Объемные насосы для перекачивания загрязненных жидкостей

7.1 Общая характеристика объемных насосов

В отличие от центробежных насосов, которые являются гидродинамическими машинами, в насосах объемного типа перекачки жидкости происходит за счет принудительного изменения объема полости, которая заполняется жидкостью. Объемный насос, независимо от конструкции, имеет три основных элемента:

1. Рабочая камера - полость в проточной части насоса, которая заполняется жидкостью и объем которой меняется.
2. Вытеснитель - элемент, движение которого изменяет объем рабочей камеры.
3. Распределитель - устройство, служащее для направления потока жидкости из всасывающего патрубка в рабочую камеру или из рабочей камеры к нагнетательному патрубку.

7.2 Конструкция поршневого насоса

Поршневой насос одностороннего действия имеет следующие основные элементы, рис. 7.1: цилиндр 4, поршень 8, шток поршня 9, рабочую камеру 5, всасывающий патрубок 7, нагнетательный патрубок 2, всасывающий клапан 6, нагнетательный клапан 1, пневмокомпенсатор 3 и кривошипно-шатунный механизм 10 соединен с двигателем.

При движении поршня 8 насоса слева направо в рабочей камере 5 образуется разряжение, благодаря которому жидкость поднимается по всасывающем патрубке 7, открывает всасывающий клапан 6 и поступает в рабочую камеру, заполняя пространство. При обратном движении поршня давление в рабочей камере возрастает, вследствие чего всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 1 открывается и жидкость вытесняется в нагнетательний патрубок 2. Таким образом, за один оборот вала двигателя, что соответствует двойному ходу поршня, в насосе происходит один раз всасывание и один раз нагнетание.

Недостаток однопоршневого насоса одностороннего действия - его неравномерная работа - максимальная подача в 3,14 раза превышает среднюю. При всасывании жидкости в сеть не поступает и двигатель работает почти без нагрузки. В начале цикла нагнетания происходит резкий рост скорости потока жидкости в нагнетательном трубопроводе, через низкую сжимаемость приводит к явлению гидравлического удара - давление за насосом становится значительно больше среднего.

Рис. 7.1 . Поршневой насос одностороннего действия

Рис. 7.2. Схема поршневого насоса двухстороннего действия (1 – нагнетательный клапан; 2 –нагнетательный патрубок; 3 – пневмокомпенсатор; 4 – цилиндр; 5 – рабочая камера; 6 – всасывающий клапан; 7 – всасывающий патрубок; 8 – поршень; 9 – шток; 10 – кривошипно-шатунный механизм; 11 – сальник)

Такая неравномерность в работе насоса приводит к его преждевременному износу. Для уменьшения колебаний давления и подачи поршневых насосов используется пневматический компенсатор 3 - камера, разделенная гибкой мембранной на две полости. Нижнюю соединим с напорным патрубком, а верхнюю заполнено сжатым газом, который амортизирует колебания давления и подачи.

Поршневой насос двухстороннего действия имеет две рабочие камеры A и B, два всасывающих и два нагнетательных клапана, рис. 7.2. При движении поршня 8 слева направо жидкость под действием разряжения, которое создается поступает из всасывающего патрубка 7 в камеру А, одновременно из камеры В жидкость выталкивается в нагнетательный патрубок.

Трехпоршневий насос представляет собой соединение трех насосов одностороннего действия, приводимые в движение от общего коленчатого вала, кривошипы которого смещены друг от друга на 120°. Такие насосы имеют значительно большую равномерность работы, чем насосы однопоршневые одно и двустороннего действия - максимальная подача превышает среднюю лишь в 1,047 раза. Мощность двигателя в них используется более эффективно, а подача жидкости осуществляется почти непрерывным потоком. Недостаток трехпоршвых насосов - их громоздкость и малая надежность при работе на абразивных гидросмесей.

По сравнению с центробежными, поршневые насосы имеют следующие преимущества: возможность создания значительного давления при небольшой подаче; жесткая характеристика - с ростом давления подача насоса остается практически неизменной; способность самовсасывания - насосы не требуют заливки перед пуском.

Недостаток таких насосов - значительная сложность конструкции, особенно много поршневых насосов, наличие понижающей передачи и кривошипно-шатунного механизма, клапанов, из условий ет низкую надежность насосов, значительные габариты и массу, затрудняет обслуживание и защиту от абразивного износа при транспортировке гидросмесей. Кроме того, недостатком является неравномерность и ограниченность подачи при этом насосы имеют очень большие габариты 20-45 тонн.

7.3 Конструкция плунжерных насосов

Плунжерные насосы относятся к объемным машин одностороннего действия. Схема работы их такая же, как в трехцилиндровых поршневых насосах одностороннего действия. Основные достоинства плунжерных насосов - возможность работы на высоких давлениях (10 МПа и больше), простота конструкции, относительно низкая стоимость, удобство эксплуатации, а также простота защиты от абразивного износа. Конструктивно плунжерные насосы выполняются с приводом от кривошипно-шатунного механизма. Расположение цилиндров горизонтальное или вертикальное. Гидравлические коробки выполняются обычно с клапанным распределением.

Гидро транспортирование твердых материалов не является основной областью применения плунжерных насосов, но, учитывая низкую стоимость (по сравнению с мембранно-поршневыми), они применяются при гидро транспортирования высокоабразивных материалов, например полиметаллических шламов. В плунжерных насосах интенсивному износу подвергаются уплотнения и в меньшей степени - корпус плунжера. Кроме того, в плунжерных насосах, которые применяются для гидротранспорта существует возможность промывки плунжера.

Рис. 7.3. Схема плунжерного насоса (1 - плунжер; 2 - крышка сальника; 3 - уплотнение; 4 - гидрозатвор; 5 - корпус; 6 - напорный патрубок; 7 - пневмокомпенсатор; 8 - нагнетательный клапан; 9 - рабочая камера; 10 - всасывающий клапан; 11 - всасывающий патрубок; 12 - отверстие подачи промывочной воды)

Плунжерный насос, рис 7.3, в отличие от поршневого, в качестве подвижного элемента имеет плунжер 1 - гладкий металлический стержень. Он, двигаясь вперед или назад, меняет объем рабочей камеры 9. Благодаря этому, жидкость поступает в рабочую камеру с всасывающего патрубка 11 через клапан 10 или вытесняется в напорный патрубок 6 через клапан 8.

Главное преимущество плунжера перед поршнем - простота уплотнения, которое осуществляется аналогично уплотнению штоков поршневых насосов - с помощью сальника 3. Для защиты уплотнения и плунжера от абразивных частиц в полость 4 через отверстие 12 подается чистая вода под давлением, что превышает давление жидкости в рабочей камере. Чистая вода через зазор между втулкой и плунжером в небольшом количестве поступает в рабочую камеру и промывает этот зазор, предотвращая попадание в него твердых частиц.

Плунжерные насосы для транспортировки твердых материалов работают в зависимости от транспортируемой среды, с частотой ходов 80 ... 120 мин-1. Для повышения подачи плунжерных насосов увеличивают количество плунжеров в одном агрегате (до семи). Однако из-за многоцилиндрового выполнения увеличивается количество быстроизнашивающихся деталей.

7.4 Винтовые насосы

Винтовые насосы предназначены для перекачки чистой и загрязненной песком, илом, частицами угля и породы, воды и используется на местном водоотливе при проходке горизонтальных выработок и уклонов, а также для очистки водосборников и отстойников от шлама.

На шахтах применяются винтовые насосы трех типоразмеров: 1В6/5, 1В20/5 и 1В20/10 (1В - одновинтовой, числитель - подача в л за 100 оборотов вала, знаменатель - давление в МПа.) При частоте вращения вала насоса 1450 об/мин указанные насосы обеспечивают соответственно: подачу - 6; 17 и 17 м3/ч; напор - 50, 50 и 100 м, к. п. д. - 0,48; 0,60 и 0,64. Вакууметрическая высота всасывания 6м.

Винтовые насосы относятся к классу объемных машин. Основными частями винтового насоса типа 1В, рис. 7.4 является стальная обойма 3, резиновый статор 4, стальной ротор 5 и карданный вал 6. В статоре, что представляет собой резиновый цилиндро с полостью в виде двух заходной спирали, планетарно вращается ротор в виде однозаходного винта с шагом, вдвое меньше шага спирали статора. Между ротором и статором есть полости, которые поступательно перемещаются от одного конца статора к другому. Благодаря этому с одной стороны статора образуется разрежение и происходит всасывание воды по патрубку 1, а через патрубок 9 - нагнетание воды в трубопровод.

Карданный вал 6 соединяется с помощью приводного вала 11 и упругой муфты с валом двигателя. Вал 6, снабженный шарнирами 2 и 8, позволяет ротору 5 выполнять планетарное вращение в статоре. Шарнир 8 защищен от песка и грязи резиновым сильфоном 7. Уплотнение вала обеспечивается сальником 10. Вал 7 расположен в двух радиально-упорных шарикоподшипниках 13 находящихся в гнездах станины 12.

Благодаря резиновому статору насос может перекачивать загрязненную воду. Вода в пространстве, перемещается, служит смазкой между ротором и статором. Без воды в этом пространстве нельзя пускать насос, так как статор выйдет из строя.

Регулирования подачи насоса выполняется с помощью пропускной трубки с вентилем, соединяющий полости всасывания и нагнетания (на рис.7.4 не показаны). Если при работе насоса открыть вентиль, то часть воды, вернется из полости нагнетания в полость всасывания и подача уменьшится.

Рис. 7.4. Винтовой насос (1 - всасывающий патрубок; 2, 8 - шаровые шарниры; 3 - обойма; 4 - резиновый статор; 5 - винтовой ротор; 6 - карданный вал; 7 - резиновый сильфон; 8 -; 9 - нагнетательный патрубок; 10 - сальник; 11 - приводной вал; 12 - станина; 13 - радиально -упорные шарикоподшипники)

Ключевые термины:

Поршневой насос (плунжерный насос) — один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Винтовой или шнековый насос — насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимися внутри статора соответствующей формы..

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные насосы для перекачивания загрязненных жидкостей.
2. Из каких частей состоит объемный насос?
3. Какие недостатки поршневого насоса?
4. Какие преимущества плунжерного насоса?
5. Почему плунжерные насосы применяют для перекачивания загрязненных жидкостей?
6. Какие преимущества винтовых насосов?
7. Какие недостатки винтовых насосов?

Краткие итоги

• Рассмотрели насосы для перекачки загрязненных шидкостей
• Ознакомились с конструктивным исполнением, преимуществом и недостатками плунжерных, винтовых и поршневых насосов.