 - ввод и вывод воды; 111, 1У - ввод и вывод уплотнительной жидкости; 1 - нажимная гайка; 2 – гильза вала; 3, 7, 12 – уплотняющие кольца; 4 – крышка; 5 – штуцер; 6 – вращающаяся втулка; 8 – нажимная втулка; 9 – пружина; 10 – шпонка; 11 – упорная втулка; 13 - неподвижная втулка; 14 – специальный винт.
Торцовые уплотнения могут быть одинарными (рис.11.9) и двойными. При одинарном уплотнении с внешней стороны насоса сальниковая камера изолирована крышкой 4, которая на прокладке крепится шпильками и гайками к корпусу. В крышке установлена неподвижная втулка 13. Через штуцер 5 подводится вода для охлаждения. Уплотняющее кольцо 3 предотвращает утечку охлаждающей воды наружу. Вращающиеся детали торцового уплотнения установлены на гильзе, которая крепится к валу на резьбе. Чтобы предотвратить проникновение перекачиваемого нефтепродукта вдоль вала наружу, используют уплотняющее кольцо 12, которое поджимается гайкой 1. Втулка 6 приводится во вращение нажимной втулкой 8, которую специальными винтами 14 вводят в пазы вращающейся втулки 6. Нажимная втулка связана с гильзой вала шпонкой 10, которая позволяет нажимной втулке свободно перемещаться вдоль вала.
Усилие пружины 9 предается через нажимную втулку и уплотняющее кольцо 7 вращающейся втулке 6.
Тщательно притертые торцевые поверхности вращающейся 6 и неподвижной 13 втулок постоянно находятся в контакте, обеспечивая герметичность сальника. Эластичное уплотняющее кольцо 12 предотвращает утечку жидкости через зазор между гильзой и вращающейся втулкой и позволяет втулкам перемещаться одна относительно другой в радиальном направлении.
Одинарные торцовое уплотнение обычно работает без уплотнительной жидкости. Охлаждение и смазка трущихся торцов вращающейся и неподвижной втулок осуществляется перекачиваемым нефтепродуктом. В крышку уплотнения подается охлаждающая вода.
Неподвижная втулка торцового уплотнения выполнена из антифрикционной бронзы или графита, уплотняющие кольца – из бензомаслостойкой резины, остальные детали из различных сталей в зависимости от коррозионных свойств перекачиваемого нефтепродукта.
Рис. 11.10. Двойное торцовое уплотнение
1 – ввод воды; 11 – вывод воды; 111 – ввод уплотнительной жидкости; 1У - -вывод уплотнительной жидкости; 1, 8, 15 – нажимные втулки; 2 – гильза вала; 3, 7, 14, 18 – уплотняющие кольца; 4 – крышка; 5 – штуцер; 6, 13 – вращающаяся втулка; 9 – пружина; 10 – шпонка; 11 – упорная втулка; 12, 17 – неподвижная втулка; 16 – специальный винт.
В двойном торцовом уплотнении (см. рис. 11-10) герметичность между валом и корпусом обеспечивается двумя трущимися торцовыми поверхностями вращающихся 6, 13 и неподвижных 12, 17 втулок. Усилия пружины 9 и от давления уплотнительного масла, циркулирующего через камеру торцового уплотнения, передается через нажимные втулки 8, 15 вращающимся втулкам 6,13
Уплотнительная жидкость (масло) охлаждает и смазывает трущиеся торцы вращающихся и неподвижных втулок. Давление циркулирующего масла в камере торцового уплотнения на 0,05-0,15 МПа превышает давление перекачиваемого нефтепродукта перед камерой уплотнения. Перепад давлений поддерживается автоматически регулятором давления.
Насосы для перекачки кислот и щелочей. Кислотные и щелочные насосы должны быть изготовлены из материалов, которые противостоят коррозии; через сальники не должно быть утечки жидкости.
Для изготовления таких насосов применяют, хромоникелевые стали, монель-металл, легированные чугуны; из неметаллических материалов используют специальные резины, керамику, пластмассы, стекло.
Частота вращения ротора насосов обычно не превышает 1500 об/мин, так как при больших скоростях возрастает значительно скорость коррозии рабочих элементов. Сальники насоса должны работать, возможно, с меньшим давлением или даже с небольшим разрежением.
При перекачке разбавленных кислот в фонарь сальника подводят чистую воду под давлением примерно на 0,05 МПа выше, чем перед сальником. Уплотнительная вода улучшает охлаждение и смазку сальников и обеспечивает хороший гидравлический затвор. При перекачке концентрированной серной кислоты (75 – 96%) сальники должны работать под разрежением. Уплотнение сальника обеспечивается подачей в фонарь консистентной смазки через масленку.
ГОСТ 10168-95 устанавливает основные параметры центробежных химических насосов и регламентирует подачу, напор, частоту вращения вала, допускаемый кавитационный запас. Стандарт распространяется на центробежные насосы с уплотнением вала, с подачей от 1,5 до 2500 м 3 /ч и напором от 10 до 250 м столба перекачиваемой жидкости плотностью не более 1850 кг/м 3 , имеющих твердые включения размером до 5 мм , объемная концентрация которых не превышает 15%. В условном обозначении типоразмера указаны номинальные подача (м 3 /ч ) и напор (в м столба перекачиваемой жидкости). Так насос типа Х с номинальной подачей 20 м 3 /ч и номинальным напором 18 м имеет условное обозначение Х20/18.
Консольные центробежные насосы типа Х для перекачивания чистых химически активных жидкостей состоят из 19 типоразмеров, охватывающих диапазон подач от 2 до 700 м 3 /ч и напоров от 10 до 140 м столба жидкости.
Для перекачки кристаллизирующихся и легкозастывающих жидкостей при температуре до 200 о С изготовляют химические насосы типа ХО.
Рис.11.11. Продольный разрез консольного насоса типа Х:
1 - крышка корпуса; 2 - корпус; 3 – уплотнительное кольцо; 4 – рабочее колесо; 5 – сальник; 6 – вал; 7 – опорный кронштейн; 8 – упругая муфта.
Гуммированные насосы выпускают следующих марок: 1Х-2Р-1 (2); 2Х-6Р-1 (2); 4АХ-5Р-1; 4ПХ-4Р-1. Обозначения в маркировке насоса следующее: первая цифра – диаметр всасывающего патрубка в миллиметрах; уменьшенный в 25 раз; АХ – химический для абразивных жидкостей; ПХ – пульповый; Х – химический,; Р – резина, материал покрытия, соприкасающихся с перекачиваемой средой; 1 – сальник с мягкой набивкой; 2 – торцовое уплотнение.
Гуммированные насосы по сравнению с металлическими более стойки к коррозии и долговечны. Детали проточной части насосов, соприкасающихся с перекачиваемой средой, покрыты резиной.
Пластмассовые и керамические насосы предназначены для перекачки кислот (серной, соляной) и других технологических агрессивных растворов с температурой до 100оС. Детали насоса, соприкасающиеся с перекачиваемой жидкостью, изготовлены из пластмасс или керамики.
Гуммированные, пластмассовые и керамические насосы – горизонтальные одноступенчатые консольные.
Поршневые насосы являются основным видом объемных насосов. Отличительные особенности этих насосов: постоянное разобщение напорной и всасывающей областей насоса специальными клапанами; независимость развиваемого наосом напора от величины подачи (напор определяется прочностью деталей насоса и мощностью двигателя); подача жидкости отдельными порциями, зависящими от размеров рабочей части насоса и скорости движения поршня.
Принципиальная схема поршневого насоса приведена на рис. 9.2.
Поршневой насос (рис.9.2) состоит из двух частей - гидравлической и приводной. Гидравлическая часть, предназначенная для перекачки жидкости, состоит из цилиндра 1, в котором возвратно-поступательно движется поршень 2 со штоком 11, и клапанов 3 и 4, помещенных в специальные клапанные коробки. Всасывающий клапан 3 отделяет внутреннюю полость насоса от всасывающего трубопровода 5, а нагнетательный клапан 4 - от нагнетательного трубопровода 6.
|
|
Приводная часть поршневого насоса служит для передачи энергии от двигателя к поршню. Она состоит из кривошипно-шатунного механизма, включающего кривошип 7, шатун 8, ползун 9 и направляющее 10 для ползуна. Кривошип 7 жестко посажен на вал двигателя или редуктора и вращается вместе с ним. Кривошип шарнирно соединен с шатуном 8 , который также шарнирно связан с ползуном 9. При вращении кривошипа шатун 8 перемешает ползун 9 в направляющих 10 взад и вперед. Благодаря этому совершает возвратно-поступательное движение и поршень 2, связанный штоком 11 с ползуном. Движение поршня оказывается неравномерным: его скорость непрерывно изменяется от нуля в крайних положениях до максимального значения в среднем положении.
Поршневой насос, показанный на рис.9.2, подает жидкость один раз за один полный оборот кривошипа. Подобные насосы называют насосами одностороннего действия.
Кроме насосов одностороннего действия, в промышленности используются поршневые насосы многократного действия, в которых за один полный оборот кривошипа жидкость подается в напорный трубопровод два и большее число раз. В соответствии с этим они называются насосами двустороннего, трехстороннего и т. д. действия.
В возвратно-поступательном насосе двустороннего действия (рис. 9.3) четыре клапана (по два с каждой стороны): два всасывающих 1 и 1¢ и два нагнетательных 2 и 2¢ . При движении поршня вправо (по чертежу) в левой части цилиндра этого насоса происходит всасывание, в правой - нагнетание. При обратном движении поршня, наоборот, справа происходит всасывание, слева - нагнетание.
Рис.9.3. Схема поршневого насоса двустороннего действия
Возвратно-поступательные насосы, у которых рабочие органы выполнены в виде плунжеров, называют плунжерными насосами. Они используются в основном для перекачивания жидкостей под большим давлением, так как плунжер легче уплотнить, чем поршень.
Один из типов плунжерных насосов - дифференциальный плунжерный насос показан на рис. 9.4. Этот насос имеет два клапана (всасывающий 1 и нагнетательный 2 ) и две камеры (рабочую 4 и дополнительную 5 ). Камеры соединены между собой напорным коленом 3 . В дифференциальном насосе всасывание производится один раз за оборот коленчатого вала, а нагнетание - дважды. Благодаря этому достигается более равномерная подача жидкости в нагнетательный трубопровод, чем в насосе однократного действия.
Поршневые насосы для перекачки нефтепродуктов. Поршневые и плунжерные насосы на нефтеперерабатывающих заводах используют для перекачивания небольших количеств жидкости при больших давлениях, для перекачивания горячих жидких нефтепродуктов (мазута, гудрона и др.), а также холодных нефтепродуктов с температурой менее 100 о С. Применяют поршневые паровые прямодействующие насосы двойного действия, а также поршневые насосы с приводом от электродвигателя через редуктор. Прямодействующие паровые насосы горизонтального типа состоят из трех основных частей: гидравлической, паровой и средника, соединяющего обе части, на котором смонтирована стойка парораспределительного механизма. Гидравлический и паровой поршни расположены на одном штоке. Подача таких насосов регулируется открытием паровпускного клапана.
Прямодействующие поршневые насосы обладают рядом преимуществ по сравнению с поршневыми насосами, имеющими привод: постоянная готовность к пуску, надежность в работе, простота обслуживания, легкость регулирования подачи, путем изменения подачи пара в паровые цилиндры. Недостаток прямодействующих насосов – низкий к.п.д.
Подачу поршневых наосов регулируют изменением длины хода поршня (плунжера), изменением скорости вращения приводного вала. Их недостаток - громоздкость, сложность привода, неравномерность подачи жидкости и малая подача. Они более дороги и сложнее в эксплуатации, так как имеют отдельные двигатель и редуктор. Преимущество – более экономичны, возможность создания высокого давления в жидкости, величина которого ограничивается механической прочностью деталей насоса.
Эксплуатация поршневых насосов . Перед пуском необходимо залить рабочие камеры насоса перекачиваемой жидкостью, проверить состояние системы смазки, открыть задвижки на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Если имеется байпас, то задвижку на напорном трубопроводе закрывают, а на байпасе открывают. После пуска насоса постепенно закрывают задвижку на байпасе и открывают на напорном трубопроводе. В случае паровых прямодействующих насосов, кроме того, должны быть открыты краны на паровыпускной трубе и продуты паровые цилиндры.
Нарушение нормальной работы поршневых насосов проявляется в падении производительности и развиваемого напора. Причиной этого может быть износ гильзы цилиндра, поршня или поршневых колец. Поломка поршневых колец может разрушить цилиндр, клапанную коробку и разгерметизировать его Заклинивание поломанных колец между гильзой и поршнем может привести к обрыву штока или поломке привода. Поломки клапанов или седел приводит к резкому падению параметров работы насоса и создает р6альную опасность. Поэтому обслуживающий персонал должен регулярно «прослушивать» работу клапанов и по характерному стуку определять их состояние: стук должен быть мягким и плавным; усиление стука говорит о разрегулированности подъема клапанов и о необходимости их ревизии.
В результате ослабления крепежных болтов возможны пропуски в местах сопряжения с корпусом цилиндровых и клапанных крышек. Устранить эти дефекты можно только после остановки насоса и снятия давления в цилиндре и в клапанной коробке.
В электроприводных насосах должна быть обеспечена строгая центровка штоков цилиндров, поэтому крейцкопф кривошипно-шатунного механизма не должен иметь люфтов.
Штоки гидравлических цилиндров имеют сальниковые уплотнения, набивку сальников периодически подтягивают без лишних усилий, чтобы избежать повышения трения сальника о шток.
Чтобы остановить насос, выключают двигатель, а при использовании паровых насосов перекрывают паровыпускной трубопровод. После остановки насоса закрывают задвижки на выпускном и всасывающем трубопроводах. Закрывают паровыпускной вентиль паровых насосов и продувают паровой цилиндр.
Во время работы насоса необходимо следить за показаниями манометров, вакуумметров и других измерительных приборов. В напорных воздушных колпаках должен поддерживаться нормальный запас воздуха (примерно 2/3 объема колпака). Периодически необходимо проверять плотность сальников и гидравлической части насоса.
Обслуживающий персонал обязан хорошо знать и выполнять правила и инструкции по эксплуатации, подготовки насосов к ремонту, а также пуска их после ремонта.
Отремонтированный насос обкатывают, постепенно наращивая нагрузку, для проверки герметичности, исправности работы систем охлаждения, смазки и т.д.
Специальные насосы.Шестеренчатые насосы состоят из пары шестерен с внутренним или внешним зацеплением, которые помещены в корпус (рис. 249 –М).
Рис. Шестеренчатый насос
При вращении шестерен в месте выхода их из зацепления создается разряжение и жидкость из приемного трубопровода поступает в корпус насоса. В том месте, где шестерни входят в зацепление, жидкость выдавливается из пространства между зубьями и нагнетается в трубопровод. Зубчатые колеса изготовляют с прямыми зубъями, число которых колеблется от 8 до 12; иногда используются зубчатые колеса с косыми и шевронными зубьями. (Шестеренчатые насосы используют для подач от десятых долей (0,25 – 0,4) м3/ч до 50 м3/ч при давлениях нескольких мегапаскалей. (число оборотов – до 3000 об/мин; число зубьев – 8 – 12, к.п.д. насосов около 0,7). Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением имеют больший объем вытеснения при вращении шестерен, благодаря чему заполненный насос обладает лучшей всасывающей способностью, имеет меньшие габариты, но более сложны по конструкции по сравнению с насосами, имеющими внешнее зацепление. Всасывающая и нагнетательная полости насоса обычно сообщаются через байпас, на котором установлен предохранительный клапан.
Преимущества шестеренчатого насоса : способность создавать большое давление, способность перекачивать вязкие и высокотемпературные жидкости, неприхотливость в эксплуатации, невысокая стоимость, возможность изменять направление перекачки.
Недостатки шестеренчатого насоса : работа на сухую губительна, нарушает структуру перекачиваемой жидкости и разрушает суспензии.
Винтовые насосы имеют в корпусе два или три вращающихся цилиндра с винтовой нарезкой по наружной цилиндрической поверхности. Один винт является ведущим. Создаваемый насосом напор определяется числом шагов нарезки. Винты насоса выполняются двухзаходными с передаточным числом, равным единице. Форма нарезки винтов обеспечивает герметичное разделение нагнетательной и всасывающей полостей насоса. Давление до 2 Мпа создается винтами, имеющими длину несколько больше шага нарезки. Дальнейшее повышение давления достигается пропорциональным увеличением длины винтов, что позволяет создать достаточно компактную конструкцию.
Рис. Винтовой насос
На рис. 250 М представлена конструкция трехвинового насоса. В корпусе 1закреплена обойма 2. В обойме размещены три винта: ведущий 3 и два ведомых 4. Ведущий винт получает вращение от двигателя, а ведомые от ведущего винта. Все винты двухзаходные, направление нарезки у ведущего и ведомого винтов разное. Жидкость поступает в корпус насоса через всасывающий патрубок 6, а затем через отверстия в обойме подходит к винтам, захватывается ими и выбрасывается из насоса через нагнетательный патрубок 7. Возникающая во время работы насоса осевая сила воспринимается подпятниками 5.
Винты подобных насосов изготавляют из стали, а обоймы – из резины или стали, выложенной изнутри резиной.
Поступившая во впадины нарезки со стороны всасывания жидкость при повороте винтов герметически отсекается от всасывающей камеры и затем перемещается в канале нарезки вдоль оси винтов в напорную камеру. Регулирование подачи достигается изменением числа оборотов двигателя или приводного вала ведущего винта. К.п.д. винтовых насосов составляет 0,8 – 0,9.
Одновинтовые насосы споосбны развивать напоры около 2 Мпа с производительностью 0,9 - 3,2 м3/ч. Трехвинтовые насосы способны создать давление до 20 МПа с производительностью 1,5 – 800 м3/ч. и частоте вращения до 1000 об/мин.
Преимущества винтового насоса: ровный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса; перекачивание продуктов с включениями без повреждения включений; пропорциональная скорости вращения винта подача продукта (позволяет легко регулировать производительность насоса); способность насоса к самовсасыванию продукта с глубины до 10 м, в зависимости от модели насоса; низкий уровень шума при работе.
Недостатки винтового насоса : эластичный винт периодически изнашивается и требует ремонта; при работе винтового насоса без перекачиваемого продукта (сухой ход) винт быстро приходит в негодность.
Вихревые насосы. В корпусе 1 вихревого насоса (рис.251-М) размещается рабочее колесо 2 с ячейками на наружной поверхности.
Рис. Вихревой насос
Рабочее колесо, представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопастями или с ячейками на наружной поверхности, смонтировано на валу 6, который приводится во вращение от двигателя. Вал имеет две опоры 5, заключенные в стойке 4. В отличие от центробежных насосов перекачиваемая жидкость подводится и отводится по боковым каналам 7. При вращении рабочего колеса жидкость, поступающая по боковому каналу, увлекается в движение по кольцевому пространству между колесом и корпусом и выбрасывается по другому боковому каналу в напорный патрубок. Особенность работы вихревого насоса заключается в том, что одна и та же частица жидкости, двигаясь по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопаточное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а, следовательно, и напора. Благодаря этому вихревой насос в состоянии развить напор в несколько раз больший, чем центробежный насос при одном и том же диаметре рабочего колеса и тех же оборотах. Это, в свою очередь, приводит к значительно меньшим габаритным размерам и весу вихревых насосов в сравнении с центробежными насосами
Достоинством вихревых насосов является: они обладают самовсасывающей способностью, особенно насосы типа ВКС с воздушными колпаками; исключают необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.
Недостатком вихревых насосов является сравнительно низкий к.п.д. (18 – 40%) и быстрый износ их деталей при работе на жидкостях, содержащих взвешенные твердые частицы.
С целью повышения к.п.д., предупреждения кавитации, повышения подачи на вал рабочего колеса вихревого насоса устанавливается центробежное колесо. Насос, состоящий из двух последовательно включенных колес – центробежного (первая ступень) и вихревого (вторая ступень) – называется центробежно-вихревым насосом.
Для перекачивания легко застывающих жидкостей насосы изготавливают с обогревом – исполнение ВКС. Воздушный колпак, присоединенный к напорному патрубку, имеет воздухоотвод и за счет инжекторного эффекта обеспечивает самовсасывающие способности насоса. При заполненном водой корпусе насос может обеспечить самовсасывание 4 м вакуумметрической высоты.
Уплотнение вала насоса – двойной мягкий сальник или двойное торцовое уплотнение. Насосы с торцовым уплотнением применяются для перекачивания токсичных, горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей с температурой от – 4 до + 85 о С. При этом насосы комплектуются электродвигателями во взрывозащищенном исполнении.
Пластинчатые насосы имеют вращающийся ротор, установленный эксцентрично или концентрично в корпусе и снабженный подвижными пластинами.
Рис Насос пластинчатый.
Пластины прижимаются к корпусу силой пружин, центробежной силой или давлением подводимой по оси насоса жидкостью. Отсекаемые между пластинами и корпусом объемы жидкости при вращении ротора вытесняются в напорный трубопровод. Пластин может быть две и более.
Водокольцевые насосы
имеют вращающийся ротор с лопатками. При вращении ротора находящаяся в корпусе насоса рабочая жидкость отбрасывается с периферии и образует жидкостное кольцо. Если ротор расположен эксцентрично в корпусе, то между ротором и жидкостным кольцом образуется серповидное пространство. Проходя это пространство, лопатки сначала увеличивают объем камеры между ротором и жидкостным кольцом (всасывание), а затем уменьшают его (нагнетание). Поэтому насос может засасывать не только жидкость, но и воздух (газы), т.е. является самовсасывающим. 
Рис. Схема водокольцевого насоса открытого типа:
1 – рабочее колесо (крыльчатка); 2 – корпус; 3 – канал обводной; 4 - нагнетательная щель; 5 - нагнетательный патрубок 6 - всасывающий патрубок; 7 - всасывающая щель; 8 – полость насоса.
Хотя к.п.д. водокольцевых насосов ниже (обычно равен 0,2 – 0,4), чем обычных центробежных насосов, в ряде случаев их применение оказывается целесообразным, особенно при необходимости быстрого пуска, перекачки агрессивных жидкостей и т.п.
На установках сбора и подготовки нефти наибольшее применение получили центробежные насосы исполнения:
1) моноблочного, при котором рабочее колесо крепится на удлиненном валу электродвигателя;
2) бескорпусного, при котором каждая ступень насоса выполнена в виде отдельной секции, а затем все ступени стягиваются длинными шпильками вместе с концевыми секциями, в которых расположены опоры.
1. Агрегаты ЦНС 300 – 120…540 и ЦНС 105 - 98…441 предназначены для перекачивания обводненной газонасыщенной и товарной нефти с температурой 0 - 45 о С плотностью 700-1050 кг/м 3 , содержание парафина не более не более 20%, содержание механических примесей размером твердых частиц до 0,2 мм , объемная концентрация 0,2%, обводненностью не более 90%, давление на входе 0.5-6 кг/м 3 . Насосы ЦНС получили наибольшее распространение на объектах сбора и подготовки нефти.
2. Насосы типа НД – агрегат электронасосной дозировочной одноплунжерный, предназначен для объемного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей. Эмульсий и суспензий с кинематической вязкостью 3,5х10 -7 - 8х10 -4 м 2 /с , с температурой до 100 о С , с максимальной плотностью 2000 кг/м 3 , с концентрацией твердой неабразивной фазы не более 1%. НД – тип агрегата с регулированием подачи вручную при остановленном агрегате. 1.0 – категория точности дозирования (не указывается в обозначении агрегата с предельным давлением 400 кгс/м 2 ).
3. Насос НВ 50/50 – погружной одноступенчатый, предназначен для перекачивания из подземных дренажных емкостей смеси воды и нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 1 мм, объемная концентрация которых не превышает 1,5%.
4. Насосы типа ”Д” – горизонтальные насосы двустороннего входа с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для перекачивания воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, содержащие твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,05%, и микротвердостью до 6,5 ГПа. Установка агрегатов во взрывоопасных помещениях не допускается. После цифр указывается климатическое исполнение и категория размещения насоса при эксплуатации по ГОСТ 15150 – 69. Установленный ресурс до капитального ремонта 12000 часов.
| Тип, марка оборудования | Подача, м 3 /час | Напор, м | Частота вращения, об/мин | Мощность, кВт |
| Д 200-40 | ||||
| Д 315-71 |
5. Насосы типа “Ш” - горизонтальные одноступенчатые, предназначены для перекачивания гидросмесей с мелкой твердой фракцией плотностью 1200 – 1500 кг/м 3 и максимальным размером частиц до 20 мм .
6. Насос НА – артезианский многоступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначен для откачки из заглубленных резервуаров нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм , объемная концентрация которых не превышает 0,2%.
7. Насосы ЦН-900-310, ЦН –100-180-3 горизонтальные спиральные, с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначены для перекачки чистой воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, температурой до 100 о С , содержащих твердые включения не более 0.005% по массе размером до 0,2 мм .
Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.
Конструктивные особенности
Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.
Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как . При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).
Принцип работы
От большинства из тех, кто подбирает технические устройства для оснащения трубопроводных систем, специалисты слышат: «Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой». Следует сразу сказать, что принцип, по которому действует жидкостный поршневой насос, изобретенный еще несколько столетий назад, достаточно прост. Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня такого насоса, который, по некоторым историческим данным, изобрел древнегреческий механик, жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось выше, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль.
Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество многопоршневого плунжерного насоса, которое получило название «сухое всасывание», актуально во многих сферах, где используются подобные устройства.
Насосы двухстороннего действия
Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.
Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.
Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.
Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.
Сферы применения
Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости. Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности.
Сферы применения жидкостных насосов поршневого типа расширяются и за счет того, что такое оборудование может успешно использоваться для работы с химически агрессивными средами, некоторыми видами топлива и взрывоопасными смесями. Активно применяются насосы данного типа и в бытовых целях, с их помощью можно создавать трубопроводные системы для автономного водоснабжения частных строений и для полива. Между тем, решив использовать такой прибор, не забывайте о том, что для перекачивания больших объемов жидкости он не предназначен.
Еще одной сферой, в которой активно используются жидкостные насосы поршневого типа, является пищевая промышленность. Это объясняется тем, что такие устройства отличаются очень деликатным отношением к перекачиваемой через них жидкости.
Преимущества и недостатки
Если говорить о достоинствах, которыми обладают насосы поршневого типа, служащие для перекачивания жидких сред, то к наиболее значимым можно отнести:
- простоту конструкции, которую демонстрируют даже картинки и схематическое изображение подобных устройств;
- высокую надежность, которая определяется не только использованием высокопрочных материалов для производства таких машин, но и принципом действия поршневого насоса;
- возможность работы с носителями, при использовании которых предъявляются особые требования к условиям пуска насосного оборудования.
Основным недостатком рассматриваемого насосного оборудования, упомянутым выше, является его невысокая производительность. Конечно, расширить технические возможности таких устройств можно, но зачем это делать, если данная задача решается с меньшими финансовыми затратами посредством насосного оборудования другого вида.
Выбирая жидкостные насосы поршневого типа, сначала определитесь с тем, для чего такое оборудование будет использоваться. Если не предполагается перекачивание слишком больших объемов жидкости, то доступные по стоимости и надежные жидкостные насосы поршневого типа оптимально подойдут для реализации ваших целей.
Является одной из самых древних. Механическое вытеснение жидкостной среды можно назвать простейшей реализацией принципа перекачки. В наши дни конструкции таких агрегатов, конечно, имеют более сложное устройство по сравнению с первыми представителями класса. В современном виде поршневой жидкостный насос имеет прочный корпус, развитую элементную базу и предполагает наличие широких возможностей для коммуникации. Последний аспект обуславливает распространение оборудования в разных сферах от бытовых нужд и вплоть до промышленных узкоспециализированных отраслей.
Устройство насоса
Основу агрегата представляет металлический цилиндр, в котором и происходят рабочие процессы с жидкостью. Физические манипуляции выполняет поршень, в котором предусмотрены клапаны. Специалисты также называют такую систему плунжерной - по типу используемых поршневых механизмов. В сущности, главную функцию в таких системах выполняет Поршневой жидкостный насос действует по принципу возвратно-поступательное движения, хотя и отличается от классических гидродвигателей присутствием системы клапанного распределения. Структура приводного механизма также включает целый набор обслуживающих деталей и компонентов. К частям данной конструкции можно отнести кривошип и шатун, которые составляют основу уже силового рабочего органа.
Принцип действия
В упрощенном виде функция таких агрегатов напоминает обычный шприц или водозаборную колонку, в которой носитель замещается клапаном. Но, есть и особенности, которыми обладает поршневой жидкостный насос. Принцип действия в данном случае предусматривает, что принимающий трубопровод будет также иметь закрывающийся клапан. Благодаря такому устройству жидкость не может поступать обратно в цилиндр.
Несмотря на простую схему рабочего процесса, есть один существенный недостаток у таких насосов. Дело в том, что возвратно-поступательные действия не предполагают равномерную и плавную подачу носителя. Скачкообразные темпы, в которых работает поршневой жидкостный насос, могут доставлять трудности для последующего обслуживания принимающих коммуникаций. Впрочем, использование нескольких поршней позволяет минимизировать этот недостаток.
Модели двухстороннего действия
Появление данной разновидности поршневых насосов обусловлено стремлением производителей устранить эффект пульсации, который возникает именно по причине ритма, в котором поршень выталкивает порции жидкости. В таких насосах штоковая и поршневая полости имеют индивидуальные клапанные системы. Такой принцип распределения подачи воды позволяет не только устранять пульсацию, но и повышать производительность. Правда, односторонние жидкостные поршневые насосы все же имеют свои преимущества, которые выражаются в более высокой степени надежности и долговечности. Еще одной модификацией, которая должна была устранить ритмическую подачу жидкости, является насос, дополненный гидроаккумулятором. В момент пикового давления такие агрегаты собирают энергию, а при ее понижении - наоборот, отдают. Впрочем, полностью устранить пульсацию получается не всегда и эксплуатирующим предприятиям приходится соответствующим образом разрабатывать конфигурации приема жидкости уже вне конструкции насоса.
Назначение насосов
Используют такие агрегаты в разных областях. Его принцип действия не предполагает работу с большими объемами носителя, но зато имеет немало других полезных качеств. Так как в ходе вытеснения каждой новой «дозы» поршнем выполняется прием новой жидкости в условиях сухого цилиндра, использование конструкции себя оправдывает в химической промышленности. Специализированное назначение поршневых жидкостных насосов допускает работу с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но этим не ограничивается применение поршневых агрегатов. Их также используют в бытовых нуждах, для снабжения чистой водой и полива. Опять же, такие модели не рассчитываются на большие объемы циркуляции, но отличаются надежностью и деликатным обращением с обслуживаемой жидкостью - собственно, этот фактор и обусловил широкое распространение насосов в пищевой промышленности.
Преимущества и недостатки конструкции
Среди достоинств таких систем можно отметить выносливость конструкции. Это объясняется не только использованием высокопрочных материалов для изготовления составных частей, но и самим принципом работы. Кроме этого, поршневой жидкостный насос отличается возможностью работы с носителями, у которых высокие требования к условиям пуска. В частности, многие специалисты отмечают выгоду от «сухого» всасывания, которое может обеспечить далеко не всякий насос. Что касается недостатков, то они преимущественно относятся к низкой производительности. Конечно, теоретически возможно и расширение технических параметров агрегата, но это приведет к повышению эксплуатационных требований оборудования. Тем более что многие альтернативные конструкции способны обеспечить достаточную продуктивность при меньших затратах.
Заключение
Насосы такого типа занимают отдельное место на рынке, удовлетворяя при этом и запросы частных пользователей, и нужды крупных предприятий. В современных модификациях поршневой жидкостный насос позволяет выполнять широкий спектр задач. Некоторые из них вполне могут реализовать и агрегаты другого типа, но есть направления, в которых не обойтись именно без гидравлического принципа перекачки. Это относится к упомянутым отраслям химической и пищевой промышленности. С другой стороны, востребованность поршневых насосов в быту обусловлена их простой конструкцией и нетребовательностью в содержании. И это не говоря о высоком эксплуатационном ресурсе данной техники.
Для работы с водной средой человек создал гидравлические машины. Те разновидности, которые передают энергию от воды механическим частям, называются гидромоторами. Но возможно и обратное действие, когда механизм воздействует на воду. В этом случае речь идет о гидравлических насосах.
Рис. 1 ГидронасосПервые гидравлические агрегаты были ручными. Сейчас используется не только ручная механическая гидравлика, но и электрическая. Чаще всего встречается в эксплуатации поршневой жидкостный насос.
Виды поршневых насосов
Разнообразие гидравлических насосных агрегатов делится на несколько видов. Они отличаются конструкцией и характером работы. Наиболее распространенный вариант – гидравлический насос с поршневой конструкцией. Такие устройства бывают радиально поршневыми и аксиально-поршневыми.
Существует две разновидности аксиально-поршневых устройств в зависимости от расположения оси вращения поршневой группы: прямые и наклонные. Работают они по одному принципу. Когда вращается вал, приходят в движение цилиндры. Они тоже вращаются и одновременно двигаются возвратно-поступательно. Когда ось цилиндра и всасывающее отверстие совпадают, поршень выдавливает жидкость. После этого цилиндр вновь заполняется жидкостью.
Наклонные аксиально-поршневые приборы разделяются на агрегаты с наклонным диском и устройства с наклонным блоком цилиндров.
Плюсы и минусы аксиально поршневых устройств
Агрегаты аксиально-поршневого типа обладают множеством преимуществ по сравнению с другими гидравлическими насосными устройствами. Они отличаются компактными размерами и относительно небольшим весом. Эти характеристики не мешают им обладать значительной мощностью и производительностью. Небольшие размеры деталей имеют малую инерцию.
Рис. 4 Насосы гидравлические аксиально-поршневые компактны
В аксиальных устройствах имеется возможность регулировки частоты вращения мотора.
Самое важное достоинство насосного оборудования такого типа заключается в возможности работы при значительном давлении. Частота вращений при этом не уменьшается. Есть возможность изменять рабочий объем непосредственно во время работы. Частота вращений составляет от пятисот до четырех тысяч оборотов в минуту. По этому показателю аксиальные агрегаты превосходят радиальные.
Аксиальные устройства способны работать при давлении от тридцати пяти до сорока мегапаскаль. Объемные потери невелики и составляют всего от трех до пяти процентов.
Рабочие камеры герметичны. Обуславливается это высокой точностью изготовления и малыми зазорами между расточками и поршнями.
Используя насос такого типа можно легко регулировать силу и направления перекачки жидкости.
Существуют у аксиально-поршневых насосов и недостатки:
- Высокая цена устройства.
- Конструкция сложная, что делает ремонт и обслуживание сложным и затратным процессом.
- При использовании обязательно надо следовать инструкции. Нарушения ведут к частым поломкам.
- Перекачка жидкости пульсирующая. Если использовать насос для водопроводной системы, то пульсация будет заметна и в ней.
- Процесс ремонта может быть длительным из-за высокой сложности процесса.
- Для работы такого насоса требуется чистая вода. Ее надо очищать от всех примесей крупнее десяти микрометров.
- Агрегат довольно шумный.