Шнековые насосы

.

Выразив давление р в паскалях при ρ=1000 кг/м3 и рат =0,1 МПа, из полученного уравнения после ряда преобразований получим искомую зависимость:

.

Из последней формулы следует, что подача эрлифта уменьшается с увеличением высоты подъема Н. при постоянных напоре и заглублении эрлифта она возрастает с увеличением Qв. ат. казалось бы, здесь кроются неограниченные возможности увеличения Q. Однако оказывается, что при слишком большом расходе воздуха эмульсия в водоподъемной трубе перестает быть однородной, что резко снижает эффективность эрлифта и приводит к уменьшению Q и H.

Что касается КПД воздушного насоса, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3…0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД установки составляет обычно 0,15…0,20. Таким образом, по энергетическим показателям это не очень эффективный способ подъема воды. В то же время устройство эрлифта чрезвычайно просто, у него нет подвижных частей и поэтому не опасно попадание в него взвешенных частиц.

10.2.4. Шнековые насосы

Согласно ГОСТу шнековый насос – это насос трения, в котором жидкая среда перемещается через винтовой шнек в направлении его оси (рис.10.27).

Рис. 10.27

Основным рабочим органом насоса является шнек 1, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют трехзаходной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота.

Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке 2, выполненном обычно из бетона. Линейная скорость кромок шнека 2…5 м/с соответствует частоте вращения 20…100 мин-1 в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель 3 соединяют с валом шнека через редуктор или клиноременную передачу 4.

Угол наклона шнека принимают 25…30°, что при обычной длине шнека 10..15 м обеспечивает высоту подъема 5…8 м. Чем больше подача, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает его жесткость.

Подача шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6…7 м. Средний КПД шнековых насосов составляет около 0,70..0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне подачи.

10.2.5. Дисковые насосы

Это насос трения, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

Наиболее типичными насосами трения являются именно дисковые насосы. Эти насосы весьма просты по устройству и обладают некоторыми преимуществами перед насосами других типов. Устройство дискового насоса показано на рис.10.28. Он состоит из нескольких дисков 1, насаженных на вал так, что между дисками образованы полости 3 небольшой ширины. В центре дисков имеются отверстия для поступления жидкости, а в нескольких точках по периферии диска скреплены стяжками 4. При вращении ротора насоса жидкость, находящаяся в зазоре между дисками, закручивается ими за счет сил трения, и энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости. В спиральном 5 и коническом 6 диффузорах кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, т. е. энергию давления.

Рис. 10.28

К достоинствам дисковых насосов относятся возможность перекачивания высоковязких жидкостей, а также жидкостей с включением мелких абразивных примесей; простота конструкции; высокие кавитационные качества и малошумность.

Дисковые насосы могут найти применение и как вакуум–насосы для перекачивания абразивных жидкостей, а также как малошумные лабораторные микронасосы.

10.2.6. Лабиринтные насосы

Лабиринтные насосы по принципу действия близки к вихревым. Такой насос в основном состоит из цилиндрического шнека и обоймы корпуса. На этих элементах насоса имеются винтовые каналы противоположного направления. При вращении ротора насоса с гребня канала срываются вихри, в результате чего жидкость увлекается по винтовым каналам обоймы по направлению к напорному патрубку насоса. КПД этих насосов составляет 0,30…0,35. При малой подаче (2…4 м3/ч) они способны развивать значительные напоры. Детали проточной части этих насосов изготавливают из коррозионно стойких материалов. Они находят применение в химической промышленности, могут быть использованы и для подачи реагентов в системах водоподготовки и очистки сточных вод.

10.2.7. Вибрационные насосы

Вибрационные насосы (по ГОСТу) относятся к насосам трения, в которых жидкая среда перемещается в процессе возвратно–поступательного движения. В них используются инерционные свойства поднимаемой жидкой среды. Рабочим органом является клапан–поршень, имеющий возвратно–поступательное движение и приводимый в действие механическим вибратором. Поднимаемой жидкости сообщаются колебательные движения путем создания клапаном–поршнем попеременных усилий сжатия и разрежения, благодаря чему в жидкости возникают инерционные силы и она поднимается. Имеется несколько типов насосов, отличающихся конструктивным устройством. по расположению вибраторов различают насосы с погружным и поверхностным вибратором.

Вибрационный водоподъемник с погружным вибратором представлен на рис. 10.29. При нормальной работе насос подает 1 м3/ч воды при напоре 20 м. Максимальный напор 30 м при подаче 0,15…0,20 л/с, максимальная подача 0,9 л/с при напоре 1 м, максимальная мощность насоса 250 Вт.

Вибрационный водоподъемник с поверхностным вибратором показан на рис.10.30. источником колебания служит электромагнитный вибратор, питаемый от однофазной сети переменного тока 220 В (50 Гц) через селеновый выпрямитель. Подача насоса 1 л/с при напоре 25 м, частоте колебаний 3000 в минуту и потребляемой мощности 700 Вт.

Недостатки вибрационных насосов – невысокий КПД (0,20..0,35) и малая подача.

11. Объемные насосы

Объемный насос – это насос, в котором жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса. Такое определение дает ГОСТ, и по выше представленной классификации объемные насосы делятся на возвратно–поступательные и роторные.

11.1. Возвратно — поступательные насосы

Возвратно-поступательный насос — это объемный насос с прямолинейным возвратно-поступательным движением рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена насоса.

Основными представителями этой группы насосов являются поршневые, плунжерные, диафрагменные и вальные насосы.

Поршневые насосы. это возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней.

На примере поршневого насоса рассмотрим особенности работы объемных насосов в целом. Насос одностороннего действия. Это поршневой насос, у которого жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении рабочего органа в одну сторону (рис.11.1).

Рис.11.1

Возвратно-поступательное движение поршней 1 чаще всего осуществляется посредством кривошипно-шатунного механизма 2, но применяют и другие механизмы (кулачковые, эксцентриковые и т. п.).

Для поршневых насосов характерно наличие всасывающих 3 и напорных 4 клапанов, регулирующих движение жидкости через рабочую камеру 5. При заполнении рабочей камеры жидкостью всасывающий клапан открыт, а напорный закрыт. При вытеснении жидкости (нагнетании), когда вытеснитель движется в обратную сторону, наоборот, всасывающий клапан закрыт, а напорный – открыт. Эти клапаны являются самодействующими, т. е. такими, которые открываются лишь воздействием перепада давления, а закрываются под действием собственного веса или пружины.

В конструкции насоса предусмотрен ползун (крейцкопф) 6, который при работе насоса воспринимает радиальную нагрузку, и она в этом случае не передается на поршень и цилиндр.

Если предположить, что длина шатуна l бесконечно велика по сравнению с длиной кривошипа r, то скорость перемещения поршня изменяется по синусоидальному закону в функции угла поворота кривошипа φ или времени. По такому же закону меняются подача насоса и расход жидкости во всасывающем и напорном трубопроводах.

На рис.11.2 показан график изменения подачи насоса Q по углу поворота φ. Как видим, подача происходит лишь на протяжении полуоборота кривошипа; в течение другой половины оборота происходит всасывание, а подача равна нулю, т. е. имеет место огромная неравномерность подачи. π 2π 3π 4π