Оборудование для транспортирования жидкостей

5. Монтежю

К объемным насосам, которые перекачивают жидкость с помощью вытесняющей среды, относятся монтежю (рис. 11). Обычно монтежю представляют собой резервуар 1, заполняемый самотеком перекачиваемой жидкостью с помощью трубопровода (таким резервуаром может быть аппарат, в котором осуществляется тот или иной процесс); при этом вентиль на линии 4 открыт. Если жидкость самотеком подавать в корпус нельзя, открывается вакуумная линия 5; при этом все остальные линии, кроме линии 2 (т. е. 3, 4, 6), естественно, должны быть закрыты. Для перекачивания жидкости с помощью монтежю используют сжатый газ (обычно воздух), поступающий в резервуар через трубопровод 3. При этом перекрываются линии 2, 4, 5. Под действием давления сжатого газа жидкость перетекает из корпуса в нагнетательный трубопровод 6. После опорожнения монтежю перекрываются линии 3, 5, б и открывается линия 4 для сообщения резервуара с атмосферой. Таким образом, монтежю работает периодически. Давление, необходимое для перекачивания жидкости с помощью монтежю, определяют по уравнении Бернулли.

1 – корпус, 2 – линия подачи  перекачиваемой жидкости, 3 – линия  подачи сжатого газа, 4 – воздушник, 5 – линия вакуума, 6 – нагнетательный  трубопровод

Риснуок 11 - Монтежю

К достоинствам монтежю следует  отнести простоту устройства, отсутствие движущихся деталей, легкость чистки. Поэтому монтежю можно применять для перекачивания сравнительно небольших объемов химически агрессивных и загрязненных жидкостей.

К недостаткам монтежю относятся  периодичность работы, низкий к. п. д. (0,1-0,25), громоздкость, необходимость постоянного наблюдения за их работой[4].

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ  НАСОСЫ

1. Центробежные  насосы

Наиболее распространенными динамическими насосами являются центробежные. Основным рабочим органом центробежного насоса (рис. 12) является свободно вращающееся внутри спиралевидного (или улитообразного) корпуса 1 колесо 2, насаженное на вал 9. Между дисками колеса, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти (лопатки) 3, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопаток образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. Всасывание и нагнетание жидкости в центробежных насосах происходит, равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении колеса.

При переходе жидкости из канала рабочего колеса 2 в корпус 1 происходит резкое снижение скорости, в результате чего кинетическая энергия жидкости превращается в потенциальную энергию давления, т. е. происходит превращение скорости в давление, необходимое для подачи жидкости на заданную высоту. При этом в центре колеса создается разрежение, и вследствие этого жидкость непрерывно поступает по всасывающему трубопроводу в корпус насоса, а затем в межлопастные каналы рабочего колеса. Если перед пуском центробежного насоса всасывающий трубопровод 4 и корпус 1 не залиты жидкостью, то разрежения, возникающего в этом случае при вращении колеса, будет недостаточно для подъема жидкости в насос (вследствие зазоров между колесом и корпусом). Поэтому перед пуском центробежного насоса его необходимо залить жидкостью с помощью линии 4. Для того чтобы при этом жидкость не выливалась из насоса, на всасывающем трубопроводе устанавливают обратный клапан 6. Герметизация насоса осуществляется с помощью сальника 10.

.

1 – корпус, 2 – рабочее колесо, 3 – лопатки, 4 – линия для залива  насоса перед пуском, 5 – всасывающий  трубопровод, 6 – обратный клапан, 7 – фильтр, 8 – нагнетательный  трубопровод, 9 – вал, 10 – сальник.

Рисунок 12 – Центробежный насос

Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиралевидная  камера; жидкость из рабочего колеса поступает сначала в эту камеру, а затем в нагнетательный трубопровод 8.

На рис. 13 показаны некоторые типы рабочих колес центробежных насосов.

а – открытое, б – закрытое, 1 – диски, 2 – лопатки

Рисунок 13 – Колеса центробежных насосов

В насосах с одним рабочим  колесом создаваемый напор ограничен и обычно не превышает 50-100 м столба жидкости. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы. В этих насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор ориентировочно равен напору одного колеса, умноженному на число колес. В зависимости от числа колес (ступеней) различают насосы двухступенчатые, трехступенчатые и т.д.

3.2 Осевые (пропеллерные) насосы

Рабочее колесо 1 (рис. 14) с лопатками винтового профиля при вращении в корпусе 2 сообщает жидкости движение в осевом направлении. При этом поток несколько закручивается. Для преобразования вращательного движения жидкости на выходе из колеса в поступательное в корпусе 1 устанавливают направляющий аппарат 3. Осевые насосы применяют для перемещения больших объемов жидкостей (десятки кубических метров в секунду) при относительно невысоких напорах (от 3-5 до 15-25 м), т.е. по сравнению с центробежными насосами осевые имеют значительно большую подачу, но меньший напор. К. п. д. высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

1 – рабочее колесо, 2 – корпус, 3 – направляющий аппарат

Рисунок 14 – Осевой (пропеллерный) насос

3.3 Вихревые насосы

Рабочее колесо вихревого насоса (рис. 15) представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками 2, расположенными на периферии колеса. В корпусе 9 имеется кольцевая полость 4. Зазор между колесом и корпусом достаточно мал, что предотвращает переток жидкости из полости нагнетания в полость всасывания.

1 – рабочее место, 2 – лопатка, 3 – межлопастные каналы, 4 – кольцевой  отвод, 5 и 6 – соответственно всасывающий  и нагнетательный патрубки, 7 –  разделитель потоков, 8 – вал рабочего  колеса, 9 – корпус

Рисунок 15 – Вихревой насос

При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в межлопастных каналах 3, увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы завихряется. При этом один и тот же объем жидкости 
на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нес 
многократно попадает в межлопастные каналы, где каждый раз 
получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, 
и напора. Поэтому напор вихревых насосов в два-четыре раза 
больше, чем центробежных, при одном и том же диаметре колеса, 
т. е. при одной и той же угловой скорости. Это, в свою очередь, 
позволяет изготавливать вихревые насосы значительно меньших 
размеров и массы по сравнению с центробежными. К достоинствам 
вихревых насосов следует отнести также простоту устройства и от- 
сутствие необходимости заливки линии всасывания и корпуса перед 
каждым пуском насоса, так как эти насосы обладают самовсасывающей способностью.[5]

3.4 Струйные насосы

В струйных насосах (рис. 16) рабочая жидкость (обычно вода или водяной пар) с большой скоростью из сопла 1 поступает в камеру смешения 2. При этом за счет поверхностного трения в камере смешения создается разрежение, достаточное для подъема жидкости из перекачиваемого резервуара в насос. Засасываемая жидкость быстро смешивается с рабочей, и смесь поступав г вначале в конфузор 3, в котором скорость движения смеси плавно увеличивается, достигая в горловине 4 максимального значения. В диффузоре 5 скорость потока уменьшается и, в соответствии с уравнением Бернулли, кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию давления, вследствие чего смесь поступает в нагнетательный трубопровод под напором.

1 – сопло, 2 – камера смещения, 3 – конфузор, 4 – горловина, 5 –  диффузор, I – рабочее тело( вода или пар), II – перекачиваемая жидкость, III – смесь

Рисунок 16 – Струйный насос

Струйные насосы подразделяют на инжекторы (нагнетательные) и эжекторы (всасывающие).

К достоинствам струйных насосов относятся  простота устройства и отсутствие движущихся частей, а их недостаток - низкий коэффициент полезного действия (0,1-0,25). Струйные насосы можно применять только в том случае, если допустимы смешение рабочей и перекачиваемой жидкостей и низкий напор[1].

3.5 Воздушные (газовые) подъемники

Эти насосы чаще называют эрлифтами или газлифтами. Они состоят (рис. 8-26) из вертикальной подъемной трубы 3, погруженной под уровень перекачиваемой жидкости, линии 1 подачи газа (обычно воздуха) с распределителем (барботером) 2, с помощью которого газ в виде пузырьков поступает в трубу 3. Плотность образующейся при этом газожидкостной смеси р_см значительно меньше плотности жидкости р_ж, в результате чего смесь поднимается по трубе 3 над уровнем жидкости на высоту Н_т. На выходе из трубы при ударе об отбойник 4 газожидкостная смесь разделяется: воздух выделяется, а осветленная жидкость поступает в сборник 5.

1 – линия подачи газа, 2 –  распределитель газа, 3 – подъемная  труба, 4 – отбойник, 5 – сборник

Рисунок 17 – Воздушный подъемник (эрлифт)

Газлифты применяют для подъема  жидкостей из глубоких скважин, а также для взаимодействия газов и жидкости при ее интенсивной циркуляции в проведении ряда химико-технологических процессов.

К достоинствам газлифтов следует  отнести простоту их устройства, отсутствие движущихся частей, возможность подачи загрязненных жидкостей. Однако к. п. д. газлифтовых установок очень низок и составляет 0,15-0,2.[1].

 

Заключение

По значению возможной производительности насосы располагаются в следующем порядке: объемные, центробежные и осевые. Если же в качестве определяющего параметра рассматривать максимально возможное значение напора, порядок будет обратным.

Основными достоинствами  поршневых и плунжерных объемных насосов являются высокий к. п. д. и возможность подачи незначительных объемов жидкостей, в том числе высоковязких под любым заданным давлением. Однако неравномерность подачи, наличие легко изнашиваемых клапанов, сложность соединений с двигателем, тихоходности, а следовательно, большие размеры и масса существенно ограничивают области применения поршневых и плунжерных насосов в химической промышленности. Объемные насосы с вращательным движением рабочего органа (шестеренные, винтовые) конструктивно более просты и обеспечивают плавную подачу перекачиваемой жидкости.

Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при достаточно высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно простое устройство обеспечивает их высокую надежность и достаточную долговечность. Отсутствие поверхностей трения, клапанов создает возможности для перекачивания загрязненных жидкостей. Являются основными насосами в химической промышленности. К недостаткам центробежных насосов относится ограниченность их применения в области малых производительностей и больших напоров, что объясняется снижением к. п. д. при увеличении числа ступеней для достижения высоких значений высоты.

Достоинствами струйных насосов являются простота устройства, способность перекачивать жидкости с достаточно большим содержанием взвешенных частиц и высокая надежность в работе. В технике водоструйные насосы часто применяют для откачки воды из котлованов, скважин и т. д. К недостаткам струйных насосов относятся низкий к. п. д. и необходимость подачи большого количества рабочей жидкости под давлением.

Воздушные (газовые) подъемники отличаются простотой устройства и обслуживания, надежность работы газлифтов позволяют им в ряде случаев успешно конкурировать с центробежными насосами, например при подъеме воды из глубоких скважин, подаче агрессивных жидкостей и т.д. Однако необходимость большого заглубления форсунки и низкий к. п. д. этих насосов существенно ограничивают области их применения.

В заключение следует отметить, что  выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных характеристик, наиболее полно удовлетворяющих требованиям данного технологического процесса[1].

 

Список использованных источников

1. Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. – 400 с.: ил.
2. Н.И. Гельперин. Основные процессы и аппараты химической технологии, М.: Недра. 1981
3. А.Н. Плановский , П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов.-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1987,-496 с.
4. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии., Химия, М., 1973.
5. Машины и аппаpаты для химической пpомышленности: Каталог.-М.: В/О Техмашэкспоpт СССP, 1972.