Файл: Назначение и принцип действтия насосов.docx

КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной энергии:

.

Полезная энергия определяется напором насоса (Н) и полезной подачей (Q). Если водоструйный насос используется для откачивания воды, то полезным является только расход Q, поступающий в подводящую камеру. В этом случае:

.

Подведенная энергия равна:

.

КПД водоструйного насоса будет равно:

.

Действительное значение КПД, достигаемое на практике в подобных условиях, не превышает 0,25 – 0,3.
Если же водоструйный насос используется для водоснабжения или охлаждения, то полезной является суммарная подача , и тогда:

,

а выражение для КПД будет иметь вид:

.

В этом случае КПД выше и может достигать 0,6 – 0,7.

Водоструйный насос по своему устройству весьма прост и доступен к изготовлению в местных условиях.

Для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеет:

• 
  форма сопла;
  
• 
  расстояние от сопла до камеры смешения;
  
• 
  форма камеры смешения;
  
• 
  форма диффузора.
  

Воздушные подъемники

Схема воздушного подъемника представлена на рисунке.



Воздушный подъемник (эрлифт) состоит из:

• 
  приемного бака (1);
  
• 
  воздушной трубы от компрессора (2);
  
• 
  водоподъемной трубы (вертикальной трубы, погружаемой под уровень воды в скважине или в приемном резервуаре) (3);
  
• 
  обсадной трубы скважины (4);
  
• 
  форсунки (5).
  

Работа эрлифта осуществляется следующим образом:

По воздуховоду сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Н_п

---

ниже уровня воды в скважине (резервуаре). Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси значительно меньше плотности воды , в результате чего данная смесь поднимается по трубе над уровнем воды в скважине (резервуаре) на высоту Н.

Из условия равновесия (равенства давления, рассчитанного с внешней и внутренней стороны водоподъемной трубы) имеем:

,

где Н – высота поднятия воды в водоподъемной трубе эрлифта над уровнем воды в скважине (резервуаре);

Н_П – глубина погружения форсунки под уровень воды в скважине (резервуаре).

После сокращения:

.

Отсюда высота подъема воды Н (напор) эрлифта без учета потерь в водоподъемной трубе равна:

.

Высота подъема воды Н (напор) эрлифта с учетом потерь в водоподъемной трубе равна:

.

Подача эрлифта уменьшается:

• 
  при увеличении высоты подъема Н;
  
• 
  при уменьшении расхода сжатого воздуха.
  

При слишком большом расходе воздуха среда в водоподъемной трубе перестает быть однородной, что резко снижает эффективность эрлифта и приводит к уменьшению подачи и напора.

КПД воздушного подъемника не превышает 0,3 – 0,4.

Таким образом, по энергетическим показателям это не очень эффективный способ подъема воды.

Вместе с тем, эрлифты находят применение как в водоснабжении (водозаборные скважины и колодцы), так и в водоотведении (перекачка осадков на станциях очистки сточных вод) .

Достоинства эрлифтов:

• 
  простота устройства и эксплуатации;
  
• 
  отсутствие подвижных частей;
  
• 
  не опасно попадание взвешенных частиц;
  
• 
  удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос.
  

Шнековые насосы

Схема установки шнекового насоса в насосной станции представлена на рисунке:

---

Рис. Шнековая насосная станция

Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью.

Шнек устанавливают наклонно, как правило, в бетонном лотке. Угол наклона шнека принимают 20 – 30⁰, что обычной длине шнека 10 – 15 м обеспечивает высоту подъема 5 – 8 м. Частота вращения шнека 20 – 100 мин^-1 и принимается в зависимости от диаметра шнека.

Для получения такой частоты вращения приводной двигатель соединяют с валом шнека через редуктор или клиноременную передачу.

Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает жесткость. Поэтому при большей подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем самым высоту подъема.

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

6. 
   . СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ
   

ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ С ВОЗВРАТНО- ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ОРГАНА

---

Поршневой насос одностороннего действия

Схема поршневого насоса одностороннего действия представлена на рисунке:


Рис. Поршневой насос одностороннего действия 1 – всасывающий трубопровод; 2 – клапаны; 3 – корпус; 4 – напорный трубопровод; 5 – рабочая камера; 6 – поршень; 7 – шток; 8 – ползун; 9 – шатун; 10 – кривошип

Насос состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим и напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение.

Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.

При ходе поршня вправо в цилиндр всасывается объем жидкости равный:

,

где F – площадь поршня;

S– ход поршня.

При ходе поршня влево этот же объем вытесняется в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания (рабочий).

Теоретическая подача насоса в этом случае составляет:

,

где n – частота вращения кривошипа, мин^-1.

Действительная подача Q меньше теоретической подачи вследствие:

• 
  запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов;
  
• 
  утечек через клапаны;
  
• 
  утечек через сальниковые и поршневые уплотнения;
  
• 
  за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости.
  

Действительная подача равна:

,

где - объемный КПД насоса или коэффициент наполнения, зависящий от размеров насоса и составляющий 0,9 – 0,99.

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако, практически напор ограничивается:

• 
  прочностью отдельных деталей;
  
• 
  мощностью двигателя, приводящего насос в действие.
  

---

За один рабочий ход поршня поршневого насоса одностороннего действия в напорный трубопровод подается объем жидкости равный:

.

Мгновенный расход жидкости, подаваемой насосом равен:

,

где - площадь поршня;

- скорость движения поршня.

Скорость поршня меняется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса.

Таким образом, основными недостатками поршневых насосов одностороннего действия являются:

• 
  прерывистость подачи;
  
• 
  неравномерность подачи.
  

Степень неравномерности подачи определяется отношением максимальной подачи к средней подаче.

Изменение подачи поршневого насоса можно изобразить графически.

Согласно теории кривошипно-шатунных механизмов можно считать, что изменение мгновенной скорости движения поршня во времени с достаточной степенью приближения следует синусоидальному закону:

,

где - радиус кривошипа;

- угловая скорость;

- угол поворота кривошипа, представляющий функцию времени.

Соответственно мгновенная подача насоса равна:

.

Изменение мгновенной подачи поршневого насоса одностороннего действия за время одного оборота кривошипа показано на рисунке:


Рис График подачи поршневого насоса одностороннего действия

Площадь, ограниченная синусоидой и осью абсцисс графика и площадь равновеликого прямоугольника, построенного на отрезке прямой длиной , выражают объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за один оборот кривошипа.

Отношение максимальной подачи к средней подаче (степень неравномерности подачи) будет равно:

---