Переміщення рідин (Насоси) (стр. 2 из 6)
(3.12а)hВ = hВ.Н. + hВ.ВС.– сумарний гідравлічний опір усмоктувального й нагнітаючого трубопроводів. Рівняння 3.12а використовується при підборі насосів для технологічних установок.
Висота усмоктування. Усмоктування рідини насосом відбувається під дією різниці тисків у прийомної ємності p і на вході в насос pBC або під дією різниці напорів
. Висота усмоктування може бути визначена з рівняння (3.8): 
(3.13)Беручи до уваги, що практично швидкість
, одержимо: 
(3.14)Таким чином, висота усмоктування насоса збільшується зі зростанням тиску p у прийомної ємності й зменшується зі збільшенням, тиску pBC, швидкості рідини wBC і втрат напору hВ.ВС в усмоктувальному трубопроводі.
Якщо рідина перекачується з відкритої ємності, то тиск p дорівнює атмосферному p. Тиск на вході в насос pBC повинен бути більше тиску pt насиченої пари перекачуваної рідини при температурі усмоктування (pBC> pt), тому що в противному випадку рідина в насосі почне кипіти. При цьому в результаті інтенсивного виділення з рідини пар і розчинених у ній газів можливий розрив потоку й зменшення висоти усмоктування до нуля.
Отже
(3.15)З рівняння (3.15) видно, що висота усмоктування залежить від атмосферного тиску, швидкості руху й густини перекачуваної рідини, її температури (і, відповідно, тиску її пари) і гідравлічного опору усмоктувального трубопроводу.
При перекачуванні з відкритих резервуарів висота усмоктування не може бути більше висоти стовпа перекачуваної рідини, що відповідає атмосферному тиску, якій залежить від висоти місця установки насоса над рівнем моря. Так, наприклад, при переміщенні води при 20° С висота усмоктування навіть теоретично не може бути більше 10 м на рівні моря й 8,1 м на висоті 2000 м (8,1 м – значення атмосферного тиску в м вод. ст. на цій висоті).
На припустиму висоту усмоктування насосів також впливає явище кавітації. Кавітація виникає при високих швидкостях обертання робочих коліс відцентрових насосів і при перекачуванні гарячих рідин в умовах, коли відбувається інтенсивне пароутворення в рідині, що перебуває в насосі. Бульбашки пари попадають разом з рідиною в область більш високих тисків, де миттєво конденсуються. Рідина стрімко заповнює порожнини, у яких перебувала пара, що сконденсувалася, що супроводжується гідравлічними ударами, шумом і струсом насоса. Кавітація приводить до швидкого руйнування насоса за рахунок гідравлічних ударів і посилення корозії в період пароутворення. При кавітації продуктивність і напір насоса різко знижуються.
Практично висота усмоктування насосів при перекачуванні води не перевищує наступних значень:
| Температура, °С | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 65 |
| Висота усмоктування, м | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
4. Поршневі насоси
Принцип дії й типи насосів. У поршневому насосі (рис.3-2) усмоктування й нагнітання рідини відбуваються при зворотно-поступальному русі поршня 1 у циліндрі 2 насоса. При русі поршня вправо в замкнутому просторі між кришкою 3 циліндра й поршнем створюється розрідження. Під дією різниці тисків у прийомної ємності й циліндрі рідина, піднімається по усмоктувальному трубопроводу й надходить у циліндр крізь усмоктувальний клапан 4, якій при цьому відкривається. Нагнітальний клапан 5 при ході поршня вправо закритий, тому що на нього діє сила тиску рідини, що перебуває в нагнітальному трубопроводі. При ході поршня вліво в циліндрі виникає тиск, під дією якого закривається клапан 4 і відкривається клапан 5.
 Рис. 3.2. Схема горизонтального поршневого насоса простої дії:1 – поршень; 2 – циліндр; 3 – кришка циліндра; 4 – всмоктувальний клапан: 5 – нагнітальний клапан; 6 – кривошипно-шатунний механізм; 7 – ущільнювальні кільця. |
Рідина крізь нагнітальний клапан надходить у напірний трубопровід і далі в напірну ємність. Таким чином, усмоктування й нагнітання рідини поршневим насосом простої дії відбувається нерівномірно: усмоктування – при русі поршня вліво, нагнітання – при зворотньому напрямку руху поршня. У цьому випадку за два ходи поршня рідина один раз всмоктується й один раз нагнітається. Поршень насоса приводиться в дію кривошипно-шатунним механізмом 6, що перетворює обертовий рух вала у зворотно-поступальний рух поршня.
По числу усмоктувань або нагнітань здійснюваних за один оберт кривошипа або за два ходи поршня, поршневі насоси діляться на насоси простої й подвійної дії. Залежно від конструкції поршня розрізняють саме поршневі й плунжерні (скальчасті) насоси.
У поршневих насосах основним робоніж органом є поршень 1 постачений ущільнювальними кільцями 7 (див. рис. 3 - 2), пришліфованими до внутрішньої дзеркальної поверхні циліндра. Плунжер, або скалка, не має ущільнювальних кілець і відрізняється від поршня значно більшим відношенням довжини до діаметра.
На рис. 3 -3 представлений плунжерний горизонтальний насос простої дії, у якому роль поршня грає плунжер 1, що рухається поступально в циліндрі 2; плунжер ущільнюється за допомогою сальника 3. Плунжерні насоси не вимагають такої ретельної обробки внутрішньої поверхні циліндра, як поршневі, а нещільності легко усуваються підтягуванням або заміною набивання сальника без демонтажу насоса. У зв’язку з тим що для плунжерних насосів немає необхідності в ретельному пригоні поршня й циліндра, їх застосовують для перекачування забруднених і в’язких рідин, а також для створення більш високих тисків.
У хімічній промисловості плунжерні насоси більш поширені, ніж поршневі. Більше рівномірною подачею, ніж насоси простої дії, володіють поршневі й плунжерні насоси подвійної дії. Горизонтальний плунжерний насос подвійної дії (рис. 3 - 4) можна розглядати як сукупність двох насосів простої дії. Він має чотири клапани - 2 усмоктувальних і 2 нагнітальних.
 | Рис. 3.3. Схема горизонтального плунжерного насоса простої дії: 1 – плунжер (скалка); 2 – циліндр; 3 – сальник; 4 – всмоктувальний клапан; 5 – нагнітальний клапан. |
При ході плунжера 1 вправо рідина всмоктується в ліву частину циліндра 2 крізь всмоктувальний клапан 3 і одночасно крізь нагнітальний клапан 6 надходить із правої частини циліндра в напірний трубопровід; при зворотному ході поршня усмоктування відбувається в правій частині циліндра крізь всмоктувальний клапан 4, а нагнітання – у лівій частині циліндра крізь клапан 5.
Таким чином, у насосах подвійної дії усмоктування й нагнітання відбуваються при кожному ході поршня, внаслідок чого продуктивність насосів цього типу більше й подача більш рівномірна, ніж у насосів простої дії.
 | |
| Рис. 3 - 4. Схема горизонтального плунжерного насоса подвійної дії: 1 - плунжер; 2 – циліндр; 3, 4 – всмоктувальні клапани; 5, 6 – нагнітальні клапани. | Рис. 3 - 5. Схема насоса потрійного дії (триплекса-насоса):1 – циліндри: 2 – плунжери; 3 – колінчатий вал; 4 – шатуни. |
Ще більш рівномірною є подача насоса потрійної дії, або триплекс-насоса (рис. 3-5).Триплекс-насоси являють собою строєні насоси простої дії, кривошипи яких розташовані під кутом 120° один відносно одного. Загальна подача триплекс-насоса складається з подач насосів простої дії, при цьому за один оберт колінчатого вала рідина три рази всмоктується й три рази нагнітається.
По числу обертів кривошипа (числу подвійних ходів поршня) розрізняють тихохідні (n = 45–60 хв–1), нормальні (n = 60–120 хв–1) і швидкохідні (n = 120–180 хв–1) поршневі насоси.
Продуктивність. У поршневих насосах рідина при усмоктуванні займає в циліндрі об’єм, що звільняється поршнем. У період нагнітання цей об’єм рідини витісняється поршнем у нагнітальнийтрубопровід. Отже, теоретично (без витоків рідини) продуктивність поршневого насоса буде визначатися об’ємом, описуваним поршнем в одиницю часу.
У поршневому насосі простої дії об’єм, описуваний поршнем в одиницю часу, буде дорівнює добутку площі перерізу F поршня, довжини ходу S поршня й числа обертів n кривошипно-шатунного механізму (або числа подвійних ходів поршня, тому що в насосі простої дії нагнітання рідини відбувається один раз за два ходи поршня).
Таким чином, теоретична продуктивність (QТм3/с) насоса простої дії
QТ = FSn, (3.16)
де n – число обертів, с –1.
У насосі подвійної дії за два ходи поршня або один оберт кривошипа відбувається два рази усмоктування й два рази нагнітання. При ході поршня вправо (див. рис. 3 - 4) з лівої сторони засмоктується об’єм рідини, рівний FS, а із правої – нагнітається об’єм (F–f)S, де f – площа поперечного переріза штока. При ході поршня вліво з лівої сторони виштовхується в нагнітальний трубопровід об’єм FS, а із правої – засмоктується з усмоктувальної лінії (F–f)Sм3 рідини.