Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 0

Как устроен и как работает вихревой насос?!

Классификация

Шестеренчатые насосы различных категорий распространены в химической, пищевой, строительной промышленностях.

Зубчатый насос может подразделяться на виды конструкций, имеются шестерни внешним и внутренним зацеплением. Каждая из систем имеет отличительные стороны, достоинства и недостатки.

Шестеренные насосы с внешним зацеплением

Конструкция агрегата внешнего типа сцепления шестерен подразумевает постоянное соприкосновение деталей. Шестерни на корпусе вала могут быть расположены разным соотношением, имеются три основных типа:

  • шевронная шестерня;
  • цилиндрическая форма с косыми зубьями;
  • прямая цилиндрическая форма зубьев.

Шевронные типы шестерен выдает более гладкий, плавный поток состава на выходе, как и косозубые разновидности. Поэтому большинство выбирает именно такой тип зубьев при покупке, прямая цилиндрическая форма считается устаревшей. Скорость вращения вала у шестеренчатых механизмов малой производительности варьируется от 1700 до 3500 об/мин. Для более производительных, крупногабаритных модификаций допускается скорость около 700 об/мин.

Шестеренный насос с внешним зацеплением

Конструкция, не имеющая внутри зазоров между корпусом и шестернями, позволяет производить модели повышенной мощности. Этот параметр дает возможность широко использовать насосы при различных гидравлических конструкциях. Материалы при изготовлении подбираются в соответствии с коррозийными параметрами деталей. Наиболее часто встречаются конструкции из чугуна с нержавеющими внутренними элементами.

Достоинства и недостатки насосов с внешним зацеплением

Любая система имеет положительные, отрицательные стороны. Для шестеренчатых внешнего зацепления можно выделить следующие преимущества:

  • высокое выходное давление;
  • работа с жидкостями высокой вязкости;
  • перегрузки исключены, за это отвечают подшипники, установленные с двух сторон на каждом валу;
  • различные материалы исполнения позволяют использовать установку со всеми составами;
  • относительно бесшумная работа, возможное сопряжение с дозирующими контроллерами.

Недостатками можно выделить, что не допускается работа без определенной нагрузки, необходимо исключить попадание твердых субстанций во избежание заклинивания и излома привода. Также данные конструкции не применяются к составам низкой вязкости.

Насосы с внутренним зацеплением шестерен

Отличительной чертой шестеренчатых конструкций внутреннего зацепления является работа с материалами различной вязкости. Применяется при нагнетании как легко текущих материалов, так и тягучих жидкостей. Диапазон вязкости варьируется от 1 до 100000 сПз, что делает устройство универсальным. Температурные показатели могут достигать до 400 градусов, что позволяет использовать насосы при горячем или химическом производстве.

Составляющая часть изделия отличается наличием уплотнителя вала, встроенным предохранительным клапаном. Принцип действия состоит в передаче движения по шестерне, передаваемого на вал привода. Между шестернями возможно регулировать зазор, что помогает подбору необходимого режима работы, избегания перегрузок.

Насос с внутренним зацеплением

Основной принцип работы:

  • Через подающую трубку происходит поступление жидкости к полости между шестерней и ротором.
  • Прогон происходит между зубьями шестерней, вставка в виде полукруга обеспечивает защиту от перелива.
  • Проточная часть гидравлического механизма всегда заполнена жидкостью в процессе работы. Вытесняется жидкость путем полностью стыкованных зубьев ротора, которые уплотнены вставками.

Положительные стороны внутренней сцепки

Конструкция внутреннего зацепа зубьев имеет ряд преимуществ, по сравнению с внешним типом устройства с высокой производительностью. Основные из них:

  • одно уплотнение вала, два подвижных элемента имеют преимущество при сервисном обслуживании;
  • перекачка туго вязких материалов;
  • отсутствие пульсаций при работе;
  • предоставление выбора зазора между зубьями, что позволяет работать материалами разной плотности.

Принцип работы насоса с внутренним зацеплением для вязких жидкостей

Недостатками можно отметить низкую производительность шестеренного насоса, повышенную чувствительность к твердым составам. Нахождение подшипника в погружаемой среде может отрицательно сказываться на антикоррозийных свойствах материала.

Технические характеристики

Основными техническими характеристиками насосов являются:

  • рабочий объем, см3 — тот объем жидкости, который вытеснят шестерни за один оборот;
  • подача, л/мин — какой объем жидкости вытеснит насос за единицу времени (производительность насоса);
  • вакуумметрическая высота всасывания, м — характеристика показывает максимальную высоту, на которую можно установить насос относительно уровня жидкости. Если в технических характеристиках указано, что вакуумметрическая высота всасывания составляет 3 метра, то это говорит, что расстояние от уровня жидкости до оси входного отверстия не должна превышать 3 метра. При превышении данного значения насос не будет засасывать жидкость из-за отсутствия разности атмосферного давления  и во всасывающей камере;
  • давлением на выходе;
  • объемный КПД ηо — также его называют коэффициентом подачи) насоса nо – объемные потери (утечки насоса), происходящие из зазоров между частями насоса или уплотнения. Этот параметр не допускает наружных утечек (если они присутствуют, то необходимо провести инспекцию уплотнений). Утечки зависят от зазоров между частями, перепада давления в зазорах, вязкости жидкости. В технической документации вместо вакуумметрической высоты всасывания указывают давление на входе насоса – то разряжение, созданное во всасывающей камере. Отсюда возникают рекомендации о сокращении длины всасывающих трубопроводов при установке насосов: уменьшение длины приводит к уменьшению потерь энергии на всасывание. Поэтому рекомендуют монтировать насосы на гидробаке или целиком погружают в жидкость;
  • гидромеханический КПД ηг.м.— потери из-за сил трения между слоями жидкости, жидкости о стенки трубопровода, движущихся деталей в самом насосе;
  • полный КПД ηп — совокупность объемного и гидромеханического КПД. Зависимость полного КПД от нагрузки не линейная и имеет при определенном давлении оптимальное значение nп.опт
  • номинальная мощность
  • крутящий момент


Зависимость КПД насоса от давления нагрузки

Насос с внешним зацеплением

Электродвигатель вращает вал с ведущей шестернёй. Ведущая шестерня в свою очередь вращает ведомую.

За счёт минимального зазора шестерёнок между собой, а также зубьев шестерён и стенок рабочей полости, при вращении в зоне всасывания, образуется вакуум.

Однако в месте зацепления шестерёнок образуются, так называемые, запертые объемы. Одной из технических проблем в шестерённых насосах является проблема запертых объёмов, которой является нежелательным явлением.

Вследствие малой сжимаемости жидкости, возникновение запертых объёмов в процессе работы насоса, если не предусмотреть меры борьбы с ними, может привести к возникновению большого момента сопротивления.

Производители насосов серьезно относятся к данной проблеме и борются с ней различными методами. Например, между зубьев шестерни просверливается канал для отвода жидкости, через который жидкость попадает обратно в полость всасывания.

Так же устанавливается система поддержания давления в трубопроводе нагнетания.

При падении давления в трубопроводе нагнетания, число оборотов шестерни увеличивается. При увеличении – наоборот уменьшается.

Существуют также насосы, которые способны пропускать вместе с жидкостью довольно крупные примеси.

Вал и подшипники

Какой бы вид колеса  не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

  1. Консольно
  2. Симметрично

Консольное закрепление

При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.   

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс  давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.

Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Устройство осевого насоса.

На рисунке изображен осевой насос типа ОП и обозначено:1 – лопасти; 2 – камера рабочего колеса;3 – лопасти направляющего аппарата; 4 – подвод воды для смазки нижнего подшипника;5,10 – нижняя и верхняя опоры вала; 6 – диффузор;7 – опора верхнего подшипника;8 – уплотнение вала; 9 – шток; 11 – привод механизма;12 – отвод;13 – корпус камеры рабочего колеса;14 – закладное кольцо.

Осевое колесо насоса состоит из втулки с закрепленными на ней профилированными лопастями (число лопастей принимается от 3 до 6). Внутри втулки размещается механизм разворота лопастей, состоящий из рычагов и крестовины, осевое перемещение которой приводит к повороту рычагов и лопастей.

Лопастное колесо размещается с сферической камере, установленной на закладном фундаментном кольце. Вода к рабочему колесу подводится по плавно изогнутому подводу или по камере, которая значительно проще в исполнении.

У малогабаритных насосов с камерным подводом КПД снижается на 2-3%.

К камере на фланцах присоединен корпус насоса, выполненный в виде цилиндрической трубы, изогнутой под углом. Такая форма проточной части обусловливает максимальную конструктивную простоту осевого насоса по сравнению с другими типами лопастных насосов и обеспечивает минимальные габариты насосной установки при больших подачах.

Корпус насоса состоит из диффузора и отвода, направленного у насосов основного исполнения под углом 600, а у малогабаритных насосов под углом 90 °.

На корпусе отвода установлены опора верхнего подшипника и торцевое уплотнение вала. Вал полый, внутри его проходит шток, связывающий привод механизма разворота лопастей с самим механизмом.
Опоры вала (нижний и верхний направляющие подшипники с резиновыми вкладышами) смазываются водой, подаваемой насосом.

Если содержание взвешенных частиц в перекачиваемой жидкости более 50 мг/л, то подшипники изолируют от жидкости манжетами, и вода для смазки подводится по трубам от специального источника.

Расход воды для смазки составляет 0,5 – 2 л/сек, а напор должен быть выше напора, развиваемого насосом, на 7 метров. Осевая сила и вес вращающегося ротора воспринимаются пятой электродвигателя.

Принцип действия осевого насоса.

Принцип действия осевого насоса основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим её потоком. По большому счету по такому же принципу работает и центробежный насос. Общность процессов передачи механической энергии от рабочего колеса к потоку ведет к общей области использования этих двух типов оборудования.

Различие заключается в направлении течения: если в центробежном агрегате поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление, и поэтому создаются условия для работы центробежных сил, а в осевых насосах поток жидкости движется параллельно оси вращения лопастного колеса.

В общем случае центробежно осевой насос состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости образуется разность давлений по обе стороны каждой лопасти, а значит образуется силовое взаимодействие потока с рабочим колесом.

Силы взаимодействия лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательно движение жидкости, тем самым увеличивая ей скорость и давление, заставляя поток жидкости перемещаться по трубопроводу.

Характеристика осевого насоса.

Графическая характеристика осевого насоса несколько отличается от графической характеристики центробежного агрегата.

К особенностям характеристики осевых насосов относят:  крутое падение кривой Q-H и наличие на ней перегиба;  максимальный напор, соответствующей подаче Q=0, примерно в 1,5-2 раза превышает напор при максимальном КПД;  кривая Q-H падает при увеличении подачи;  мощность насоса достигает максимального значения при Q=0.

Исходя из указанных свойств зависимости между подачей, напором и мощностью, пуск осевого насоса производят при открытой задвижке, так как в этом случае при Н=0 он потребляет минимальную мощность.

При невозможности запуска осевого насоса на открытую задвижку необходимо предусмотреть мероприятия регулирования подачи изменением частоты вращения или применением рабочих колес с поворотными лопастями и перепуском жидкости из напорного трубопровода во всасывающий.

Видео про осевой насос.

Осевой насос предназначен для перекачивания воды с температурой не более 35 °С и содержанием взвешенных частиц не более 3000 мг/л.
Осевой насос широко применяется в ирригационных системах, на станциях первого подъема городских и производственных систем водоснабжения, а также на канализационных насосных станциях.

В дополнение к статье «Осевой насос: устройство, принцип работы, область применения.» Вам может быть интересно:

Преимущества и недостатки шестерных насосов

Плюсы эксплуатации:

  • Самые простые по устройству, в результате чего самые дешевые объемные насосы;
  • Очень компактны;
  • Высокая надежность;
  • Минимальные требования к очистке рабочей жидкости;
  • Не нужна смазка, ее роль выполняет рабочая жидкость;

Минусы в работе:

  • Низкий КПД, в большинстве случаев его значение не больше 0,6-0,75, этот показатель является самым маленьким, относительно иных типов;
  • Пульсация рабочей жидкости в нагнетательной линии, в результате чего происходят скачки давления, что производит относительно высокий шум (до 90 дб). Это вызванно конструктивными особенностями зубчатого зацепления.
  • Высока нагрузка на опоры шестерен. Происходит из-за высокой разницы давлений в нагнетательной и всасывающих областях. Приводит к повышенной скорости износа опор, что уменьшает срок эксплуатации устройства.
  • Не рекомендуются к эксплуатации в гидросистемах с высоким давлением. В таких системах насосы подвергаются повышенному износу и быстро выходят из строя.

Функции и месторасположения шестеренного насоса

Являющееся основным элементов гидросистемы трактора шестеренчатое насосное устройство устанавливается на корпусе гидроагрегатов между емкостью для хранения рабочей жидкости и распределителем, регулирующим подачу масла к гидроцилиндрам и выходам гидросистемы.

Насос закрепляется с использованием предохраненных от самостоятельного отвинчивания крепежных элементов и соединяется с трубопроводами всасывающей и напорной магистралей системы с применением фланцевых соединений с уплотнителями.

Создаваемое насосом давление обеспечивает работу гидравлических приводов базовой машины, работающих в трех основных режимах:

  1. Перемещение поршня гидроцилиндра под давлением масла в двух противоположных направлениях.
  2. Его фиксация при заблокированном выходе масла из цилиндра.
  3. Свободное движение поршня при соединении обеих емкостей цилиндра с магистральным трубопроводом системы.

Подаваемая через выходы гидросистемы рабочая жидкость выполняет аналогичные функции при работе гидроцилиндров навесного оборудования, а также приводит в действие рабочие органы агрегированных с трактором устройств, использующие другие принципы работы, в частности, преобразование давления жидкости в различные типы механического движения.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации