Рис. 3. Схема насосного агрегата центробежного типа

1 – открытый источник воды;

2 – всасывающий трубопровод;

3 – открытый нагнетаемый резервуар;

4 – расходомерная вставка в напорном трубопроводе;

5 – насос центробежный;

6 – электродвигатель;

М – манометр на напоре насоса;

V – мановакууметр на всасе насоса;

Р – атмосферное давление.

На рис. 4 показан разрез и устройство обычного центробежного одноступенчатого насоса.

Рис. 4. Схема центробежного насоса

1 – расширяющийся корпус насоса ("улитка");

2 – вал насоса;

3 – рабочее колесо;

4 – лопатки рабочего колеса;

5 – подводящий (всасывающий) патрубок насоса;

6 – отводящий (напорный) патрубок насоса.

Внутри корпуса насоса 1, имеющего, как правило, спиральную форму в виде улитки, на валу 2 насажено рабочее колесо 3. Рабочее колесо состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти 4, отогнутые от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса.

С помощью патрубков 5 и 6 корпус насоса соединен со всасывающим и напорным трубопроводами. Если при наполненных жидкостью корпусе и всасывающем трубопроводе привести во вращение рабочее колесо, то жидкость, находящаяся в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. В результате этого в центральной части колеса создается разрежение, а на периферии — избыточное давление. Под действием этого давления жидкость из насоса поступает в напорный трубопровод, одновременно через всасывающий трубопровод под действием разрежения жидкость поступает в насос. Таким образом, осуществляется непрерывная подача жидкости центробежным насосом.

Центробежные насосы могут быть не только одноступенчатыми (с одним рабочим колесом), как показано на рис. 2, но и многоступенчатыми (с несколькими рабочими колесами). При этом принцип их действия во всех случаях остается одним и тем же — жидкость перемещается под действием центробежной силы, развиваемой вращающимся рабочим колесом.

За рубежом получили распространение так называемые диагональные насосы, конструкция которых совмещает в себе признаки центробежных и осевых насосов. В отличие от центробежных в диагональных насосах поток выходит из колеса под углом не в 90°, а в 45°.

У диагональных насосов поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного из радиального и осевого направлений.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов — наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное действие подъемной и центробежной сил и по своим рабочим параметрам диагональные насосы занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми насосами.

Как ЦБН и осевые, диагональные насосы выпускаются как в горизонтальном, так и с вертикально расположенным валом.

Рис. 5. Разрез диагонального насоса с горизонтальным ротором

Рис. 6. Насос осевого типа

1 – корпус насоса; 2 – направляющий неподвижный аппарат насоса; 3 – вращающийся ротор насоса; 4 – вращающиеся вокруг собственной оси рабочие лопасти ротора насоса.

Рис. 7. Струйный насос

1 – конфузор на подаче побудительной среды (вода, газ);

2 - патрубок отсасываемой жидкости (газа);

3 – рабочая камера смешивания подаваемой и отсасываемой среды (вакуумная камера);

4 – диффузорная часть нагнетательно-напорной части насоса.

Рис. 8. Насос зубчатый

1 – корпус насоса;

2 – всасывающая часть насоса;

3 – предохранительно-перепускной клапан;

4 – напорная часть насоса.

Рис. 9. Насос поршневой (плунжерный)

1 – корпус насоса;

2 – поршень (плунжер);

3 – цилиндр;

4 – шток поршня;

5 – кривошип;

6 – шатун;

7 – привод;

Кв – клапан на всасе в насос;

Кн – клапан нагнетательный со стороны напора насоса

На ТЭС в качестве питательных насосов применяются гидравлические насосы центробежного действия, имеющие весьма высокий коэффициент повышения напора, особенно многоступенчатого исполнения. Механическая энергия подводится в виде вращающегося момента и передается жидкости через лопатки вращающегося рабочего колеса. Действие лопаток на жидкость, заполняющую рабочее колесо, вызывает повышение гидродинамического давления и заставляет жидкость перемещаться в направлении от центра рабочего колеса к периферии, выбрасывая её в спиральный кожух. В дальнейшем движении жидкость поступает в напорный трубопровод. Отсюда следует, что основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса лопастное колесо. На рис. 10, 11 приведены фотографии рабочего колеса центробежного насоса. В свою очередь, рабочее колесо состоит из двух вертикальных дисков (переднего и заднего по потоку жидкости), как показано на рис. 10, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса (рис.9), т.е. по потоку жидкости. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

Рис.10. Рабочее колесо центробежного насоса в разрезе

Рис. 11. Рабочее колесо центробежного насоса в сборе

Из курса теоретической механики известно, что при вращении колеса с угловой скоростью ω (1/сек) на элементарную массу жидкости m (кг), находящейся в межлопастном канале на расстоянии R (м) от оси вала, будет действовать центробежная сила Fц.б. , определяемая выражением:

F ц.б = m ω2 R (18)

В инженерных расчетах также применяется формула (19) эквивалентная формуле (18):

F ц.б = m V2 / R , (19)

где V (м/с) – линейная скорость движения элементарной массы вещества на радиусе R от центра вращения.

Мы уже говорили, что для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить постоянный ее подвод в насос и отвод из насоса. Поэтому жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему патрубку из всасывающего трубопровода.

Например, движение воды по всасывающему трубопроводу в питательный насос происходит вследствие избыточного давления в корпусе деаэратора и столба питательной воды, равной разности отметок установки аккумуляторного бака деаэратора и отметки установки питательного насоса в машинном зале главного корпуса электростанции.

Обычная отметка установки аккумуляторного бака блочного деаэратора составляет 20÷24 метра в помещении деаэраторной этажерки электростанции в зависимости от мощности энергоблока, а установка питательного насоса выполняется на отметке 0,0 ÷ 5.0 метров в машзале главного корпуса электростанции. Отсюда следует, что разность отметок установки аккумуляторного бака деаэратора и питательного насоса может составлять 15,0 – 19,0 (24 - 5=19) метров и если учесть температуру и удельный объем питательной воды в аккумуляторном баке, а также гидравлическое сопротивление опускного трубопровода питательной воды до всаса питательного насоса, то получится, что подпор на всасе питательного насоса составит 13÷17 м. вод. ст. или 1,3 -1,7 атм. Это дает возможность частично отстроиться от опасного явления кавитации, имея гарантированный запас по давлению питательной воды на всасе питательного насоса. На рис. 12 представлена гидростатическая схема питательного насоса в качестве иллюстрации вышесказанного.

Рис. 12. Гидростатическая схема питательного насоса

А – отметка установки аккумуляторного бака деаэратора;

Б – отметка установки питательного насоса;

H1– высота уровня питательной волы в аккумуляторном баке деаэратора;

H2 – разность отметок установки аккумуляторного бака деаэратора и питательного насоса.

Анализ уравнений (18,19) показывает, что центробежная сила, следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения рабочего колеса.

Но увеличение скорости вращения ротора насоса ограничено частотой вращения электродвигателя, т.к. в качестве привода центробежного насоса в основном применяется любой высокооборотный электродвигатель, но чаще всего для этой цели служат электродвигатели асинхронного типа, скорость которых несколько ниже синхронной скорости.

Применение же других электродвигателей, а также электротехнических устройств по регулированию числа оборотов электродвигателя хотя и позволяют изменять скорость вращения ротора насоса, но они не получили широкого распространения на электростанциях в качестве привода питательных насосов из-за своей сложности и не надежности.

В связи с этим в последнее время на российских и зарубежных электростанциях получил широкое применение электропривод питательных насосов с гидромуфтой, которая приведена в Приложении, рис. П-1,2.

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. Например, по числу рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосы. В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через целый 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 сути, на одном валу находятся сразу несколько одноступенчатых насосов в виде рабочих колес, которые последовательно повышают напор всего насоса, являющегося его основной напорно-расходной характеристикой.

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

По способу отвода жидкости из рабочего колеса различают насосы со спиральным и турбинным отводом.

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 рабочим колесам.

В насосах с турбинным отводом жидкость, прежде чем попасть в спиральную камеру, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом, установленное в статоре насоса.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала относительно опор) различают насосы горизонтального и вертикального исполнения.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно с двигателями с помощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя - консольные насосы.

Например, насосы консольного типа обозначаются как К-120-15, т.е. насос консольный, производительностью 120 м3 / час и напором 15 атм.

Напор одноступенчатых центробежных насосов, серийно выпускаемых российской промышленностью, достигает 120 м. вод. ст. (1,2 МПа; 12 атм).

В свою очередь серийные многоступенчатые насосы развивают напор до 2500 м. вод. ст. (25 МПа; 250 атм) и более.

Параметры же центробежных насосов специального изготовления, как одноступенчатых, так и многоступенчатых, могут быть значительно выше.

Что касается КПД, то в зависимости от конструктивного исполнения он меняется в широких пределах — от 0,85 до 0,90 у крупных одноступенчатых насосов и 0,55—0,60 у высоконапорных многоступенчатых.

Столь низкий к.п.д. многоступенчатых высоконапорных насосов связан с гидравлическими потерями в проточной части насоса и особенно с высоким трением разгрузочного стального диска гидравлической пяты в системе осевой разгрузки насоса.

В свою очередь трение этого монолитного чугунного диска толщиной 30-40 мм и диаметром около 300 мм при скорости вращения почти 50 об/сек в замкнутом водяном объеме (в камере гидропяты) приводит к заметному нагреву воды в насосе, температура которой учитывается в тепловом цикле Ренкина.

Также известно, что потребляемая мощность насоса при нулевой подаче, т.е. при закрытой выходной задвижке (это холостой ход насоса), не падает до нуля и составляет около 30-40% от номинальной мощности электродвигателя. Вот эта мощность также превращается в энергию теплоты, которая способна повысить температуру питательной воды до эффекта "запаривания" насоса, при котором механическому воздействию подвергаются рабочие колеса, разгрузочное устройство, опорные подшипники, уплотнения вала насоса и в итоге может привести к аварийному выходу насоса из работы. Повышение температуры питательной воды ∆t в без расходном режиме определяется по формуле:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10