книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

Рис. 1.28. Конструктивные схемы подводов

зорными) (рис. 1.28, в). Осевой ввод выполняют в виде пат­ рубка, отлитого за одно целое с передней крышкой насоса. Наименьшие гидравлические потери обеспечивает осевой подвод, однако он увеличивает габаритные размеры насоса в осевом направлении и поэтому используется у насосов не­ больших размеров. Боковой подвод (рис. 1.28, г) конструк­ тивно более компактен, но обладает наибольшими гидрав­ лическими потерями. Чаще всего боковой подвод использу­ ют у многоступенчатых насосов. Полуспиральный подвод (рис. 1.28, д) применяют у насосов с двусторонним входом и у некоторых типов многоступенчатых насосов.

Отвод. Отвод (отводящее устройство) у центробежных на­ сосов предназначен для сбора жидкой среды, выбрасывае­ мой рабочим колесом, и отвода ее в напорный трубопровод. Он конструктивно объединен с корпусом насоса и может быть выполнен в виде спирального или кольцевого канала, расположенного по окружности выхода жидкости из рабо­ чего колеса, либо в виде направляющего аппарата.

Спиральный отвод (рис. 1.29, а) представляет собой ка­ нал, расположенный по окружности диаметра рабочего ко­ леса, площадь поперечного сечения которого при возраста­ нии угла 0 увеличивается пропорционально количе­ ству жидкой среды, посту­ пающей из рабочего коле­ са. Расширение канала выбирают таким образом (в зависимости от быст­ роходности колеса), чтобы скорость движения ж ид­ кости в спирали была по­ стоянной. По этой причи­ не в спиральном отводе

конструктивно является продолжением спирального отвода. Каналы спиральных отводов выпоняют с формами сече­ ний в виде круга, капли и сектора (рис. 1.30). Спиральные отводы обладают наименьшими гидравлическими потерями и благодаря простоте их конструкции используются в одно­ ступенчатых и многоступенчатых насосах, предназначенных

для подачи чистых жидких сред.

У насоса со спиральным отводом при работе могут воз­ никнуть радиальные силы, изгибающие вал насоса. Ради­ альные силы возникают вследствие того, что спираль не является симметричным каналом по отношению к оси вра­ щения рабочего колеса. При отклонении подачи насоса от расчетной нарушается закон площадей и давление в широ­ ких сечениях спирали будет больше, чем в узлах, что при­ водит к появлению радиальной силы. Для устранения этого недостатка у высоконапорных одноступенчатых насосов, а также у насосов с большей производительностью, в спи­ ральном канале устанавливают перегородку, т. е. образуют двойную спираль (рис. 1.31).

Насосы, перекачивающие жидкие среды с механичес­ кими включениями, оборудуют отводами кольцевого типа (рис. 1.29, б). Кольцевой отвод представляет собой канал постоянного сечения, расположен­ ный вокруг рабочего колеса. При постоянном сечении кольцевого канала средние скорости движе­ ния жидкой среды в различных сечениях его неодинаковы, что ведет к увеличению гидравличес­ ких потерь и к появлению попе­ речных сил, изгибающих вал на­ соса.

У многоступенчатых насосов отвод жидкой среды от ра­ бочего колеса осуществляется с помощью неподвижного на­ правляющего аппарата 1 (см. рис. 1.18). Он состоит из двух дисков, между которыми расположены лопатки, отогнутые в сторону, противоположную изгибу лопаток рабочего коле­ са. Диски и направляющие лопатки образуют диффузорные каналы. Живое сечение каналов между лопатками направ­ ляющего аппарата постепенно увеличивается, благодаря чему и происходит преобразование динамического напора (ско­ ростной энергии) в статический (в энергию давления). Чис­ ло лопаток у направляющего аппарата такое же, как у ра­ бочего колеса, или отличается на единицу.

Недостатком направляющего аппарата с неподвижными лопатками является то, что в случае изменения режима работы насоса из-за отклонения направления скорости по­ тока имеют место значительные потери на удар.

Вал. Вал насоса предназначен для передачи крутящего момента от приводного двигателя к рабочему колесу. Фор­ ма и конструкция вала определяется конструкцией насоса. Валы для большинства насосов изготовляют из конструк­ ционных сталей, а для насосов, перекачивающих жидкие среды с повышенными коррозионными свойствами, валы выполняют из специальной легированной стали. Рабочее колесо крепят к валу шпоночным соединением и гайкой со стопорной шайбой. На другом конце вала (также на шпоноч­ ном соединении) крепят полумуфту для соединения с валом электродвигателя. Размеры вала определяют по условиям прочности при критическом (предельном) числе оборотов.

Конструкции уплотнений и подшипников, входящих в состав центробежных насосов, рассматриваются в отдель­ ных параграфах.

1.3.2. УПЛОТНЕНИЯ

Уплотнения применяют для уменьшения, а в некоторых случаях — для предотвращения утечек перекачиваемой жид­ кой среды через зазоры при сопряжении вращающихся и не­ подвижных частей насоса (вращающийся вал или рабочее ко­ лесо и неподвижный корпус насоса). Если на всасывании име­ ется разряжение, то уплотнения должны препятствовать под­ сосу воздуха. В насосах, работающих на горячих жидкостях, такие уплотнения должны охлаждать шейку вала, с тем что­ бы обеспечить условия нормальной работы подшипников.

По принципу работы уплотнения подразделяют на следу­ ющие типы: контактные (сальниковые, торцевые и плаваю­ щие), бесконтактные (гидродинамические и щелевые) и ком­ бинированные (содержат в себе элементы обоих названных типов).

Сальниковое уплотнение имеет широкое применение у го­ ризонтальных насосов и служит для предотвращения под­ соса атмосферного воздуха внутрь насоса через зазор между валом и корпусом (со стороны всасывания) или для предот­ вращения утечки жидкости через этот зазор (со стороны нагнетания).

Сальниковое уплотнение отличается простотой и деше­ визной конструкции, возможностью регулировки утечки без остановки насоса, возможностью замены пакета набивки без разборки насоса и минимальными осевыми габаритными размерами узла. Однако оно недолговечно, требует постоян­ ного ухода и потребляет часть мощности приводного двига­ теля.

Корпус сальника 1 (рис. 1.32) отливают за одно целое с корпусом (крышкой) насоса. В месте прохода вала 3 через сальник на нем устанавливают защитную втулку 2, предох­ раняющую его от износа. Чтобы исключить износ корпуса сальника, в него запрессовывают бронзовую грундбуксу 4.

В пространство сальника набивают хлопчатобумажный просаленный жгут (сальниковая набивка) 5, который под­ жимается в осевом направлении крышкой 7 с помощью на­ тяжных болтов 8. В результате набивка прижимается к втул­ ке вала и уплотняет его. Сальники, устанавливаемые на сто­ роне всасывания, как правило, имеют гидравлическое уп­ лотнение (кольцо), предотвращающее засасывание воздуха

внутрь корпуса. Это обеспечи­ вается с помощью фигурного кольца 6 двутаврового сече­ ния, к которому по трубке 9 из отвода насоса подается пе­ рекачиваемая ж идкая среда. Образующееся жидкостное коль­ цо (гидравлический затвор) препятствует проникновению воздуха по валу. Тем самым обеспечивается самоуплотне­ ние сальника. Такое же гид-

Рис. 1.32. Схема сальника с ги- равлическое кольцо предус-

дравлическим уплотнением МОТрвНО В сальниковы х уплОТ­

теплоты по валу. Наиболее распространенное и простое — наружное охлаждение сальника (рис. 1.33, в). Для интесификации охлаждения применяют комбинированный способ. В этом случае втулку вала 5 (рис. 1.33, г) изготовляют из двух частей и делают в ней отверстия для подвода и отвода жидкости. Одна часть жидкости омывает снаружи корпус сальника и отводится через специальное отверстие, а дру­ гая часть жидкости через отверстия в корпусе и втулке в зоне гидравлического кольца попадает под втулку, омыва­ ет ее изнутри и отводится в сливное корыто.

Охлаждаемые полости должны быть надежно уплотнены для предотвращения попадания охлаждающей жидкости в рабочую полость насоса. Надежно работают уплотнитель­ ные кольца 3 из круглой резины. Кольца 4, соприкасающие­ ся с перекачиваемой жидкостью, должны быть выполнены из резины специальных марок: термостойкой, маслобензостойкой и т. п.

Охлаждаемые сальниковые уплотнения надежно работа­ ют при температуре перекачиваемой жидкости 150-180 °С.

Сальниковую набивку приготовляют из специального хлопчато-бумажного шнура квадратного сечения. Шнур на­ резают кольцами и укладывают в пространство между кор­ пусом сальника и валом. После укладки набивку зажимают крышкой сальника 7 (см. рис. 1.32). Натяжение сальника должно быть таким, чтобы через него просачивалось неко­ торое количество жидкости. Перетянутый сальник будет на­ греваться. Набивку сальника меняют через 200-500 ч рабо­ ты — в зависимости от степени загрязнения перекачивае­ мой жидкости.

Торцовые уплотнения обладают существенными преиму­ ществами по сравнению с сальниковыми. К ним относятся большая долговечность, лучшая работоспособность при по­ вышенных вибрациях и биениях ротора, они не требуют постоянного ухода, обеспечивают надежную работу насо­ са при большом диапазоне давлений и окружных скорос­ тей. Схема устройства торцового уплотнения показана на рис. 1.34. На валу 2 установлен аксиально подвижный вра­ щающийся уплотняющий элемент 5, а на корпусе 1 — не­ подвижный уплотняющий элемент 6, фиксируемый штиф­ том 7. Уплотнение вала осуществляется по торцовым поверх­ ностям этих элементов. Плотность прижатия достигается за счет усилия пружины 4, которая через упорную шайбу 3 упирается одним концом в выступ вала, а другим — в акси­ ально подвижный уплотняющий элемент.

Рис. 1.37. Щелевые уплотнения различных типов: а — кольцевого; б — углового; в — лабиринтного;

Pj — давление среды в полости нагнетания; Р2 — давление рабочей среды в поло­ сти всасывания

рез уплотнение. Диаметр импеллера несколько больше, чем диаметр рабочего колеса. Это делается для того, чтобы через импеллер не было обратного движения жидкой среды из сборной камеры.

Осевой импеллер (см. рис. 1.36) представляет собой винто­ вую нарезку, выполненную на валу в вместе его уплотнения. Винтовую нарезку выполняют таким образом, что при вра­ щении винт сообщает жидкой среде скорость, направленную внутрь корпуса, и тем самым препятствует ее вытеканию.

Для уменьшения перетекания жидкой среды из области высокого давления в область всасывания (в область выхода вала из корпуса насоса) с внешней стороны рабочего колеса используют щелевые уплотнения (рис. 1.37).

Снижение расхода перетекаемой жидкой среды в щеле­ вых уплотнениях достигается за счет значительных потерь напора при движении ее через щель малого зазора. Зазор выбирают в зависимости от диаметра рабочего колеса. Чем больше путь протекания жидкой среды в зазоре, тем на­ дежнее уплотнение. Поэтому уплотнение кольцевого типа (рис. 1.37, а) используют в низконапорных насосах, углово­ го типа (рис. 1.37, б) — в средненапорных насосах, лаби­ ринтного типа (рис. 1.37, в) — в высоконапорных насосах. Устройство таких уплотнений значительно повышает объем­ ный КПД насоса.

1.3.3. ПОДШИПНИКОВЫЕ УЗЛЫ

В насосах применяют подшипники качения (шариковые, роликовые) и скольжения. Тип подшипника определяется частотой вращения: при л < 500 об/мин применяют под­ шипники скольжения, а при л > 500 об/мин — подшипни­ ки качения.

Для уменьшения трения и предотвращения разрушения подшипники качения смазывают консистентным (солидол, технический вазелин), либо жидким (автол, турбинное мас­ ло) смазочным материалом. В последнем случае подшипни­ ки размещают в специальной камере (масляной ванне), куда заливают масло. Подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами смазывают жидким маслом, а с лигнофолевыми или резиновыми вкладышами — чистой водой без при­ месей песка и других абразивных включений.

1.4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ

Высота всасывания насоса. Высота всасывания насоса определяет высотное расположение насоса по отношению к отметке уровня воды в приемном резервуаре или источни­ ке, из которого жидкая среда перекачивается насосом, и оп­ ределяется способностью насоса создавать вакуумметрическое давление во всасывающей полости в условиях жидко­ стной среды.

Высота самовсасывания насоса определяет высоту самовсасывания в подводящем трубопроводе и определяется спо­ собностью самовсасывающего насоса создавать вакуумметрическое давление во всасывающей полости в условиях га­ зовой среды.

Различают геометрическую (геодезическую) и вакуумметрическую высоту всасывания.

Геометрическая высота всасывания насоса Н г вс (м) — расстояние по вертикали от свободного уровня поверхности перекачиваемой жидкости в источнике до следующих отме­ ток (в зависимости от типа насоса):

оси горизонтального центробежного насоса; верхней отметки лопасти рабочего колеса горизонтально­

го осевого насоса; отметки горизонтальных осей вращения лопастей отно­

сительно втулочной части вертикального осевого насоса; оси напорного патрубка вертикального центробежного

насоса (в ряде случаев Н г вс определяют по другим отмет­ кам, которые указаны в документации, прилагаемой к на­ сосу).

Если указанные отметки насоса будут расположены выше уровня воды в источнике, то высоту всасывания у насоса считают положительной, если ниже — отрицательной.

Геометрическая высота всасывания

где ра — атмосферное давление (давление окружающей сре­ ды), Па; Pi — абсолютное давление разрежения во всасыва­ ющей полости насоса (давление на входе в насос), Па; р — плотность перекачиваемой жидкой среды, к г/м 3; g — уско­ рение свободного падения, м /с2; и2 /(2g) — скоростной на­ пор у входа в рабочее колесо, м; Лп вс — потери напора во всасывающем трубопроводе, hn вс = + (Лм — местные потери; — потери на трение по длине трубопровода), м.

Вакуумметрическая высота всасывания представляет собой разность атмосферного давления (давления окружаю ­ щей среды) р& и вакуумметрического Pi, которое созда­ ет насос на входе в рабочее колесо, в метрах столба ж ид­ кости:

Связи между геометрической и вакуумметрической вы­

В паспортах заводов-изготовителей (и в каталогах) ука­ зывают вакуумметрическую высоту всасывания, получен­ ную по результатам натурных испытаний и приведенную к атмосферному давлению (0,1 МПа) и температуре 20 °С. При изменении высоты установки насоса над уровнем моря и при подаче им жидкости с другой температурой вакуум­ метрическую высоту всасывания уточняют по формуле

где Я вк£ — вакуумметрическая высота, указанная в ката­ логе, м; ДНр = (рь/ipg) - 10) — поправка на атмосферное