Размещено на http://www.allbest.ru/

Объёмные насосы

Рабочий процесс объёмных насосов основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. Некоторые виды объёмных насосов:

· Импеллерные насосы -- обеспечивают ламинарный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, и могут использоваться в качестве дозаторов

· Пластинчатые насосы -- обеспечивают равномерное и спокойное всасывание перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования. Могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми. В пластинчатых регулируемых насосах изменение подачи осуществляется за счёт изменения объёма рабочей камеры благодаря изменению эксцентриситета ротора и статора. В качестве регулирующего устройства применяются гидравлические и механические регуляторы.

· Винтовые насосы -- обеспечивают ровный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования

· Поршневые насосы могут создавать весьма высокое давление, плохо работают с абразивными жидкостями, могут использоваться для дозирования

· Перистальтические насосы создают невысокое давление, химически инертны, могут использоваться для дозирования

· Мембранные насосы -- создают невысокое давление, могут использоваться для дозирования

· Импеллерные (ламельные) насосы. Могут быть изготовлены в пищевом, маслобензостойком и кислотощёлочестойком исполнении

Общие свойства объёмных насосов:

· Цикличность рабочего процесса и связанные с ней порционность и пульсации подачи и давления. Подача объёмного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями.

· Герметичность, то есть постоянное отделение напорной гидролинии от всасывающей (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными).

· Самовсасывание, то есть способность объёмных насосов создавать во всасывающей гидролинии вакуум, достаточный для подъёма жидкости вверх во всасывающей гидролинии до уровня расположения насоса(лопастные насосы не являются самовсасывающими).

· Независимость давления, создаваемого в напорной гидролинии, от подачи жидкости насосом

Пластинчатые насосы

Пластинчатая гидромашина (шиберная гидромашина) -- роторная объёмная гидромашина, вытеснителями в которой являются две и более пластин (шиберов). Термин «пластинчатые гидромашины» не следует путать с термином «лопастные гидромашины», поскольку, согласно принятой в настоящее время терминологии, термин «лопастные гидромашины» закреплён за машинами гидродинамического типа.

Рис1. Пластинчатая гидромашина с двумя пластинами.

Такая гидромашина может быть только нерегулируемой, поскольку ротор обязательно должен быть прижат к статору для изоляции друг от друга полостей высокого и низкого давления

Рис2.Пластинчатый насос двукратного действия.

Пластины направлены немного вперёд по направлению вращения ротора для уменьшения изгибающих моментов, действующих на пластины; такая конструктивная особенность позволяет уменьшить вероятность заклинивания пластин и увеличить их максимальный ход, а значит и рабочий объём

Устройство и принцип действия

Изготавливают пластинчатые гидромашины однократного действия и двукратного действия. Известны также гидромашины многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот вала гидромашины процесс всасывания и нагнетания осуществляется один раз, в машинах двукратного действия - два раза.

Пластинчатые насосы могут использоваться в режиме гидромотора только в том случае, если в пространстве под пластинами расположены пружины, осуществляющие прижим пластин к корпусу статора. При отсутствии таких пружин насос не является обратимым.

Принцип работы насоса однократного действия состоит в следующем. При сообщении вращающего момента валу насоса ротор гидромашины приходит во вращение. Под действием центробежной силы (или под действием силы упругости пружин, находящихся под пластинами) пластины прижимаются к корпусу статора, в результате чего образуется две полости, герметично отделённых друг от друга. Объём одной из полостей постепенно увеличивается (в эту полость происходит всасывание), а одновременно с этим объём другой полости постепенно уменьшается (из этой полости осуществляется нагнетание рабочей жидкости).

Рис3. Рисунок, поясняющий принцип работы пластинчатой гидромашины с двумя пластинами

Изменение рабочего объёма в процессе работы возможно осуществлять только в машинах однократного действия. Однако в таких гидромашинах со стороны полости высокого давления на ротор действует постоянная радиальная сила, что приводит к более быстрому износу деталей гидромашины. В машинах двукратного действия полостей высокого давления -- две, и радиальные силы скомпенсированы друг другом.

Изменение рабочего объёма (регулирование гидромашины) осуществляется путём изменения эксцентриситита -- величины смещения оси ротора относительно оси статора.

Пластинчатые гидромашины способны работать при давлениях до 14 МПа, рекомендуемые частоты вращения обычно лежат в пределах 1000--1500 об/мин.

В сравнении с шестерёнными, пластинчатые гидромашины создают более равномерную подачу, а в сравнении с роторно-поршневыми и поршневыми гидромашинами -- дешевле, проще по конструкции и менее требовательны к фильтрации рабочей жидкости.

Пластинчатые гидромашины широко применяются в системах объёмного гидропривода (например, в приводе металлорежущих станков).

Достоинства

· сравнительно низкая пульсация подачи (для насосов) и расхода (для гидромотора);

· достаточно низкий уровень шума;

· принципиальная возможность реализовать регулируемость рабочего объёма;

· хорошие характеристики всасывания (для насоса).

Недостатки

· сложность конструкции и низкая ремонтопригодность;

· довольно низкие рабочие давления.

Винтовой насос

Винтовой или шнековый насос -- насос, в котором создание напора нагнетаемой жидкости осуществляется за счёт вытеснения жидкости одним или несколькими винтовыми металлическими роторами, вращающимся внутри статора соответствующей формы.



Рис4. Внутреннее устройство трёхвинтового насоса

Винтовые насосы являются разновидностью роторно-зубчатых насосов и легко получаются из шестерённых путём уменьшения числа зубьев шестерён и увеличения угла наклона зубьев.

Рис5. Конструкция винтов в двухвинтовом насосе. Жидкость перемещается вдоль оси насоса

Принцип работы

Перекачивание жидкости происходит за счёт перемещения её вдоль оси винта в камере, образованной винтовыми канавками и поверхностью корпуса. Винты, входя винтовыми выступами в канавки смежного винта, создают замкнутое пространство, не позволяя жидкости перемещаться назад.



Рис6. Принцип работы винтового насоса

Область применения

Предназначен для перекачивания жидкостей различной степени вязкости, газа или пара, в том числе и их смесей.

Эти насосы могут работать при давлениях до 30 МПа.

Конструктивные особенности

Для улучшения качества уплотнений и снижения утечек иногда применяется цилиндрический или конический эластичный корпус. В последнем случае конический винт прижимается пружиной, а иногда ещё и давлением перекачиваемой жидкости. Однако насосы с эластичным корпусом способны выдерживать меньшие давления чем насосы с металлическим корпусом. В насосах с коническими винтами можно обойтись жёстким корпусом.

Наиболее распространёнными являются трёхвинтовые насосы.

Преимущества

· равномерная подача жидкости, в отличие от насосов поршневых и плунжерных;

· способность перекачивать смеси из жидкой и твёрдой фаз без повреждения твёрдых включений в жидкости;

· как и другие объёмные насосы, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости;

· возможность получить высокое давление на выходе без множества каскадов нагнетания;

· хорошая сбалансированность механизма и, как следствие, - низкий уровень шума при работе.

Недостатки

· сложность и высокая стоимость изготовления насоса;

· нерегулируемость рабочего объёма;

· так же, как и другие виды объёмных насосов, винтовые нельзя пускать вхолостую без перекачиваемой жидкости, так как в этом случае повышается коэффициент трения деталей насоса и ухудшаются условия охлаждения; в результате насос может перегреться и выйти из строя.

Поршневой насос

Поршневой насос (плунжерный насос) -- один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

Рис.7 Конструктивная схема простейшего поршневого насоса одностороннего действия

В отличие от многих других объёмных насосов, поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения.

Поршневые насосы не следует путать с роторно-поршневыми, к которым относятся, например, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы.

Принцип работы

Принцип работы поршневого насоса (рис. 1) заключается в следующем. При движении поршня вправо в рабочей камере насоса создаётся разрежение, нижний клапан открыт, а верхний клапан закрыт, -- происходит всасывание жидкости. При движении в обратном направлении в рабочей камере создаётся избыточное давление, и уже открыт верхний клапан, а нижний закрыт, -- происходит нагнетание жидкости.

Рис.8 Принцип работы поршня

Одной из разновидностей поршневого насоса является диафрагменный насос.

Борьба с пульсацией

Одним из недостатков поршневых насосов, как и других объёмных насосов, являются пульсации подачи и давления. Пульсации можно уменьшить, расположив несколько поршней в ряд и соединив их с одним валом таким образом, чтобы циклы их работы были сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Другим способом борьбы с пульсацией является использование дифференциальной схемы включения насоса , при которой нагнетание жидкости осуществляется не только во время прямого хода поршня, но и во время обратного хода. Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия. Для борьбы с пульсацией также применяют гидроаккумуляторы, которые в момент наибольшего давления запасают энергию, а в момент спада давления отдают её.

Применение

Поршневые насосы используются с глубокой древности. Известно их применение для целей водоснабжения со II века до нашей эры. В настоящее время поршневые насосы используются в системах водоснабжения, в пищевой и химической промышленности, в быту. Диафрагменные насосы используются, например, в системах подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Перистальтический насос

Перистальтический насос -- насос для перекачки жидкостей, текущих по гибким трубкам. Принцип действия основан на том, что ролики передавливают трубку с жидкостью, и двигаясь вдоль трубки, проталкивают жидкость вперёд. Обычно состоит из гибкой трубки, нескольких роликов, и поверхности (трека), к которой ролики прижимают трубку. Встречаются конструкции и без опорной поверхности, в них трубка пережимается на роликах благодаря её натяжению.

Преимущества

Перистальтические насосы относятся к насосам объемного типа. Уникальный принцип действия не имеет ряда недостатков, свойственных насосам других конструкций.

· Отсутствие контакта металл по металлу

· Среда не оказывает разрушающего влияния на насос; насос не воздействует на среду

· Минимальное время простоя и сервисного обслуживания

· Легкая установка, обслуживание, чистка

· Единственная деталь, подверженная износу -- трубка

· Замена трубки -- менее одной минуты

· Работа всухую

· Точность и неизменность дозирования ± 0,5 %

· Высокое качество измерения: расход пропорционален скорости насоса

· Не наносит ущерба средам, чувствительным к сдвигу

· Низкий уровень шума

Недостатки

Наряду с преимуществами, перистальтические насосы имеют и недостатки к которым можно отнести:

· Ограничение по температуре (обычно до 90С)

· Ограничение по давлению (для трубочного перистальтического насоса максимальное давление 7 бар, для шлангового перистальтического насоса -- 16 бар)

· Имеются ограничения по средам применения. Трубки для высоко агрессивных сред имеют высокую стоимость.

· Значительное падение производительности при работе с вязкими средами

Применение

Благодаря своим преимуществам, перистальтические насосы нашли своё применение в самых различных сферах: медицина, фармацевтика, биотехнологии, дозирование и транспортировка химикатов, водоподготовка и водоочистка, окраска и пигментирование, целлюлозно-бумажное производство, горное дело и обогатительные фабрики, строительство, пивоварение, печатное дело и упаковка, изготовление пищевых продуктов и напитков, молочные заводы, хлебопекарни, работа с приправами и добавками (работа с системами CIP- чистка на месте), текстильная промышленность, производство чистых химикатов, OEM системы: использование индивидуальных решений для установки в существующие системы заказчика. Перистальтические насосы успешно используются при работе с «суровыми» средами, демонстрируя неприхотливость в промышленных условиях. Еще один пример применения перистальтических насосов -- в медицине, где они используются для перекачки крови, поскольку позволяет равномерно прокачивать кровь с малой скоростью, не разрушает клеток крови, позволяет легко обеспечить стерильность.

Конструктивные особенности

По исполнению корпуса перистальтические насосы могут быть моноблочными (Cased pump) и модульными (Close-coupled pump). В моноблочном насосе привод, редуктор и элементы управления находятся внутри одного монолитного корпуса-кожуха, в то время как у модульного насоса модули также соединены между собой, но кожух отсутствует. Производительность насоса зависит от скорости вращения вала и количества роликов. Количество роликов определяет также равномерность потока жидкости. Их количество варьируется от 2 до 8 и выше. Головки перистальтических насосов различают прямого и поворотного типа. В головках прямого типа трубка огибает ротор сверху дугой, в ней ролики прижимают трубку к жёсткому треку сверху. Разновидностью головки прямого типа является головка FlipTop, позволяющая осуществлять замену трубки в течение 1 минуты. В головках поворотного типа трубка огибает ротор по С-образной форме (показано на рисунке). Соответственно ролики прижимают трубку к треку по всей С-образной поверхности прилегания трубки.

История

Хотя некоторые другие типы насосов, в частности, мембранные, более широко известны, перистальтические насосы впервые стали производиться серийно уже с 50-хх годов двадцатого века. Пионерами отрасли были компании ASF Thomas (Германия), Watson-Marlow (Великобритания), Welco (Япония), Brightwell (Канада), которые специализируются на изготовлении перистальтических насосов и по сей день. В то время как принципы работы перистальтического насоса остаются неизменными, элементы конструкции с течением времени видоизменяются и развиваются в лучшую сторону, являясь объектом постоянного технического прогресса. Так, компания Watson-marlow уже в начале XXI века изобрела головку типа Flip-Top с возможностью моментальной замены трубки насоса. Позднее многие производители, такие как Longer разработали свои системы быстрой смены трубки.

Трубки

При выборе перистальтического насоса следует уделять особое внимание материалу трубки, от которого зависит срок службы, а также её внутреннему диаметру, от которого зависит производительность насоса. В перистальтических насосах используются такие материалы трубок, как Биопрен (Bioprene), Марпрен (Marprene), Силикон (Silicone), Неопрен (Neoprene), Флюорел (Fluorel)/ Витон (Viton), Ста-Пьюэ (Sta-Pure), Кем-шуэ (Chem-Sure) и Силикон-Платинум (Pumpsil-D). Трубки могут быть непрерывными, а также могут иметь специальные крепления LoadSure для более жёсткой фиксации их в головке. Для безопасного и быстрого присоединения насосов к системе в перистальтике используются элементы крепежа трубок Tri-Clamp, Cam-and -Groove, SMS и другие.

Мембранный насос

Мембранный насос, диафрагменный насос, диафрагмовый насос -- объёмный насос, рабочий орган которого -- гибкая пластина (диафрагма, мембрана), закреплённая по краям; пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе.

Применение

· химическая промышленность

· нефтехимическая промышленность (перекачивание кислот, щелочей, нефтепродуктов)

· лакокрасочная промышленность (краски, лаки, растворители и др.)

· пищевая промышленность.

Принцип работы

Рис9. Принцип работы мембранного насоса

Сжатый воздух, проникающий за одну из мембран, заставляет её сжиматься и продвигать жидкость в отверстие выхода. В это время вторая мембрана напротив создаёт вакуум, всасывая жидкость. После прохождения импульса пневматический коаксиальный обменник меняет направление сжатого воздуха за вторую мембрану и процесс повторяется с другой стороны. объёмный насос конструкция

Преимущества мембранных насосов

· Надёжная простая конструкция -- отсутствие двигателя и редуктора, нет вращающихся деталей

· В качестве привода -- энергия сжатого воздуха, отсутствие искрообразования, абсолютная безопасность при работе с горючими жидкостями

· Компактные размеры и малый вес

· Универсальность применения насосов -- перекачка воды, вязких жидкостей, жидкостей с твердыми включениями до 12-15 мм в диаметре

· В насосах нет уплотнений и подшипников -- гарантия отсутствия утечек и износа основных деталей

· Простота регулирования производительности от нуля до максимума посредством изменения количества подаваемого воздуха

· Для работы насоса не требуется смазка механизмов и обслуживание

Недостатки мембранных насосов

· Мембрана при работе значительно изгибается, что приводит к её быстрому разрушению.

· Конструкция мембранного насоса предполагает использование клапанов, которые могут выйти из строя при их загрязнении.

Список литературы

1. Пластинчатые насосы и гидромоторы. Зайченко И. З. и Мышлевский Л. М. «Машиностроение», 1970. стр. 229.

2. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч.2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А.А. Шейпака. -- М.: МГИУ, 2003. -- 352 с.

3. Лопастные насосы (центробежные и осевые). Теерминология и буквенные обозначения. М., изд-во АН СССР, 1961.

4. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. -- 2-е изд., перераб. -- М.: Машиностроение, 1982.

5. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб для вузов. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Недра, 1991.

6. Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н. Гидравлические и пневматические системы. - Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ "Станкин", "Янус-К", 2003 г. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru