Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Вихревые и центробежно-вихревые насосы. Принцип действия вихревых насосов основан на передаче механической энергии двигателя от лопасти рабочего колеса к потоку перекачиваемой жидкости. Перекачиваемая жидкость из входного патрубка через концентрический канал, выполненный в корпусе и его крышке, попадает в межлопастный канал рабочего колеса. При вращении колеса жидкость под действием центробежной силы движется вдоль лопатки к периферии и с большой скоростью поступает в кольцевой канал, в котором динамическая скорость потока преобразуется в энергию давления (напор), более высокого, чем давление в последующем межлопастном канале. За счет разности давлений жидкость поступает в следующее межлопастное пространство, получает приращение энергии и выбрасывается в кольцевой канал. За один оборот рабочего колеса указанный цикл повторяется многократно. В результате чего напор вихревого насоса в 1,5 — 2 раза больше, чем центробежного, при равных диаметрах рабочего колеса и частоте вращения.

Насосы ВК, ВКС, ВКО (ГОСТ 10392—80) предназначены для подачи воды и других жидкостей, в том числе химически активных, в которых коррозионная стойкость материалов насоса не ниже 5 баллов. Перекачиваемые жидкости плотностью 1000 кг/м3 с температурой от —40 до + 105°С, с содержанием твердых включений размерами до 0,05 мм, не превышающим 0,01% по массе, не должны содержать абразивных вклю чений. Подача насоса составляет 1 — 10 л/с, напор — 16—45 м, максимальная величина самовсасывания — 4 м. Насосы ВК изготовляются из чугуна, бронзы и нержавеющей стали, ВКС — из чугуна и бронзы, ВКО — из чугуна.

Рабочее колесо насоса представляет собой диск с радиально расположенными лопатками, число лопаток достигает 48—50 шт., в диске высверлены отверстия для разгрузки рабочего колеса от осевых сил. В верхней части корпуса насоса расположены входной и выходной патрубки, сообщающиеся с проточной частью насоса — кольцевым каналом постоянного сечения. Всасывающая и напорные части канала разделены перемычкой (отсекателем). Ротор вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода. Допускается и противоположное вращение   рабочего   колеса,   но   в   этом случае меняется назначение патрубков, т. е. к входному надо присоединять напорный трубопровод, а к напорному патрубку—всасывающий.

Для предотвращения протечек перекачиваемой жидкости в окружающую среду в корпусе насоса расположен сальник с набивкой из пропитанной текстильной ленты. В насосах, выполненных из бронзы и нержавеющей стали, набивкой служит асбестовый и асбестохризотиловый шнур. Под сальником в кронштейне предусмотрено отверстие для подсоединения трубки, отводящей жидкость. Для обеспечения самовсасывания у насосов ВКС на выходном патрубке устанавливают напорный колпак

Насосы ВКО снабжены крышкой обогревания (охлаждения), которая образует с крышкой корпуса одну камеру, и диском обогревания (охлаждения), образующим с задней стенкой корпуса вторую камеру. Через отверстие в крышке обогревания подается пар (с температурой не более 160°С, давлением не более 0,49 МПа), который с помощью соединительной трубы переводится в другую камеру корпуса, в затем отводится в теплообменник. Охлаждающая жидкость (с температурой не ниже —40°С) подается в обратном порядке — от камеры корпуса к камере крышки и далее в теплообменник.

В настоящее время вихревые насосы находят применение в системах водоснабжения, когда требуется большой напор при малых подачах. Кроме того, они широко применяются для перекачивания смеси жидкостей и газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, кислот, щелочей и других агрессивных реагентов.

Вихревые насосы имеют следующие преимущества, благодаря самовсасывающей способности не нужно устанавливать приемный клапан, что значительно упрощает схему и уменьшает потери во всасывающем трубопроводе; упрощается и повышается надежность эксплуатации насосной установки; насос имеет малую подачу при достаточно высоком напоре; насосная установка компактна.

Недостатки этих насосов заключаются в низком КПД и в непригодности для перекачивания жидкостей, содержащих абразивные примеси. Характеристика Q — Н вихревых насосов крутопадающая — небольшая область оптимальной работы насоса

Мощность насоса увеличивается с уменьшением подачи и достигает максимума при закрытой задвижке, превышая мощность при максимальном КПД в 2,5—3 раза, поэтому не рекомендуется запускать вихревые насосы при закрытой задвижке.

В центробежно-вихревых насосах имеются два рабочих колеса центробежное и вихревое: жидкость поступает   в   центробежное   колесо, которое создает подпор у вихревого колеса.

Насосы для химически агрессивных жидкостей. Центробежные насосы типа X* (химические), горизонтальные, консольные, одноступенчатые, с рабочим колесом одностороннего входа жидкости предназначены для перекачивания агрессивных жидкостей плотностью 1300—1850 кг/м"1, с температурой от —40 до +80 °С, без содержания взвешенных частиц или с содержанием твердых включений размерами до 0,2 мм, не превышающим 0,2% по массе. Насосы можно устанавливать как в закрытых помещениях, так и на открытых площадках. Такие насосы применяют в системах очистки питьевой воды и водоподготовки для перекачивания коагулянта (сульфата алюминия), хлорной извести, регенерационных кислот, растворов и других коррозионных жидкостей. В канализационных системах эти насосы применяют для перекачивания агрессивных сточных вод промышленных предприятий.

Выпускаются насосы типа X в шести различных исполнениях, в зависимости от материала деталей проточной части: углеродистая сталь (А), хромистая сталь (Д), хромони-келевая сталь (К), хромоникельмо-либденовая сталь (Е), хромоникель-молибденмедистая сталь (И),ферро-силид (Л).

Исполнение насоса выбирают исходя из коррозионной стойкости материала деталей проточной части и перекачиваемой жидкости (на водопроводно-канализационных сооружениях применяют обычно насосы исполнения К). Центробежные насосы типа X выпускаются с мягким сальником и торцовым уплотнением, а также с мягким сальником и стояночным уплотнением. Поле работы насоса может быть расширено обточкой рабочего колеса по диаметру.

При эксплуатации насосов типа X необходимо  помнить  о следующем:

при пуске корпус насоса и всасывающий трубопровод должны быть заполнены жидкостью;

пуск насоса следует производить только при закрытой напорной задвижке;

во избежание нагревания жидкости в корпусе насос может работать при закрытой напорной задвижке не более 2—3 мин;

нельзя производить пуск насоса при закрытой или неполностью открытой задвижке на всасывающем трубопроводе.

Рабочее колесо насоса может быть изготовлено с разгрузочными отверстиями или с закрытым импеллером, диаметр которого равен диаметру рабочего колеса или больше него (у насосов со стояночным уплотнением). Рабочее колесо и тип уплотнения вала выбирают в зависимости от давления на входе в насос.

Для образования гидрозатвора, а также для смазки и охлаждения сальника с мягкой набивкой в него подается 30—50 л затворной жидкости в 1 ч под давлением, превышающим давление всасывания на 0,1 МПа. В качестве затворной жидкости можно применять любую нейтральную нетоксичную жидкость с температурой не более 50°С без механических взвешенных частиц. Просачивание затворной жидкости в рабочую допускается в размере не более 20—30 л в 1 ч.

При перекачивании агрессивных, токсичных, дорогостоящих и других жидкостей, утечка и разбавление которых недопустимы или нежелательны, следует применять торцовое уплотнение. У насосов со стояночным уплотнением вал насоса свободно перемещается в осевом направлении и вращается в роликовом и шариковом подшипниках качения

Стояночное уплотнение состоит из сальника ( 5.22) и импеллера. Когда насос не работает, конусная часть ступицы рабочего колеса под действием возвратной пружины плотно прижата к сальниковой набивке. При включении насоса начинает работать импеллер и центробежный регулятор, который преодолевает силу возвратной пружины и смещает ротор в осевом направлении — в сторону всасывания. Между конусной частью защитной втулки и сальниковой набивкой образуется зазор до 0,5 мм. Импеллер создает разрежение в предсальниковой камере и тем самым предотвращает утечку жидкости через зазор. Для перекачивания дымящихся или испаряющихся жидкостей насосы со стояночным уплотнением применять нельзя, так как пары могут проникнуть через зазор в помещение.

Насосы типа X с деталями проточной части из металла выпускают с подачей 2,2 — 700 м3/ч при напоре 10—90 м.

Насосы винтовые. Эти насосы предназначены для перекачивания жидкости с содержанием механических примесей до 5% по массе, с вязкостью до 1000 см2/с, с температурой 85°С. Отечественная промышленность изготовляет одновинтовые насосы типа 1В (ГОСТ 18863—73) и трехвинтовые типа ЗВ с подачей от 0,6 до 60 м3/ч при напоре до 250 м.

Рабочими органами у одновинтовых насосов являются однозаход-ный винт и двухзаходная обойма; у трехвинтовых —три двухзаходных винта с циклоидальным зацеплением, которые плотно замкнуты капсульным корпусом. Винты уплотняются между собой в аксиальном направлении. Оба ведомых (прицепных) винта приводятся в действие при вращении ведущего винта, который через эластичную муфту соединен с электродвигателем.

При включении электродвигателя и вращении ведущего винта промежутки   между   ним   и   ведомыми винтами заполняются перекачиваемой жидкостью, которая без сдавливания направляется беспрерывно со стороны всасывания к нагнетательной стороне насоса.

Насосы типов 1В и ЗВ изготовляют с односторонним подводом воды, насосы типа ЗВХ2—с двусторонним подводом воды.

Винтовые насосы преимущественно применяют в химической промышленности, в системах гидропередач, в производстве минеральных масел и т д. Насосы в химическом исполнении, например 1В6/10Х, применяют для перекачивания и дозирования коагулянта на водопроводных станциях. Между таким насосом и электродвигателем установлен ручной вариатор, позволяющий регулировать частоту вращения в зависимости от необходимой подачи дозируемого реагента (подача насоса 1,4 — 6 м/ч, напор 40 м).

В настоящее время эти насосы используются в системах автоматического дозирования реагентов

Лабиринтные насосы. По принципу действия лабиринтный насос является вихревым. Проточная часть насоса состоит из спирального корпуса, напорной крышки, гильзы корпуса и рабочего колеса.

Рабочее колесо либиринтного насоса изготовляют в виде цилиндра. На внешней поверхности цилиндра имеются винтовые каналы; на внутренней поверхности гильзы также выполнены винтовые каналы, но противоположного направления. Между неподвижной гильзой корпуса и вращающимся рабочим колесом установлен зазор 0,3—0,4 мм (практически он достигает 0,7 — 0,8 мм) При вращении рабочего колеса относительно корпуса с гребня канала срываются вихри и в результате получающегося обмена количеством движения жидкость увлекается по винтовым каналам корпуса. Всасывающий патрубок (в зависимости от условий монтажа) может быть расположен горизонтально или вертикально в плоскости, перпендикулярной оси насоса.

Лабиринтные насосы выпускают с подачей 0,9—6 л/с при напоре 21 —150 м. Поле работы насоса может быть расширено обточкой рабочего колеса по длине Значение КПД лабиринтных насосов такое же, как у большинства вихревых насосов, однако на их изготовление затрачивается меньше материала по сравнению с вихревыми насосами тех же параметров.

Шнековые насосы. Эти насосы представляют собой вращающийся многозаходный винт, установленный наклонно (под углом от 30 до 45°) в открытом лотке Шнековый насос ( 5 25) состоит из следующих основных элементов: шнека, кожуха, нижней и верхней опор, понижающей передачи, двигателя.

Шнек является рабочим органом, перемещающим жидкость, и представляет собой ротор с приваренными к нему лопастями, изготовленными, как правило, в виде геликоидальных поверхностей Ротор состоит из ступицы и опорных цапф ( 5 26). Ступица изготовляется из толстостенной трубы, а опорные цапфы, предназначенные для установки шнека в подшипниках, выполняются съемными на болтовых соединениях. Число лопастей, определяющих заходность шнека, изменяется от 1 до 5, чем больше число заходов шнека, тем больше его жесткость и равномернее подача насоса. Однако с увеличением числа заходов уменьшается расстояние между смежными лопастями, а следовательно, и проходное сечение, что увеличивает вероятность заклинивания крупных механических взвешенных частиц. Оптимальным и наиболее распространенным является трехза-ходный шнек Защищают шнек от коррозии цинкованием с последующим нанесением многослойного покрытия из эпоксидных смол. В последнее время начали применять более прочную и долговечную антикоррозионную защитную пленку из алюминия, которую наносят газопламенным способом.

Кожух выполняет функцию корпуса насоса и обеспечивает перемещение жидкости в осевом направлении. Кожух шнека устраивается в виде открытого лотка с цилиндрическим днищем и съемным отражателем вместо одной вертикальной стенки. Отражатель устанавливается со стороны подъема уровня жидкости под действием сил вращения и предотвращает обратное ее перетекание вниз по кожуху и переливание через край лотка. Кожух выполняется сборным из металла или железобетона. Внутренние размеры кожуха должны строго соответствовать наружному диаметру шнека с целью обеспечения минимальных зазоров и, следовательно, минимальных объемных потерь.

Нижняя опора воспринимает радиальную составляющую, а верхняя — радиальную и осевую составляющие веса шнека и транспортируемой жидкости Нижняя опора находится в перекачиваемой жидкости, и поэтому во избежание прилипания к ней отбросов, содержащихся в сточной жидкости, а также попадания жидкости в подшипник ей придают обтекаемую форму и сальниковое уплотнение. Смазка нижнего подшипника принудительная с применением масляного насоса; смазка верхнего подшипника консистентная.

Поскольку шнековые насосы работают с небольшой частотой вращения (35 — 114 мин _'), им нужна понижающая передача, в качестве которой используют редукторы. Предпочтение следует отдать приводу мотор-редуктор

Отечественная промышленность не выпускает шнековых насосов. В рамках интеграции производства стран СЭВ шнековые насосы поставляются в нашу страну из ЧССР. Насосы изготовляются 11 типоразмеров с подачей 10— 1600 л/с, напором 2,25 — 5 м (с градацией через 0,25 м)  и КПД 63 — 80%.

Основные достоинства шнековых насосов следующие:

большое проходное сечение, что обеспечивает перекачивание жидкости с крупными включениями (100 мм и более);

возможность исключения решеток для задержания механических примесей, что позволяет отказаться от строительства приемного резервуара, помещения решеток, дробилок, транспортеров и от содержания обслуживающего персонала грабельного отделения;

меньшие затраты энергии на подъем жидкости, более высокий КПД и меньший абразивный износ рабочих органов по сравнению с насосными   установками   типа   СД.

Шнековые насосы находят широкое применение для перекачивания сточных вод и их осадков на небольшую высоту. При высоте подъема жидкости более 5 м применяют двухступенчатую установку насосов.