Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

По предусмотренной ГОСТ 17398—71 классификации насосы трения включают в себя весьма разнообразные как по принципу преобразования энергии, так и по виду рабочих органов механизмы и устройства.

Вихревые насосы. Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую и входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому напор вихревых насосов в 2—4 раза больше,, чем у центробежных, при одном и том же диаметре колеса, т. е. при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, позволяет исполнять вихревые насосы значительно меньших размеров и массы по сравнению с центробежными.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий КПД (0,25—0,5) и быстрый износ их деталей при работе с жидкостями, содержащими взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м3/ч и напор от 15 до 90 м.

Струйные насосы. Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией. Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

Рассмотрим рабочий процесс струйного насоса и найдем соотношения, определяющие его основные параметры, на примере водоструйного насоса (гидроэлеватора), у которого рабочей и перекачиваемой средой является вода.

В водоструйном насосе вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью vc в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения, давление в которой становится меньше атмосферного. Из камеры смешения общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. Постоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу. Напор, развиваемый водоструйным насосом, согласно определению, данному в § 1, представляет собой разность удельных энергий в выходном сечении /// — /// и во входном / — /. Без учета потерь он может быть приравнен приращению энергии на участке между сечениями // — // и / — / камеры смешения.

Используя уравнение Бернулли для этих двух сечений и вводя безразмерные параметры площади поперечного сечения камеры смешения и струи, расход сопла (струи), после ряда преобразований

Действительный напор водоструйного насоса будет, конечно, меньше подсчитанного по уравнению за счет гидравлических потерь в приемной камере, камере смешения и диффузоре. Тем не менее выражение позволяет проанализировать изменение основных параметров водоструйных насосов. Прежде всего оно ясно показывает, что развиваемый насосом напор пропорционален Vc/(2g), т. е. напору Нс, с которым вода подводится к соплу.  Кроме того,   напор   определяется относительной подачей q и   геометрическим   параметром

Водоструйный насос по своему устройству весьма прост и доступен для изготовления в местных условиях. Следует, однако, иметь в виду, что для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеют форма сопла, расстояние от сопла до камеры смешения, форма камеры смешения и диффузора.

Воздушные подъемники. Воздушный подъемник, или как его еще называют эрлифт, состоит из вертикальной трубы, погружаемой под уровень воды в скважине или в приемном резервуаре. Внутри трубы проходит воздуховод, по которому сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Н„ ниже уровня воды в скважине. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси рем значительно меньше плотности воды р, в результате чего смесь поднимается по трубе над уровнем воды в скважине на высоту Я. По принципу сообщающихся сосудов в условиях равновесия

Зависимость между подачей и остальными рабочими параметрами воздушного подъемника можно найти на основе следующих рассуждений.

Что касается КПД воздушного подъемника, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3—0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД установки составляет обычно 0,15—0,2. Таким образом, по энергетическим показателям это не очень эффективный способ подъема воды. В то же время устройство эрлифта чрезвычайно просто, у него нет подвижных частей и поэтому не опасно попадание в него взвешенных частиц. Он достаточно удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос. Воздушный подъемник легко собрать на любом объекте, использовав для подачи воздуха передвижной компрессор. Диаметр водоподъемной трубы легко определить по скорости движения смеси непосредственно над форсункой (2,5—3 м/с) и по скорости излива (6—8 м/с); диаметр воздушной трубы принимают по скорости движения воздуха (5—10 м/с).

Шнековые насосы ( 1.9). Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют с трехзаход-ной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке, выполняемом обычно из бетона. Линейная скорость кромок шнека 2—5 м/с соответствует частоте вращения 20—100 мин-1 в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через редуктор или через клиноременную передачу.

Угол наклона шнека принимают 25—30°, что при обычной длине шнека 10—15 м обеспечивает высоту подъема 5—8 м. Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, а это увеличивает его 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 около 0,7—0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.