Файл: Упоров, Н. Г. Землесосные снаряды и перекачивающие установки учебник.pdf

При выборе режима работы центробежного насоса особенное внимание должно быть уделено характеристике всасывающей лднии. Как указывалось выше, если сопротивление всасывающей ли­ нии превысит допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания, насос прекращает свою работу (происходит срыв вакуума). Однако еще до этого момента возможно создание условий, при которых воз­ никнет явление кавитации. Работа насоса в режиме кавитации не­ допустима. Сущность кавитации заключается в следующем.

Когда абсолютное давление в области входа жидкости на лопат­ ки рабочего колеса ниже давления парообразования (при данной температуре), жидкость быстро вскипает и в ней образуются пу­ зырьки, заполненные паром.

Двигаясь с большой скоростью по проточным каналам рабочего колеса насоса, пузырьки пара попадают в область высокого давле­ ния, где мгновенно конденсируются. Вследствие резкого сокраще­ ния объема пузырьков окружающая их масса жидкости устремляет­ ся с большой скоростью к центру их и происходит местный гидрав­ лический удар большой силы. Если пузырек в момент его конденса­ ции находится на поверхности лопатки или отвода, которые ограни­ чивают поток, то гидравлический удар приходится на эту поверх­ ность и вызывает местное разрушение металла. Кроме того, кави­ тация сопровождается термическими и электромеханическими яв­ лениями, которые еще больше усиливают износ поверхностей лопа­ ток и корпуса насоса.

Возникновение явления кавитации можно определить на слух: при малой кавитации слышится легкое протрескивание в области всасывающей части насоса; при средней — шум в рабочем колесе и корпусе, небольшая вибрация насоса; при сильной кавитации имеют место резкие удары знутри корпуса, большая вибрация всего агре­ гата и, наконец, срыв вакуума.

Ликвидация кавитации, возникающей при пуске насоса при не­ полностью заполненной напорной линии, может быть достигнута пу­ тем частичного закрытия задвижки с целью создать противодавле­ ние и снизить расход, развиваемый насосом. Этого же можно до­ биться, впустив воздух во всасывающую линию на­ соса. Запускать насос, если не заполнена водой напорная линия и откры­ та задвижка, не допу­

скается.

44

вать радиус колен и отводов, не устанавливать на ней клапанов и предохранительных сеток на наконечнике, не допускать работы на­ сосов в перегрузочном режиме.

Если объемная подача одного насоса недостаточна, а подачу системы водоснабжения необходимо увеличить, сохранив при этом напор в ее напорной линии, применяют параллельное включение нескольких насосов в одну напорную линию (рис. 13). Условием нормальной работы насосов в этом случае является соблюдение требования, чтобы развиваемый ими напор был одинаков.

При работе двух или нескольких одинаковых насосов в общую линию средняя объемная подача каждого из них будет меньше, чем объемная подача, которую он мог развить, работая на эту же ли­ нию один. Это снижение подачи объясняется повышением суммар­ ного сопротивления в напорной линии, вызванным увеличением ско­

торных установок.

Если напор, развиваемый одним насосом, недостаточен для пре­ одоления сопротивления водовода, применяют последовательное подключение насосов (рис. 14), т. е. напорный патрубок первого насоса соединяют с всасывающим патрубком второго. При этом следует подбирать насосы с примерно одинаковой производитель­ ностью в оптимальной точке. Причем насос, имеющий большую про­ изводительность, следует устанавливать первым в линии.

При последовательной работе насосов на трубе, соединяющей насосы, следует установить воздухоспускное устройство 4, задвиж­ ку 2 и обратные клапаны 3 за напорным патрубком каждого на­ соса.

§ 14. Конструкция центробежных насосов

Центробежные насосы в зависимости от числа рабочих колес подразделяют на одно-, двух- и многоступенчатые; в зависимости от конструкции всасывающего подвода — с осевым входом и дву­ стороннего входа.

У насосов с осевым входом жидкая среда подводится в направ­ лении оси рабочего колеса (рабочего органа); с двусторонним вхо­

45

дом — жидкая среда подводится к рабочим органам с двух противо­

положных сторон.

По конструкции корпуса центробежные насосы различают с тор­ цевым (секционные) и осевым разъемом.

Центробежный насос состоит из следующих узлов и деталей: проточной части (всасывающий подвод, рабочее колесо и отвод), группы вала, станины, уплотнения всасывающей и напорной части

иузла разгрузки осевых усилий.

Т2

а)

5)

Рис. 15. Схемы всасывающего конического (а) и полу-

спирального (б) подвода центробежного насоса:

1 — всасывающий патрубок, 2 — рабочее колесо

П р о т о ч н а я часть. Всасывающий подвод служит для плав­ ного входа жидкости в рабочее колесо, равномерного распределе­ ния скоростей жидкости по всему сечению входящего потока и дол­ жен иметь минимальные гидравлические сопротивления. Для этого в центробежных насосах, служащих для перекачивания водно-грун­ товых смесей (пульпы), делают осевой односторонний конический подвод (рис. 15, а), а для водяных насосов с одно- и двусторонним подводом жидкости — полуспиральный (рис. 15,6).

Рис. 16. Рабочее колесо центробежного насоса с одно- (а) и двусторонним (б) подводом жидкости:

/ и 3 — передний и задний диски, 2 — ступица, 4 — лопатка

46

Рабочее колесо предназначено для передачи перекачиваемой жидкости энергии двигателя. Колесо насоса с осевым входом со­ стоит из двух дисков, выполненных в виде одной отливки: передне­ го наружного 1 (рис. 16, а) и заднего 3, соединенных лопатками 4. В переднем диске 1 имеется всасывающее отверстие для входа жид­ кости, на заднем диске 3 — ступица 2 с отверстием для посадки ра­ бочего колеса на вал.

Рабочие колеса насосов для перекачивания однородных жидко­ стей имеют 8 и более лопаток, для пульпы (гидросмеси), имеющей крупные включения, ■— 2—4 лопатки.

Рабочее колесо для насоса двустороннего входа жидкости (рис. 16,6) представляет собой как бы два соединенных между со­ бой рабочих колеса, каждое из которых с односторонним подводом и с уменьшенными задними дисками. Такая конструкция обеспечи­ вает вход жидкости с обеих сторон, чем уравновешиваются воз­ никающие осевые усилия.

Лопатки рабочих колес центробежных насосов для перекачива­ ния однородных жидкостей делают более широкими при входе в ра­ бочее колесо, чем на выходе. Тем самым увеличивают скорость вы­ брасываемой колесом жидкости.

Отвод насоса выполняют спиральным, цилиндрическим или с на­ правляющим аппаратом.

а)

Рис. 17. Отводы центробежного насоса:

а — спиральный, б — с направляющим аппаратом; J — рабочее колесо, 2 — отвод с направляющим аппаратом

Спиральный отвод (рис. 17, а) представляет собой канал в кор­ пусе насоса, расположенный по окружности выхода из рабочего колеса. Поперечное сечение (площадь) этого канала от выступа, отделяющего отводящий канал от напорного патрубка, увеличивает­ ся соответственно увеличению количества жидкости, текущей по ка­ налу. Причем средняя скорость жидкости уменьшается по мере ее приближения к концу канала. Окончательно снижается скорость

47

частью вращающегося рабочего колеса имеется зазор, к которому подводится напорная вода. Небольшая величина указанного зазора создает гидравлические сопротивления, препятствующие перетека­ нию больших количеств жидкости из зоны высокого в зону низкого давления. Такая конструкция уплотнения называется щелевой.

Для разобщения зон вакуума или напора от атмосферы в местах выхода вала применяют сальниковое уплотнение (рис. 18, б). В пер­ вом случае оно препятствует проникновению воздуха во всасываю­ щую часть рабочего колеса, а во втором — выходу напорной воды в атмосферу. Сальниковое уплотнение создает плотный контакт между вращающимся валом 7 насоса и пеньковым промасленным шнуром 5, плотно набитым в полость между стенкой корпуса 1 и крышкой 4 сальника, затягиваемой гайками. Для предохранения вала от износа сальниковой набивкой устанавливают защитную втулку 6 и упорное кольцо 8.

У з е л р а з г р у з к и о с е в о г о ус ил ия , которое возникает в результате разности давлений в напорной и вакуумной зонах на­ соса, зависит от конструкции насоса.

В одноступенчатых насосах, имеющих двусторонний вход жидко­ сти, узел разгрузки осевого усилия отсутствует, так как возникаю­ щие при работе осевые силы взаимно уравновешиваются противо­ положным направлением входящих потоков. Случайные осевые нагрузки, которые могут возникнуть от разницы входных диамет­ ров рабочего колеса, в насосах с подачей до 400 м3/ч воспринимают­ ся радиальными подшипниками качения, а с большей подачей — специальным упорным подшипником.

Рис. 19. Схемы разгрузки осевого усилия:

а — противоположной установкой рабочих колес, б — путем устройства отверстий в зад ­ нем диске рабочего колеса, в — посредством гидравлической пяты; / — гидравлическая

В многоступенчатых насосах с горизонтальным разъемом корпуса компенсация осевых усилий происходит за счет особой установ­ ки рабочих колес (рис. 19, а).

В насосах с осевым входом (подводом) для разгрузки осевого усилия применяют или специальные упорные подшипники, или рабо­

чие колеса с двойным уплотнением и отверстиями в заднем диске рабочего колеса (рис. 19,6). Такая конструкция рабочего колеса уравнивает давления в напорной полости у заднего диска и в поло­ сти всасывающего подвода. При этом площадь всех отверстий в диске должна не менее чем в четыре раза превышать площадь кольцевого зазора между уплотнительными кольцами задней стен­ ки отвода и дополнительным приливом заднего диска рабочего

колеса.

Недостатком этой системы разгрузки является снижение к. п. д. насоса на 4—6% из-за дополнительной внутренней циркуляции жидкости из зоны напора в зону разрежения, а также завихрений жидкости при столкновении струй в входной части рабочего колеса.

Для уравновешивания осевых усилий, возникающих в многосту­ пенчатых насосах секционного типа, применяют так называемую гидравлическую пяту (рис. 19, в). Пята 1 закреплена на валу насо­ са за последней ступенью (рабочим колесом 2). Жидкость из пос­ ледней ступени по кольцевому зазору 3 поступает в разгрузочную полость 4, оттуда через торцовый зазор 5 проходит в промежуточ-' ную полость 6, соединенную трубкой 7 с всасывающей частью пер­ вой ступени. Давление в разгрузочной полости значительно превы­ шает давление в промежуточной полости. Перетекающая под влия­ нием разности давлений жидкость поддерживает торцовый зазор между поверхностью втулки 8 и пятой 1, уравновешивая действую­ щее осевое усилие. При увеличении осевого усилия в результате уве­ личения перепада давлений в насосе вал сдвинется влево, торцовый зазор 5 уменьшится, давление в разгрузочной полости повысится и увеличившийся перепад давлений между полостями восстановит торцовый зазор за счет увеличения количества перетекающей через него жидкости.

Гидравлическая пята является саморегулирующим устройством, не требующим упорных подшипников, однако она имеет существен­

резкого снижения противодавления в напорной линии или засоре­ ния трубки 7.

§ 15. Насосы с осевым входом

Насосы с осевым входом могут быть консольного, когда рабочие

уплотнением 11 всасывающей части. Закреплен корпус 3 на стани­ не 5 шпильками.

Рабочее колесо 2 посажено на шпонке на валу 4 и закреплено гайкой 10. Сальниковое уплотнение насоса показано на рис. 18, б. Вал вращается в шарикоподшипниках 6 (см. рис. 20) и 8, запрессо­

Б0