Конструктивные особенности насосов

В сельскохозяйственном водоснабжении широко применяются центробежные лопастные насосы, реже вихревые и центробежно-вихревые. Осевые насосы устанавливают только в технологических аппаратах и вентиляторах.

Центробежные насосы.Центробежные консольные насосы типа К и КМ, показанные на рис. 1.15, используются для подачи воды из поверхностных источников и шахтных колодцев при высоте всасывания до 7 м. Они просты по устройству и удобны в эксплуатации. Насосы этого типа состоят из корпуса со всасывающим и нагнетательным патрубками, рабочего колеса, вала с подшипниками, муфты для соединения с электродвигателем или шкива для привода от двигателя внутреннего сгорания и пускорегулирующей аппаратуры. Насос перед пуском требует залива воды через отверстие в верхней части корпуса.

В насосах типа КМ в отличие от насосов типа К корпус крепится непосредственно к фланцу электродвигателя, а рабочее колесо устанавливается на удлиненном конце его вала.

Входящие в марку насоса буквы и цифры, например, 2КМ-6, обозначают: 2 – уменьшенный в 25 раз диаметр входного патрубка, мм; К – консольный; М – моноблок-насос; 6 – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз. Основные показатели центробежных насосов приведены в табл. 1.6.

1 – рабочее колесо; 2 – сальниковые набивки; 3 – вал; 4 – сальник; 5 – шпонка; 6 – корпус; 7 – гайка; 8 – входной патрубок; 9 – нагнетательный патрубок

Рисунок 1.15 – Консольные насосы типа К (а) и КМ (б)

Из различных типов погружных центробежных насосов в животноводстве наиболее распространены насосы типов ЭЦВ и ЭПН. Указанные электронасосы используются в комплекте с насосной установкой для подъема воды из глубоких скважин неагрессивной воды с температурой не выше 298 К, содержание механических примесей в которой до 0,01 % по массе.

Таблица 1.6 – Технические характеристики насосов типа К и КМ

1 – головка; 2 – стяжка; 3 – клапан; 4 – ступица верхнего подшипника; 5 – рабочее колесо; 6 – направляющий аппарат; 7 – обойма; 8 – диск; 9 – вал; 10 – ступица основания; 11 – соединительная муфта

Рисунок 1.16 – Погружной насос типа ЭЦВ

Погружной насос представляет собой сочетание центробежного насоса и погружного электродвигателя. В насосах типа ЭЦВ валы связаны жесткой муфтой, а в насосах типа ЭПН двигатель и насос соединены опорным фланцем.

Погружной многоступенчатый насос типа ЭЦВ представлен на рисунке 1.16. Конструкция его электродвигателя предполагает эксплуатацию под водой. Марка насоса, например ЭЦВ6-10-140, расшифровывается так: Э – электропогружной; Ц – центробежный; В – высоконапорный; 6 – уменьшенный в 25 раз минимальный диаметр скважины, мм; 10 –подача, м³/ч; 140 – напор, м. Основные показатели насосов ЭЦВ и ЭПН приведены в табл. 1.7.

Объемные насосы.Лопастные вихревые насосы типа В и ВК предназначены для перекачки чистой воды из открытых водоемов и шахтных колодцев при высоте всасывания 5…7 м, Эти самовсасывающие насосы не требуют залива воды перед повторным запуском, достаточно залить ее в корпус насоса только перед первым пуском. Насосы этого типа применяются для подачи воды из неглубоких (до 8 м) шахтных колодцев и открытых источников. Принцип действия вихревого насоса можно уяснить из схемы, приведенной на рисунке 1.17. Кольцевая полость 1 в корпусе насоса соединяет всасывающий и нагнетательный патрубки. В этой полости жидкость вовлекается в круговое движение относительно ее осевой линии. Такое движение, как видно из рисунка 1.18, обусловлено своеобразным «трением», которое возникает в пространстве, образуемом в корпусе межлопаточными ячейками 8 рабочего колеса 3 и примыкающим к нему кольцевым каналом. Как показано в сечении А–А (см. рисунок 1.17, б), под действием центробежных сил по периферии колеса возникает интенсивное вихревое циркуляционное течение (отсюда и название вихревой насос). На него накладывается еще одно течение, вызванное давлением лопаток колеса на жидкость, т. е. перепадом давления на передней и задней сторонах лопаток. Обмен импульсами за счет вторичных течений столь интенсивный, что при равных размерах и частотах вращения вихревой насос создает напор в 3…5 раз больший, чем центробежный насос.

Таблица 1.7 – Технические характеристики погружных электронасосов типа ЭПН и ЭЦВ

На рисунке 1.18 показано, что всасывающий патрубок имеет вертикальный участок. Это исключает вытекание воды при неработающем насосе. При повторном пуске воздух из всасывающей трубы удаляется самим насосом, в результате чего в ней создается разрежение, и вода из источника под действием атмосферного давления поступает в корпус насоса.

1 – кольцевая полость; 2 – колесо

Рисунок 1.17 – Разрез (а) ипринцип работы (б) вихревого насоса

В марке вихревых насосов буквы и цифры, например у насоса 2В-1,6 обозначают: 2 – уменьшенный в 25 раз диаметр входного патрубка, мм; В – вихревой; 1,6 – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз, У насоса типа ВК, например ВК-1/16, символы обозначают: В – вихревой; К – консольный; 1 – подача, м³/ч; 16 – напор, уменьшенный в 10 раз. Основные показатели этих насосов приведены в табл. 1.8.

Таблица 1.8 – Технические характеристики вихревых насосов

1 – фланец; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – вал; 5 – всасывающий патрубок; 6 – нагнетательный патрубок; 7 – канал; 8 – межлопаточная ячейка

Рисунок 1.18 – Устройство вихревого насоса

Среди новых конструкций следует отметить вибрационные насосы (НЭБ, «Малыш», установки ВПУ-1), принцип работы которых основан на использовании инерционных сил, которые возникают под воздействием колебательных процессов в перекачиваемой жидкости, заключенной в трубопроводе. Электромагнитный вибрационный насос НЭБ-1/20, показанный на рисунке 1.19, относится к насосам плавающего типа и предназначен для подачи воды из шахтных колодцев с динамическим напором до 20 м. Он состоит из кожуха 9, соединенного болтами 6 с основанием 1. В образовавшейся камере помещены электромагнит и приводимый им в действие рабочий орган насоса – поршень 19.

В верхней части кожуха имеется напорный патрубок, к которому присоединен гибкий пластмассовый шланг 11 диаметром 20 мм, отводящий перекачиваемую воду от насоса. Насос, закрепленный в поплавке – понтоне 10, удерживается на воде в вертикальном положении и дополнительных креплений не требует. Подача насоса НЭБ-1/20 при подъеме воды с глубины 20 м достигает 1 м³/ч. Номинальная мощность 0,25 кВт.

Электромагнитный вибрационный насос «Малыш» по конструкции аналогичен насосу НЭБ-1/20. Он относится к типу погружных и предназначен для подачи воды из шахтных колодцев и буровых скважин с минимальным диаметром обсадных труб 100 мм и динамическим уровнем воды до 40 м. Подача при высоте подъема 20 м равна 1 м³/ч, а при 40 м – 0,5 м³/ч. Потребляемая мощность составляет 0,25 кВт. Питание насоса осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В.

1 – основание; 2 – диафрагма; 3 – упор; 4 – стакан; 5 – амортизатор; 6 – болт; 7 – якорь; 8 – корпус магнита; 9 – кожух; 10 – понтон; 11 – шланг; 12 – рукоятка; 13 – кабель; 14 – ярмо; 15 – катушка магнита; 16, 18 – регулировочные шайбы; 17 – шток; 19 – поршень; 20 – клапан

Рисунок 1.19 – Электромагнитный вибрационный насос НЭБ-1/20

Поршневые насосы отличаются от центробежных тем, что их подача не зависит от развиваемого напора. Другая особенность состоит в том, что эти насосы могут работать как самовсасывающие, и поэтому они не требуют предварительного залива водой перед пуском. Принцип работы поршневых насосов основан на изменении объема рабочей камеры без доступа воздуха. Их характерной конструктивной особенностью является наличие воздушного колпака, который используется для сглаживания в сети пульсаций подачи и давления, обусловленных циклическим рабочим процессом поршневого насоса.

Подача Q, м³/с, поршневого насоса простого действия определяется по формуле

, (1.12)

где F – площадь поршня, м²; S – ход поршня, м; n – число двойных ходов поршня в 1 мин; η – объемный КПД насоса, принимаемый равным 0,8…0,9.

Из формулы (1.12) следует, что подача не зависит от напора.

Для подачи воды из глубоких скважин применяется поршневой насос марки «Бурвод III» глубинного типа с приводом от электродвигателя или от двигателя внутреннего сгорания. Насосы выпускаются с двумя диаметрами цилиндра: 92 и 145 мм. Основные их показатели приведены в табл. 1.9.

Винтовые насосы также относятся к группе объемных насосов роторного типа, рабочий орган которых в отличие от поршневых машин совершает не возвратно-поступательное, а вращательное движение. По аналогии с поршневыми они могут развивать высокие давления, но имеют равномерную по дачу и ненуждаются в воздушных колпаках. Винтовые насосы могут перекачивать воду с повышенным содержанием примесей (до 0,2 % по массе).

Подачу одновинтового насоса определяют по формуле

Q = 4eDhn, (1.13)

где Q – подача, м³/с; D – диаметр винта ротора, м; h – шаг винтовой поверхности статора, м; п – частота вращения ротора, с^-1; е – эксцентриситет, м.

Из формулы (1.13) следует, что подача винтового насоса при заданных размерах его рабочих органов зависит только от частоты вращения ротора.

В сельском хозяйстве для подачи воды из шахтных колодцев и буровых скважин применяют винтовые насосы двух типов: 1) с двигателем, расположенным на поверхности земли, и с приводом через вертикальный вал; 2) с приводом от погружного электродвигателя. К первому типу относится насос 1В-20/3, широко применяемый на пастбищных водопойных пунктах в условиях Средней Азии. Подача насоса 3,6 м³/ч при напоре 40 м, потребляемая мощность 1,7 кВт.

Таблица 1.9 – Технические характеристики поршневых насосов типа «Бурвод III»

Ко второму типу относится погружной насос 1В-В-1,6/16, подающий воду из скважин с диаметром обсадных труб 125 мм. Он имеет подачу 3 м³/ч при напоре 100 м. Привод осуществляется от погружного электродвигателя ПЭДВ-2,8-114 мощностью 2,8 кВт.