Сравнительная оценка центробежных и поршневых насосов

Несмотря на то, что центробежные насосы обладают несколько меньшим (на 10 - 15%) к.п.д., чем поршневые, они имеют перед последними ряд неоспоримых преимуществ.

1. Центробежные насосы компактны и имеют непосредственный привод от двигателя. Стоимость их изготовления и установки, а также эксплуатационные расходы значительно ниже, чем поршневых.

2. Центробежные насосы наиболее пригодны во всех случаях, когда требуется большая производительность при относительно небольшом напоре, т. е. для большинства химических производств.

3. Центробежные насосы лучше приспособлены для перекачки жидкостей, содержащих твердые взвешенные вещества, так как в этих насосах отсутствуют легко засоряющиеся клапаны.

Вследствие больших зазоров, допускаемых в конструкциях центробежных насосов по сравнению с поршневыми, они подвержены меньшему износу от абразивных взвесей, находящихся в перекачиваемых жидкостях. Специальные конструкции центробежных насосов допускают проход через насос крупных твердых частиц, что исключается у поршне­вых насосов.

4. Центробежные насосы особенно эффективны для проведения некоторых операций в химических производствах, например для подачи жидкости на фильтрпрессы. С ростом толщины осадка на фильтрпрессе центробежные насосы автоматически уменьшают подачу и одновременно повышают напор. В то же время вследствие ограниченности максимального напора уменьшается опасность прорыва ткани и поломки центробежного насоса во время фильтрации.

5. Простота конструкции центробежных насосов позволяет более легко изготавливать их из химически стойких, но плохо отливающихся и трудно обрабатываемых материалов, например ферросилида и др.

Вследствие этих особенностей центробежные насосы получили широкое распространение в химической промышленности.

Вместе с этим в ряде случаев поршневые насосы обладают преиму­ществами перед центробежными. В тех случаях, когда, прежде всего, требуется экономия энергии, а стоимость установки и удобства эксплуатации имеют второстепенное значение, отдают предпочтение поршневым насосам, как обладающим более высоким к. п. д.

Наконец, поршневые насосы применяют во многих случаях, когда требуются: небольшие подачи жидкости при высоких давлениях, например в гидравлических прессах, или небольшие подачи сильно колеблющихся количеств жидкости, или для перекачивания пожароопасных и взрывоопасных жидкостей.

Насосы других типов

Вихревые насосы

Вихревые насосы по своему устройству весьма мало отличаются от центробежных, однако резко отличаются от них по принципу действия. Вихревой насос (рис. 66) состоит из корпуса 1, в котором на горизонтальном валу вращается рабочее колесо 2.

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – крышка; 4 – стойка; 5 – подшипники; 6 – вал; 7 – боковой канал

Рисунок 66 – Вихревой насос

В отличие от центробежных насосов перекачиваемая жидкость подводится и отводится по боковым каналам. Рабочее колесо имеет на наружной поверхности ячейки, заполненные во время работы насоса жидкостью. При вращении рабочего колеса с большой скоростью жидкость, находящаяся в ячейках, вследствие трения увлекает перекачиваемую жидкость, поступающую через боковой канал, и перемещает ее по кольцевому пространству между рабочим колесом и корпусом насоса в нагнетательный канал.

Вихревые насосы находят применение в установках небольшой мощности, порядка нескольких десятков кВт, для перекачки маловязких жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Эти насосы создают напор, в 2-10 раз превышающий напор центробежного насоса при одних и тех же окружных скоростях рабочего колеса, что соответствует коэффициентам быстроходности n_б порядка 10-40, т.e. области значений n_б, где применение центробежных насосов затруднено.

Достоинствами вихревых насосов являются: простота конструкции, малые габариты и небольшой вес; недостаток - сравнительно низкий к.п.д. (порядка 25-50%).

Характерной особенностью вихревых насосов является резкое воз­растание высоты напора и потребляемой мощности с уменьшением произ­водительности. Максимального значения Н_е и N_e достигают при Q_e = 0. Во избежание чрезмерного повышения давления и мощности при Q_e = 0 на насосе или трубопроводе ставят предохранительный клапан и пуск насоса производят при открытой задвижке на нагнетательном трубо­проводе.

Монтежю

Подъем химически агрессивных жидкостей на сравнительно небольшую высоту часто производят сжатым воздухом (или инертным газом) при помощи так называемых монтежю.

В качестве монтежю применяют горизонтальные или вертикальные (рис. 67) резервуары (рассчитанные на давление 3-4 ата), к которым подведен сжатый воздух или инертный газ.

Жидкость поступает по трубе наполнения 1 через кран 2. При этом, если она поступает самотеком, должен быть открыт кран 3, соединяющий аппарат с атмосферой, если же заполнение производят под действием вакуума, то, кроме крана 2, должен быть открыт кран 4, соединяющий монтежю с вакуум-насосом, а все остальные краны закрыты. Передавливание жидкости из монтежю производят сжатым воздухом, который впускают, открывая кран 5, предварительно закрыв краны 2, 3 и 4. Поступление воздуха регулируют вручную краном 5 по показаниям манометра 6. Под действием давления воздуха жидкость поднимается по трубе 7 и через открытый кран 8 нагнетается в трубопровод. После полного или частичного опорожнения монтежю кран 5 закрывают и «спускают давление», сообщая монтежю с атмосферой при помощи крана 3. Если из монтежю была передавлена только часть жид­кости, то предварительно закрывают кран 8 на нагнетательном трубопроводе.

1 – труба наполнения; 2, 3, 4, 5, 8 – краны; 6 – манометр; 7 – труба для передавливания

Рисунок 67 – Монтежю

Для подъема жидкостей, пары которых в смеси с воздухом образуют взрывчатые и легко воспламеняющиеся смеси, необходимо вместо сжатого воздуха применять инертные газы, например углекислоту или азот.

Монтежю работают обычно периодически. Однако имеются конструкции непрерывно действующих автоматических, называемых пульсометрами.

Давление, необходимое для поднятия жидкости, будет равно

(1.88)

а скорость протекания жидкости при заданном давлении:

(1.89)

Преимуществом монтежю является отсутствие в них движущихся частей, которые наиболее быстро разрушаются от истирания и коррозии. Поэтому их применяют для перекачивания загрязненных, содержащих взвеси жидкостей, а также наиболее агрессивных кислот и щелочей; гуммированные монтежю, например, применяют для перекачки соляной кислоты. Однако монтежю громоздки, требуют постоянного наблюдения и работают с низким к.п.д. - не выше 15—20%. Производительность периодически работающих монтежю низка (до 45 м³/час), а подача жидкости при непрерывной работе (автоматические монтежю) происходит неравномерно.

Струйные насосы

Для подъема жидкостей, допускающих смешение их с конденсатом водяного пара, широко применяют пароструйные насосы, в которых всасывание и подъем жидкости осуществляются путем преобразования кинетической энергии быстро вытекающей струи пара в потенциальную энергию давления. Пароструйные насосы разделяются на инжекторы (нагнетательные) и эжекторы (всасывающие). В паровом инжекторе (рис. 68) пар поступает через штуцер 1 и, проходя через паровое сопло 2, приобрета­ет большую скорость, с которой и поступает в смешивающее сопло 3. Благодаря этому во всасывающей камере 4 создается разрежение и в эту камеру через штуцер 5 всасывается жидкость. При входе в сопло 3 пар встречается со всасываемой жидкостью и с большой скоростью увлекает ее в расширяющееся сопло (диффузор) 6. В диффузоре скорость жидко­сти преобразуется в давление, под которым она вместе с конденсатом подается через штуцер 7 в нагнетательный трубопровод. В период пуска инжектора излишки пара и конденсата отводят через зазор между соплами 3, 6 и штуцер 5 в линию конденсата. Диффузор 6 и отводная линия для конденсата снабжены обратными клапанами 9, 10.

1 - паровой штуцер; 2 – паровое сопло; 3 – смешивающее сопло; 4 – всасывающая камера; 5 – всасывающий штуцер; 6 – диффузор; 7 – нагнетательный штуцер; 8 – штуцер конденсата; 9, 10 – обратные клапаны

Рисунок 68 – Паровой инжектор

Ввиду большого расхода энергии и сравнительно низкого к. п. д. инжекторы применяют только там, где возможно использование теплоты подаваемой жидкости, нагревающейся вследствие конденсации пара в инжекторе, например при питании водой паровых котлов.

1 – сопло; 2 – отверстия; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – штуцер

Рисунок 69 – Водоструйный насос

По устройству и принципу действия, пароструйным насосам аналогичны водоструйные насосы, в которых всасывание и нагнетание жидкости осущест­вляется за счет живой силы струи воды, вытекающей с большой скоростью из конической насадки. В водоструйном насосе (рис. 69) нагнетаемая из сети водопровода вода, проходя непрерывно через суживающееся сопло 1, приобре­тает большую скорость, через отверстия 2 засасывает жидкость из всасывающего трубопровода 3 и нагнетает ее в присоединенный к штуцеру 4 напорный трубопровод.

Отличаясь простотой устройства, эти насосы имеют весьма низкий к.п.д. -от 0,1 до 0,25.

Такой низкий к.п.д. объясняется тем, что перемещаемой жидкости сообщается только живая сила струи рабочего тела (воды), в то время как в пароструйных насосах ей, кроме того, сообщается живая сила внешнего давления вследствие изменения физического состояния рабочего тела (конденсации пара в смешивающем сопле).

Водоструйные насосы применяют в промышленности главным образом для откачки воды из котлованов, погребов и т. п.

Для работы водоструйных насосов необходима подача воды под давлением 3 - 4 ат. Высота всасывания насосов достигает 2 м, высота напора 10 м.