Принцип действия поршневого насоса: Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Содержание

Поршневой насос: принцип работы, устройство, действие

Для перекачивания жидкостей не протяжении многих лет применяется поршневой насос Подобная конструкция получила весьма широкое распространение, так как работает на принципе вытеснения жидкости за счет передачи давления. Принцип действия поршневого насоса современных реализаций намного сложнее в сравнении с первыми моделями, за счет чего существенно повышается надежность и эффективность. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Поршневой насосПоршневой насос Поршневой насос

Принцип работы

Рассматривая принцип работы поршневого насоса следует учитывать, что первая конструкция появилась много десятилетий назад. Схема работы имеет следующие особенности:

  1. Механизм имеет подвижный элемент, который совершает возвратно-поступательное движение. Он изготавливается при применении современных материалов, за счет которых существенно повышаются изоляционные качества.
  2. Подвижный элемент находится в изоляционном контейнере цилиндрической формы. При движении поршень создает разряженный воздух в рабочей камере, за счет чего происходит всасывание жидкости из трубопровода.
  3. Обратное движение подвижного элемента приводит к выдавливанию жидкости в отводящую магистраль. Устройство клапанов не позволяет попасть жидкости во всасывающую магистраль на момент ее выталкивания.

Принцип действия поршневого насосаПринцип действия поршневого насоса

Принцип действия поршневого насоса

Простейший принцип работы определяет длительную и стабильную работу. Стоит учитывать, что поток, создаваемым подобным устройством, может двигаться с различной скоростью. Слишком большой объем рабочей камеры приводит к тому, что поток будет передвигаться скачками. Для того чтобы исключить появление подобного эффекта проводится установка устройства с несколькими поршнями.

Устройство

Плунжерный насос обладает относительно простой конструкцией. Среди особенностей отметим нижеприведенные моменты:

  1. Рабочая камера. Она представлена герметичным корпусом, который во внутренней части имеет зеркальную поверхность. За счет этого существенно упрощается ход подвижного элемента. Рабочая камера является частью цилиндра, которая определяется максимальным ходом штока. Поверхность цилиндра изготавливается при применении материала, который характеризуется высокой устойчивостью к воздействию жидкости.
  2. Для отвода и подвода жидкости предназначены напорная и всасывающая трубка. Они могут иметь различный диаметр. Кроме этого, подобный конструктивный элемент может иметь систему клапанов, которые существенно повышают эффективность механизма.
  3. Поршень создает давление в системе. Устройство поршневого насоса имеет поршень, за счет которого проводится перекачивание жидкости. Он изготавливается при применении нескольких уплотнительных материалов. За счет этого поршень может ходить по цилиндру и при этом создавать вакуум. Именно на поверхность поршня оказывается серьезное давление. Некоторые варианты исполнения разборные, за счет чего можно провести ремонт. К примеру, при длительной эксплуатации изнашиваются уплотнители, которые можно заменить при необходимости для существенного продления срока службы механизма. Однако, встречаются и неразборные варианты исполнения, ремонт которых возможен только в специальных мастерских.
  4. Поршню передается усилие через шток. При изготовлении этого элемента применяется качественная сталь с повышенной жесткостью и прочностью. Кроме этого, применяемые материалы характеризуются высокой коррозионной стойкостью, за счет чего существенно продлевается эксплуатационный срок конструкции. Этот элемент связан с приводом, через который передается усилие. При слишком высокой нагрузке шток может существенно деформироваться.

Устройство насосаУстройство насоса

Устройство насоса

Возвратно-поступательное движение передается от электрического двигателя через специальный механизм, который преобразует вращение. Современные варианты исполнения компактные, они могут устанавливаться для работы под открытом небом или в помещении. Кроме этого, при изготовлении корпуса применяется металл, обладающий высокой защитой от воздействия окружающей среды.

Устройство двусторонней модели имеет довольно большое количество особенностей:

  1. Есть цилиндр и поршень, а также шток. Эти элементы немного отличаются в сравнении с теми, которые применяются при создании одностороннего механизма.
  2. В отличии от предыдущего варианта исполнения, у рассматриваемого две рабочей камеры.
  3. Две рабочие камеры имеют собственные нагнетающие и всасывающие клапана.

Несмотря на существенное увеличение эффективности работы поршневого насоса, его конструкция довольно проста. В этом случае каждый ход предусматривает всасывание и выталкивание жидкости. Это существенно повышает значение КПД.

Разновидности

В продаже встречаются самые различные варианты исполнения поршневых насосов. Классификация проводится по следующим признакам:

  1. Количеству поршней, которые создают давление в системе.
  2. Количеству циклов нагнетания и всасывания за один ход.

В продаже встречается поршневой насос двойного действия, а также вариант исполнения с одним и тремя, несколькими поршнями. Как ранее было отмечено, за счет увеличения количества подвижных элементов исключается вероятность пульсирующего движения потока. Что касается количества циклов, то выделяют модели одностороннего и двустороннего действия, а также дифференциальные модели.

Двусторонний поршневой насосДвусторонний поршневой насос
Двусторонний поршневой насос
Устройство поршневого насоса двустороннего действияУстройство поршневого насоса двустороннего действия
Устройство поршневого насоса двустороннего действия

Классификация может проводится также по следующим критериям:

  1. Мощности.
  2. Пропускной способности или производительности.
  3. Размерам конструкции.
  4. Особенностям компоновки.

Производством поршневых насосов занимаются самые различные компании. Качество может зависеть от типа применяемых материалов, популярности бренда и предназначения конкретной модели.

Сферы применения

Жидкостный насос может применяться для решения самых различных задач. Создаваемая конструкция характеризуется высокой универсальностью. Однако, наличие подвижного элемента и применение уплотнительных колец при создании поршня определяет отсутствие возможности использования поршневого насоса для перекачивания большого объема жидкостей.

Применение поршневого насоса в садоводствеПрименение поршневого насоса в садоводстве
Применение поршневого насоса в садоводстве
Применение насоса для перекачки водыПрименение насоса для перекачки воды
Применение насоса для перекачки воды

Рассматривая область применения отметим нижеприведенные моменты:

  1. Применяемые материалы при изготовлении могут выдерживать воздействие различных химических веществ. Именно поэтому поршневые насосы применяются для работы с различными видами топлива, взрывоопасными смесями и химически агрессивными средами.
  2. В продаже встречается довольно большое количество моделей, которые можно использовать для работы в домашних условиях.
  3. В пищевой промышленности конструкция также применяется крайне часто. Это связано с деликатным воздействием на перекачиваемую среду.

Поршневой насос в нефтедобывающей промышленностиПоршневой насос в нефтедобывающей промышленности

Поршневой насос в нефтедобывающей промышленности

При изготовлении конструкции могут применяться самые различные материалы, которые и определяют область применения.

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

  1. Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
  2. Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
  3. Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

Принцип действия и классификация поршневых насосов — Студопедия

Поршневой насос представляет собой объемную машину с возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре.

На рисунке 6.1 представлена схема гидравлической части однопоршневого насоса одностороннего действия.

Рисунок 6.1

Принцип действия такого насоса заключается в следующем. При ходе поршня 1 вправо в рабочей камере цилиндра 2 освобождается объем и давление снижается (р<рВ), открывается всасывающий клапан 3. По мере движения поршня цилиндр заполняется жидкостью — этот процесс называется процессом всасывания.

Когда поршень дойдет до конца хода и остановится, чтобы изменить направление движения справа налево (p=рB), тогда всасывающий клапан закрывается. Как только поршень начинает двигаться влево, давление в цилиндре возрастает (р>рВ) и открывается нагнетательный клапан 4.

Жидкость поршнем вытесняется из цилиндра — происходит процесс нагнетания до конца хода поршня влево.

Из принципа действия поршневого насоса выявляются особенности его конструкции:

  • рабочая камера (цилиндр) изолирована от подводящего и напорного трубопроводов клапанами;
  • подача насоса зависит от геометрических размеров насоса (длины хода и площади поршня) и от числа двойных ходов поршня;
  • пределы преодолеваемого поршнем давления (напора) зависят от установленной мощности и прочности деталей насоса, т.е. насос может развивать любой напор;
  • поршень движется с переменной скоростью (от 0 в начале хода до максимальной в середине хода и снижающейся до нуля в конце хода).

В зависимости от условий работы и свойств перекачиваемых жидкостей насосы имеют весьма разнообразные конструкции. Ниже изложены некоторые принципы классификации поршневых насосов.



1. По типу приводной части различают насосы приводные, прямодействующие, ручные.

Приводные насосы — это насосы, у которых в приводной части имеется кривошипно-шатунный механизм для преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршня.

Рисунок 6.2

На рисунке 6.2 приведена схема приводного насоса, у которого приводная часть состоит из крейцкопфа 1, шатуна 2 и кривошипного вала 3. Кроме этих частей, для снижения числа ходов поршня в приводной части обычно имеется редуктор.

Прямодействующие насосы — это насосы, у которых поршень насоса общим штоком связан с поршнем двигателя.

На рисунке 6.3 представлена схема прямодействующего насоса, у которого приводная часть представляет собой паровую машину, состоящую из парового цилиндра 1, поршня 2 со штоком 3, непосредственно соединенным со штоком гидравлической части насоса, и золотниковой коробки распределения пара 4. В качестве двигателя прямодействующего насоса могут быть применены также гидравлические силовые цилиндры и пневмоцилиндры.


Рисунок 6.3

1. Ручные насосы — это насосы, у которых движение поршня осуществляется с помощью рукоятки вручную.

2. По расположению осей цилиндров насосы бывают горизонтальные, вертикальные и с осями, расположенными наклонно по отношению к основанию.

3. По числу цилиндров насосы выполняются одно, двух, трех и многоцилиндровыми.

4. По конструкции поршня насосы бывают:

а) собственно поршневые, т.е. поршень представляет собой диск с уплотнениями, которые плотно прилегают к цилиндру (рисунок 6.4), такие поршни применяются в насосах двухстороннего действия, имеющих большие подачи;

Рисунок 6.4 Рисунок 6.5

б) плунжерные — плунжер имеет длину, значительно превышающую диаметр (рисунок 6.5) и применяются при значительных давлениях и малых подачах;

в) с проходным поршнем, имеющим в теле нагнетательный клапан (рисунок 6.6). Такие поршни находят широкое применение в глубинных насосах для добычи нефти, в которых диаметр цилиндра ограничен размерами скважины;

Рисунок 6.6

г) диафрагменные насосы, в которых изменением формы эластичной пластины достигается изменение объема рабочей камеры (рисунок 6.7).

Насосы с диафрагмой имеют малую длину хода и создают малые подачи.

Рисунок 6.7

5. По числу действия различают насосы:

а) одностороннего действия, когда один ход поршня, сопровождается всасыванием жидкости, а другой — нагнетанием (рисунок 6.8)

Рисунок 6.8 Рисунок 6.9 Рисунок 6.10

б) двухстороннего действия, когда каждый ход поршня сопровождается процессами всасывания и нагнетания (рисунок 6.9).

в) дифференциального действия (рисунок 6.10), в котором — совершается один процесс всасывания при ходе поршня вправо и два процесса нагнетания. При ходе вправо жидкость нагнетается из камеры Б, а при ходе влево из камеры А часть жидкости протекает в камеру Б, а другая — в напорный трубопровод, улучшая равномерность ее поступления.

Поршневой и плунжерный насос: устройство и принцип работы

Поршневой жидкостный насос является одним из первых представителей насосов. Механическое вытеснение жидкости является одним из первых принципов перекачивания жидкости.

Отличительной особенностью поршневых насосов от других объемных гидромашин является необратимость их действия на воду. Другими словами такие насосы не могут работать в качестве гидроприводов.

Содержание статьи

В настоящее время конструкция поршневого насоса претерпела множество улучшений и современный вариант имеет прочный корпус и обладает широкими возможностями для взаимодействия.

Принцип работы поршневого насоса

Работа поршневого жидкостного насоса основана на принципе вытеснения. Основными рабочими органами такого оборудования являются: цилиндр и поршень.
Поршень перемещается в цилиндре совершая возвратно-поступательное движение.

Работа поршневого насоса в общем случае выглядит следующим образом

В цилиндре (позиция 8) перемещается поршень (позиция 7), жестко соединенный со штоком (позиция 9), являющимся исполнительной частью приводного кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня “вправо” полезный объем цилиндра, т.е. объем, заполняющийся жидкостью, увеличивается, вследствие чего давление в нем уменьшается.

Всасывающий клапан (позиция 4) при этом поднимается, жидкость под действием внешнего давления на ее поверхности, чаще всего атмосферного, входит в цилиндр через сосун (позиция 1), открытый обратный клапан (позиция 2) и всасывающую трубу(позиция 3).

При ходе поршня “влево” жидкость, ранее вошедшая в цилиндр, выталкивается движущимся поршнем. Давление в цилиндре насоса при этом повышается. Всасывающий клапан (позиция 4) закрывается, а нагнетательный клапан(позиция 5) поднимается и жидкость из цилиндра поступает в нагнетательный трубопровод (позиция 6). Подача жидкости в нагнетательный трубопровод происходит вследствие вытеснения из цилиндра движущимся поршнем предварительно засосанной жидкости.

Плунжерные насосы высокого давления

Плунжерный насос — это разновидность насосов вытеснения. Отличием плунжерного насоса является рабочий орган — плунжер. Его задачей является перемещение вдоль оси цилиндра. Перемещаются плунжеры за счет электропривода, раскручивающего коленвал.

Всасывание жидкости в цилиндр насоса происходит при движении плунжера вверх. При этом всасывающий клапан К1 поднимается и жидкость под действием внешнего давления входит в цилиндр насоса. При возвратном движении плунжера вниз клапан К1 прижимается к своему гнезду, закрывая его, а нагнетательный клапан К2 открывается, пропуская вытесняемую из цилиндра жидкость в нагнетательный трубопровод.

Плунжер 1 насоса в работе соприкасается только с элементами сальника 2, уплотняющими плунжер в цилиндре. При этом тщательность уплотнения достигается сжимаемой сальниковым стаканом набивкой, уменьшающей трение и износ соприкасающихся поверхностей. Благодаря этому цилиндр плунжерного насоса не изнашивается, а служит только емкостью, заполняемой и опорожняемой в зависимости от направления движения плунжера.

Классификация поршневых насосов

Теперь, когда Вы знаете особенность этих двух типов оборудования, предлагаем выделить их основную классификацию:

По видам действия:
  поршневой насос простого действия – рабочая одна сторона поршня;
  поршневой насос двойного действия – обе стороны поршня рабочие;

По типам расположения цилиндров:
  горизонтальный;
  вертикальный.

По видам приводов:
  приводной – работает от двигателя, соединенного с насосом через шатун;
  прямого действия – смонтирован на общем штоке с паровой машиной.

Устройство поршневого насоса

В основу устройства поршневых насосов входит полый металлический цилиндр, в котором протекают все рабочие процессы.

Поршневой насос для воды в общем случае состоит из:
1. клапанов
2. поршня, перемещающегося в цилиндре
3. шатунного механизма
4. кривошипа

Назначение клапанов состоит в том, чтобы впускать воду, при этом препятствуя её движению назад. В роли клапанов в зависимости от конструкции может выступать шарик или мембрана.

Гидравлические поршневые насосы в качестве уплотняющего элемента в обратном клапане используют шарик, изготовленный из стекла, пластика или металла.

В мембранно поршневой насос в качестве клапана устанавливается резиновая пластина (мембрана), закрепленная с одной стороны.

Перемещение поршня в цилиндре достигается благодаря вращению кривошипа, закрепленного на одном валу с электродвигателем.

В устройство поршневого насоса современного типа входит несколько клапанов, штоки которых закреплены на одном кривошипе. Вращаясь в подшипниках такие регулируемые насосы поршневого типа способны обеспечить стабильную подачу.

Плунжерные насосы высокого давления способны работать с водной средой и любыми жидкостями, наподобие воды, которые отличаются низкой вязкостью и не могут вступать в реакцию с металлическими деталями оборудования. Прибор работает, как дозатор. Плунжерный насос может быть ручной или автоматический. При этом дозировочный насос осуществляет перекачку жидкости за счёт высокого давления.

В отличие от поршневого особенностью плунжерного насоса является отсутствие внутреннего уплотнения поршня. Это приводит к широкому использованию их в области высоких давлений.

При этом плунжерный насос высокого давления обладает рядом преимуществ:
   насос довольно прост в монтаже
  управлять плунжерным насосом высокого давления не составляет большого труда
  предусмотрена система смазки, позволяющая легко к ней добраться
  есть возможность отрегулировать плунжерный насос высокого давления на выход нужного рабочего давления

Кроме того конструктивно выделяются аксиально и радиально поршневые типы насосов.

Отличие поршня от плунжера

По конструкции рабочего органа, вытесняющего жидкость из цилиндра, поршневые насосы бывают с дисковым поршнем и плунжерные.

Поршень насоса (на рисунке слева) имеет вид диска, уплотнение которого в цилиндре осуществляется с помощью специальных пружинящих разрезных металлических(а чаще всего чугунных) колец. Тщательное уплотнение дискового поршняв цилиндре может быть осуществлено также с помощью резиновых или кожанных манжет.

В отличии от поршня, плунжер (на рисунке справа) — это пустотелый цилиндр, длина которого намного больше диаметра. Он перемещается в уплотняющем сальнике не соприкасаясь со стенками рабочего цилиндра. Плунжеры изготавливаются в виде стержня(штока).

Рабочие характеристики

Подача поршневого насоса

Подачей насоса называется объемное количество жидкости, подаваемое насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени. Это определение относится ко всем насосам независимо от типов их конструкций.

Подача поршневого насоса Q выражается произведением вытесненного за один ход объема V на число рабочих ходов за единицу времени.

Объем
V=f*S,
где f – площадь поршня, а S – его ход.

Подача

Q = f*(S*i/60),
где i – число ходов в минуту.

S*i/60 = Vср – средняя скорость движения поршня с учетом перемещения только при рабочем ходе.

Таким образом
Q = f*Vср

Если рассматривать характеристику насоса, то подача поршневого насоса циклически изменяется во времени, график подачи жидкости в напорный трубопровод для насоса одностороннего действия имеет прерывистый характер.

В целях выравнивания графика подачи применяют поршневые насосы двойного действия.

Подача плунжерного насоса

Подача плунжерного насоса тройного действия равна утроенной подаче насоса одинарного действия.

Q = 3*f*(S*i/60)

Трехплунжерный насос создает в сравнении с поршневыми насосами равномерную подачу жидкости в систему нагнетания и, как правило, не нуждается в установке специальных устройств для выравнивания графика подачи.

Это свойство является существенным достоинством данного типа насосов.

Мощность и КПД

Мощность и КПД поршневого и плунжерного насоса это основные характеристики, говорящие о качестве работы оборудования. КПД – коэффициент полезного действия – говорит о потерях в насосе и складывается из двух величин.

Гидравлический КПД – это потери мощности на гидравлические сопротивление:

Механический КПД – показывает механические потери в оборудовании, такие как трение и т.д.

Полезная мощность поршневого насоса:

N = Q · ρ · g · H,

где Q — подача насоса;

ρ – плотность воды;

Н — полная высота подъема жидкости.

Поршневой воздушный насос

Поршневой воздушный насос, всасывающий газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насосом.

В пищевой промышленности вакуум-насосы применяются главным образом, для отсасывания несконденсировавшихся паров и газов в выпарных станциях, варочных станциях заводов и фабрик, оборудованных вакуум-аппаратами, а также для создания вакуума в секциях вакуум-фильтров. Чаще применяются вакуум-насосы низкого вакуума, которые создают у своего всасывающего патрубка вакуум до 92-95% от атмосферного давления.

По принципу действия поршневой воздушный насос является компрессором, всасывающим газ при пониженном давлении, сжимающим его, а затем нагнетающим этот газ. Хотя практически давление давление нагнетания не намного превышает атмосферное, степень сжатия в поршневом воздушном насосе значительно больше, чем в обычном компрессоре.

При такой степени сжатия объемный КПД выходит небольшим – около 35%. Для повышения объемного КПД используют технические методы выравнивания давления на всасывании и нагнетании насоса, таким образом достигается высокий объемный КПД.

Преимущества и недостатки поршеного и плунжерного насоса

Огромным преимуществом насоса является его надежность и высокая ремонтопригодность. Эти два параметра вытекают не только из принципа работы, но и из конструкции насоса — насос изготавливается из высокопрочных материалов. Насос способен работать со средами у которых высокие требования к условиям пуска. Огромные преимуществом этого типа насосов, в отличии от циркуляционных насосов, является наличие возможности “сухого” всасывания, которым может похвастаться не каждый насос.

Из недостатков следует отметить низкую производительность. В настоящее время на рынке существуют модели, где этот показатель находится на приемлемом уровне, но у таких насосов отмечаются повышенные требования к параметрам эксплуатации, что выливается в высокую стоимость насоса.

Область применения

В насосах вытеснения величина напора принципиально не ограничена. Повышение же подачи может быть достигнуто лишь увеличением конструктивных размеров и числа рабочих ходов (числа оборотов).

В поршневых и плунжерных насосах, вследствие цикличности движения тела вытеснения поток жидкости является неустановившимся, и повышение скорости потока, а следовательно, и подачи за счет увеличения числа оборотов ограниченно явлениями инерции.

Эксплуатация плунжерных насосов целесообразна в случае, когда необходимо высокое давление при относительно малых подачах.

В прессовых установках и химической промышленности строятся насосы с напором в 1000 атмосфер и более. Специализированные поршневые насосы допускается использовать при работе с агрессивными средами, взрывоопасными смесями и некоторыми видами топлива. Но область применения этого типа насосов не ограничивается только промышленной сферой. Эти насосы применяют так же для обеспечения чистой водой в бытовых нуждах.

Хотя поршневой жидкостный насос не рассчитан на большие объемы циркуляции, но отличается высокой надежностью и при своевременном техническом уходе способен проработать очень длительный срок.

Поршневой насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

Поршневые насосы занимают отдельную нишу на рынке, они удовлетворяют требования как частных пользователей, так и потребности крупных производств.
Потребность же насосов этого типа в бытовых нуждах обусловлена как простотой их конструкции и нетребовательностью содержания, так и высоким эксплуатационным ресурсом техники этого типа.

Вместе со статьей «Поршневой и плунжерный насос: устройство и принцип работы» читают:

Поршневой насос жидкостный: устройство и принцип действия

Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.

Поршневой насос для незамкнутых гидравлических систем

Конструктивные особенности

Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.

Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).

Устройство аксиально-поршневого насоса



Принцип работы

От большинства из тех, кто подбирает технические устройства для оснащения трубопроводных систем, специалисты слышат: «Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой». Следует сразу сказать, что принцип, по которому действует жидкостный поршневой насос, изобретенный еще несколько столетий назад, достаточно прост. Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня такого насоса, который, по некоторым историческим данным, изобрел древнегреческий механик, жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось выше, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль.

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество многопоршневого плунжерного насоса, которое получило название «сухое всасывание», актуально во многих сферах, где используются подобные устройства.

Поршневые насосы различаются по числу действий

Насосы двухстороннего действия

Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.

Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.

Принцип действия двухстороннего поршневого насоса



Существует еще одна конструктивная схема поршневого насоса, при использовании которой удается добиться устранения пульсационных процессов в трубопроводных системах. Насосное оборудование, выполненное по данной схеме, предполагает применение специального гидроаккумулятора. Основное назначение таких гидроаккумуляторов, используемых для оснащения насосных станций, заключается в том, чтобы накапливать энергию потока жидкости в моменты пикового давления в трубопроводе и отдавать ее тогда, когда такого давления для нормальной работы системы недостаточно.

Однако какие бы виды поршневых насосов ни использовались и какими бы дополнительными техническими устройствами ни оснащались насосные станции, устранить пульсационные процессы в трубопроводах не всегда удается. В таких ситуациях часто применяется дополнительное оборудование, обеспечивающее эффективный отвод лишней жидкости за пределы насосной станции.




Сферы применения

Область применения жидкостных насосов поршневого типа достаточно широка, что объясняется их высокой универсальностью. Между тем конструкция таких машин не позволяет использовать их в тех случаях, когда перекачивать необходимо значительные объемы воды или другой жидкости. Одним из основных достоинств этих гидравлических машин является то, что их поршни, вытесняя жидкость через нагнетательную магистраль, одновременно всасывают ее новую порцию через подающий канал, что в условиях сухого цилиндра очень важно. Этим качеством и предопределяется назначение поршневых жидкостных насосов как наиболее эффективных устройств, используемых на предприятиях химической промышленности.

Гидравлический поршневой насос для автокрана

Сферы применения жидкостных насосов поршневого типа расширяются и за счет того, что такое оборудование может успешно использоваться для работы с химически агрессивными средами, некоторыми видами топлива и взрывоопасными смесями. Активно применяются насосы данного типа и в бытовых целях, с их помощью можно создавать трубопроводные системы для автономного водоснабжения частных строений и для полива. Между тем, решив использовать такой прибор, не забывайте о том, что для перекачивания больших объемов жидкости он не предназначен.

Еще одной сферой, в которой активно используются жидкостные насосы поршневого типа, является пищевая промышленность. Это объясняется тем, что такие устройства отличаются очень деликатным отношением к перекачиваемой через них жидкости.






Преимущества и недостатки

Если говорить о достоинствах, которыми обладают насосы поршневого типа, служащие для перекачивания жидких сред, то к наиболее значимым можно отнести:

  • простоту конструкции, которую демонстрируют даже картинки и схематическое изображение подобных устройств;
  • высокую надежность, которая определяется не только использованием высокопрочных материалов для производства таких машин, но и принципом действия поршневого насоса;
  • возможность работы с носителями, при использовании которых предъявляются особые требования к условиям пуска насосного оборудования.

Основным недостатком рассматриваемого насосного оборудования, упомянутым выше, является его невысокая производительность. Конечно, расширить технические возможности таких устройств можно, но зачем это делать, если данная задача решается с меньшими финансовыми затратами посредством насосного оборудования другого вида.

Выбирая жидкостные насосы поршневого типа, сначала определитесь с тем, для чего такое оборудование будет использоваться. Если не предполагается перекачивание слишком больших объемов жидкости, то доступные по стоимости и надежные жидкостные насосы поршневого типа оптимально подойдут для реализации ваших целей.



Оценка статьи:

Загрузка…

Поделиться с друзьями:

Устройство и принцип работы поршневого насоса, компрессора

Что такое поршневой компрессор и как он работает? Это поршневой насос сжимающий газ. Если сжимается жидкость, говорят о насосе. Если сжимается какой-либо газ, то говорят о компрессоре. Принцип действия у поршневого насоса и поршневого компрессора одинаков.

Схема работы поршневого компрессора

На рисунке показана минимальная компоновка поршневого компрессора:

  1. Впускной клапан
  2. Выпускной клапан
  3. Поршень
  4. Шатун
  5. Коленчатый вал
  6. Цилиндр

Слева показан цикл впуска газа в цилиндр. Когда поршень идет вниз, под впускным клапаном возникает разряжение. Этот клапан, прижатый к седлу пружиной, открывается (из-за разности давлений над ним и под ним). Газ всасывается в цилиндр. Справа показан цикл сжатия газа. Поршень идет вверх, сжимая газ. Под давлением закрывается впускной клапан, открывается выпускной, газ устремляется в нагнетательную трубу.

Привод компрессора может быть электрическим, бензиновым, дизельным. Соответственно, коленчатый вал получает вращение от электродвигателя или же от двигателя внутреннего сгорания, бензинового или солярочного.

Видео: поршневой насос — принцип работы

Типы поршневых компрессоров

Выше был показан самый простой компрессор одностороннего действия. Намного эффективнее компрессор двустороннего действия.

Поршневой компрессор двустороннего действия

Как видим из рисунка, для всасывания и нагнетания воздуха, используется движение поршня как в одну, так и в другую сторону. Когда слева газ сжимается и соответственно нагнетается, справа идет всасывание. И наоборот. Производительность увеличивается почти в два раза. Чуть меньше, так как шток, толкающий поршень занимает некоторый объем.

Выше показаны одноцилиндровые компрессоры. Также производят двух, трех и более цилиндровые. Соответственно и мощность будет больше в два, три и более раз.

Двухцилиндровый поршневой компрессор

В таких агрегатах поршни ходят в противофазе. Этим достигается равномерность подачи воздуха. Также уменьшается тряска компрессора.

По расположению цилиндров бывают горизонтальные, вертикальные, угловые компрессоры.

Также различаются компрессоры по количеству ступеней сжатия. Вышерассмотренные компрессоры были одноступенчатыми. Бывают также и двух, трех и более ступенчатые.

Двухступенчатый поршневой компрессор

Воздух, сжатый в первом цилиндре, поступает в меньший по объему второй цилиндр. Там он дожимается до более высокого давления. Понятно, что двухступенчатый компрессор должен иметь два цилиндра. При сжатии газа происходит его нагрев. Поэтому сжатый газ из первого цилиндра попадает во второй через охладитель. Его изготавливают из материала быстро отдающего тепло. Чаще всего это медная трубка.

Двухступенчатый компрессор имеет более высокий КПД. Это происходит по нескольким причинам:

  • промежуточное охлаждение воздуха, делает работу компрессора более комфортной. Меньше изнашиваются трущиеся части оборудования. Например, пара поршень – цилиндр.
  • при одинаковой мощности привода, двухступенчатый компрессор на выходе дает большее давление.

Первый компрессор, созданный человеком, был поршневой. Потом появились другие виды. Самое общее деление компрессоров: объемные и динамические. В объемных компрессорах газ сжимается за счет уменьшения объема камеры. В динамических — за счет взаимодействия с лопатками ротора. К объемным, помимо поршневых компрессоров, относятся и широко распространенные винтовые компрессоры.

Видео: как работает поршневой компрессор

Устройство и принцип работы винтового компрессора

Два винта ведущий и ведомый синхронно вращаются в паре. Зубья одного входят во впадины второго. Но винты, их металлические поверхности не соприкасаются. Он расположены параллельно друг другу на валах. На этих же валах имеются шестерни, которые входят в зацепление друг с другом, что обеспечивает жесткую кинематическую связь между винтами.

Винтовой компрессор

Роторы (винты) вращаются навстречу друг другу. Воздух через отверстие в корпусе поступает в пространство между винтами. Ввиду того, что зазор между роторами очень мал: 0,1 – 0,3 мм, по мере вращения воздух отсекается от атмосферы и захватывается винтами. Дальнейший поворот валов приводит к уменьшению объема воздуха и значит к его сжатию. На выходе получаем высокое давление.

Вместе с воздухом впрыскивается машинное масло, которое уменьшает зазор между винтами до нуля. Кроме того, масло смазывает винты, уменьшая силы трения. Также масло забирает лишнее тепло, которое неизбежно возникает по мере сжатия воздуха.

Когда камера, образованная винтами, соединяется с выпускным отверстием, воздухомасляная смесь под давлением выбрасываются в нагнетательную линию. Далее смесь проходит через масляный фильтр, который задерживает масло и передает его обратно в систему.

Преимущества винтового компрессора перед поршневым очевидны:

  1. равномерность работы намного превосходит поршневой компрессор
  2. межремонтный период в разы больше
  3. небольшие габариты, легко монтировать
  4. КПД на 30% больше поршневых

Видео: работа и устройситво винтового компрессора

Безмасляный компрессор

На данный момент наша промышленность очень сильно нуждается в безмасляных компрессорах, которые бывают как поршневыми, так и винтовыми. В некоторых случаях недопустимо наличие масла в воздухе даже в минимальных количествах. Например, для надувания кислородной подушки. Или для заполнения кислородного баллона.

Чтобы поршневой компрессор был безмасляным, поверхность его цилиндров покрыта специальным составом, позволяющим работать без машинного масла. Также и поршень покрывается спецсоставом. Несмотря на большие достижения в области материалов, уменьшающих скольжение, время непрерывной работы безмасляного поршневого компрессора ограничено. В некоторых моделях 10 – 15 минут в час.

Видео: безмаслянные компрессоры

Чтобы винтовой компрессор выдавал сжатый воздух абсолютно без масла, оно не должно использоваться для уплотнения роторов, и охлаждения. То есть в камеру сжатия масло не впрыскивается. Чтобы такой агрегат успешно работал и не нагревался, к изготовлению винтов предъявляют повышенные требования. Степень сжатия уменьшается, по сравнению с масляными, в 3 – 4 раза.

Безмасляные компрессоры уступают масляным по всем параметрам, кроме одного – чистоте сжатого воздуха. Поэтому если покупателю не нужен абсолютно чистый сжатый газ, лучше брать масляный компрессор.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Поршневой жидкостный насос принцип действия. Смотреть что такое «Поршневой насос» в других словарях


Поршневой насос

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

Рис. 2. Дифференциальная схема включения поршневого насоса. Во время движения поршня влево часть жидкости отводится в штоковую полость, объём которой меньше объёма вытесняемой жидкости за счёт того, что часть объёма штоковой полости занимает шток

В отличие от многих других объёмных насосов , поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения.

Поршневые насосы не следует путать с роторно-поршневыми, к которым относятся, например, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы.

Принцип работы

Принцип работы поршневого насоса (рис. 1) заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, — происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, — происходит нагнетание жидкости.

Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса (рис. 2), при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия (рис. 1).

Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы , которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.

Применение

Поршневые насосы используются с глубокой древности. Известно их применение для целей водоснабжения со II века до нашей эры. В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту. Диафрагменные насосы используются, например, в системах подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.

См. также

Литература

  1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
  2. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.

Поршневым насосом

называется возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней. По количеству поршней
эти насосы разделяются на однопоршневые, двухпоршневые, трехпоршневые и многопоршневые

. По числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход поршня
различают насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциальные

.

Схема однопоршневого насоса одностороннего действия

представлена на

рис. 3.1
.

При движении поршня вправо в левой полости цилиндра и в рабочей камере создается разрежение. За счет разрежения верхний нагнетательный клапан К н
прижимается к седлу, а нижний всасывающий клапан К в
приподнимается, и в создавшийся зазор по всасывающей трубе засасывается жидкость из источника в рабочую камеру. При движении поршня влево в рабочей камере создается повышенное давление, под действием которого всасывающий клапан К в
закрывается, а нагнетательный клапан К н
приподнимается, и жидкость вытесняется из цилиндра в напорный трубопровод.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления. При этом подача жидкости в нагнетательную линию оказывается неравномерной, что является существенным недостатком

насосов одностороннего действия
. Для устранения этого недостатка применяются насосы двустороннего действия.

При многократном возвратно-поступательном движении поршня вода перемещается по всасывающей трубе через цилиндр насоса в нагнетательную трубу и дальше к месту потребления.

На рис. 3.2
представлена схема насоса двустороннего действия


(с двумя рабочими камерами). Процесс всасывания в одной камере идет одновременно с процессом нагнетания в другой.

Для обеспечения равномерности подачи применяются дифференциальные насосы (поршневые и плунжерные). На рис. 3.3
показана схема дифференциального насоса


с диаметрами поршней D
1
и D
2
. На всасывающей стороне он работает как насос одностороннего действия, на нагнетательной стороне – как насос двустороннего действия. Его отличительной особенностью является то, что за один оборот вала кривошипа он производит всасывание за один ход поршня, а нагнетание жидкости – в течение обоих ходов поршня, вытесняя ее поочередно из камер А
и Б
в нагнетательный трубопровод.

По направлению оси движения рабочих органов
поршневые (плунжерные) насосы могут быть горизонтальными

и вертикальными

.

Основные понятия, применяющиеся в теории насосов

На рис. 3.4
показана схема насосной установки

, состоящей из насосного агрегата 1
, в состав которого входят насос и двигатель (на схеме двигатель не показан), всасывающей трубы 2
и напорного трубопровода 3
, отводящего из насоса жидкость к месту назначения.

В нижней части всасывающей трубы имеется сетка 4
, предохраняющая всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском (в лопастных насосах) и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.

В теории насосов применяется ряд терминов и определений, относящихся к насосам всех типов, в том числе и к поршневым насосам.

Напор насоса

В работающем насосе жидкости сообщается дополнительная энергия, которая расходуется на преодоление сопротивлений в напорном трубопроводе и на подъем жидкости в резервуар. Вертикальное расстояние h
вс
от свободной поверхности водоема до центра насоса называется вакуумметрической высотой всасывания


. Потери энергии во всасывающем трубопроводе называются потерями при всасывании


Вертикальное расстояние h
н
от центра насоса до уровня воды в резервуаре называется геодезической высотой нагнетания


. Потери энергии в напорной линии называются потерями при нагнетании


. Сумма геодезических высот h
вс + h
н
, сложенная с суммой потерь энергии в системе, называется напором насоса
Н

:

Н
= h
вс + h
н + h
wвс + h

. (7.9
)

Напор
, развиваемый насосом, представляет собой
количество энергии, сообщаемое насосом единице массы перекачиваемой жидкости. Напор

измеряется
в метрах столба перекачиваемой жидкости
или в единицах давления
.

Напор, развиваемый работающим насосом, можно определить также по формуле (7.9
) с использованием показаний вакуумметра и манометра, которыми обычно оборудуются насосные установки (рис. 3.4
):

H
= h
м +h

Поршневые насосы жидкостные — устройство и принцип работы: tvin270584 — LiveJournal

Самыми первыми гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию движения поршня в механическую энергию жидкости и известными еще до нашей эры, были именно поршневые насосы. Претерпевая различные дополнения, принцип их действия не менялся с тех самых пор, о нем в этой статье нам расскажет мастер сантехник.
Принцип действия

Жидкостный поршневой насос – это одно из древнейших устройств, назначением которых является перекачивание жидких сред. Поршневые насосы работают на основе простейшего принципа вытеснения жидкостей, которое осуществляется механическим способом. По сравнению с первыми моделями подобных устройств, современные жидкостные насосы поршневого типа отличаются значительно более сложной конструкцией, они более надежны и эффективны в использовании. Так, поршневые насосы, выпускаемые современными производителями, имеют не только эргономичный и прочный корпус, но и развитую элементную базу, а также предоставляют более широкие возможности для монтажа в трубопроводные системы. Благодаря такой универсальности насосы жидкостные поршневого типа активно используются в трубопроводных системах как промышленного, так и бытового назначения.

Конструктивные особенности

Основным элементом жидкостного поршневого насоса является полый металлический цилиндр, в котором и протекают все рабочие процессы, осуществляемые с перекачиваемой жидкостью. Физическое же воздействие на жидкость осуществляет поршень плунжерного типа. Благодаря этому элементу данный жидкостный насос и получил свое название.

Принцип работы поршневого насоса основывается на возвратно-поступательном движении его рабочего органа, действующего как гидравлический пресс. При этом в конструкции такой машины, в отличие от классических гидравлических устройств, присутствует механизм клапанного распределения, а также ряд дополнительных конструктивных элементов (в частности, кривошип и шатун, составляющие основу силовой части насоса жидкостного поршневого типа).

Принцип работы

От большинства из тех, кто подбирает технические устройства для оснащения трубопроводных систем, специалисты слышат: «Объясните работу поршневого насоса с воздушной камерой». Следует сразу сказать, что принцип, по которому действует жидкостный поршневой насос, изобретенный еще несколько столетий назад, достаточно прост. Заключается он в следующем: совершая поступательное движение, поршень создает разрежение воздуха в рабочей камере, за счет чего в камеру и всасывается жидкость из подводящего трубопровода. При обратном движении поршня такого насоса, который, по некоторым историческим данным, изобрел древнегреческий механик, жидкость из рабочей камеры выталкивается в нагнетающую магистраль. Поршневые насосы, как уже говорилось выше, оснащаются клапанным механизмом, основная задача которого состоит в том, чтобы не дать перекачиваемой жидкости попасть обратно во всасывающий канал в тот момент, когда она выталкивается в нагнетательную магистраль.

Принцип работы одностороннего поршневого насоса

Принципом, по которому работают поршневые насосы, объясняется тот факт, что поток, создаваемый такими устройствами, двигается по трубопроводу с различной скоростью, скачками. Чтобы избежать этого негативного явления, используют насосы, оснащенные сразу несколькими поршнями, работающими в определенной последовательности. Преимущества, которые достигаются при использовании жидкостных насосов с несколькими поршнями, заключается еще и в том, что такие устройства способны закачивать жидкость даже в тот момент, когда их рабочая камера ею не заполнена. Такое качество многопоршневого плунжерного насоса, которое получило название «сухое всасывание», актуально во многих сферах, где используются подобные устройства.

Поршневые насосы различаются по числу действий

Насосы двухстороннего действия

Основная причина, по которой был разработан и стал активно применяться поршневой насос двойного действия, заключается в стремлении производителей уменьшить уровень пульсации потока жидкости, нагнетаемой в трубопроводную систему. Для того чтобы разобраться в преимуществах использования насосного устройства двойного действия, достаточно понять, как работает поршневой жидкостный насос данного типа.

Особенность устройства жидкостного поршневого насоса двойного действия заключается в том, что штоковые и поршневые полости этой машины оснащены индивидуальными клапанными системами. Такая конструкция поршневого насоса двойного действия, уникальность которой можно заметить даже по фото, позволяет не только устранить пульсации потока в трубопроводной системе, но и значительно повысить эффективность использования самой машины. Между тем поршневые насосы одностороннего действия, если сравнивать их с двухсторонними моделями, из-за простой конструкции отличаются более высокой надежностью и долговечностью.

Конструкция / принцип действия

4.7.1 Конструкция / принцип действия

Принцип работы одноступенчатых насосов Рутса
соответствует принципу работы многоступенчатых насосов, т.к.
описано в главе 4.5. В вакуумном насосе Рутса два синхронно
Роторы встречного вращения (4) бесконтактно вращаются в корпусе (рис.
4.16). Роторы имеют конфигурацию восьмерки и разделены
друг от друга и от статора на узкий зазор.Их действующие
принцип аналогичен шестеренному насосу с одним двухзубым
каждая шестерня перекачивает газ от впускного отверстия (3) к выпускному
порт (12). Один вал приводится в движение двигателем (1). Другой вал
синхронизируется с помощью пары шестерен (6) в зубчатой ​​камере.
Смазка ограничена двумя камерами подшипника и шестерни, которые
изолированы от всасывающей камеры (8) лабиринтными уплотнениями (5) с
компрессионные кольца. Потому что на всасывании нет трения
камеры, вакуумный насос Рутса может работать на высоких скоростях вращения
(1500 — 3000 об / мин).Отсутствие возвратно-поступательных масс также
обеспечивает беспроблемную динамическую балансировку, что означает, что вакуум Корня
насосы работают очень тихо, несмотря на свою высокую скорость.

Проект

Подшипники вала ротора расположены в двух боковых крышках. Они есть
выполнены в виде неподвижных подшипников с одной стороны и подвижных (незакрепленных) подшипников
с другой стороны, чтобы обеспечить неравномерное тепловое расширение корпуса и
ротор. Подшипники смазываются маслом, которое вытесняется в
подшипники и шестерни разбрызгивающими дисками.Проход карданного вала к
снаружи в стандартных версиях уплотняется радиальными уплотнительными кольцами вала
изготовлены из FPM, погруженного в уплотнительное масло. Чтобы защитить вал,
уплотнительные кольца проходят по защитной втулке, которую можно заменить при
изношенный. Если требуется герметичное уплотнение снаружи, насос также может
приводиться в движение посредством муфты на постоянных магнитах с баллончиком. Эта
конструкция обеспечивает уровень утечки $ Q_I $ менее 10 -6 Па · м 3
с -1 .

Характеристики насоса, нагрев

Так как насосы Рутса не имеют внутренней компрессии или выхода
клапан, при открытии всасывающей камеры объем газа возвращается назад
во всасывающую камеру и затем должен быть снова выпущен против
давление на выходе. В результате этого эффекта, особенно в
наличие высокого перепада давления между входом и выходом, a
генерируется высокий уровень рассеивания энергии, что приводит к
значительный нагрев насоса при малых расходах газа, которые только транспортируют
низкое количество тепла.Вращающиеся поршни Рутса относительно
трудно охладить по сравнению с корпусом, так как они практически
с вакуумной изоляцией. Следовательно, они расширяются больше, чем корпус. Чтобы
предотвратить контакт или захват, максимально возможное давление
дифференциал, а также рассеиваемая энергия ограничены
перепускной клапан (7). Он подключен к входной стороне, и давление
сторона прокачиваемых каналов. Открывается нагруженная пластина клапана
при превышении максимального перепада давления и позволяет
большая или меньшая часть всасываемого газа течет обратно из
сторона нагнетания к стороне входа, в зависимости от производительности.Из-за
ограниченный перепад давления, стандартные насосы Рутса не могут
разряд в зависимости от атмосферного давления и требует подкладочного насоса.
Однако вакуумные насосы Рутса с перепускными клапанами могут быть включены.
вместе с подкачивающим насосом даже при атмосферном давлении, таким образом
увеличивая их скорость откачки с самого начала. Это сокращает
время эвакуации.

Operating principle of a Roots pump

Рисунок 4.16: Принцип работы насоса Рутса

Насосы обратные

Одноступенчатые или двухступенчатые пластинчато-роторные насосы или внешние пластинчатые насосы
насосы используются в качестве маслосмазываемых форвакуумных насосов.Винтовые насосы или
многоступенчатые насосы Рутса могут использоваться в качестве сухих реверсивных насосов. Насос
такие комбинации могут использоваться для всех приложений с
высокая скорость откачки в диапазоне низкого и среднего вакуума. Жидкое кольцо
насосы также можно использовать в качестве форвакуумных насосов.

Насосы Рутса с газовым охлаждением

Чтобы вакуумные насосы Рутса работали против атмосферных
давления, некоторые модели имеют газовое охлаждение и не имеют перепускных клапанов
(Рисунок 4.17). В этом случае газ, выходящий из выпускного фланца
(6) через охладитель (7) снова попадает в середину всасывающей
камера (4). Этот искусственно созданный поток газа охлаждает насос,
позволяя ему сжиматься против атмосферного давления. Вход газа есть
управляется поршнями Рутса, что устраняет необходимость в каких-либо
дополнительные клапаны. Нет возможности тепловой перегрузки, даже
при работе на предельном давлении.

Operating principle of a gas-cooled Roots pump

Рисунок 4.17: Принцип работы насоса Рутса с газовым охлаждением

На рис. 4.17 показано поперечное сечение охлаждаемого газом
Вакуумный насос Рутса. Направление потока газа вертикальное сверху вниз.
дно, позволяя жидким или твердым частицам захватывать впускное отверстие
поток стечь вниз. На этапе I камера (3) открывается
вращение поршней (1) и (2). Газ поступает в камеру
через входной фланец (5) под давлением $ p_1 $.На этапе II
камера (3) изолирована как от входного фланца, так и от
фланец давления. Входное отверстие (4) для охлаждающего газа открыто.
вращением поршней в фазе III. Камера (3) заполнена
до выходного давления $ p_2 $, и газ продвигается к
фланец давления. Первоначально объем всасывания не изменяется с
вращательное движение поршней Рутса. Газ сжимается
поступающий охлаждающий газ. Поршень Рутса теперь продолжает вращаться (фаза
IV), и это движение выталкивает уже сжатый газ через охладитель.
(7) в сторону нагнетания (фаза V) при давлении $ p_2 $.

Насосы Рутса

с газовым охлаждением могут использоваться в диапазоне входного давления
от 130 до 1013 гПа. Потому что во всасывании нет смазки
камеры, они не выпускают туман и не загрязняют среду, которая
перекачивается. Последовательное соединение двух из этих насосов позволяет
предельное давление снизить до 20–30 гПа. В комбинации с
дополнительные вакуумные насосы Рутса, предельное давление может быть уменьшено до
диапазон среднего вакуума.

Скорость откачки и степень сжатия

Характерные рабочие характеристики насосов Рутса:
скорость и степень сжатия.Теоретическая скорость откачки
$ S_ {th} = S_0 $ — объемный расход, который насос вытесняет без
противодавление. Степень сжатия $ K_0 $ при работе без газа
рабочий объем (входной фланец закрыт) зависит от выходного давления
$ p_2 $. Диапазон скоростей откачки от 200 м 3 · ч -1
до нескольких тысяч м 3 · ч -1 . Типичный
Значения $ K_0 $ находятся в диапазоне от 10 до 75.

No-load compression ratio for air for Roots
					pumps

Рисунок 4.18: Степень сжатия воздуха для корней без нагрузки
насосы

На степень сжатия отрицательно влияют два эффекта:

  • Обратным током в зазоры между поршнем и корпусом
  • Газом, который осаждается при адсорбции на поверхностях
    поршень на выходной стороне и повторно десорбируется после поворота в направлении
    сторона всасывания.

В случае выходного давления от 10 -2 900 10 до 1 гПа молекулярная
поток преобладает в зазорах уплотнения, что приводит к меньшему обратному потоку из-за
их низкая проводимость.Однако объем перекачиваемого газа
обратно через адсорбцию, которая относительно высока по сравнению с
объем перекачиваемого газа снижает степень сжатия.

$ K_0 $ является самым высоким в диапазоне от 1 до 10 гПа, поскольку
молекулярный поток по-прежнему преобладает из-за

.

Конструкция / принцип действия

4.2.1 Конструкция / принцип действия

Пластинчато-роторный вакуумный насос представляет собой маслозаполненный роторный поршневой насос.
насос. Насосная система состоит из корпуса (1), эксцентрично расположенного
установлен ротор (2), лопатки (3), которые радиально перемещаются под центробежным
и упругие силы и вход и выход (4). Впускной клапан, если
в наличии, выполнен в виде вакуумного предохранительного клапана, который всегда открыт
во время операции. Рабочая камера (5) расположена внутри
корпус и ограничен статором, ротором и лопатками.В
эксцентрично установленный ротор и лопатки разделяют рабочую камеру
на два отдельных отсека с переменным объемом. Как ротор
В свою очередь, газ поступает в увеличивающуюся всасывающую камеру до тех пор, пока она не закупорится.
выключен второй лопастью. Затем заключенный газ сжимается до тех пор, пока
выпускной клапан открывается против атмосферного давления. Выпускной клапан
с масляным уплотнением. Когда клапан открыт, небольшое количество масла попадает в
камеру всасывания и не только смазывает ее, но и герметизирует лопатки
против корпуса (статора).

Operating principle of a rotary vane pump

Рисунок 4.2: Принцип действия поворотной заслонки
насос

В случае использования балластного газа отверстие снаружи
открытый, который вытекает в герметичную всасывающую камеру спереди
сторона. В результате давление, необходимое для открытия выпускного клапана, составляет
достигается при относительно низком сжатии во время компрессионной откачки
фаза. Это позволяет вытеснить вытесненную парогазовую смесь до
пар начинает конденсироваться.Конечное давление, достигнутое во время
работа с газовым балластом выше, чем работа без газа
балласт.

Рабочая жидкость, масло

Насосное масло, которое также называют рабочей жидкостью, имеет
несколько задач, которые необходимо выполнить в пластинчато-роторном насосе. Смазывает все
движущихся частей, заполняет мертвый объем под выпускным клапаном как
а также узкий зазор между входом и выходом. Он сжимает
зазор между лопатками и рабочей камерой и дополнительно обеспечивает
оптимальный температурный баланс за счет теплопередачи.

Многоступенчатые насосы

Пластинчато-роторные вакуумные насосы бывают одно- и двухступенчатыми.
версии. Двухступенчатые насосы достигают более низкого предельного давления, чем
одноступенчатые насосы. Кроме того, влияние газового балласта на
предельное давление ниже, так как балластный газ допускается только при
ступень высокого давления.

Вакуумный предохранительный клапан

В зависимости от типа насоса, пластинчато-роторный вакуум
насосы могут быть оснащены вакуумным предохранительным клапаном.Вакуумная безопасность
клапан изолирует насос от вакуумной камеры в случае
преднамеренная или непреднамеренная остановка, и использует вытесненный газ для
удалить воздух из насосной системы, чтобы масло не попало в
вакуумная камера. После включения насоса он открывается с задержкой.
как только давление в насосе достигнет приблизительного давления в
вакуумная камера.

.

Насосы | Справочник по переработке молочных продуктов

Требования к перекачке продукции

Требования к качеству продукции и рентабельности производственных процессов с годами постоянно растут. Раньше часто можно было позволить жидкости течь через установку под действием силы тяжести. В настоящее время они проходят через длинные трубопроводы с множеством клапанов, через теплообменники, фильтры и другое оборудование, которое часто имеет высокие перепады давления. Расходы часто бывают высокими.Поэтому насосы используются во многих частях завода, и потребность в правильном насосе в нужном месте становится все более важной. Может возникнуть много проблем; их можно обобщить под следующими заголовками:

  • Установка насоса
  • Всасывающая и напорная линии
  • Тип и размер необходимого насоса следует выбирать с учетом:
    — расхода
    — перекачиваемого продукта
    — вязкости
    — плотность
    — температура
    — давление в системе
    — материал в насосе

Типичные молочные насосы — это центробежные, жидкостные и поршневые насосы.У этих трех типов разные применения. Центробежный насос — это тип, наиболее широко используемый на молочных заводах.
Центробежный насос, показанный на рисунках 6.7.1 и 6.7.2, в основном используется для продуктов с низкой вязкостью, но он не может работать с сильно аэрируемыми жидкостями. Насос с жидкостным кольцом используется при высоком содержании воздуха. Насос прямого вытеснения используется для щадящей обработки и при высоких вязкостях.

Рис. 6.7.1

Центробежный насос является наиболее распространенным типом санитарных насосов на молочном заводе.

Рис. 6.7.2

Основные части центробежного насоса.

  1. Линия доставки
  2. Сальник вала
  3. Всасывающий трубопровод
  4. Рабочее колесо
  5. Корпус насоса
  6. Задняя панель
  7. Вал двигателя
  8. Двигатель
  9. Кожух из нержавеющей стали и звукоизоляция
Всасывающий трубопровод

Перед тем, как обсуждать сами насосы, важно понять факты и проблемы, связанные с перекачкой.
Насос следует устанавливать как можно ближе к резервуару или другому источнику, из которого должна перекачиваться жидкость, и с как можно меньшим количеством изгибов и клапанов на линии всасывания. Он должен иметь большой диаметр, чтобы снизить риск кавитации.

линия Delivery

Любой дроссельный клапан должен быть установлен в линии подачи, возможно, вместе с обратным клапаном. Дроссельный клапан используется для регулировки расхода насоса. Обратный клапан защищает насос от гидроудара и предотвращает обратный ток жидкости при остановке насоса.Обычно обратный клапан располагается между насосом и дроссельным клапаном.

Кавитация

Кавитацию можно определить по треску в насосе. Это происходит, когда давление локально падает ниже давления пара и в жидкости образуются маленькие пузырьки пара. Давление увеличивается по мере того, как жидкость продвигается дальше в рабочее колесо, и пар очень быстро конденсируется. Пузырьки пара схлопываются с очень высокой скоростью и при локальном давлении, которое может достигать 100 000 бар.Это повторяется с высокой частотой и может вызвать точечную коррозию окружающего материала, особенно если он хрупкий.
Кавитация возникает, когда давление во всасывающей линии слишком низкое по сравнению с давлением пара перекачиваемой жидкости. Склонность к кавитации увеличивается при перекачивании вязких или летучих жидкостей.
Кавитация в насосах приводит к снижению напора и эффективности. По мере увеличения кавитации насос постепенно прекращает подачу.
Следует избегать кавитации. Тем не менее, если условия перекачивания будут очень тяжелыми, и насос слегка кавитирует, но в остальном работает нормально, его все еще можно использовать.Это связано с тем, что насосы для молочных продуктов имеют рабочие колеса из кислотостойкой стали, которая очень устойчива к износу, вызванному кавитацией. Некоторое повреждение рабочего колеса может произойти, если насос находится в эксплуатации в течение длительного времени.
Возможность возникновения кавитации в насосе можно предсказать расчетным путем. См. NPSH (чистый положительный напор на всасывании) на следующей странице.

Как избежать кавитации
Общее практическое правило:

  • Низкий перепад давления во всасывающей линии (большой диаметр трубы, короткая всасывающая труба, несколько клапанов, мало изгибов и т. Д.)
  • Высокое давление на входе в насос, например, высокий уровень жидкости над насосом
  • Низкая температура жидкости

Схема насоса

Рис. 6.7.3

Схема насосов центробежного насоса.

Таблицы насосов неоценимы для выбора насоса для конкретного применения. Для выбора правильного насоса необходимы три кривые.

  • Расход и напор, кривая QH
  • Требуемая мощность двигателя, кВт
  • NPSH (чистый положительный напор на всасывании)

Графики составлены на основе испытаний с водой.Если необходимо перекачивать жидкости с другими физическими свойствами, данные в таблице необходимо пересчитать.
Требуемый расход Q обычно известен при выборе насоса. В примере, показанном на рисунке 6.7.3, расход Q составляет 15 м 3 / ч. Требуемый напор обычно должен быть рассчитан. Здесь мы предполагаем 30 м.
Найдите расход по нижней шкале Q. Начните с этой точки и проведите вертикальную линию вверх, пока она не пересечет горизонтальную линию, указывающую требуемый напор, 30 м, по шкале H.Эта точка не соответствует ни одной из кривых QH, указывающих диаметр рабочего колеса. Следует выбрать ближайший больший размер рабочего колеса, в данном случае 160 мм. В результате напор составит 31 метр столба жидкости.
Следующим шагом будет следовать вертикальной линии 15 м 3 / ч вниз, пока она не пересечет кривую мощности для рабочего колеса 160 мм. Горизонтальная линия слева от перекрестка показывает потребляемую мощность 2,3 кВт. К этой цифре нужно добавить примерно 15% запаса прочности, что в сумме составит около 2.6 кВт. Следовательно, можно использовать двигатель мощностью 3 кВт.
Если насос оснащен двигателем определенного размера, всегда проверяйте, не перегружен ли двигатель. Всегда должен быть запас прочности на перегрузку.
Наконец, вертикальная линия 15 м 3 / ч следует до кривой NPSH справа на верхней диаграмме. По горизонтальной линии справа показано, что требуемое значение NPSH составляет 1 метр.

Напор (давление)

При выборе насоса следует помнить, что напор H на блок-схеме представляет собой напор насоса, когда жидкость течет в насос без высоты всасывания или давления на входе.
Чтобы получить фактическое давление после насоса, необходимо учитывать условия на всасывающей стороне насоса. Если во всасывающей линии есть разрежение, насос должен выполнить часть своей работы до того, как жидкость достигнет его. Тогда давление на выходе будет ниже, чем указано в таблице.
С другой стороны, если всасывающая линия будет затоплена, чтобы создать положительное давление на входе насоса, давление на выходе будет выше, чем указано в таблице.

NPSH (Чистая положительная высота всасывания)

Как упоминалось ранее, при планировании установки насоса важно, чтобы линия всасывания была проложена так, чтобы в насосе не происходило кавитации.Кривая NPSH включена в блок-схемы (рисунок 6.7.3). NPSH насоса — это необходимое избыточное давление выше давления пара жидкости, необходимое для предотвращения кавитации. Это называется NPSH req .

Перед тем, как это можно будет использовать, необходимо рассчитать доступный NPSH всасывающей линии в преобладающих рабочих условиях. Это значение, NPSH av , должно быть равно или превышать требуемое значение NPSH, которое указано в таблице.

Следующая формула используется для расчета NPSH av в системе:
p a = давление в барах абс. На поверхности жидкости
p v = давление пара в барах абс.
d r = относительная плотность
ч с = статическая высота всасывания в метрах столба жидкости
ч фс = падение давления в линии всасывания, метров столба жидкости

Формула 6.7.1

Обратите внимание, что h s отрицательно для высоты всасывания и положительно для давления на входе.

Уплотнения вала

Уплотнение вала часто является наиболее чувствительным элементом в насосе, поскольку оно должно обеспечивать уплотнение между вращающейся частью, рабочим колесом или валом и неподвижной частью, корпусом насоса. Обычно используется механическое уплотнение.
Вращающееся уплотнительное кольцо имеет притертую уплотнительную поверхность, которая вращается относительно притертой неподвижного уплотнительного кольца. Между уплотнительными поверхностями образуется жидкая пленка.Пленка смазывает уплотнение и предотвращает прямой контакт между двумя уплотнительными кольцами. Это означает минимальный износ и долгий срок службы уплотнения. Если насос работает всухую, пленка смазочной жидкости в уплотнении разрушается, а износ уплотнительных колец увеличивается.
Торцевое уплотнение обычно сбалансировано. Это означает, что он нечувствителен к давлению в насосе. Санитарное механическое уплотнение не требует регулировки и не вызывает износа вала. Доступен в одинарной или промывной версии.

Одинарное торцевое уплотнение вала

Одинарное торцевое уплотнение, рисунок 6.7.4, входят в стандартную комплектацию большинства санитарных насосов для молочной промышленности.
В механическом уплотнении неподвижное уплотнительное кольцо крепится к задней пластине корпуса насоса. Вращающееся кольцо может быть установлено внутри или снаружи насоса и уплотнено уплотнительным кольцом. Вращающееся кольцо может перемещаться по валу и прижимается к неподвижному кольцу пружиной.

Рис 6.7.4

Одинарное торцевое уплотнение вала.

  1. Вал
  2. Кольцо стационарное
  3. Вращающееся кольцо
  4. Задняя панель
  5. Рабочее колесо
Промытое уплотнение вала

Промытое уплотнение, рисунок 6.7.5, состоит из двух уплотнений. Вода или пар циркулирует через пространство между двумя уплотнениями, чтобы охладить или очистить уплотнения или создать барьер между продуктом и атмосферой.
Промытое уплотнение вала рекомендуется для следующих применений:

  • С барьерным паром для перекачивания стерилизованных продуктов, когда необходимо избегать повторного заражения.
  • Промывка водой для перекачивания липких растворов или кристаллизующихся продуктов, например растворов сахара.
  • Водяное охлаждение уплотнения, когда на валу в месте уплотнения может оседать материал и пригорать из-за более высокой температуры на поверхностях уплотнения.Примером может служить подкачивающий насос в пастеризаторах.
  • Водный барьер для предотвращения попадания воздуха в продукт при перекачке с очень низким давлением на входе, например, . из вакуумного сосуда.

Давление пара в барьере не должно превышать атмосферное давление при 100 ° C, так как в этом случае пар может стать сухим. Это приведет к сухому ходу уплотнения и повреждению уплотнительных поверхностей. Подача пара и воды регулируется на входе в уплотнение, и в выходной трубе не должно быть препятствий.Шлагбаум всегда запитывается через нижнее соединение.

Рис 6.7.5

Торцевое уплотнение вала с промывкой.

  1. Вал
  2. Кольцо стационарное
  3. Вращающееся кольцо
  4. Задняя панель
  5. Рабочее колесо
Двойное механическое уплотнение вала

Двойное механическое уплотнение, рис. 6.7.6, аналогично промытому уплотнению. Однако манжетное уплотнение заменяется неподвижным / вращающимся устройством уплотнения, аналогичным одинарному уплотнению и первичным уплотняющим частям промытого и двойного механического уплотнения — отсюда и название «двойное механическое».
Двойное механическое уплотнение может использоваться вместо промываемого уплотнения и рекомендуется для следующих применений:

  • В качестве парового барьера для перекачивания стерилизованных продуктов во избежание возможного загрязнения
  • Для очистки абразивных продуктов, которые могут повредить устройство манжетного уплотнения
  • Для работы с агрессивными промывочными жидкостями, такими как те, которые используются в некоторых фармацевтических или химических процессах, поскольку они могут повредить устройство манжетного уплотнения
  • В качестве промывочного барьера под высоким давлением (до 5 бар), если устройство манжетного уплотнения не подходит

Рис 6.7,6

Двойное механическое уплотнение вала с промывочной средой.

  1. Вал
  2. Кольцо стационарное
  3. Вращающееся кольцо
  4. Задняя панель
  5. Рабочее колесо
Внутреннее уплотнение вала

Большинство насосов имеют внешние уплотнения вала, так как конструкция проста и является оптимальным решением с гигиенической точки зрения. Внешнее уплотнение подходит для большинства применений.
Для внешнего уплотнения обрабатываемый продукт находится внутри уплотнения, и давление продукта вытесняет продукт между поверхностями уплотнения.Это означает, что внешнее уплотнение имеет ограничение в отношении максимального давления продукта, обычно 10 бар.
Следовательно, многоступенчатые центробежные насосы высокого давления на входе требуют внутреннего уплотнения вала.
Для внутреннего уплотнения обрабатываемый продукт находится снаружи, окружая уплотнение. Этот принцип вместе с прочными деталями уплотнения означает, что внутреннее уплотнение может выдерживать давление на входе до 40 бар, см. Рис. 6.7.7.
Внутреннее уплотнение доступно как одинарное, так и промытое.Обращение с промытым уплотнением и его пригодность такие же, как и с внешним промытым уплотнением.

Рис. 6.7.7

Внутреннее уплотнение вала.

  1. Вал
  2. Кольцо стационарное
  3. Вращающееся кольцо
  4. Задняя панель
  5. Рабочее колесо
Материал для уплотнений вала

Обычно используется комбинация материалов: углерод для вращающегося уплотнительного кольца и нержавеющая сталь для неподвижного кольца. Лучшая комбинация — карбид кремния против углерода.Для абразивных жидкостей рекомендуются уплотнения с очень твердыми поверхностями. Карбид кремния против карбида кремния обычно используется для таких применений.

Центробежные насосы

Принцип нагнетания

Жидкость, поступающая в насос, направляется к центру (проушине) рабочего колеса и приводится в круговое движение лопастями рабочего колеса, как показано на рисунке 6.7.8. В результате центробежной силы и движения рабочего колеса жидкость покидает рабочее колесо с более высоким давлением и скоростью, чем у проушины рабочего колеса.Скорость частично преобразуется в давление в корпусе насоса перед тем, как жидкость покидает насос через выпускное соединение.
Лопатки рабочего колеса образуют каналы в насосе. Лопатки обычно загнуты назад, но в небольших насосах могут быть прямыми.

Рис. 6.7.8

Принцип потока в центробежном насосе.

Типы центробежных насосов

Доступны различные типы центробежных насосов в зависимости от требований применения.

Эти типы:

  • Стандартный центробежный насос
  • Центробежный насос высокого давления на входе
  • Многоступенчатый центробежный насос
  • Самовсасывающий центробежный насос
Стандартный центробежный насос

Это самый дешевый и наиболее часто используемый центробежный насос насос, так как он подходит для большинства невязких сред.
Стандартный насос имеет некоторые ограничения в отношении высокого давления на входе и в системе, а также приложений с аэрацией. В этих случаях следует использовать центробежные насосы других типов.

Центробежный насос высокого давления на входе

Этот насос специально разработан для применений с высокими требованиями к давлению на входе, таких как системы фильтрации.
Специальными деталями в этом насосе являются специализированный двигатель, толстостенный корпус насоса, толстая задняя пластина и гигиеническое внутреннее механическое уплотнение вала, способное выдерживать высокое давление на входе, рис. 6.7.9.

Рис. 6.7.9

Центробежный насос адаптирован для высокого давления на входе.

Многоступенчатый центробежный насос

Этот насос специально разработан для требований высокого давления на выходе при относительно низкой производительности. Насосы этого типа обычно используются в качестве подкачивающих насосов.
Насос состоит из нескольких ступеней и работает так же, как несколько последовательно соединенных насосов.
Специальная конструкция насоса включает несколько рабочих колес и промежуточных кожухов, толстую заднюю пластину и гигиеническое внутреннее механическое уплотнение вала, рис. 6.7.10.
Двигатель бывает стандартного или специального назначения, в зависимости от уровня давления на входе.

Рис. 6.7.10

Многоступенчатый центробежный насос для высокого давления на выходе.

Самовсасывающий центробежный насос

Этот самовсасывающий насос специально разработан для вентилируемых систем, таких как системы возврата CIP.
Насос представляет собой стандартный центробежный насос, укомплектованный баком, двумя обратными клапанами и тройником.
Если он перекачивает только жидкости, насос работает как обычный центробежный насос.Однако, если воздух / газы попадут в насос, специальная конструкция резервуара / обратного клапана создаст вакуум и отделяет и выталкивает воздух / газы через выпускной патрубок насоса, пока не останутся только жидкости. После этого насос возобновит работу как обычный центробежный насос.

Рис. 6.7.11

Самовсасывающий насос с баком и клапанами.

Применение центробежных насосов

Центробежный насос является наиболее часто используемым насосом в молочной промышленности, и его следует выбирать, если он подходит для рассматриваемого применения.Причина этого в том, что центробежный насос обычно дешевле в приобретении, эксплуатации и обслуживании, а также является наиболее адаптируемым насосом для различных условий эксплуатации.
Центробежный насос может использоваться для перекачивания всех жидкостей с относительно низкой вязкостью, не требующих особо бережного обращения. Его также можно использовать для жидкостей, содержащих относительно крупные частицы, при условии, конечно, что размер частиц не превышает размеров канала рабочего колеса.
Недостаток центробежного насоса в том, что он не может перекачивать газированные жидкости; он теряет заливку и прекращает подачу.Затем его необходимо остановить и залить — заполнить жидкостью — и снова запустить, прежде чем он сможет продолжить перекачивание. Следовательно, центробежный насос не является самовсасывающим, и линия всасывания и корпус насоса должны быть заполнены жидкостью, прежде чем он сможет работать. Поэтому установку следует тщательно спланировать.

Регулировка расхода

Редко можно выбрать стандартный насос, который точно соответствует требуемой производительности. Следовательно, необходимо произвести некоторую адаптацию:

  • дросселирование — очень гибкое, но неэкономичное
  • уменьшение диаметра рабочего колеса — менее гибкое, но более экономичное
  • регулирование скорости — гибкое и экономичное

Три варианта показаны на рисунке 6 .7.12.

Рис. 6.7.12

Методы регулирования расхода в центробежном насосе.

Дросселирование

Самым простым способом регулирования расхода является установка дроссельного клапана на выпускной линии насоса. После этого можно точно настроить насос на требуемые давление и расход. Это правильный метод, если насос используется при различных давлениях и расходах. Недостатком является то, что дросселирование неэкономично, когда давление и поток постоянны.
Дросселирование может осуществляться с помощью диафрагм в трубе, с помощью ручных или автоматических регулирующих клапанов или с помощью механического регулятора потока, который часто устанавливается в линиях обработки молока.

Уменьшение диаметра рабочего колеса

Кривая насоса ниже максимальной кривой получается путем уменьшения исходного диаметра рабочего колеса D до D 1 (рисунок 6.7.13). Новый диаметр D 1 можно приблизительно определить, проведя прямую линию от точки O на графике через требуемую рабочую точку A до стандартной кривой B для диаметра рабочего колеса D. Определите давление H и необходимое новое давление H 1 . Новый диаметр рабочего колеса D 1 получается по формуле:

Формула 6.7.2

Наиболее экономичная насосная установка получается, если диаметр рабочего колеса уменьшить до диаметра D 1 . На большинстве диаграмм насосов есть кривые для разных диаметров рабочего колеса.

Рис. 6.7.13

Уменьшение расхода при уменьшении диаметра рабочего колеса с D до D 1 .

Регулировка скорости

При изменении скорости изменяется центробежная сила, создаваемая рабочим колесом. Давление и производительность также изменятся — вверх для более высокой скорости и вниз для более низкой.
Регулировка скорости — самый эффективный способ регулирования насоса. Скорость рабочего колеса всегда точно соответствует производительности насоса, а, следовательно, и потребляемой мощности и обработке жидкости.
Преобразователь частоты может использоваться вместе со стандартными трехфазными двигателями. Они доступны для ручного или автоматического управления расходом и давлением.

Насосы для 60 Гц

Большинство центробежных насосов рассчитаны на 50 Гц, что означает 3000 об / мин (оборотов в минуту) для двухполюсного двигателя.В некоторых странах блоки питания работают с частотой 60 Гц, что означает, что скорость увеличивается на 20% до 3 600 об / мин. Характеристики насоса для 60 Гц можно получить у производителей насосов.

Напор и давление
Плотность

Напор в метрах столба жидкости не зависит от плотности перекачиваемой жидкости. Однако плотность имеет большое значение для давления нагнетания и потребляемой мощности.
Если насос и вязкость жидкости одинаковы в разных случаях, столб жидкости будет поднят на одинаковую высоту (10 метров в примере), независимо от плотности.Напор насоса в метрах столба жидкости такой же. Однако при изменении плотности — массы жидкости — показания манометра также будут изменяться (рисунок 6.7.14).
Давление насоса в метрах водяного столба получается, если давление в метрах водяного столба умножить на относительную плотность.
Насос должен выполнять больше работы с более тяжелой жидкостью, чем с более легкой. Требуемая мощность изменяется пропорционально плотности. Если в примере A цифра требует 1 кВт, то в примере B потребуется 1.2 кВт, а в примере C всего 0,8 кВт.

Рис.6.7.14

Сравнение жидкого и водяного столба для продуктов с разной плотностью.

Вязкость

Жидкости с более высокой вязкостью создают более высокое сопротивление течению, чем жидкости с более низкой вязкостью. Когда перекачиваются жидкости с более высокой вязкостью, скорость потока и напор снижаются, а потребность в мощности увеличивается из-за повышенного сопротивления потоку в крыльчатке и корпусе насоса.
Центробежные насосы могут работать с жидкостями с относительно высокой вязкостью, но не рекомендуются для вязкости намного выше 500 сП, поскольку потребность в мощности резко возрастает выше этого уровня.

Жидкостно-кольцевые насосы

Жидкостно-кольцевые насосы (рисунки 6.7.15 и 6.7.16) являются самовсасывающими, если корпусы хотя бы наполовину заполнены жидкостью. Затем они могут работать с жидкостями с высоким содержанием газа или воздуха.
Насос состоит из рабочего колеса с прямыми радиальными лопатками (4), вращающимися в корпусе, входа, выхода и приводного двигателя. От впускного отверстия (1) жидкость проходит между лопастями и ускоряется в направлении корпуса насоса, где она образует жидкостное кольцо с практически той же скоростью вращения, что и рабочее колесо.
В стенке кожуха имеется канал. Он неглубокий в точке (2) и постепенно становится глубже и шире по мере приближения к точке (3), а затем постепенно снова становится мелким в точке (6). Поскольку жидкость транспортируется лопатками, канал также заполняется, увеличивая объем, доступный для жидкости между лопатками. Это приводит к возникновению вакуума в центре, что приводит к втягиванию большего количества жидкости в пространство из линии всасывания.
Глубокий канал (3) пройден, объем между лопатками уменьшается по мере того, как канал становится мельче.Это постепенно выталкивает жидкость к центру и увеличивает давление, и жидкость выходит через порт (7) к выпускному отверстию (5) насоса.
Воздух во всасывающем трубопроводе перекачивается так же, как и жидкость.

Рис. 6.7.15

Жидкокольцевой насос.

Рис. 6.7.16

Принцип работы самовсасывающего жидкостно-кольцевого насоса.

  1. Всасывающий трубопровод
  2. Канал мелкий
  3. Глубокий канал
  4. Радиальные лопатки
  5. Выход насоса
  6. Канал мелкий
  7. Порт нагнетания
Применения

Жидкостно-кольцевые насосы для молочной промышленности используются там, где в продукте содержится большое количество воздуха или газа, и поэтому центробежные насосы не могут использоваться.Зазоры между рабочим колесом и корпусом небольшие, поэтому этот тип насоса не подходит для работы с абразивными продуктами.
Обычно используется в качестве возвратного насоса CIP для очищающего раствора после резервуара, поскольку раствор CIP обычно содержит большое количество воздуха.

Поршневые насосы

Принцип нагнетания

Эта группа насосов работает по принципу вытеснения. Они делятся на две основные категории: роторные насосы и поршневые насосы.Каждая категория включает несколько типов.
Принцип поршневого насоса прямого вытеснения заключается в том, что за каждый оборот или каждое возвратно-поступательное движение перекачивается определенное количество жидкости нетто, независимо от манометрического напора H.
Однако при более низких вязкостях может наблюдаться проскальзывание (внутренняя утечка ) по мере увеличения давления. Это уменьшит расход на оборот или ход. Скольжение уменьшается с увеличением вязкости.
Дросселирование выпускного отверстия поршневого насоса прямого действия приведет к значительному увеличению давления.Поэтому важно, чтобы:

  1. Ни один клапан после насоса не мог быть закрыт
  2. Насос оснащен предохранительным клапаном, встроенным в насос или как байпасный клапан.
Регулировка расхода

Расход поршневого насоса прямого вытеснения обычно регулируется путем регулирования скорости. Еще одна возможность — регулировка хода поршневого насоса.

Размеры и длина труб

При перекачивании высоковязких продуктов необходимо соблюдать особую осторожность при выборе размеров трубопроводов.Затем насосы должны быть размещены рядом с резервуаром для подаваемого продукта, а размеры труб должны быть большими. В противном случае перепад давления будет настолько высоким, что в насосе возникнет кавитация.
То же относится и к выпускной стороне. Давление будет очень высоким, если трубы длинные и узкие.

Насосы с кулачковым ротором

Насос с кулачковым ротором (рисунок 6.7.17) имеет два ротора, обычно с 2–4 кулачками каждый. При вращении роторов на входе создается вакуум. Этот вакуум втягивает жидкость в насос.Затем он перемещается по периферии корпуса насоса к выпускному отверстию. Там объем уменьшается, и жидкость вытесняется через выпускное отверстие. Ход событий показан на рисунке 6.7.18.
Роторы независимо приводятся в движение синхронизирующим механизмом в задней части насоса. Роторы не касаются друг друга или корпуса насоса, но зазоры между всеми частями в насосе очень узкие.

Рис. 6.7.17

Насос прямого вытеснения роторно-лопастного типа с мотор-редуктором, смонтированным на раме.

Рис. 6.7.18

Принцип работы насоса с кулачковым ротором.

Применения

Этот тип насоса имеет 100% объемный КПД (отсутствие проскальзывания), когда вязкость превышает примерно 300 сП. Благодаря гигиеничной конструкции и бережному обращению с продуктом этот тип насоса широко используется для перекачивания сливок с высоким содержанием жира, кисломолочных продуктов, смесей творога / сыворотки и т. Д.

Эксцентрико-винтовые насосы

Этот насос более плотный, чем лопастной роторный насос для продуктов с более низкой вязкостью.Он не считается таким гигиеничным, как роторный насос, но обеспечивает бережное обращение с перекачиваемым продуктом. Область применения такая же, как и у кулачкового насоса.
Эксцентрико-винтовой насос (рисунок 6.7.19) не может работать всухую даже в течение нескольких секунд без повреждения.

Рис. 6.7.19

Эксцентрико-винтовой насос

Поршневые насосы

Поршневой насос обычно имеет 1, 2, 3 или 5 поршней, рисунок 6.7.20. Вращающийся коленчатый вал перемещает поршни вперед и назад через шток поршня.Обратные клапаны со стороны всасывания и нагнетания регулируют поток в правильном направлении.
5-поршневой насос дает менее пульсирующий поток, чем 3-поршневой.
Поршневые насосы обычно используются, когда требуется высокое давление и низкое потребление энергии. Гомогенизатор высокого давления представляет собой пример поршневого насоса, за которым следует гомогенизирующее устройство.
Объемный КПД также близок к 100% при низкой вязкости и меняющемся противодавлении. Таким образом, поршневой насос можно использовать в качестве точного дозирующего насоса.Производительность пропорциональна частоте вращения коленчатого вала.
Для дозирования можно использовать поршневой насос особого типа. Производительность каждого поршня регулируется длиной хода. Этот тип насоса используется, когда несколько различных компонентов смешиваются в заданных пропорциях. Каждый поршень обрабатывает один компонент.

Мембранные насосы

Пневматические диафрагменные насосы, один из которых показан на рис. 6.7.21, используются для щадящей обработки продукта. Имеются пульсации давления на выходе, и производительность будет меняться с изменением давления продукта, так как давление воздуха постоянно.Поэтому эти насосы в основном используются для транспортировки продуктов и не очень часто используются в самих процессах.
Мембранные насосы с механическим приводом часто используются в качестве насосов-дозаторов.

Рис. 6.7.21

Диафрагменный насос.

  1. Шаровой кран открыт во время всасывания
  2. Всасывающая диафрагма
  3. Насосная диафрагма
  4. Кран шаровой закрытый
Принцип работы

Мембранные насосы — это поршневые насосы двустороннего действия с двумя чередующимися насосными камерами.Сжатый воздух, необходимый для приведения в действие агрегата, поступает через регулирующий клапан к задней части каждой диафрагмы по очереди. Это вытесняет среду из альтернативных насосных камер.
Мембрана имеет дополнительную функцию отделения перекачиваемого продукта от сжатого воздуха. Поскольку во время каждого хода в камере сжатого воздуха и насосной камере одинаковое давление, сами диафрагмы не подвергаются перепадам давления. Это одна из причин долгого срока службы диафрагм.
Вакуум создается за счет втягивания диафрагмы, и перекачиваемый продукт течет в камеру. Объем в противоположной камере одновременно уменьшается, и продукт выпускается через выходной обратный клапан.
Две диафрагмы соединены общим штоком поршня, поэтому всасывание всегда происходит в одной камере, а продукт выгружается из другой. Сжатый воздух служит двойной цели на каждой фазе: собственно процесс выпуска и всасывание дополнительной транспортируемой среды.

Перистальтические насосы (шланговые насосы)

Этот тип насоса (рисунок 6.7.22) может использоваться как для транспортировки, так и для относительно точного дозирования продуктов.
Ротор вращается в заполненном смазкой корпусе насоса и сжимает шланг роликами. Сторона всасывания и нагнетания герметично изолированы друг от друга.
Во время вращения среда (жидкость или газ) внутри шланга перемещается к нижнему выходному патрубку. Это создает разрежение на стороне всасывания, и продукт всасывается в насос.Насос самовсасывающий и поэтому подходит для опорожнения бочек с концентратами сока и безводным молочным жиром (AMF).
Объем между роликами равен половине объема, транспортируемого за один оборот. Это количество постоянно подается к выпускному патрубку во время вращения, в то время как такое же количество всасывается на стороне всасывания.

Рис.6.7.22

Последовательность откачки перистальтического насоса.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *