ФГОУ ВПОСанкт-Петербургский государственный Аграрный Университет
Кафедра: Строительного Производства
Реферат
на тему:
«Центробежные насосы»
Выполнила:Спирина А.В.
гр.9312
Проверил:Джерихов Н.В.
Пушкин, 2010 год
1. Насосы. Общие сведения
Насосы — устройства для напорного перемещения главным образомжидкостей с сообщением им энергии. Обычно насосами подаются гомогенные жидкости(вода, нефтепродукты), но могут перекачиваться также двухфазные среды и газы.
По принципу действия насосы подразделяют на динамические ивытеснительные (объемные). В динамических насосах жидкость движется под силовымвоздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими иотводящими устройствами.
В объемных насосах движение жидкости происходит путемвсасывания и вытеснения жидкости за счет циклического изменения объема врабочих полостях при движении поршней, диафрагм, пластин. К динамическимотносятся лопастные и струйные насосы, а к вытеснительным — поршневые ироторные.
Работа любого насоса характеризуется следующими величинами:
Объемная подача — Q, [м3/с] — объем жидкости подаваемый насосом в напорный трубопровод заединицу времени.
Напор (удельная работа) — H, [Дж/кг] — полное количество энергии, сообщаемое 1 кграбочего среды в насосе. Выраженный в метрах показывает высоту на которую можноподнять жидкость с помощью насоса.
Частота вращения (для насосов имеющих вращающийся ротор) — n [об/мин]
Состояние среды на входе: (температура и давление); плотностьсреды — [кг/м3]
Мощность, N [Вт]- полная энергия подводимая к насосу в единицу времени.
Коэффициент полезного действия КПД,- отношение полнойэнергии, подведенной к насосу, к энергии переданной жидкости.
2. Лопастные насосы
центробежный насос энергия лопастный
Лопастные (а среди них — центробежные) — основной тип насосовкак с точки зрения производительности и универсальности, так и ихраспространенности (не менее 75% промышленных насосов). Самые маленькие можновзять в руку, а самые большие достигают нескольких метров в диаметре. Работаэтих насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопастейрабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Мощностьцентробежных насосов может составлять от долей киловатта до многих тысячкиловатт.
Центробежные насосы — самые распространённые насосы, онипредназначаются для подачи холодной или горячей воды, вязких или агрессивныхжидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой ишлаком, торфом, раздробленным каменным углём. Действие центробежных насосовосновано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса темчастицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влияниемвозникающей при этом центробежной силы Р частицы подаваемой среды из рабочегоколеса перемещаются в корпус насоса и далее, а на их место под действием давлениявоздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу насоса.
Основной параметр насоса — количество жидкости, перемещаемоев единицу времени, т. е. осуществляемая объёмная подача Q. Для большинстванасосважнейшими техническими параметрами также являются: развиваемое давление p илисоответствующий ему напор H, потребляемая мощность N и кпд h.
3. Устройство и способ работы центробежных насосов
Основным рабочим органом центробежного насоса (рис 6)является свободно вращающееся внутри корпуса колесо 1, насаженное на вал 2. Рабочееколесо на вал насаживается с помощью шпонки. Рабочее колесо состоит из двухдисков (переднего 3 и заднего 4), отстоящих на некотором расстоянии друг отдруга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти 5,плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.
Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуюттак называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполненыперекачиваемой жидкостью.
Ротор — вал с насаженными на него вращающимися деталями — вращается в подшипниках 6. Между вращающимися и неподвижными деталями могутбыть установлены сальники — уплотнения 7 для снижения утечек из насоса иуплотнения 8 для уменьшения циркуляции внутри насоса. При вращении колеса накаждую часть жидкости (массой m),находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала и движущуюся со скоростью v, будет действовать центробежнаясила:
/>
Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочегоколеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а впериферийной его части — повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движенияжидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости крабочему колесу и отвод от него. Жидкость поступает через отверстие в переднемдиске рабочего колеса по всасывающему трубопроводу (подводу 9). Движениежидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давленийнад свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и вцентральной области колеса (разряжение). Для отвода жидкости в корпусе насосаимеется расширяющаяся спиральная камера (в форме улитки), куда поступаетжидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод 10)переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок 11, соединяемыйобычно с напорным трубопроводом.
Схема центробежного насоса.
/>
Центробежный насос должен быть оборудован следующей арматуройи приборами:
— приемным обратным клапаном с сеткой, предназначенным дляудержания в корпусе и всасывающем патрубке насоса воды при его заливе передпуском;
— сетка служит для задержания крупных взвесей, плавающих вводе;
— задвижкой на всасывающем патрубке, которая устанавливаетсяоколо насоса;
— вакуумметром, для измерения разрежения на всасывающейстороне. Вакуумметр устанавливается на трубопроводе между задвижкой и корпусомнасоса;
— краном для выпуска воздуха при заливе (устанавливается вверхней части корпуса);
— обратным клапаном на напорном трубопроводе, предотвращающемдвижение воды через насос в обратном направлении при параллельной работедругого насоса;
— задвижкой на напорном трубопроводе, предназначенной дляпуска в работу, остановки и регулирования производительности и напора насоса;
— манометром на напорном патрубке для измерения напора,развиваемого насосом;
— предохранительным клапаном (на рисунке не указан) нанапорном патрубке за задвижкой для защиты насоса, напорного патрубка итрубопровода от гидравлических ударов;
— устройством для залива насоса.
В связи с тем, что насосные установки часто включаются восновной комплекс оборудования для регулирования режимов работы различногоназначения, они могут быть оборудованы разнообразными приборами автоматики.
4. Классификация центробежных насосов
1. числу колес[одноступенчатые (одноколесные), многоступенчатые (многоколесные)]; кроме того,одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала — консольные;
2. напору [низкогонапора до 2 кгс/см2 (0,2 МН/м2), среднего напора от 2 до 6 кгс/см2 (от 0,2 до0,6 МН/м2), высокого напора больше 6 кгс/см2 (0,6 МН/м2)] напор насосаизмеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости;
3. способу подводаводы к рабочему колесу [с односторонним входом воды на рабочее колесо, с двустороннимвходом воды (двойного всасывания)];
4. расположению вала(горизонтальные, вертикальные);
5. способу разъемакорпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса);
6. способу отводажидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральные и турбинные).В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; втурбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит черезспециальное устройство — направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками);
7. степенибыстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные);
8. роду перекачиваемойжидкости (водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные,землесосные и др.);
9. способусоединения с двигателем [приводные (с редуктором или со шкивом),непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт]. Насосы сошкивным приводом встречаются в настоящее время редко.
5. Основные характеристики центробежных насосов
Одной из важных практических характеристик рабочих колёсцентробежных и некоторых др. насосов является коэффициент быстроходности ns —число оборотов в 1 мин такого рабочего колеса, которое геометрически подобнорассматриваемому и при подаче Q = 75 л/сек развивает напор Н = 1 м.Классификация рабочих колёс центробежных насосов по быстроходностихарактеризуется отношением внешнего диаметра Dвн к диаметру его входногоотверстия Doтв.
Для создания больших напоров применяют многоступенчатыенасосы, в которых жидкость проходит последовательно несколько рабочих колёс,получая от каждого из них соответствующую энергию. Важнейшей особенностьюцентробежных насосов является непосредственная зависимость напора, а такжемощности, кпд и допустимой высоты всасывания от подачи, которая для каждоготипа насос выражается соответствующими графиками, называемыми характеристиками.Кпд центробежного насоса при определенном режиме его работы достигаетмаксимального значения, а затем с увеличением подачи снижается.
Крупнейшие центробежные насосы отечественного производствамогут обеспечить подачу воды до 65 000 м3/ч при напоре 18,5 м, потребляямощность 7,5 Мвт, максимальный кпд равен 88—92%. В США для насосной станцииГранд-Кули создан вертикальный одноступенчатый центробежный насос с подачей 138000 м3/ч и напором 95 м при мощности 48 Мвт.
6. Историческая справка
Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первыйнасос для тушения пожаров, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий,был описан в 1 в. до н. э. древнегреческим учёным Героном из Александрии всочинении «Pneumatica», а затем М. Витрувием в труде «DeArchitectura». Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем дляподъёма воды из колодцев, вероятно, применялись ещё раньше. В дальнейшем всвязи с ростом потребностей в воде и необходимостью увеличения высоты еёподачи, особенно после появления паровой машины, насос постепенно сталивытеснять водоподъёмные машины. Требования к насосам и условия их применениястановились всё более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми насосамистали создавать вращательные насосы, а также различные устройства для напорнойподачи жидкостей. Таким образом, исторически наметились три направления ихдальнейшего развития: создание поршневых насосов, вращательных насосов игидравлических устройств без движущихся рабочих органов.
Первый вихревой насос, названный центробежнымсамовсасывающим, был предложен в 1920 в Германии инженером С. Хиншем, затемпоявились и др. разновидности.
Идея использования центробежной силы для подачи жидкостейвозникла в 15 в. ещё у Леонардо да Винчи и, по-видимому, независимо от негобыла реализована в начале 17 в. французским инженером Бланкано, построившимпростейший центробежный насос для подачи воды, рабочим органом которого служилооткрытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных насос со спиральнымкорпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д.Папеном, который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки «Hessians».В конце 19 в., когда появились быстроходные тепловые, а затем электрическиедвигатели, центробежные насосы получили более широкое применение. В 1838русский инженер А. А. Саблуков на основе созданного им ранее вентиляторапостроил одноступенчатый центробежный насос, в 1846 американский инженерДжонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос, в 1851 аналогичныйнасос был создан в Великобритании по патенту Гуинна (насос Гуинна), в 1899русский инженер В. А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый насосдля буровых скважин глубиной до 250 м. Этот насос, построенный в Париже назаводе Фарко (насос Фарко), предназначался для водоснабжения Москвы, имелподачу 200 м3/ч, кпд до 70%. В России первые центробежные насосы началиизготовлять в 1880 на заводе Г. Листа в Москве. Большую роль в создании теориии совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л.Эйлера, О. Рейнольдса, насос Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера идр. учёных.
7. Область применения и виды центробежных насосов
В теплоэнергетике для обеспечения энергетического циклаиспользуют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудованиетеплоэлектростанций среди вспомогательного оборудования занимает первое место.
Если в качестве основного признака принять назначение насоса,то насосы можно разделить на две группы:
· тесно связанные сработой основного эксплуатационного оборудования ТЭС;
· разногоназначения, предназначенные для технических целей.
К первой группе насосов относятся те, которые заняты наследующих основных циклах работы: циркуляции воды (циркуляционные ирециркуляционные насосы), приготовления питательной воды (конденсатные насосы),теплопередачи (сетевые и бойлерные насосы), регулирования (нагнетательныенасосы для питания серводвигателей регуляторов паровых турбин). Ко второйгруппе насосов относятся дренажные, пожарные, хозяйственные и др. К наиболееответственным насосам, непосредственно влияющим на надежность и экономичностьработы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные,сетевые и багерные. Конденсатные насосы всех типов имеют принципиальноеконструктивное исполнение. Это центробежные двухкорпусные вертикальные насосыспирального типа.
Для охлаждения оборудования и других технических целейиспользуются циркуляционные насосы, подающие воду из резервуаров. Довольночасто при проектировании автоматизированных линий систем водяного отопленияиспользуют электрические насосы типа ЦВЦ, устанавливаемые прямо натрубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными ипредназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы представляют собоймалогабаритную моноблочную конструкцию со встроенным асинхронным короткозамкнутымэлектродвигателем. Рабочее колесо бессальникового насоса устанавливаетсяконсольно на валу электродвигателя. Ротор двигателя с радиально-упорнымиподшипниками скольжения вращается непосредственно в перекачиваемой воде,которая одновременно служит смазкой для них и охлаждающей средой.
Насосы устанавливаются непосредственно на трубопроводе, чтосущественно упрощает их монтаж и эксплуатацию и позволяет обходиться безспециального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются струбопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦиспользуются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100°С.
Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационныхсетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо напромежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от тепловогорежима сети насосы должны надежно работать при значительных колебанияхтемпературы перекачиваемой воды в широком диапазоне подач. Как правило, насос иэлектродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах.
Бустерные насосы предназначены для подачи воды из деаэраторак питательным насосам турбоагрегата с давлением, необходимым для предотвращениякавитации в питательных насосах.
Подбор насосов осуществляется с помощью каталогов, в которыхобычно приведены сведения о назначении и области применения насосов, краткоеописание конструкции, технические и графические характеристики, чертежи общихвидов насосов и насосных агрегатов с указанием габаритов и присоединительныхразмеров.
8. Современное насосное оборудование
С каждым годом производители насосного оборудованияпредставляют на наше обозрение все более новые разнообразные модели насосов,отличающиеся друг от друга качеством, техническими и эксплуатационнымисвойствами, а также своей стоимостью.
Современные модели насосного оборудования отличаютсячрезвычайной эффективностью, высоким качеством, прочностью, надежностью, азначит, и долговечностью. Свое широкое применение современные насосы нашли всамых различных сферах и отраслях. Однако чаще всего их можно встретить впромышленности.
Песковые центробежные насосы
Среди последних разработок и нововведений особеннойпопулярностью пользуются так называемые песковые центробежные насосы. Ониотличаются повышенным качеством и эффективностью своей работы.
На сегодняшний день современными производителями былопредставлено два основных вида песковых центробежных насоса – вертикальные игоризонтальные насосы. Характерной особенностью вертикальных песковыхцентробежных насосов является то, что они имеют боковой вход.
Главной задачей песковых центробежных насосов являетсяперекачивание гидросмесей. Таким образом, ими осуществляется транспортировкаводы, в состав которой могут входить песок, дробленые руды, всевозможныетвердые вкрапления, а также прочие вещества, характеризующиеся промышленнымпроисхождением.
9. Насосы и насосное оборудование от ведущих мировыхпроизводителей
В настоящее время на состояние российского рынка насосногооборудования традиционно оказывает существенное влияние активность зарубежныхкомпаний. Наиболее активную коммерческую деятельность ведут следующиезарубежные компании: Calpeda, Wilo, ESPA, Vipom, Grundfos, Nocchi, DAB,Pedrollo, Hydrovacuum. Широкий сегмент на насосном рынке представлен компаниямииз Германии, европейскими фирмами из Турции, Италии, Польши, а также такимиизвестными брендами как Siemens, Samsung Techwin, Finder Pompe, ОddessePumpen-und Motorenfabrik GmbH, Kaeser Kompressoren, J. Helmke & Co.,Compressor Valve Engineering и другими. Очень активно ведут себя на рынкепроизводители из Кореи, Тайваня и Китая. Российские предприятия насосостроенияумело конкурируют с поставщиками насосов из стран дальнего и ближнегозарубежья, особенно в области несложных видов насосов. Однако в последние годына рынке заметно увеличилась доля сложных и дорогих насосов.
На сегодняшний день фирма Speroni S.R.L. является одним изкрупнейших производителей насосного оборудования. Компания имеет две известныезарегистрированные торговые марки насосного оборудования Marina и Speroni. Впрограмме производства широкий модельный ряд бытового насосного оборудования:станции водоснабжения, погружные и дренажные насосы, фонтанные насосы; а такжеоборудования для систем отопления, систем охлаждения и кондиционированиявоздуха, промышленных циркуляционных установок.
Центробежные насосы SUNDYNE (США)
Корпорация Sundyne (США) более 30 лет является ведущимпроизводителем в области высокотехнологичного оборудования – центробежныхнасосов и компрессоров. Насосы Sundyne широко применяются для перекачиванияразличного вида топлива, в химической, нефтеперерабатывающей промышленностях,энергетике.
Насосы для морской и пресной воды Iron Pump (Дания)
Компания Iron Pump была основана в 1906 году тремя датскимиинженерами. За более чем вековой опыт работы Iron Pump стала одним из ведущихпроизводителей центробежных и поршневых насосов для морской промышленности вЕвропе.