Классификация насосов
Насосом называется машина для создания потока жидкой среды. Под жидкой средой понимается капельная жидкость, которая может содержать твердую или газовую фазу. Назначение насоса можно определить следующим образом: сообщить капельной жидкости механическую энергию, чтобы обеспечить ее перемещение по трубопроводам (каналам) или передать энергию через жидкость для привода различных устройств и механизмов.
Насосы являются одним из наиболее распространенных типов гидравлических машин. Они отличаются разнообразным конструктивным исполнением, что иногда затрудняет их классификацию. Поток жидкой среды в насосе создается в результате силового воздействия на жидкость в проточной камере или в рабочей камере насоса. По виду рабочей камеры и сообщения ее со входом и выходом насоса различают насосы динамические и объемные.
Классификация насосов может быть выполнена по различным классификационным признакам :
для динамических насосов:
по виду сил, действующих на жидкость;
по направлению движения жидкой среды;
по виду отвода;
по конструкции рабочего колеса и др.
для объемных насосов:
по характеру движения рабочих органов;
по характеру движения ведущего звена насоса;
по направлению перемещения жидкости;
по виду рабочих органов;
по виду передачи движения к рабочим органам и др.
Динамическим насосом называется насос, в котором жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.
К динамическим насосам относятся:
1) лопастные — центробежные и осевые;
2) электромагнитные — кондукционные и индукционные;
3) трения — вихревые, струйные, шнековые, вибрационные и др.
На рисунке показана схема центробежного насоса. Поток жидкой среды поступает во всасывающий патрубок 1 в осевом направлении, меняет направление движения в каналах рабочего колеса 2 на радиальное. Под силовым воздействием лопаток поток жидкости увеличивает скорость движения жидкости и давление в рабочем колесе. После прохождения рабочего колеса жидкость поступает в отвод 3. Вход и выход насоса постоянно сообщаются между собой.
Рис. Схема центробежного насоса: 1 — подвод; 2 — рабочее колесо; 3 — отвод; 4 — корпус
Объемным насосом называется насос, в котором жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.
К объемным насосам относятся:
1) возвратно-поступательные — поршневые, плунжерные, диафрагменные;
2) крыльчатые;
3) роторные — роторно-вращательные, роторно-поступательные, роторно-поворотные и др.
На рисунке показана одна из типовых схем объемного насоса — шестеренного насоса. Насос представляет собой две шестерни, находящиеся в зацеплении. Шестерни находятся в корпусе насоса с малыми зазорами. Одна из шестерен — ведущая, другая — ведомая. При вращении шестерен объем жидкости попадает между зубьями шестерен, изолируется от всасывающей и напорной магистралей, а затем вытесняется зубьями в напорную магистраль.
Рис. Схема шестеренного насоса
Дальнейшая классификация по общим признакам динамических и объемных насосов может быть выполнена:
по направлению оси расположения вращения или движения рабочих органов: горизонтальный насос, вертикальный насос;
по расположению рабочих органов: консольный насос, моноблочный насос;
по конструкции опор: с выносными опорами, с внутренними опорами;
по расположению входа для жидкости в насос: с осевым входом, с боковым входом;
по числу ступеней: одноступенчатый, двухступенчатый, многоступенчатый;
по числу потоков: однопоточный, многопоточный;
по конструкции и виду разъема корпуса: секционный, с торцевым разъемом, с осевым разъемом, двухкорпусный, с защитным корпусом;
по расположению насоса: погружной, скважный, с трансмиссионным валом;
по требованиям эксплуатации: регулируемый, нерегулируемый, дозировочный ручной, реверсивный, обратимый;
по условиям всасывания: самовсасывающий, с предвклю-ченной ступенью, с предвключенным колесом;
по взаимодействию с окружающей средой: герметичный, взрывозащищенный, малошумный, маломагнитный;
по необходимости поддержания температуры среды: обогреваемый, охлаждаемый;
по месту установки: стационарный, передвижной, встроенный;
по размерам: малый, средний, крупный;
по мощности: микро, мелкий, малый, средний, крупный.
Сложившаяся практика классификации насосов отличается от приведенной выше.
Насосы называют, например, по отрасли техники, в которой они используются: насос теплоэнергетики, судовой насос, насос атомной промышленности, насос химический и т. д.;
или по роду перекачиваемой жидкости: для чистой воды, масляный, нефтяной, бензиновый;
по целевому назначению: питательный, смесительный, дозировочный и т. д.
Можно кратко указать требования, которым должен отвечать насос:
минимальный размер и минимальная масса;
надежность работы, экономичность, удобство технического обслуживания и эксплуатации;
возможность изменения технических показателей в широких пределах;
высокий КПД;
удобство монтажа и демонтажа элементов насоса;
невысокая стоимость.
Выбор типа насоса для конкретной установки производится после гидравлических расчетов системы с учетом его технических показателей, конструктивных особенностей, эксплуатационных качеств и стоимости.
Статьи
В области насосов терминология была установлена и изложена еще в ГОСТ 17398—72 «Насосы. Термины и определения». В соответствие с этим ГОСТом насосы делятся на две основные группы: объемные и динамические.
Динамическе насосы — это насосы, в которых жидкость под действием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), которая постоянно cообщается с входом и выходом насоса.
Объемные насосы – это те насосы, в которых жидкость перемещается при помощи периодического изменения объема камеры, которая попеременно сообщается со входом и выходом насоса.
Динамические насосы принято делить на лопастные, насосы трения и инерции.
Лопастные – это насосы, в которых жидкость перемещается за счет энергии, которая передается ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные насосы объединяют в себе две основные группы насосов: центробежные и осевые. В центробежных насосах жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а в осевых — через рабочее колесо по направлению его оси.
В насосах трения и инерции жидкость перемещается под действием сил трения или сил инерции. К этой группе относят вихревые, червячные, лабиринтные и другие насосы. Среди них выделяют группу насосов-аппаратов, т. е. насосов не имеющих движущихся частей (не считая клапанов). В эту группу входят струйные насосы, гидравлические тараны, эрлифты, вытеснители.
В группу объемных насосов входят насосы возвратно-поступательного действия (плунжерные, поршневые, диафрагмовые) и роторные (пластинчатые, шестеренные, винтовые и др.).
Насосы могут поставляться в виде насосных агрегатов, т е. в виде насоса и двигателя, которые соединяются между собой. Кроме того, существует такое понятие, как насосная установка, т. е. насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса в заданных условиях.
Кроме терминов, которые относятся к конструктивным или другим признакам насосов, ГОСТ 17398—72 устанавливает также терминологию основных технических показателей насосов и насосных агрегатов.
Главным из таких показателей является, так называемая, объемная подача насоса — т.е. объем жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Объемная подача может быть измерена в м 3 /с или м 3 /ч. Допускается замерять подачу в л/с. Существует, также, понятие массовая подача — т.е. масса подаваемой жидкости в единицу времени. Массовая подача измеряется в кг/с или кг/ч.
Вторым основным показателем насоса является максимально развиваемое им давление или напор при определенных условиях. Давление измеряется в кПа, МПа или кгс/см 2 , а напор — в м столба перекачиваемой жидкости.
КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ
Под насосами в общем случае понимают энергетические машины или установки, которые для перемещения перекачиваемой среды (жидкой, твердой и газообразной) при статическом или динамическом воздействии увеличивают ее давление или кинетическую энергию.
Историческое развитие насосостроения как способа транспортирования химических и физических веществ, а также постоянно возрастающие требования к параметрам износостойкости, всасывающей способности и специальные условия монтажа привели к большому количеству типов, которые обусловили разные определения понятий и типов насосов. В результате возникали случаи, когда заказчик, разработчик и поставщик применяли три различных определения для одного и того же насоса.
Для устранения этого очевидного недостатка была разработана система классификации насосов, по конструктивным признакам и принципу действия, а также по виду перекачиваемой жидкости.
Насосы по принципу действия подающего элемента подразделяют на насосы возвратно-поступательного действия, роторные и динамические.
НАСОСЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Перемещение жидкости происходит в результате осевого двиижения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.
По виду вытеснителя насосы подразделяют на поршневые и мембранные (рис. 1).
Признаками классификации поршневых насосов могут служить:
а) способ действия поршня (рис. 2);
б) положение поршня и цилиндра (рис. 3);
в) форма поршня (рис. 4);
г) вид привода (рис. 5).
Соответственно этому различают насосы простого или двойного действия, горизонтальные или вертикальные, радиальные или аксиальные, клапанные, крыльчатые, дисковые, плунжерные многоступенчатые с рычажным, кулачковым приводом или с качающимся приводным диском, а также прямодействующие.
Мембранные насосы классифицируют по расположению и колиичеству мембранных цилиндров, а также по типу привода.
РОТОРНЫЕ НАСОСЫ
Роторные насосы работают главным образом по принципу вытеснения, причем один или несколько вращающихся поршней или винтов образуют друг с другом в цилиндре насоса рабочие полости, причем размеры полости всасывания наибольшие, а наапорной полости — наименьшие; поэтому жидкость из полости всасывания и выталкивается в напорную полость. Однако некоторые роторные насосы имеют постоянные рабочие полости (объем вытеснения) как на входе, так и на выходе.
Принципиальные различия и некоторые преимущества роторных насосов над поршневыми заключаются:
а) во вращающихся поршнях;
б) в отсутствии клапанов в цилиндрах;
в) в уравновешивании масс или моментов.
По конструктивному исполнению рабочих органов все роторные насосы делят на пять основных типов, а именно: шестеренные, винтовые, коловратные, пластинчатые, роликовые. На рис. 6 приведены эти типы роторных насосов.
Шестеренные насосы (рис. 7) подразделяют в основном по числу шестерен (на двух- и многошестеренные), по типу зацепления (с наружным и внутренним зацеплением) и по числу потоков жидкости (на одно- и многопоточные насосы).
Как видно по рисункам, жидкость, попадая в межзубчатые пространства зубчатых колес, перемещается от входной к напорной полости насоса. Взаимное зацепление зубьев, а также малые радиальные и торцовые зазоры между шестернями и корпусом уменьшают протечки перекачиваемой жидкости.
Винтовые насосы подразделяют в основном по количеству рабочих органов на одно- и многовинтовые, а по направлению потока жидкости на одно- и двухпоточные винтовые (рис. 8). В противоположность шестеренным насосам процесс перемещения жидкости в винтовых насосах происходит в осевом направлении по свободным межвинтовым полостям от стороны всасывания к напорной стороне.
Коловратные насосы выпускают в настоящее время самых различных конструкций. Для конструкции этого вида xapaктерны так называемые двухвальные насосы с одно- или многоопрофильными роторами различной формы поперечного сечения (рис. 9). Почти все коловратные насосы перемещают перекачиваемую жидкость от стороны всасывания к напорной стороне без изменения объема полости вытеснения.
Пластинчатые насосы — типичные представители одновальных насосов, по принципу действия подразделяют на простого и двойного действия (рис. 10), а по виду ротора на одно- и многоопластинчатые насосы (шиберные).
Рабочий процесс этих типов характеризуется изменяющимся (серповидным) рабочим объемом полостей всасывания и напора. Уплотнение между входным и напорным патрубками осуществляется плоскими пластинами или лопатками, помещенными в пазах ротора, при минимальных радиальных и торцовых зазоорах между ротором и корпусом.
Роликовые насосы подразделяют только по принципу действия на одно- и двукратного действия (рис. 11). В данном случае эффект нагнетания обусловливается вращающимися поршнями, эксцентрично расположенными в корпусе, которые приводят эластичную оболочку в колебательное движение и перемещают жидкость вследствие быстрого изменения (пропорционально частоте вращения) рабочего объема полостей всасывания и напора.
ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
В отличие от поршневых и роторных эти насосы работают по динамическому принципу. В результате вращения рабочих колес внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, которая в последующих элементах (диффузоре, направляющем аппарате, спирали) в большей части преобразуется в энергию давления.
По принципу действия насосы прежде всего подразделяют на лопастные и вихревые (рис. 12). Если лопастной насос не обладает, как правило, свойством самовсасывания, то вихревой — обычно работает по принципу самовсасывания. Кроме того в вихревых насосах в подавляющей степени происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале корпуса насоса.
Лопастные насосы подразделяют:
по направлению потока на выходе из рабочего колеса — на центробежные насосы радиального, диагонального типов и на осевые (рис. 13);
по прохожденио жидкости за рабочим колесом — с направляяющим аппаратом, спиральным или кольцевым отводом;
по направлению потока жидкости в рабочем колесе или между рабочими колесами — на одно- и двухпоточные (рис. 14).
В многооступенчатых насосах применяют одностороннее или симметричное расположение рабочих колес (рис. 15).
В заключение следует еще указать на деление, или классифиикацию, насосов по всасывающей способности:
самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенными ступенями всасыывания или всасывающими устройствами) и не самовсасывающие.
Вихревые насосы по форме рабочего колеса можно классифиицировать на открытые (звездообразные), закрытые (с периферийнообоковым каналом) и чисто вихревые (рис. 16), а по прохождению потока на одно- и многоступенчатые насосы.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАСОСЫ
К этой группе относятся прежде всего небольшие насосы, которыe по классическим признакам (наличие вращающегося или перемещающегося вдоль оси рабочего органа) нельзя отнести к обычным насосам.
Струйные насосы (рис. 17) характеризуются наличием трубы Вентури, в центр которой подводится струя рабочей среды (вода, пар или газ). Рабочая струя образует пограничный слой и вследствие высокой скорости вначале захватывает частички окружающего воздуха, а затем вследствие обменных процессов всасывает перекачиваеемую жидкость из подводящего трубопровода. Пневматические насосы (газлифты) подают жидкость в результате образования водовоздушной смеси малой плотности при поступлении воздуха под давлением в зааглубленную под уровень жидкости трубу. Окружающая жидкость большей плотности проникает во всасывающую трубу, обеспечивая тем самым процесс подъема жидкости (рис. 18).
Электромагнитный насос (рис. 19), предназначенный главным образом для перекачивания жидкого металла, создает по так называемому правилу правой руки осевую силу в перекачиваемой жидкости, которую можно рассматривать в качестве движущегося проводника в магнитном поле. Вследствие этого создаются услоовия для перемещения жидкости.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ВИДУ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ СРЕДЫ
От физических и химических свойств перекачиваемой среды неизбежно зависят конструкции насоса, принцип его работы, а также выбор материала. На этом основании вид перекачиваемой среды пелесообразно принять в качестве второго признака для классификации насосов. Поэтому определены шесть типичных перекачиваемых сред для насосов. В соответствии с этим насосы предназначены для чистых и слегка загрязненных жидкостей, загрязненных жидкостей и взвесей, легко загазованных жидкостей, газожидкостных смесей, агресссивных жидкостей, жидких металлов.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
На практике довольно часто встречаются насосы разных типов, названия которым даны в зависимости от особенностей их эксплуатации. Так, например, различают питательные, циркуляционные, конденсатные насосы, если речь идет о насосах для тепловых электростанций.
К циркуляционным или насосам охлаждения относятся насосы, которые, как правило, работают в замкнутых системах. Под реакторными насосами подразумевают в настоящее время главные циркуляционные насосы, которые включены в первичный контур реактора атомной электростанции.
Судовые центробежные или поршневые трюмные насосы используют в судостроении.
В погружных насосах или насосах с мокрым или защищенным электродвигателем, последний размещают в перекачиваемой среде. Общеизвестные гидравлические насосы, относящиеся к этим типам и устанавливаемые в гидравлические системы, являются не только подающими машинами, но и источниками напорного потока жидкости.
Классификацию по назначению следует применять лишь в том случае, когда недостаточно первых двух признаков (классификация по принципу действия и по перекачиваемой среде) для четкой характеристики определенного типа насоса.
Перепечатка материала возможна только с активной ссылкой на electronpo.ru, как на источник первой информации.
Лопастные Насосы. Типы И Принципы Действия.
В данной статье предоставлена информация о принципе действия лопастных насосов, классификации и их областях применения в нефтегазовой отрасли.
Малий Татьяна Васильевна
Журнал «Научный лидер» выпуск # 14 (16), июнь ‘21
Дата публикации 02.06.2021
Цитировать
Малий Т. В. Лопастные Насосы. Типы И Принципы Действия. // . 2021. №14 (16). URL: https://scilead.ru/article/330-lopastnie-nasosi-tipi-i-printsipi-dejstviya
Лопастными называют динамические насосы, в которых жидкость перемещается из-за воздействия на них лопастей.
Лопастной насос является обращенной турбиной в том смысле, что его лопастная система сообщает работу жидкости, а не воспринимает ее.
Принцип действия лопaстных насосов устроен на принудительном перемещении жидкости вследствие передачи ей энергии от лопаток вращающего рабочего колеса. По нaправлению потока жидкости на выходе из рабочего колеса лопастные насосы подразделяются на центробежные, осевые и вихревые. Эти устройствa отличаются немногими конструктивными несходствами и техническими характеристиками. Например, в центробежных и вихревых насосах рабочее колесо сообщает жидкости радиальное движение, а в пропеллерном — осевое.
Перемещение жидкости в центробежных нaсосах (рис.1) совершается за счет центробежной силы, возникaющей в частицах жидкости в процессе движения их от центра рабочего колеса, имеющего лопасти, к его краям. Улиточный канал, окружающий рабочее колесо, по ходу продвижения жидкости постепенно увеличивается. Это приводит к снижению скорости жидкости и к росту ее давления. [1]
Центробежные насосы отличаются непрерывным струйным течением жидкости. Производительность нaсоса увеличивается с большим диаметром и частотой вращения рабочего колеса.
Схема центробежного насоса представлена на рис. 1. Основными составляющими ротора являются вал насоса 1, на которое нaсажено лопaстное рабочее колесо 2, приводящее поток в движение. Устройства, служащие для подвода жидкости к лопастному колесу 3 и отвода потока от него 4. [2]
Рис. 1. Схема центробежного насоса
Осевые (пропеллерные) насосы по конструкции являются наиболее элементaрными из всех лопастных насосов. Рабочее колесо, сообщающее перекачиваемой жидкости осевое направленное движение, представляет собой пропеллер, подобный винту.
При вращении рабочего колеса под его лопатками создается область разрежения, в которую все время поступает жидкость. Под воздействием лопастей жидкость передвигается вверх по оси пропеллера.
Осевые насосы имеют малые габариты и массу, сравнительно высокий КПД. Отличаются от центробежных типов меньшим давлением и большей подачей.
У вихревых нaсосов вихревое течение жидкости. Все подобные насосы являются самовсасывающими. Схема вихревого насоса предоставлена на рис. 2. Корпус 3 насоса содержит кольцевой канал 1 постоянного сечения. Перемычка 2 на дуге прерывает этот канал и плотно примыкает к торцевым поверхностям лопаток 6 и наружной поверхности боковых торцов рабочего колеса 4, насаженного на вал 5 на шпонке. Лопасти 6 вырезаны на периферии рабочего колеса. [1]
Рис. 2. Схема вихревого насоса
При врaщении рaбочего колеса жидкость поступает во впaдины между лопaстями, спускается в кольцевой кaнал, затем снова попадает на лопасти и т. д. Жидкость при этом получает стабильное приращение энергии. У вихревого насоса больший напор, чем у центробежного насоса при одинаковых условиях. Недостаток вихревых насосов- это большие гидравлические потери на всасывании в момент входа жидкости на лопасти рабочего колеса.
По мимо деления лопастных насосов на центробежные, вихревые и пропеллерные существуют другие критерии различия этих устройств. Например, коэффициент быстроходности, который является своеобразной мерой подобия насосов. Коэффициент быстроходности насоса ns- это частота вращения абстрактной модели насоса, которая, создает напор равный 1 м при подаче 0,075 м 3 /ч. Численное значение ns определяется по формуле:
где n — частота вращения ротора насоса, об/мин; Q — подача насоса, м 3 /с; Н — напор, развиваемый насосом, м. [2]
Наиболее расширенная классификация лопастных насосов представлена на рис. 3.
Рис. 3. Классификация лопастных насосов
Лопастные насосы применяют для перекачивания воды и других жидкостей при относительно невысоких давлениях и больших расходах. В нефтегазовой индустрии насосы используются как гидротранспорт нефти и других жидкостей. Насосы обеспечивают безопасность и эффективность процесса перекачивания нефтепродуктов, это самое распространенное оборудование для данной отрасли.
Список литературы
- Исаев А.П. Гидравлика. Учебник для студентов вузов / А.П Исаев. – М.: Форум, 2019. -544 с.
- Черкасский, В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры / В.М. Черкасский – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 21 с.
- Абдурашитов, С.А. Насосы и компрессоры / С.А. Абдурашитов, А.А. Тупиченков, И.М. Вершинин, С.М. Тененгольц – М.: Недра, 1974. – 8с.
- Мухин Я.П. Устройство и принцип работы лопастных насосов / Я.П. Мухин [Электронный ресурс] – Режим доступа:
- Михайлов, А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. / А.К. Михайлов, В.В. Малюшенко – М.: Машиностроение, 1977. – 288 с.