Математические модели физико-химических процессов (стр. 5 из 9)

По принципу действия насосы подразделяются на две основные группы: динамические и объемные. К первой относятся насосные агрегаты, где жидкость под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере постоянно сообщающихся с входом и выходом насоса.

В объемных – перемещение рабочей среды осуществляется под воздействием поверхностного давления при периодическом изменении объема насосной камеры попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Центробежные насосы относят в группу динамических.

К объемным – насосы возвратно-поступательного действия (поршневые), а также ротационные (шестеренчатые).

Максимальная вязкость - 1000000сР

В зависимости от типа и исполнения, обеспечивается работа в температурных режимах от -10 до +200°С и давление нагнетания до 2МПа

Поршневые насосы по характеру действия делятся на насосы простого, двойного, тройного и четверного действия, а по виду привода – на приводные и прямодействующие. В зависимости от конструкции поршня различают собственно поршневые насосы и плунжерные насосы, причем в последних поршень непосредственно соприкасается с жидкостью либо отделяется от нее эластичной непроницаемой перегородкой (диафрагмовые насосы), которые применяются для перекачивания суспензий и химически активных жидкостей.

Недостатки поршневых насосов, заключающиеся в росте температуры нагнетания, а также в том, что клапанные пластины, прижатые силой давления газа к пальцам отжимной вилки, выгибаются и могут получить остаточные деформации, которые могут влиять на герметичность клапана. Вследствие указанных обстоятельств чрезвычайно ограничивают применение поршневых насосов в последние годы. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности их используют, как правило, лишь для перекачивания весьма вязких, быстрозастывающих жидкостей и сжиженных газов с температурой не выше 60°С, а также небольших количеств жидкости при высоких давлениях.

В корпусе шестеренчатого насоса установлены две шестерни, одна из которых – ведущая приводится во вращение от электродвигателя. Между корпусом и шестернями имеются небольшие радиальные и торцевые зазоры. При вращении шестерни вследствие создаваемого при выходе зубьев из зацепления разрежения жидкость из всасывающего патрубка поступает в корпус. В корпусе жидкость захватывается зубьями шестерен, перемещается вдоль стенки корпуса по направлению вращения и поступает в нагнетательный патрубок. Шестеренчатые насосы обладают реверсивностью, т.е. при изменении направления вращения шестерен области всасывания и нагнетания меняются местами.

Шестеренчатые насосы сегодня являются наиболее предпочтительным видом насосов для работы с вязкими жидкостями (нефтепродуктами, маслами, шоколадом и пр.). Они с успехом могут применяться в качестве альтернативы центробежным насосам в случаях, когда требуется «бережное» перекачивание жидкости. несмотря на то, что сцепление зубьев предотвращает перетекание жидкости из зоны нагнетания в зону всасывания, незначительная часть перекачиваемой среды все же остается между зубьями шестерен. Этот эффект называют «обратной подачей», он снижает объемный КПД насоса. У шестеренчатых насосов объемный КПД зависит от давления и вязкости рабочей жидкости и составляет величину 82 – 90 %. Кроме того, в жидкости, оставшейся между зубьями шестерни, создается избыточно высокое давление, что нежелательно. Чтобы снять давление в замкнутом объеме между зубьями шестерен, в конструкции насоса предусматриваются специальные проточки, сообщающиеся с зоной нагнетания.

Максимальная вязкость перекачиваемых жидкостей - 1000000сР; в зависимости от типа и исполнения, обеспечивается работа в температурных режимах от -10 до +200°С и давление нагнетания до 2МПа

Наиболее распространенными динамическими насосами являются центробежные. Основным рабочим органом центробежные. Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающиеся внутри спиралевидного (или улитообразного) корпуса колесо, насаженное на вал. Между дисками колеса, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти (лопатки). Плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопаток образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. Всасывание и нагнетание жидкости в центробежных насосах происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении колеса.

В насосах с одним рабочим колесом создаваемый напор ограничен и обычно не превышает 50-100 м столба жидкости. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы. В этих насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор ориентировочно равен напору одного колеса, умноженному на число колес. В зависимости от числа колес (ступеней) различают насосы двухступенчатые, трехступенчатые, и т.д.

По техническим характеристикам и области применения центробежные насосы делятся на 18 групп.

При эксплуатации центробежных насосов необходимо соблюдать два основных условия:

- пуск насоса следует производить при заполненных всасывающем трубопроводе и корпусе насоса и закрытой напорной задвижке;

- запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или не полностью открытой всасывающей задвижке, а также работать более 2-3 минут при закрытой напорной задвижке.

Особенности конструкции и принцип действия различных насосов определяют диапазоны подачи и напора, в пределах которых целесообразно применять насосы того или иного типа. Использование основных типов насосов характеризуется напором Н и подачей Q.

Области использования основных типов насосов.

Параметры	Поршневой	Центробежный
Подача Q, м3/ч	1-200	1-100000
Напор Н, м	10-10000	1-4500

13. Характеристики центробежного насоса и вентилятора. Как по характеристике выбирается рациональный режим работы на сеть?

При испытании центробежных насосов, изменяется степень открытия задвижки на нагнетательной линии, замеряют производительность Q, напор Н, мощность N и вычисляют к.п.д. насоса η. Полученные при данном числе оборотов (n=соnst) зависимости Q – Н, Q – N и Q – η наносят для наглядности на график, который называется характеристикой насоса.

Рис. 3. Характеристики центробежного насоса:

а – при n = соnst; б – универсальная характеристика (пунктирными линиями обозначены кривые N – n при различных числах оборотов n от 2925 до 1230 об/мин)

Из характеристики видно, что с увеличением напора при n=соnst производительность Q насоса уменьшается. Лишь при коротком начальном участке кривой Q – Н наблюдается незначительное повышение напора с возрастанием Q, которое соответствует неустойчивой работе насоса, сопровождающейся толчками (гидравлическими ударами). Для многих современных насосов кривая Q – Н не имеет этого восходящего участка. Максимум кривой Q – η соответствует нормальный режим работы насоса при заданных Q, Н, n. При закрытой напорной задвижке насос потребляет минимальную мощность.

Снимая характеристики насосов при различных числах оборотов, получают ряд кривых Q – Н, показанных на рисунке 3 б. каждый насос обладает наибольшим к.п.д., которому соответствует определенная точка на каждой кривой Q – Н, наносят на диаграмму линии η=соnst. Такая диаграмма называется универсальной характеристикой насоса.

При выборе насоса и числа оборотов необходимо, кроме собственной характеристики насоса, учитывать также характеристику сети, т.е. трубопровода и присоединенных к нему аппаратов.

Характеристика трубопровода выражает зависимость между расходом жидкости и напором, необходимым для ее движения по трубопроводу. Этот напор складывается из геометрической высоты подъема жидости, равной сумме высот всасывания и нагнетания Н_г=Н_вс+Н_н и высоты потери напора в трубопроводе, которую можно принять пропорциональной квадрату расхода жидкости:

h_п=kQ²,

где k – коэффициент пропорциональности.

Тогда характеристика трубопровода выразится зависимостью:

Н=Н_г+kQ²

Если нанести на один график характеристики насоса и трубопровода, то точка их пересечения А. называемая рабочей точкой, будет соответствовать наибольшей производительности Q₁, которую может дать насос, работающий на данный трубопровод. При дальнейшем увеличении производительности Q напор насоса станет меньше сопротивления трубопровода, и насос не сможет подавать жидкость.

Можно уменьшить производительность насоса и увеличить напор, прикрыв задвижку на напорном трубопроводу, т.е. вводя дополнительное сопротивление. При этом производительность насоса снизится, например, до Q₂, но часть напора насоса будет бесполезно теряться на преодоление сопротивление задвижки (отрезок h_пз). Следовательно, увеличение напора насоса сверх необходимого для преодоления сопротивлений сети нецелесообразно.

Рис. 4. Совместная характеристика насоса и трубопровода

14. При каком соединении насосов (последовательном или параллельном) увеличиваются производительность, напор?

Часто требуется в сети установить не один насос, а целую систему насосов, которая обеспечит нужный напор и подачу. Такой системой является насосная станция. Регулирование подачи и напора насосной станции имеет более широкие возможности за счет соединения насосов параллельно и (или) последовательно.