Учебное пособие 800587

определяющие области их возможного применения в сооружениях систем водоснабжения и канализации.

Лопастные насосы. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высокооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его коэффициента полезного действия.

Все эти положительные качества центробежных, диагональных и осевых насосов привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.

Эти недостатки отсутствуют у вихревых и центробежновихревых насосов. Однако вследствие невысокого КПД они находят применение лишь в небольших автономных системах водоснабжения и, кроме того, используются в качестве вспомогательных на крупных водопроводных и канализационных насосных станциях.

Объемные насосы. Несомненными достоинствами поршневых и плунжерных насосов являются высокий КПД и возможность подачи незначительных объемов жидкости под сколь угодно большим давлением. В то же время неравномерность подачи, сложность соединения с приводным двигателем, наличие легко изнашивающихся клапанов, тихоходность, а следовательно, большие размеры и масса исключают возможность их применения на современных высокопроизводительных насосных станциях систем водоснабжения и канализации. Лишь чрезвычайно редко вертикальные поршневые насосы еще применяются для подъема воды из скважин малого диаметра (до 200 мм). Модифицированные поршневые насосы предназначены для подачи бетона и растворов при производстве строительных работ.

Объемные насосы с вращательным движением рабочего органа конструктивно более просты и обеспечивают плавную подачу перека-

чиваемой жидкости. Очень маленькие подачи шестеренных и винтовых насосов в сочетании с их способностью перекачивать вязкие жидкости определили область их применения в качестве питательных насосов систем гидропривода, автоматики и смазки.

Водоструйные насосы. Достоинствами гидроэлеваторов являются небольшие размеры, простота устройства, способность перекачивать жидкости с большим содержанием взвешенных частиц и высокая надежность работы. Водоструйные насосы находят широкое применение при производстве земляных работ способом гидромеханизации. Их применяют также для откачки воды из глубоких колодцев, артезианских скважин, котлованов, траншей, для понижения уровня подземных вод в иглофильтровых установках. На канализационных очистных сооружениях водоструйные насосы применяют для подъема шлама, осевшего в песколовках. На крупных насосных станциях водоструйные насосы используются в качестве вспомогательных для отсасывания воздуха из корпусов основных насосов перед их запуском и для повышения всасывающей способности центробежных насосов.

К недостаткам водоструйных насосов относятся низкий КПД и необходимость подачи большого объема рабочей воды под давлением, поэтому применение гидроэлеваторов в каждом конкретном случае должно быть обосновано экономическими расчетами.

Воздушные подъемники. Простота устройства, легкий уход и надежность работы эрлифтов позволяют им при определенных условиях успешно конкурировать с центробежными насосами при подъѐме воды из глубоких скважин, подаче химических реагентов и ила на водопроводных и канализационных очистных сооружениях. Однако необходимость большого заглубления форсунки и малый КПД установки заставляют каждый раз обосновывать принимаемое решение технико-экономическим сравнением вариантов с использованием насосов различных типов.

Шнековые насосы. Эти насосы весьма эффективны при перекачивании сточных вод и осадка на небольшую высоту (5-8 м).

4.5. Технические характеристики насосов

Основными техническими характеристиками насосов являются напор, подача, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, частота вращения и высота всасывания насоса (допустимая вакуумметрическая высота всасывания -допустимый кавитационный запас). Для насосов предусмотрены рабочие характеристики.

Напор Н – приращение удельной энергии жидкости, проходящей через насос, то есть разность удельных энергий жидкости между

всасывающим и нагнетательным патрубками насоса, и выражается в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Подача Q насоса – это объем жидкости, подаваемый в единицу времени, выражается в м3/ч, м3/с, л/с. По смыслу подача аналогична понятию расхода, так как расход жидкости, проходящей в трубопроводе, равен подаче насоса, перекачивающего эту жидкость.

Важным параметром, характеризующим работу машин рассматриваемого типа с энергетической стороны, является полезная мощность. Для подачи расхода жидкости Q, м3/c, под напором H, м, требуется мощность Nп, Вт /3/

где Nп – полезная мощность;

N – потребляемая мощность.

Потребляемая мощность насоса с учетом потерь энергии в нем определяют по формуле /3/

Коэффициент полезного действия насоса η учитывает все потери энергии в насосе – гидравлические ηг, объемные ηоб, и механические ηмех /3/

Коэффициент полезного действия насосного агрегата ηа,

определяют по формуле

где η, ηдв, ηпр – КПД соответственно насоса, двигателя и привода; при жестком соединении вала насоса и ротора двигателя ηпр=1.

Рис. 4.2. Рабочие характеристики центробежных насосов

Входящие в это выражение номинальные величины соответствуют режиму работы насоса с максимальным КПД.

Законы подобия лопастных машин при изменении их угловой скорости ω выражаются следующими соотношениями:

Пользуясь законами подобия, можно по известным характеристикам для номинальной скорости построить характеристики для скоростей, отличных от номинальной скорости.

Центробежные насосы

Центробежные насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство

всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные насосы широко используют также в теплоэнергетике для перекачки различных жидкостей и теплоносителей, в системах оборотного движения жидкостей, на оросительных и осушительных насосных станциях.

Центробежный насос относится к лопастным насосам, в которых жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии (рис

4.3).

Центробежный насос (рис. 4.3) состоит из рабочего колеса 1 с изогнутыми лопастями 2 и неподвижного корпуса 3 спиральной формы. Рабочее колесо насажано на вал, вращение которого осуществляется непосредственно от привода (чаще всего электродвигателя).

В корпусе насоса имеются два патрубка для присоединения к всасывающему и напорному трубопроводам. Отверстия в корпусе, через которые проходит вал колеса, имеют сальники для создания необходимой герметичности.

всасывающий трубопровод; 10 – приемный клапан с сеткой.

хватывает жидкость и благодаря развиваемой центробежной силе выбрасывает эту жидкость через направляющую (спиральную) камеру в нагнетательный трубопровод.

Уходящая жидкость освобождает занимаемое ею пространство в каналах на внутренней окружности рабочего колеса. Давление в этой области понижается, и туда устремляется жидкость из всасывающего трубопровода под действием разности давлений.

Разность давлений в резервуаре и на всасывании насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости, гидравлические и инерционные сопротивления во всасывающем трубопроводе.

Если жидкость забирается насосом из открытого резервуара, то всасывание жидкости центробежным насосом происходит под действием перепада давлений, равного разности атмосферного давления и давления на входе в рабочее колесо.

Основным элементом центробежного насоса является рабочее колесо, которое представляет собой, например, отливку из двух дисков. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся от 4 до 12 лопастей, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые

межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. Рабочее колесо может быть также сварным, штампованным и фрезерованным.

Спиральный корпус (камера) служит для приема и направления жидкости, а также преобразования кинетической энергии жидкости (скорости), приобретенной от вращающегося рабочего колеса, в потенциальную энергию (давление). В корпусе насоса устанавливаются опоры для подшипников, в которых вращается вал.

Центробежный насос перед пуском обязательно заливают водой (всасывающую трубу и камеры насоса). Пуск центробежного насоса производится при закрытом вентиле на напорной трубе, который открывается только при достижении двигателем номинального числа оборотов. Давление в нагнетательной трубе и скорость движения воды возрастают по мере увеличения числа оборотов. Производительность насоса увеличивается пропорционально отношению чисел оборотов лопастного колеса, напор — пропорционально квадрату отношения чисел оборотов, а мощность на валу насоса, а, следовательно, и электродвигателя — пропорционально кубу отношения чисел оборотов. Так, если число оборотов лопастного колеса насоса увеличить в два раза, то производительность возрастет в два раза, напор — в четыре раза (22), а мощность на валу—в восемь (23) раз. Однако при чрезмерном увеличении числа оборотов ухудшается к. п. д.

насоса. Поэтому для создания больших напоров применяют многоколесные насосы, в которых вода проходит через несколько рабочих колес последовательно. Отсутствие поршней и клапанов в центробежных насосах позволяет использовать их для перекачки различных загрязненных жидкостей (навозной жижи). Высокая скорость вращения центробежных насосов (1000 — 3000 об/мин) удобна для применения электродвигателей. Габариты и вес насосной установки получаются небольшими, а работа равномерной и бесшумной.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по следующим признакам:

- числу рабочих колес: одноступенчатые (с одним рабочим колесом); многоступенчатые (с несколькими рабочими колесами). В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т. д. Число колес в многоступенчатых насосах может доходить до 10—16;