Оборудование для транспортирования жидкостей

Министерство образования и  науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Волгоградский государственный технический университет

(ВолгГТУ)

 

Кафедра «Процессы  и аппараты химических производств»

 

Реферат

По дисциплине: 
«Оборудование химических процессов»

На тему:

«Оборудование для транспортирования жидкостей»

 

 

Выполнила:

ст. гр. ЭиУ – 3.1

Авилова Е.Д.

Проверила:

Доцент

Дулькина  Н.А.

 

 

 

Волгоград 2012

Оглавление

Введение 3

1 КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ 4

2 ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ 5

2.1 Поршневые насосы 5

2.2 Шестеренные насосы 9

2.3 Винтовые насосы 10

2.4 Пластинчатые насосы 11

2.5 Монтежю 12

3 ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ 13

3.1 Центробежные насосы 13

3.2 Осевые (пропеллерные) насосы 16

3.3 Вихревые насосы 17

3.4 Струйные насосы 18

3.5 Воздушные (газовые) подъемники 19

Заключение 21

Список использованных источников 23

 

 

Введение

Применяемые в химической технологии жидкости и газы часто необходимо транспортировать по трубопроводам  как внутри предприятия, так и вне него. Их приходится перемещать по вертикальным и горизонтальным трубопроводам, соединяющим отдельные последовательно расположенные аппараты и установки, а также цехи, склады и различные вспомогательные службы. Энергия (напор, давление), необходимая для перемещения жидкости (создание требуемой скорости потока и преодоление гидравлических сопротивлений), сообщается гидравлическими машинами, носящими название насосов, в которых механическая энергия двигателя преобразуется в энергию транспортируемой жидкости вследствие повышения ее давления.

Широкое использование насосов  в разнообразных рабочих условиях привело к созданию многочисленных типов этих машин, отличающихся по принципу действия, так и конструктивными  особенностями.

 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

По принципу действия насосы подразделяют на объемные и динамические.

В объемных насосах энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. В соответствии с этим по форме движения рабочих органов их подразделяют на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные, диафрагменные) и вращательные, или роторные (шестеренные, винтовые и др.).

В динамических насосах энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес (например, в центробежных и осевых насосах), или сил трения (например, в струйных и вихревых насосах). Поэтому по виду силового действия на жидкость динамические насосы подразделяют на лопастные и насосы трения.

Наиболее распространенными динамическими  насосами являются лопастные. К данному виду насосов относятся центробежные и осевые. Работа этих насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у центробежных и осевых насосов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Большое число конструкций насосов  обусловлено многообразием задач транспортирования жидкостей, встречающихся в химической промышленности. Например, требуемая производительность насоса может в одном случае составлять несколько литров в час (т.е. дм³/ч), а в другом - несколько десятков м³ в 1 с[1].

 

2. ОБЪЕМНЫЕ  НАСОСЫ

1. Поршневые насосы

 Наиболее распространенным типом объемных насосов являются поршневые. Насос состоит из цилиндра 1 (рис. 1), в котором с помощью кривошипно-шатунного механизма движется возвратно-поступательно поршень 2; при движении поршня слева направо (из крайнего левого положения а) в цилиндре возникает разрежение, вследствие чего всасывающий клапан 4 поднимается и жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу 6 поступает в цилиндр 1 и движется за поршнем. Нагнетательный клапан 5 при этом закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе 7. При ходе поршня справа налево (из крайнего правого положения 6) в цилиндре создается избыточное давление, под действием которого закрывается (опускается) всасывающий клапан, а нагнетательный клапан 5 открывается, и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, в рассмотренном насосе за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма (при этом поршень делает два хода - слева направо и справа налево) происходит одно всасывание и одно нагнетание, т.е. процесс перекачивания жидкости таким насосом, который называют насосом простого действия, осуществляется неравномерно.

В зависимости от числа всасываний и нагнетаний за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма или за два хода S поршня (см. рис. 1) поршневые насосы подразделяют на насосы простого и многократного действия. У последних достигается более равномерная подача и более высокая производительность, чем у насосов простого действия. 

1 - Цилиндр; 2 – поршень (S – ход поршня); 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 и 5 – соответственно всасывающий и нагнетательный клапаны; 6,7 - соответственно всасывающий и нагнетательный трубопроводы; а и б – поясняются в тексте.

Рисунок 1 – Горизонтальный поршневой  насос простого действия

 

На рис. 2 показаны некоторые типы конструкций поршней, а на рис. 3 -клапанов поршневых насосов.

1 – поршень; 2 – сменные уплотняющие  кольца; 3 – цилиндр; 4 – шток

Рисунок 2 – Устройство поршня (а) и  конструкции облегченных дисковых поршней – сплошного (б) и составного (в)

А- тарельчатый ( 1 – пружина, 2 –  стержень, 3 – тарелка, 4 – седло), б – откидной ( 1 – крышка, 2 –  сопло, 3 – ограничитель подъема), в  – шаровой ( 1 – клапан, 2 – корпус, 3 – крышка)

Рисунок 3 – Клапаны поршневых  насосов

 

По расположению поршня различают горизонтальные и вертикальные поршневые насосы. В горизонтальных насосах вследствие неравномерного давления поршня на цилиндр (нижняя часть цилиндра испытывает повышенное давление под действием силы тяжести поршня во время его движения) происходит неравномерный износ цилиндра и поршня и, следовательно, более быстрый, чем в вертикальных насосах, их выход из строя.

При работе в условиях высокого давления поршневые насосы требуют сложных  уплотняющих устройств (поршневые  кольца, эластичные манжеты), высокоточной обработки поверхностей поршня и  цилиндра. Поэтому для создания высоких  давлений поршень заменяют полым  или сплошным плунжером (скалкой). В этой связи отметим еще одну классификацию поршневых насосов: в зависимости от конструкции поршня их подразделяют на собственно поршневые и плунжерные (скальчатые).

На рис. 4 представлен плунжерный вертикальный насос простого действия, в котором всасывание и нагнетание жидкости происходят вследствие возвратно-поступательного движения плунжера 2 в цилиндре 1. Уплотнение плунжера осуществляется с помощью сальника 3. В химической промышленности плунжерные насосы распространены более широко, чем поршневые, поскольку требуют менее тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра и проще уплотняются (подтягиванием или заменой набивки 5).

1 – цилиндр, 2 – плунжер, 3 – сальник, 4 и 5 – соответственно всасывающий  и нагнетательный клапаны Рисунок 4 – Плунжерный вертикальный насос простого действия

1 – корпус, 2 – клапаны, 3 – цилиндр, 4 – плунжер, 5 – диафрагма   Рисунок 5 – Диафрагменный (мембранный) насос

По скорости вращения вала кривошипа  поршневые насосы подразделяют на тихоходные (40-60 об/мин), нормальные (60-120 об/мин) и  быстроходные (120-180 об/мин и более).

Разновидностью поршневого насоса простого действия является диафрагменный (мембранный) насос (рис. 5), который применяют для перекачивания загрязненных и химически агрессивных жидкостей. В этом насосе цилиндр 3 и плунжер 4 отделены от перекачиваемой жидкости гибкой перегородкой-диафрагмой 5 из резины или специальной стали. При ходе плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе ее стороны прогибается вправо, открывается нижний клапан 2, и жидкость поступает в насос. При ходе плунжера вниз диафрагма прогибается влево, открывается верхний клапан 2 (нижний клапан при этом закрывается), и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод.

Серьезным недостатком поршневых  насосов простого действия является неравномерность их работы. Существенно  снижается неравномерность в насосах многократного действия. На рис. 6 приведена схема насоса двойного, а на рис. 7-тройного действия. Насосы двойного действия (рис. 8-7) имеют два всасывающих (7 и 2) и два нагнетательных (3 и 4) клапана. Насос тройного действия (триплекс-насос; рис. 8-8) представляет собой строенные насосы простого действия с общими трубопроводами всасывания и нагнетания и коленчатым валом, причем кривошипы каждого из трех насосов простого действия расположены под углом 120° друг относительно друга. За один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается[2].

1,2 – всасывающие клапаны, 3,4 –  нагнетательные клапаны, 5 – плунжер, 6 – сальник Рисунок 6 – Плунжерный вертикальный насос простого действия

1 – цилиндры, 2 – плунжеры, 3- шатуны, 4 – коленчатый вал, I – линия всасывания, II – линия нагнетания Рисунок 7 – Диафрагменный (мембранный) насос

 

2. Шестеренные насосы

 В корпусе 1 насоса (рис. 8) установлены две шестерни 2 и 3, одна из которых – ведущая приводится во вращение от электродвигателя. Между корпусом и шестернями имеются небольшие радиальные и торцовые зазоры. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, вследствие создаваемого при выходе зубьев из зацепления разрежения жидкость из всасывающего патрубка 4 поступает в корпус. В корпусе жидкость захватывается зубьями шестерен, перемещается вдоль стенки корпуса по направлению вращения и поступает в нагнетательный патрубок 5.

1 – корпус, 2,4 – шестерни, 3 –  всасывающий патрубок, 5 – нагнетательный  патрубок

Рисунок 8 – Шестеренный насос

Отметим, что шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен области всасывания и нагнетания меняются местами.

Объемный к. п. д. у шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протечки жидкости через зазоры и обычно составляет 0,7-0,9[1].

3. Винтовые  насосы

Эти насосы имеют ведущий винт 1 (рис. 9) и несколько ведомых винтов 2, расположенных внутри корпуса 4 в кожухе 3. Винты имеют специальный профиль - такой, что линия зацепления между ними обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. Направление нарезки ведомых винтов противоположно направлению нарезки ведущего.

1 – ведущий винт, 2 – ведомые  винты, 3 – кожух, 4 – корпус

Рисунок 9 – Винтовой насос

Наибольшее распространение в  промышленности получили винтовые насосы с тремя винтами, из которых средний - ведущий, а два боковых – меньшего диаметра - ведомые. Винты помещены в кожух с гладкой цилиндрической поверхностью. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается вдоль оси насоса и вытесняется в линию нагнетания.

Давление, развиваемое винтовыми  насосами, зависит от числа шагов  винтовой нарезки. Оно увеличивается  с возрастанием отношения длины витка к его диаметру. Производительность этих насосов увеличивается с увеличением числа оборотов винтов, при этом давление, создаваемое насосом, остается без изменения[3]

4. Пластинчатые  насосы

Насос состоит из ротора 1 (рис. 10), расположенного эксцентрично в корпусе 2. В роторе имеются радиальные прорези, в которых свободно могут скользить пластины 3. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренней поверхности корпуса. При этом серповидное рабочее пространство 4 разделяется на камеры засасывания и нагнетания. Объем камеры всасывания при движении пластины от всасывающего патрубка 5 увеличивается, в результате чего в этой камере создается разрежение и жидкость всасывается в корпус насоса через патрубок 5. После прохождения пластиной 1 точки а объем камеры уменьшается, и жидкость поступает из насоса в нагнетательный патрубок 6.

1 – ротор, 2 – корпус, 3 – пластины, 4 – рабочее пространство, 5 –  всасывающий патрубок, 6 – нагнетательный  патрубок

Рисунок 10 – Пластинчатый ротационный  насос

Подача жидкости роторными насосами, в том числе и пластинчатыми, весьма равномерна, ее можно регулировать изменением числа оборотов вала (ротора). Теоретически подача роторных насосов, как и всех объемных насосов, не зависит от создаваемого ими напора. В действительности возникает незначительное снижение подачи при повышении напора вследствие протечки жидкости через зазоры внутри насоса.