Насосы и насосные станции

Насосы и насосные станции

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции. Для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача (производительность), мощность и коэффициент полезного действия (КПД).

Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него. Напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости и выражается в метрах.

Подача (производительность) характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени и измеряется обычно в м³/с, л/с или м³/ч. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, производительности, мощности). История возникновения и развития насосов показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачивания воды было бы односторонним.

Устройство и принцип действия лопастных насосов

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и диагональные насосы. Работа этих насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Центробежные насосы

Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части — повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение).

Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера (в форме улитки), куда и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом. Анализ показывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой высокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По числу рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосы. В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т. д.

По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа.

По способу отвода жидкости из рабочего колеса различают насосы со спиральными и турбинными отводами. В насосах со спиральным отводом перекачиваемая жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральную камеру и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам. В насосах с турбинным отводом жидкость, прежде чем попасть в спиральную камеру, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом. По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые не посредственно с двигателями с по мощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды) кислотные, грунтовые и др.

Осевые насосы

Рабочее колесо осевого насоса состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закругленной передней, набегающей на поток кромкой. Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере заполненной перекачиваемой жидкостью.

При динамическом воздействии лопасти на жидкость за счет изменения скорости течения давления над лопастью повышается, а под ней понижается. Благодаря образующейся при этом подъемной силе основная масса жидкости в пределах колеса движется в осевом направлении, что и определило название насоса. Двигаясь поступательно, перекачиваемая жидкость одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом.

Жидкость подводится к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и всасывающие трубы относительно сложной формы. Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями. Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.

В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом муфтой. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.

КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

Диагональные насосы

Поток жидкости, проходящий через рабочее колесо диагонального насоса, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного радиальным и осевым направлениями.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов— перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное действие подъемной и центробежной сил.

Рабочие колеса диагональных насосов могут быть закрытого или открытого типа. В первом случае конструкция колеса приближается к конструкции колеса центробежного насоса, а во втором — осевого.

Лопасти рабочих колес открытого типа у ряда насосов выполняются поворотными, что является их несомненным преимуществом. Жидкость отводится от рабочего колеса диагонального насоса с помощью спиральной камеры, как у центробежных насосов, либо с помощью трубчатого колена, как у осевых. По своим рабочим параметрам (производительность, напор) диагональные насосы также занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми.

Источник: В.Я. Карелин, А.В. Минаев. Насосы и насосные станции. - Москва, Стройиздат, 1986 г.

Насосная станция, состав и назначение

Насосная станция включает в себя водоприемные устройства для всасывающих труб насосов, самого насоса, двигателя, передачи от двигателя к насосу, напорного трубопровода, транспортирующего воду от насоса в водовыпускное устройство и т.п. Таким образом, в понятие насосной установки должны входить те элементы, от режима которых зависит работа насоса.

В состав насосной станции входят некоторые элементы насосных установок само здание станции, располагаемые в нем отдельные пункты управления машинами и устройствами и, наконец, служебное оборудование. Таким образом, насосная станция, кроме элементов насосных установок, включает и элементы управления агрегатами.

Гидротехнический узел машинного водоподъема

Комплекс, который состоит из сооружений, предназначенных для забора воды, подвода воды к зданию насосной станции, самого здания насосной станции, напорных трубопроводов и построек для приема поднятой воды, называется гидротехническим узлом машинного водоподъема.

Сооружения гидроузлов

Некоторые сооружения гидроузлов располагаются примерно в такой последовательности:

водозаборное возведение (иначе водоприемник), которое забирает воду из источника водоснабжения;
постройка для транспортировки воды от водоприемника до насосной станции (открытые каналы, трубопроводы);
аванкамера перед зданием насосной станции при подводе воды к нему открытым каналом; аванкамера — это расширенная часть канала перед зданием насосной станции, включащая сопрягающие сооружения канала и здания;
здание насосной станции;
напорные трубопроводы;
водовыпускной механизм для приема изливающейся из трубопровода воды (например, напорный бассейн машинного магистрального канала оросительной системы).

По назначению насосные установки и станции можно разбить на следующие типы:

мелиоративные насосные установки и станции, которые предназначены для подъема воды на мелиорируемую площадь (оросительные системы) или для отвода воды с мелиорируемой площади (осушительные и оросительные системы); в последнем случае они применяются для перекачки сбросных или дренажных вод;
дождевальные насосные установки для полива посевов дождеванием;
насосные станции I и II подъема, предназначаемые для питьевых целей и технических потребностей сельского хозяйства;
канализационные насосные станции для перекачки фекальных и отработавших производственных вод;
насосные установки, которые применяются в гидромелиоративном строительстве;
вспомогательные насосные установки.

Источник: www.donmetall.ru