Общие сведения о насосах

1. Принцип действия насосов

Насосы предназначены для перемещения капельных жидкостей по трубам с наименьшей затратой энергии. При подаче жидкости от одного пункта к другому в трубопровод, соединяющий эти пункты, включается насос. Последний передает жидкости энергию, необходимую для перемещения, т. е. всасывает жидкость на одной стороне и нагнетает ее на другой стороне. При работе насоса в трубопроводе на стороне выхода из насоса наблюдается повышение давления, а на стороне входа в насос понижение давления. Различают две группы насосов, а именно:

• лопастные насосы
• объемные насосы

Кроме упомянутых групп насосов, существуют другие насосы, имеющие пока второстепенное или вспомогательное значение. К ним относятся вихревые насосы и насосы, в которых двигатель и насос составляют как бы одно целое (безмоторные насосы).

Характерным элементом лопастного насоса является лопатка, вращающаяся в жидкой среде. При взаимодействии между потоком и лопаткой изменяются скорости и давления в движущейся жидкости. Лопатки спрофилированы и установлены так, что с одной стороны их давление уменьшается, а с другой — увеличивается.

Отличительной чертой объемного насоса является скользящий или вращающийся поршень, который повышает давление жидкости путем вытеснения последней из замкнутого объема.

Лопастные насосы, имея бесспорное преимущество перед объемными, уступают последним в одном очень важном свойстве. При запуске лопастные насосы не могут выкачать воздух из всасывающего трубопровода, т. е. они сами не могут всасывать воду. Перед каждым запуском всасывающую трубу и насос необходимо заполнять водой. Этот недостаток имеет особое значение при автоматизации насосных установок, когда включение и выключение насоса должно происходить без участия человека. Для обеспечения самовсасывания небольших насосных установок и при запуске больших лопастных насосов во многих случаях применяют вихревые и водокольцевые самовсасывающие насосы.

Для привода лопастных, объемных и вихревых насосов используют различные двигатели, при помощи которых к насосу подводится механическая энергия, главным образом, в виде энергии вращения. Движение рабочего органа насосов вращательного движения характеризуется числом оборотов в минуту, а движение рабочего органа насосов возвратно- поступательного перемещения — числом двойных ходов.

Поскольку полезная работа, выполняемая насосом, зависит от числа оборотов или числа ходов, то они во время работы должны сохраняться постоянными. Обычно число оборотов измеряется в оборотах в минуту, а число ходов поршня в поршневых насосах — числом двойных ходов в минуту.

Безмоторные насосы специального приводного двигателя не имеют. В них преобразование электрической, тепловой и гидравлической энергии происходит непосредственно в энергию движущейся жидкости.

Во всех насосах энергия двигателя преобразуется как в потенциальную энергию давления, так и в кинетическую энергию движущейся жидкости.

2. Классификация насосов

Для составления классификации насосов рассмотрим выражение полного напора. 

Вместе с этим различные по принципу работы насосы могут иметь одинаковое назначение, а следовательно, одинаковые особенности. Это позволит различать насосы по назначению. Соответственно принципу работы, назначению и конструкция производится маркировка насосов с целью наиболее краткого определения всех особенностей данного насоса. В зависимости от назначения и свойств перекачиваемой жидкости насосы могут быть разделены на насосы общего применения и специальные. Насосы общего применения предназначены для перекачки чистой воды и жидкостей, имеющих сходную с водой вязкость и химическую активность. Насосы специальные подразделяются на: а) насосы для перекачки взвешенных веществ — фекальные, баггерные, землесосы, торфяные и др. б) насосы артезианские в) насосы для химически активных жидкостей. В коммунальном хозяйстве городов и на промышленных предприятиях при работе в области низких и средних напоров при большой производительности применяют лопастные насосы. Они удобны для непосредственного соединения с быстроходными типами современных электромоторов, паровых и газовых турбин. При значительных производительностях эти насосы получаются компактнее, легче и дешевле. Коэффициенты полезного действия лопастных насосов при умеренных напорах не уступают коэффициентам полезного действия поршневых насосов. В настоящее время вследствие усовершенствования метода проектирования и производства лопастных насосов их применение распространяется также и на высокие напоры для перекачки различных жидкостей и смесей (рис. 1).

Рис. 1. Область применения, насосов.

Режим работы насоса во многом зависит от приводного двигателя механической энергии и внешней сети, поэтому очень важным моментом при проектировании и эксплуатации насосных станций является согласование работы всех агрегатов, входящих в ее состав.

Установку, в которую входит насосный агрегат (насос, соединенный с двигателем) и система трубопроводов, соединяющих источник 1 с насосом 2 и резервуаром 3, называют насосной установкой (рис. 2).

Рис. 2. Схема насосной установки:

1—источик; 2—насос; 3- напорный резервуар.

3. Основные параметры насосов

Насос, в соответствии с назначением, характеризуется с точки зрения потребителя тремя величинами: производительностью, напором и мощностью. Соотношение между полезной гидравлической энергией и подведенной механической энергией определяется коэффициентом полезного действия, который характеризует совершенство насоса. Величина гидравлической и механической энергии связана также с геометрическими размерами насоса. Как было показано, классификация насосов по принципу работы, назначению и конструкции характеризует насос с качественной стороны. Гидравлические, геометрические и механические параметры харак¬теризуют количественную сторону работы насоса. Геометрические и гидравлические величины, так же как и конструктивные особенности, находят отражение в маркировке насосов и классификации по производительности и развиваемому напору. Производительность насоса представляет собой количество жидкости, подаваемой в единицу времени. В зависимости от характера насосной установки количество подаваемой жидкости измеряется в объемных или весовых единицах, отнесенных к соответствующей единице времени. Размерность объемной производительности Q выражается в м3/час, м3/мин, м3/сек. Очевидно, что весовая производительность G связана с объемной Q соотношением G=y*Q, где у — объемный вес жидкости.

Напор насоса представляет собой приращение полной энергии каждого килограмма жидкости или разность между удельными энергиями жидкости на выходе и входе в насос. Обозначим удельную энергию на выходе из насоса Нг (рис. 2). и удельную энергию ври входе в насос H1, где pl z1 v1 — соответственно давление, отметка и средняя скорость потока на входе в насос; Р2, z2 и u2 соответственно давление, отметка и средняя скорость потока на выходе из насоса. При этих обозначениях напор Н Энергетическая по своему существу величина напора имеет линейную размерность (кгм/кг). Полезная мощность насоса обычно измеряется в киловаттах или лошадиных силах. Понятие полезной мощности вытекает из представления о напоре и производительности. Приращение энергии каждого килограмма жидкости по определению равно Н количество жидкости, проходящей через насос в единицу времени, равно весовой производительности G; полное приращение энергии в потоке, т. е. полезная мощность насоса Nn равна где выражено: Н — в м;Q — в м3/сек у — в кг/м3. Отношение полезной мощности Nn к потребляемой N представляет собой коэффициент полезного действия насоса. Следовательно, потребляемая насосом мощность равна. Механическая мощность может быть выражена так: где N — выражена в квт;

Mкр — крутящий момент в кгм; Ω — угловая скорость вала в .1-сек. Разность отметок оси насоса и свободного уровня жидкости в источнике h в называют геодезической высотой всасывания. Если насос расположен ниже уровня жидкости в источнике, что имеет место при длинных всасывающих трубопроводах или перекачке горячих жидкостей.