Насосы. Конструкция, применение, выбор

В химической промышленности на предприятиях технологии неорганических веществ наибольшее применение нашли центробежные и поршневые насосы. Остановимся на описании этих типов насосов.

Центробежные насосы – устройства, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса (ГОСТ 15110–79Е). По особенностям конструкции они делятся на:

– консольные; – погружные; – осевые; – вихревые.

По числу рабочих колес центробежные насосы могут быть:

– одноступенчатые (одноколесные) с напором до 50 л;

– многоступенчатые, в которых рабочие колеса смонтированы на одном валу, соединены последовательно, снабжены направляющими и переливными устройствами для направления жидкости с одного колеса на другое, имеют одну всасывающую и одну нагнетательную линию; общий напор равен сумме напоров, создаваемых каждым из колес.

В общем случае, чем больше число колес, их диаметр и частота вращения, тем выше напор. Зависимость между Н, Q и r выражается следующими формулами:

Н₁ / Н₂ = (r₁ / r₂)²; Q₁ / Q₂ = (r₁ / r₂)³.

Следовательно, увеличить Н и Q можно, увеличив r и n вращения. Однако существует еще один путь: для увеличения Q несколько насосов включают параллельно; для увеличения Н – последовательно.

Методика расчетов наиболее полно и правильно изложена (Проектирование П и АХП Иоффе). В остальных пособиях не совсем корректно предлагается расчет мощности, поскольку рассчитывается только величина мощности, потребляемой насосом, и именно мощности на валу.

N_п – полезная мощность, затрачиваемая на перемещение жидкости, Вт: N_п = ρ g H Q.

N – мощность электродвигателя насоса на выходном валу, Вт: N = N_п / (η_н η_п),

где η_н – КПД насоса, находится как произведение объемного, механического и гидравлического КПД (методика расчета приведена на стр. 28 Иоффе); η_п – КПД передачи от электродвигателя к насосу, η_п ≈ 1 для центробежных насосов, η_п = 0,93–0,98 – для поршневых.

Необходимо учитывать, что мощность N_дв, потребляемая двигателем от сети, больше N вследствие потерь энергии в самом двигателе: N_дв = N /η_дв,

где η_дв – КПД двигателя, принимается равным от 0,7 до 0,94 в зависимости от мощности N (стр. 30, Иоффе).

И, наконец, двигатель к насосу устанавливается большей мощности, чем мощность потребляемая, так как необходим запас мощности при возможной перегрузке:

N_уст = β N_дв,

где β – коэффициент запаса мощности, принимается от 2 до 1,1 в зависимости от мощности двигателя.

Напор определяется по формуле:

Н = (Р₂ – Р₁) / (ρ g) + Н_г + h_п,

где Р₂ – давление в аппарате, в который подается жидкость; Р₁ – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость; Н_г – геометрическая высота подъема жидкости; h_п – потери напора во всасывающих и нагнетательных линиях (или полное гидравлическое сопротивление трубопровода).

Преимущества центробежных насосов:

– отсутствие кривошипно-шатунного механизма и. как следствие, простота конструкции;

– низкая стоимость изготовления и малые габариты;

– отсутствие клапанов, что повышает их надежность;

– простота ремонта и регулирования количества подаваемой жидкости;

– равномерность подачи жидкости.

Недостатки центробежных насосов:

– необходимость заполнения насоса жидкостью перед запуском;

– зависимость производительности от создаваемого напора и сопротивления линии.

Общие правила эксплуатации центробежных насосов.

Для создания нормальной, устойчивой работы центробежных насосов необходимо на всасывании обеспечить так называемый кавитационный запас, т. е. минимально допустимое превышение атмосферного давления над давлением насыщенных паров жидкости. В противном случае, если давление перекачиваемой жидкости на всасывающей линии окажется ниже давления ее насыщенных паров, в жидкости образуются пузырьки газа. При последующем движении жидкости в насосе давление повышается, пузырьки сжимаются, пустоты заполняются жидкостью (т. е. появляются __________________?????, вскипание жидкости и разрушение насоса, особенно изготовленного из алюминия. Лучшее средство предотвратить кавитацию – создать подпор на всосе.

Для лучшей всасывающей способности скорость жидкости на входе в насос должна составлять от 1 до 2 м/с, а сопротивление всасывающего трубопровода быть минимальным. Высота всасывания центробежного насоса – до 5 м.

Порядок включения насоса в работу

Включение насоса в работу осуществляется при полностью закрытой нагнетательной задвижке (при этом насос потребляет минимальную мощность); задвижка на всосе перед пуском должна быть полностью открыта для предотвращения кавитации (сальники).

Регулирование подачи насоса осуществляется вентилем на нагнетательной линии. На всасывающей линии регулирование не допускается из-за возможности возникновения кавитации.

При перекачивании высоковязких жидкостей, вследствие увеличения сопротивления, Q, Н и КПД насоса падают. Поэтому следует подбирать насосы с высоким n вращения колеса и, если возможно, подогревать жидкость.

В каталогах мощность электродвигателя дается для перекачивания воды, т. е. ρ = 1000 кг/м³.

Центробежные консольные насосы типа Х для химической промышленности

Данные насосы используют для перекачки как чистых, так и загрязненных (до 0,2 мас. % частиц) жидкостей; Q – от 2,2 до 700 м³/ч; Н – 10–30 м. Корпуса могут быть изготовлены из легированных сталей и сплавов, фарфора, титана, пластмасс (для 30%-ой H₂SO₄ при температуре до 60°С), _______?? либо гуммируются (например, для H₂SO₄ и H₂SiF₆). Марок центробежных насосов типа Х насчитывается очень много. Так, в пособии Иоффе их рассмотрено более тридцати. Вывод вала обычно уплотняют сальником с мягкой набивкой.

Погружные центробежные насосы типа ХП для забора жидкости из резервуаров имеют Q от 2 до 600 м2/ч и Н до 54 м. Используются в сернокислотном производстве, при получении фосфорнокислых суспензий, желтого фосфора и т. д. (т. е. для перекачивания агрессивных жидкостей). Насосная часть постоянно погружена в жидкость на 1,2–2 м, привод – электрический двигатель и муфта над резервуаром.

Насосы типа ХПС самовсасывающие, в их нижней части имеется вспомогательный бак, постоянно заполненный жидкостью.