Насос - Pump

Небольшой насос с электрическим приводом

Большой насос с электрическим приводом для гидротехнические сооружения недалеко от Hengsteysee, Германия

А насос это устройство, которое перемещает жидкости (жидкости или же газы ), а иногда суспензии механическим воздействием, обычно преобразующимся из электрической энергии в гидравлическую. Насосы можно разделить на три основные группы в зависимости от метода, который они используют для перемещения жидкости: прямой лифт, смещение, и сила тяжести насосы.^[1]

Насосы работают по некоторому механизму (обычно возвратно-поступательный или же вращающийся ) и потребляют энергия выполнять механическая работа перемещение жидкости. Насосы работают от многих источников энергии, включая ручное управление, электричество, двигатели, или же ветровая энергия, и бывают разных размеров, от микроскопических для использования в медицине до крупных промышленных насосов.

Механические насосы служат в широком диапазоне применений, таких как откачка воды из колодцев, фильтрация аквариума, пруд фильтрация и аэрация, в автомобильная промышленность за Водяное охлаждение и впрыск топлива, в энергетика за перекачка нефти и натуральный газ или для работы градирни и другие компоненты отопление, вентиляция, кондиционирование системы. в медицинская промышленность, насосы используются для биохимических процессов при разработке и производстве медицины, а также в качестве искусственных заменителей частей тела, в частности искусственное сердце и протез полового члена.

Когда кожух содержит только один вращающийся крыльчатка, он называется одноступенчатым насосом. Если корпус содержит две или более вращающихся крыльчатки, он называется двухступенчатым или многоступенчатым насосом.

В биологии существует множество различных типов химических и биомеханических насосов. развился; биомимикрия иногда используется при разработке новых типов механических насосов.

Типы

Механические насосы могут быть затопленный в жидкости, которую они перекачивают или помещают внешний к жидкости.

Насосы можно классифицировать по способу перемещения на поршневые насосы, импульсные насосы, скоростные насосы, гравитационные насосы, паровые насосы и бесклапанные насосы. Насосы бывают трех основных типов: поршневые, центробежный и осевой поток насосы. В центробежных насосах направление потока жидкости изменяется на девяносто градусов, когда она проходит через рабочее колесо, в то время как в осевых насосах направление потока не изменяется.^[2]

Поршневые насосы

Лопастной насос внутренности

Насос прямого вытеснения заставляет жидкость двигаться, улавливая фиксированное количество и заставляя (вытесняя) этот захваченный объем в нагнетательную трубу.

В некоторых объемных насосах используется расширяющаяся полость на стороне всасывания и уменьшающаяся полость на стороне нагнетания. Жидкость втекает в насос, когда полость на стороне всасывания расширяется, и жидкость вытекает из нагнетания, когда полость схлопывается. Объем постоянный на протяжении каждого цикла работы.

Поведение и безопасность поршневого насоса

Насосы объемного действия, в отличие от центробежный теоретически может производить одинаковый поток при заданной скорости (об / мин) независимо от давления на выходе. Таким образом, поршневые насосы машины с постоянным потоком. Однако небольшое увеличение внутренней утечки по мере увеличения давления препятствует действительно постоянной скорости потока.

Положительный-поршневой насос не должен работать с закрытым клапаном на нагнетательной стороне насоса, поскольку он не имеет отсечной голову, как центробежные насосы. Объемный насос, работающий при закрытом нагнетательном клапане, продолжает создавать поток, и давление в нагнетательной линии увеличивается до тех пор, пока линия не лопнет, насос не будет серьезно поврежден или и то, и другое.

Облегчение или предохранительный клапан на нагнетательной стороне насоса с положительным смещением, поэтому необходимо. Предохранительный клапан может быть внутренним или внешним. Производитель насоса обычно имеет возможность поставить внутренние предохранительные или предохранительные клапаны. Внутренний клапан обычно используется только в качестве меры предосторожности. Внешний предохранительный клапан в нагнетательной линии с обратной линией к всасывающей линии или питающему резервуару обеспечивает повышенную безопасность людей и оборудования.

Типы прямого вытеснения

Насосы прямого вытеснения можно дополнительно классифицировать по механизму, используемому для перемещения жидкости:

• Роторного типа положительное смещение: внутренняя шестерня, винт, челночный блок, гибкая лопасть или скользящая лопасть, окружной поршень, гибкое рабочее колесо, спирально закрученные корни (например, насос Венделкольбена) или жидкостные насосы
• Возвратно-поступательного типа положительное смещение: поршневые насосы, плунжерные насосы или же диафрагменные насосы
• Линейного типа положительное смещение: канатные насосы и цепные насосы

Ротационные поршневые насосы

Пластинчато-роторный насос

Эти насосы перемещают жидкость с помощью вращающегося механизма, который создает вакуум, который захватывает и втягивает жидкость.^[3]

Преимущества: Ротационные насосы очень эффективны^[4] потому что они могут обрабатывать высоковязкие жидкости с более высокими расходами по мере увеличения вязкости.^[5]

Недостатки: По своей природе насос требует очень малых зазоров между вращающимся насосом и внешней кромкой, что позволяет ему вращаться с низкой постоянной скоростью. Если роторные насосы работают на высоких скоростях, жидкости вызывают эрозию, что в конечном итоге приводит к увеличению зазоров, через которые может проходить жидкость, что снижает эффективность.

Роторные поршневые насосы делятся на 5 основных типов:

• Шестеренные насосы - простой тип роторного насоса, в котором жидкость проталкивается между двумя шестернями.
• Винтовые насосы - форма внутренних частей этого насоса обычно представляет собой два винта, вращающихся друг против друга для перекачивания жидкости
• Пластинчато-роторные насосы
• Насосы с полым диском (также известные как насосы с эксцентриковым диском или насосы с полым диском), аналогичные спиральные компрессоры у них есть цилиндрический ротор, заключенный в круглый корпус. Когда ротор вращается по орбите и вращается до некоторой степени, он захватывает жидкость между ротором и корпусом, втягивая жидкость через насос. Он используется для высоковязких жидкостей, таких как нефтепродукты, а также может выдерживать высокое давление до 290 фунтов на квадратный дюйм.^{[6][7][8][9][10][11][12]}
• Вибрационные насосы или вибрационные насосы похожи на линейные компрессоры, имеющий такой же принцип действия. Они работают с помощью подпружиненного поршня с электромагнитом, подключенным к переменному току через диод. Подпружиненный поршень - единственная движущаяся часть, и он расположен в центре электромагнита. Во время положительного цикла переменного тока диод позволяет энергии проходить через электромагнит, создавая магнитное поле, которое перемещает поршень назад, сжимает пружину и создает всасывание. Во время отрицательного цикла переменного тока диод блокирует ток, протекающий к электромагниту, позволяя пружине разжиматься, перемещая поршень вперед, перекачивая жидкость и создавая давление, как поршневой насос. Благодаря невысокой стоимости широко применяется в недорогих кофемашины эспрессо. Однако вибрационные насосы не могут работать более одной минуты, так как они выделяют большое количество тепла. Линейные компрессоры не имеют этой проблемы, так как они могут охлаждаться рабочей жидкостью (которой часто является хладагент). ^[13][14]

Поршневые поршневые насосы

Простой ручной насос

Старинный "кувшинный" насос (около 1924 г.) в Цветной школе в Алапахе, Джорджия, США.

Поршневые насосы перемещают жидкость с помощью одного или нескольких качающихся поршней, плунжеров или мембран (диафрагм), в то время как клапаны ограничивают движение жидкости в желаемом направлении. Чтобы всасывание происходило, насос сначала должен потянуть поршень наружу, чтобы снизить давление в камере. Как только плунжер оттолкнется, он увеличит камеру давления, и внутреннее давление плунжера затем откроет выпускной клапан и выпустит жидкость в нагнетательную трубу с высокой скоростью.^[15]

Насосы этой категории варьируются от симплекс, с одним цилиндром, в некоторых случаях четырехъядерный (четыре) цилиндра или более. Многие насосы поршневого типа дуплекс (два) или триплекс (три) цилиндр. Они могут быть либо одностороннего действия с всасыванием в одном направлении движения поршня и нагнетанием в другом, или двойного действия с всасыванием и нагнетанием в обоих направлениях. Насосы могут приводиться в действие вручную, воздухом или паром, либо с помощью ремня с приводом от двигателя. Этот тип насоса широко использовался в XIX веке - на заре создания паровых двигателей - в качестве насосов питательной воды для котлов. В настоящее время поршневые насосы обычно перекачивают высоковязкие жидкости, такие как бетон и тяжелые масла, и служат в особых случаях, когда требуется низкая скорость потока при высоком сопротивлении. Возвратно-поступательный ручные насосы широко использовались для откачки воды из колодцев. Общий велосипедные насосы и ножные насосы для инфляция используйте возвратно-поступательное действие.

Эти объемные насосы имеют расширяющуюся полость на стороне всасывания и уменьшающуюся полость на стороне нагнетания. Жидкость поступает в насосы, когда полость на стороне всасывания расширяется, и жидкость вытекает из нагнетания, когда полость схлопывается. Объем остается постоянным для каждого цикла работы, а объемный КПД насоса может быть достигнут путем текущего обслуживания и проверки его клапанов.^[16]

Типичные поршневые насосы:

• Плунжерные насосы - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, проталкивает жидкость через один или два открытых клапана, закрываемых всасыванием на обратном пути.
• Мембранные насосы - аналогично плунжерным насосам, где плунжер нагнетает гидравлическое масло, которое используется для изгиба диафрагмы в насосном цилиндре. Мембранные клапаны используются для перекачивания опасных и токсичных жидкостей.
• Поршневые насосы поршневые насосы - обычно простые устройства для перекачивания небольшого количества жидкости или геля вручную. Обычный дозатор мыла для рук является таким насосом.
• Радиально-поршневые насосы - вид гидравлического насоса, в котором поршни выступают в радиальном направлении.

Различные поршневые насосы

В этих насосах действует принцип прямого вытеснения:

• Роторный насос
• Винтовой насос винтового типа
• Роторный шестеренчатый насос
• Поршневой насос
• Диафрагменный насос
• Винтовой насос
• Шестеренчатый насос
• Гидравлический насос
• Пластинчато-роторный насос
• Перистальтический насос
• Канатный насос
• Гибкое рабочее колесо насос

Шестеренчатый насос

Шестеренчатый насос

Это простейший из роторных поршневых насосов. Он состоит из двух зубчатых колес с зацеплением, которые вращаются в плотно прилегающем корпусе. Зубы захватывают жидкость и заставляют ее двигаться по внешней периферии. Жидкость не попадает обратно в сетчатую часть, потому что зубы плотно зацепляются в центре. Шестеренчатые насосы находят широкое применение в масляных насосах автомобильных двигателей и в различных гидроагрегаты.

Винтовой насос

Винтовой насос

А винтовой насос представляет собой более сложный тип роторного насоса, в котором используются два или три винта с противоположной резьбой - например, один винт вращается по часовой стрелке, а другой - против часовой стрелки. Винты установлены на параллельных валах с зубчатыми колесами, которые входят в зацепление, поэтому валы вращаются вместе, и все остается на месте. Винты включают валы и прогоняют жидкость через насос. Как и в других типах роторных насосов, зазор между движущимися частями и корпусом насоса минимален.

Винтовой насос

Этот насос, широко используемый для перекачивания сложных материалов, таких как отстой сточных вод, загрязненный крупными частицами, состоит из винтового ротора, длина которого примерно в десять раз превышает его ширину. Это можно представить как центральное ядро ​​диаметром Икс с, как правило, изогнутой спиралью, намотанной на половину толщины Икс, хотя на самом деле он изготавливается в единой отливке. Этот вал помещается в прочную резиновую втулку, толщина стенки обычно также Икс. По мере вращения вала ротор постепенно выталкивает жидкость через резиновую втулку. Такие насосы могут создавать очень высокое давление при малых объемах.

Насосы типа Рутса

Насос лепестка Рутса

Названный в честь изобретателей братьев Рутс, этот лепестковый насос перемещает жидкость, захваченную между двумя длинными спиральными роторами, каждый из которых вставлен в другой, когда перпендикулярно под углом 90 °, вращаясь внутри конфигурации линии уплотнения треугольной формы, как в точке всасывания, так и в точке выпуска. Такая конструкция обеспечивает непрерывный поток равного объема без завихрения. Может работать на низком уровне пульсация скорости и обеспечивает низкую производительность, которая требуется некоторым приложениям.

Приложения включают:

• Высокая емкость промышленные воздушные компрессоры.
• Нагнетатели Рутса на двигатель внутреннего сгорания.
• Бренд сирены гражданской обороны, Федеральная сигнальная корпорация с Thunderbolt.

Перистальтический насос

Перистальтический насос 360 °

А Перистальтический насос представляет собой тип поршневого насоса. Он содержит жидкость в гибкой трубке, установленной внутри круглого корпуса насоса (хотя были созданы линейные перистальтические насосы). Номер ролики, туфли, или же дворники прикреплен к ротор сжимает гибкую трубку. При вращении ротора часть трубы под сжатием закрывается (или закупоривает), продавливая жидкость через трубку. Кроме того, когда трубка открывается до своего естественного состояния после прохождения кулачка, она вытягивает (реституция) жидкость в насос. Этот процесс называется перистальтика и используется во многих биологических системах, таких как желудочно-кишечный тракт.

Плунжерные насосы

Плунжерные насосы поршневые поршневые насосы.

Они состоят из цилиндра с поршневым поршнем. Всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в головке цилиндра. Во время хода всасывания плунжер втягивается, а всасывающие клапаны открываются, вызывая всасывание жидкости в цилиндр. При прямом ходе плунжер выталкивает жидкость из выпускного клапана. Эффективность и общие проблемы: с одним цилиндром в плунжерных насосах поток жидкости варьируется от максимального потока, когда плунжер перемещается через средние положения, и нулевого потока, когда плунжер находится в крайних положениях. Когда жидкость ускоряется в системе трубопроводов, тратится много энергии. Вибрация и гидроудар может быть серьезная проблема. Как правило, проблемы компенсируются использованием двух или более цилиндров, не работающих синхронно друг с другом.

Плунжерные насосы тройного типа

В трехплунжерных насосах используются три плунжера, что снижает пульсацию одинарных поршневых насосов. Добавление демпфера пульсаций на выходе насоса может еще больше сгладить пульсация насоса, или волновой график преобразователя насоса. Динамическое взаимодействие жидкости под высоким давлением и плунжера обычно требует высококачественных уплотнений плунжера. Плунжерные насосы с большим количеством плунжеров имеют преимущество увеличения потока или более плавного потока без демпфера пульсаций. Одним из недостатков является увеличение подвижных частей и нагрузки на коленчатый вал.

В автомойках часто используются эти трехцилиндровые плунжерные насосы (возможно, без демпферов пульсаций). В 1968 году Уильям Брюггеман уменьшил размер трехцилиндрового насоса и увеличил срок его службы, чтобы на автомойках можно было использовать оборудование с меньшей площадью основания. Прочные уплотнения высокого давления, уплотнения низкого давления и масляные уплотнения, закаленные коленчатые валы, закаленные шатуны, толстые керамические плунжеры и усиленные шариковые и роликовые подшипники повышают надежность тройных насосов. Насосы Triplex сейчас представлены на множестве рынков по всему миру.

Триплексные насосы с более коротким сроком службы - обычное дело для домашнего пользователя. Человек, который использует бытовую мойку высокого давления в течение 10 часов в год, может быть доволен насосом, который проработает 100 часов между ремонтами. Тройные насосы промышленного или непрерывного действия на другом конце диапазона качества могут работать до 2080 часов в год.^[17]

В нефтегазовой отрасли бурения используются массивные триплексные насосы, перевозимые полуприцепом. буровые насосы накачать буровой раствор, который охлаждает сверло и выносит стружку обратно на поверхность.^[18]Бурильщики используют насосы с тройным или даже квинтуплексным режимом для закачки воды и растворителей глубоко в сланец в процессе добычи, который называется гидроразрыв.^[19]

Пневматические двухмембранные насосы

Одно из современных применений поршневых насосов двойного действия с пневматическим приводом.диафрагма насосы. Эти насосы, работающие на сжатом воздухе, являются искробезопасными по конструкции, хотя все производители предлагают модели, сертифицированные ATEX, чтобы соответствовать отраслевым нормам. Эти насосы относительно недороги и могут выполнять самые разные задачи, от откачки воды из насыпи для перекачки соляной кислоты из безопасного хранилища (в зависимости от того, как изготовлен насос - эластомеры / конструкция корпуса). Эти двухдиафрагменные насосы могут перекачивать вязкие жидкости и абразивные материалы с щадящей перекачкой, идеально подходящей для транспортировки чувствительных к сдвигу сред.^[20]

Канатные насосы

Схема канатного насоса

Разработан в Китае как цепные насосы Более 1000 лет назад эти насосы можно было изготавливать из очень простых материалов: веревки, колеса и трубы из ПВХ было достаточно, чтобы сделать простой канатный насос. Эффективность канатных насосов изучается низовыми организациями, и методы их изготовления и эксплуатации постоянно совершенствуются.^[21]

Импульсные насосы

Импульсные насосы используют давление, создаваемое газом (обычно воздухом). В некоторых импульсных насосах газ, захваченный жидкостью (обычно водой), выпускается и накапливается где-то в насосе, создавая давление, которое может подтолкнуть часть жидкости вверх.

К обычным импульсным насосам относятся:

• Гидравлический цилиндр насосы - кинетическая энергия питания с низким уровнем воды головки временно сохраняется в воздушном пузыре гидроаккумулятор, затем использовали для подачи воды к более высокому напору.
• Импульсные насосы - использовать природные ресурсы, используя только кинетическую энергию.
• Воздушные насосы - работать по воздуху, вставленному в трубу, которая толкает воду вверх, когда пузырьки движутся вверх

Вместо цикла накопления и выпуска газа давление может создаваться за счет сжигания углеводородов. Такие насосы с приводом от внутреннего сгорания напрямую передают импульс от горения через исполнительную мембрану насосной жидкости. Чтобы обеспечить такую ​​прямую передачу, насос должен быть почти полностью изготовлен из эластомера (например, резинка ). Следовательно, сгорание заставляет мембрану расширяться и тем самым выкачивать жидкость из соседней насосной камеры. Первый мягкий насос с приводом от внутреннего сгорания был разработан ETH Zurich.^[22]

Гидравлические поршневые насосы

А гидроцилиндр это водяной насос с приводом от гидроэнергетики.^[23]

Он забирает воду при относительно низком давлении и высоком расходе и выводит воду с более высоким гидравлическим напором и более низким расходом. Устройство использует гидроудар эффект для создания давления, которое поднимает часть входящей воды, которая приводит в действие насос, до точки выше, чем то, где вода начинала.

Гидравлический цилиндр иногда используется в отдаленных районах, где есть как источник гидроэнергетики с низким напором, так и необходимость перекачки воды в пункт назначения, расположенный выше источника. В этой ситуации часто бывает полезен гидроцилиндр, поскольку он не требует внешнего источника энергии, кроме кинетической энергии текущей воды.

Насосы скорости

А центробежный насос использует крыльчатка с загнутыми назад руками

Ротодинамические насосы (или динамические насосы) - это тип скоростного насоса, в котором кинетическая энергия добавляется к жидкости за счет увеличения скорости потока. Это увеличение энергии преобразуется в выигрыш в потенциальной энергии (давлении), когда скорость снижается до или по мере того, как поток выходит из насоса в нагнетательную трубу. Это преобразование кинетической энергии в давление объясняется Первый закон термодинамики, или более конкретно Принцип Бернулли.

Динамические насосы можно подразделить в зависимости от средств, с помощью которых достигается прирост скорости.^[24]

Эти типы насосов обладают рядом характеристик:

1. Непрерывная энергия
2. Преобразование добавленной энергии в увеличение кинетическая энергия (увеличение скорости)
3. Преобразование повышенной скорости (кинетической энергии) в увеличение напора

Практическое различие между динамическими и объемными насосами заключается в том, как они работают в условиях закрытого клапана. Поршневые насосы физически вытесняют жидкость, поэтому закрытие клапана после поршневого насоса вызывает постоянное повышение давления, которое может вызвать механический отказ трубопровода или насоса. Динамические насосы отличаются тем, что они могут безопасно работать в условиях закрытого клапана (в течение коротких периодов времени).

Насосы радиальные

Такой насос также называют центробежный насос. Жидкость входит вдоль оси или центра, ускоряется крыльчаткой и выходит под прямым углом к ​​валу (радиально); примером является центробежный вентилятор, который обычно используется для реализации пылесос. Другой тип радиально-проточного насоса - это вихревой насос. Жидкость в них движется по касательной вокруг рабочего колеса. Конверсия из механическая энергия двигателя в потенциальная энергия потока возникает посредством множественных завихрений, которые возбуждаются рабочим колесом в рабочем канале насоса. Обычно радиальный насос работает при более высоких давлениях и меньших расходах, чем осевой или смешанный.

Осевые насосы

Их также называют насосами для всех жидкостей. Жидкость выталкивается наружу или внутрь для перемещения жидкости в осевом направлении. Они работают при гораздо более низком давлении и более высоких расходах, чем радиальные (центробежные) насосы. Насосы с осевым потоком нельзя разогнать без особых мер предосторожности. Если при низком расходе общий подъем напора и высокий крутящий момент, связанные с этой трубой, будут означать, что пусковой крутящий момент должен стать функцией ускорения для всей массы жидкости в системе труб. Если в системе большое количество жидкости, медленно разгоняйте насос.^[25]

Насосы смешанного типа работают как компромисс между радиальными и осевыми насосами. Жидкость испытывает как радиальное ускорение, так и подъемную силу и выходит из рабочего колеса где-то между 0 и 90 градусами от осевого направления. Как следствие, насосы смешанного потока работают при более высоком давлении, чем насосы с осевым потоком, при этом обеспечивая более высокий расход, чем насосы с радиальным потоком. Угол выхода потока определяет характеристику напор-сброс по отношению к радиальному и смешанному потоку.

Эжекторно-струйный насос

Для создания низкого давления используется струя, часто состоящая из пара. Это низкое давление всасывает жидкость и толкает ее в область более высокого давления.

Гравитационные насосы

Гравитационные насосы включают сифон и Фонтан цапли. В гидроцилиндр также иногда называют гравитационным насосом; в гравитационном насосе вода поднимается за счет силы тяжести и так называемого гравитационного насоса.

Паровые насосы

Паровые насосы долгое время представляли в основном исторический интерес. Они включают любой тип насоса с питанием от паровой двигатель а также беспоршневые насосы Такие как Томас Савери или Пульсометр паровой насос.

В последнее время возродился интерес к солнечным паровым насосам малой мощности для использования в мелкий фермер орошение в развивающихся странах. Ранее небольшие паровые двигатели были нежизнеспособны из-за растущей неэффективности по мере уменьшения размеров паровых двигателей. Однако использование современных инженерных материалов в сочетании с альтернативными конфигурациями двигателей означает, что эти типы систем теперь являются рентабельной возможностью.

Бесклапанные насосы

Бесклапанная перекачка способствует транспортировке жидкости в различных биомедицинских и технических системах. В бесклапанной насосной системе нет клапанов (или физических закупорок) для регулирования направления потока. Однако эффективность перекачивания жидкости в бесклапанной системе не обязательно ниже, чем у системы с клапанами. Фактически, многие гидродинамические системы в природе и в технике более или менее полагаются на бесклапанный насос для транспортировки в них рабочих жидкостей. Например, кровообращение в сердечно-сосудистой системе в некоторой степени поддерживается даже при выходе из строя клапанов сердца. Между тем, сердце эмбрионального позвоночного животного начинает перекачивать кровь задолго до развития различимых камер и клапанов. В микрофлюидика, бесклапанный насосы импеданса были изготовлены и, как ожидается, особенно подходят для работы с чувствительными биожидкостями. Струйные принтеры, работающие на пьезоэлектрический преобразователь Принцип также использовать бесклапанный насос. Камера насоса опорожняется через печатную струю из-за уменьшения сопротивления потока в этом направлении и заполняется повторно. капиллярное действие.

Ремонт насосов

Заброшенная ветряная мельница, подключенная к водяному насосу с хранение воды танк на переднем плане

Изучение записей о ремонте насоса и среднее время наработки на отказ (MTBF) имеет большое значение для ответственных и добросовестных пользователей насосов. Ввиду этого факта, в предисловии к Руководству пользователя насоса 2006 года упоминается статистика «отказов насоса». Для удобства эта статистика отказов часто переводится в MTBF (в данном случае установленный срок службы до отказа).^[26]

В начале 2005 года Гордон Бак, John Crane Inc. Главный инженер полевых операций в Батон-Руж, штат Луизиана, изучил записи о ремонте ряда нефтеперерабатывающих и химических заводов, чтобы получить достоверные данные о надежности центробежных насосов. Всего в исследование были включены 15 действующих заводов, на которых установлено около 15 000 насосов. На самом маленьком из этих заводов было около 100 насосов; на нескольких заводах было более 2000. Все производственные мощности находились в США. Кроме того, они считаются «новыми», другие - «обновленными», а третьи - «установленными».Многие из этих заводов - но не все - состояли в союзе с Джоном Крейном. В некоторых случаях альянсный контракт предусматривал присутствие на месте технического специалиста или инженера John Crane Inc. для координации различных аспектов программы.

Однако не все заводы являются нефтеперерабатывающими заводами, и в других местах наблюдаются разные результаты. На химических заводах насосы исторически были предметом «одноразового использования», поскольку химическая атака ограничивает жизнь. В последние годы ситуация улучшилась, но несколько ограниченное пространство, доступное в «старых» сальниках, стандартизированных по DIN и ASME, накладывает ограничения на тип подходящего уплотнения. Если пользователь насоса не модернизирует камеру уплотнения, в насосе предусмотрены только более компактные и простые версии. Без этой модернизации срок службы химических установок обычно составляет от 50 до 60 процентов от значений нефтеперерабатывающего завода.

Незапланированное техническое обслуживание часто является одной из самых значительных эксплуатационных расходов, а отказы торцевых уплотнений и подшипников являются одной из основных причин. Помните о потенциальной ценности выбора насосов, которые изначально стоят дороже, но служат гораздо дольше между ремонтами. Среднее время безотказной работы лучшего насоса может быть на один-четыре года больше, чем у его не модернизированного аналога. Учтите, что опубликованные средние значения предотвращенных отказов насосов варьируются от 2600 до 12 000 долларов США. Это не включает издержки упущенной возможности. Одно возгорание насоса происходит на 1000 отказов. Меньшее количество отказов насоса означает меньшее количество разрушительных пожаров насоса.

Как уже отмечалось, типичный отказ насоса, исходя из фактических отчетов за 2002 год, стоит в среднем 5 000 долларов США. Сюда входят затраты на материалы, детали, рабочую силу и накладные расходы. Увеличение среднего времени безотказной работы насоса с 12 до 18 месяцев позволит сэкономить 1667 долларов США в год, что может быть больше, чем затраты на повышение надежности центробежного насоса.^[26][27][28]

Приложения

Насос-дозатор для бензин и добавки.

Насосы используются в обществе для самых разных целей. Ранние приложения включают использование мельница или же водяная мельница перекачивать воду. Сегодня насос используется для полива, водоснабжение, подача бензина, кондиционер системы, охлаждение (обычно называется компрессором), химическое движение, сточные воды движение, борьба с наводнениями, морские услуги и т. д.

Из-за широкого разнообразия применений насосы имеют множество форм и размеров: от очень больших до очень маленьких, от перекачки газа до перекачки жидкости, от высокого давления до низкого давления и от большого объема до малого объема.

Заполнение насоса

Обычно жидкостный насос не может просто всасывать воздух. Подающая линия насоса и внутренний корпус, окружающий насосный механизм, должны сначала быть заполнены жидкостью, которая требует перекачивания: оператор должен ввести жидкость в систему, чтобы начать перекачку. Это называется грунтовка насос. Потеря заливки обычно происходит из-за попадания воздуха в насос. Зазоры и коэффициенты вытеснения в насосах для жидкостей, как тонких, так и более вязких, обычно не могут вытеснить воздух из-за его сжимаемости. Так обстоит дело с большинством скоростных (ротодинамических) насосов - например, центробежных насосов. Для таких насосов положение насоса всегда должно быть ниже точки всасывания, в противном случае насос следует заполнять жидкостью вручную или использовать вторичный насос до тех пор, пока весь воздух не будет удален из линии всасывания и корпуса насоса.

Однако объемные насосы обычно имеют достаточно плотное уплотнение между движущимися частями и корпусом или корпусом насоса, что их можно описать как самовсасывающий. Такие насосы также могут служить заправочные насосы, так называемые, когда они используются для удовлетворения этой потребности в других насосах вместо действий, предпринимаемых человеком-оператором.

Насосы для коммунального водоснабжения

Арабское изображение поршень насос, по Аль-Джазари, c. 1206.^[29][30]

Первое европейское изображение поршень насос, по Таккола, c. 1450.^[31]

Орошение осуществляется за счет откачки с помощью насоса непосредственно из Гумти, видно на заднем плане, в Comilla, Бангладеш.

Одним из видов насосов, когда-то распространенных во всем мире, был водяной насос с ручным приводом или «кувшинный насос». Обычно он устанавливался над сообществом колодцы в дни до водоснабжения.

В некоторых частях Британских островов его часто называли приходской насос. Хотя такие общественные насосы больше не распространены, люди все еще использовали выражение приходской насос чтобы описать место или форум, где обсуждаются вопросы, представляющие интерес для местных жителей.^[32]

Поскольку вода из питчерных насосов забирается непосредственно из почвы, она более подвержена загрязнению. Если такую ​​воду не фильтровать и не очищать, ее употребление может привести к желудочно-кишечным или другим заболеваниям, передаваемым через воду. Печально известный случай - это Вспышка холеры на Брод-стрит в 1854 г.. В то время не было известно, как передается холера, но врач Джон Сноу заподозрил зараженную воду и приказал вынуть ручку коммунального насоса; затем вспышка утихла.

Современные ручные коммунальные насосы считаются наиболее устойчивым и недорогим вариантом безопасного водоснабжения в условиях ограниченных ресурсов, часто в сельских районах развивающихся стран. Ручной насос открывает доступ к более глубоким грунтовым водам, которые часто не загрязнены, а также повышает безопасность колодца, защищая источник воды от зараженных ведер. Такие насосы, как насос Afridev, дешевы в сборке и установке и просты в обслуживании с помощью простых деталей. Однако нехватка запасных частей для насосов этого типа в некоторых регионах Африки снизила их полезность в этих регионах.

Герметизация многофазных насосных систем

Применение многофазных насосов, также называемых трехфазными, расширилось из-за увеличения активности бурения нефтяных скважин. Кроме того, экономичность многофазного производства привлекательна для операций по разведке и добыче, так как это приводит к более простым и компактным установкам в полевых условиях, снижению затрат на оборудование и повышению производительности. По сути, многофазный насос может обеспечить все свойства потока жидкости с помощью одной единицы оборудования, занимающей меньшую площадь. Часто два небольших многофазных насоса устанавливаются последовательно вместо одного массивного насоса.

Для операций в середине и вверх по течению многофазные насосы могут быть расположены на суше или на море и могут быть подключены к одной или нескольким устьям скважин. В основном, многофазные насосы используются для транспортировки неочищенного потока, добываемого из нефтяных скважин, в производственные процессы или сооружения для сбора. Это означает, что насос может обрабатывать поток (поток из скважины) от 100% газа до 100% жидкости и любые возможные комбинации между ними. Поток также может содержать абразивные материалы, такие как песок и грязь. Многофазные насосы предназначены для работы в изменяющихся или непостоянных условиях процесса. Многофазная перекачка также помогает исключить выбросы парниковых газов, поскольку операторы стремятся свести к минимуму сжигание газа и удаление воздуха из резервуаров, где это возможно.^[33]

Типы и особенности многофазных насосов

Геликоаксиальный (центробежный)

Ротодинамический насос с одним единственным валом, для которого требуются два механических уплотнения, в этом насосе используется осевое рабочее колесо открытого типа. Это часто называют Насос Посейдон, и может быть описан как нечто среднее между осевым компрессором и центробежным насосом.

Двухвинтовой (объемный)

Двухвинтовой насос состоит из двух винтов, которые перемещают перекачиваемую жидкость. Двухвинтовые насосы часто используются, когда условия перекачивания содержат большие объемные доли газа и изменяются условия на входе. Для уплотнения двух валов требуются четыре механических уплотнения.

Прогрессивная полость (принудительное вытеснение)

Если насос не подходит для центробежного насоса, вместо него используется винтовой насос.^[34] Винтовые насосы прогрессивного действия - это одновинтовые насосы, которые обычно используются в неглубоких скважинах или на поверхности. Этот насос в основном используется на поверхности, где перекачиваемая жидкость может содержать значительное количество твердых частиц, таких как песок и грязь. Объемный КПД и механический КПД винтового насоса с прогрессивной циркуляцией увеличивается с увеличением вязкости жидкости.^[34]

Электро-погружной (центробежный)

Эти насосы в основном представляют собой многоступенчатые центробежные насосы и широко используются в нефтяных скважинах в качестве метода искусственного подъема. Эти насосы обычно используются, когда перекачиваемая жидкость в основном жидкая.

Промежуточный резервуарБуферный бак часто устанавливается перед всасывающим патрубком насоса в случае снаряд. Буферный бак прерывает энергию жидкой пробки, сглаживает любые колебания входящего потока и действует как уловитель песка.

Как видно из названия, многофазные насосы и их механические уплотнения могут сталкиваться с большими вариациями условий эксплуатации, такими как изменение состава технологической жидкости, колебания температуры, высокое и низкое рабочее давление и воздействие абразивных / эрозионных сред. Задача состоит в выборе соответствующего механического устройства уплотнения и поддержки системы для обеспечения максимизируется срок службы уплотнения и его общую эффективность.^[33][35][36]

Характеристики

Насосы обычно оцениваются Лошадиные силы, объемный расход, торговая точка давление в метрах (или футах) напора на входе всасывание в футах (или метрах) напора на всасывании. Напор можно упростить, указав количество футов или метров, на которые насос может поднять или опустить столб воды на атмосферное давление.

С точки зрения первоначального проектирования инженеры часто используют величину, называемую удельная скорость для определения наиболее подходящего типа насоса для конкретной комбинации расхода и напора.

Мощность накачки

Сила, передаваемая жидкости, увеличивает энергию жидкости на единицу объема. Таким образом, соотношение мощности находится между преобразованием механической энергии насосного механизма и жидкостных элементов внутри насоса. Как правило, это регулируется серией одновременных дифференциальных уравнений, известных как Уравнения Навье – Стокса. Однако более простое уравнение, связывающее только разные энергии в жидкости, известное как Уравнение Бернулли может быть использован. Следовательно, мощность P, необходимая насосу:

${displaystyle P = {frac {Delta pQ} {eta}}}$

где Δp - изменение полное давление между входом и выходом (в Па) и Q объемный расход жидкости указывается в м³/ с. Общее давление может иметь гравитационное, статическое давление и кинетическая энергия составные части; то есть энергия распределяется между изменением гравитационной потенциальной энергии жидкости (подъем или спуск), изменением скорости или изменением статического давления. η - КПД насоса, может быть дан в информации производителя, например, в виде кривая насоса, и обычно происходит от динамика жидкостей моделирование (т.е. решения Навье – Стокса для конкретной геометрии насоса) или путем тестирования. Эффективность насоса зависит от конфигурации насоса и условий эксплуатации (таких как скорость вращения, плотность и вязкость жидкости и т. Д.)

${displaystyle Delta P = {(v_ {2} ^ {2} -v_ {1} ^ {2}) over 2} + Delta zg + {Delta p_ {mathrm {static}} over ho}}$

Для типичной «перекачивающей» конфигурации работа передается жидкости и, таким образом, является положительной. Для жидкости, влияющей на работу насоса (т. Е. турбина ) работа отрицательная. Мощность, необходимая для привода насоса, определяется делением выходной мощности на КПД насоса. Кроме того, это определение включает насосы без движущихся частей, такие как сифон.

Эффективность

Эффективность насоса определяется как отношение мощности, передаваемой жидкости насосом, к мощности, подаваемой для приведения в действие насоса. Его значение не является фиксированным для данного насоса, эффективность зависит от нагнетания и, следовательно, рабочего напора. Для центробежных насосов эффективность имеет тенденцию увеличиваться с увеличением расхода до точки, находящейся в середине рабочего диапазона (пиковая эффективность или точка максимальной эффективности (BEP)), а затем снижается при дальнейшем увеличении скорости потока. Такие данные о производительности насоса, как это, обычно предоставляются производителем перед выбором насоса. Эффективность насоса со временем снижается из-за износа (например, увеличения зазоров по мере уменьшения размера крыльчатки).

Когда в систему входит центробежный насос, важной проблемой проектирования является соответствие напор-расходная характеристика с насосом так, чтобы он работал с максимальной эффективностью или близкой к ней.

Эффективность насоса является важным аспектом, и насосы следует регулярно проверять. Термодинамические испытания насоса это один метод.

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Австралийская ассоциация производителей насосов. Австралийский технический справочник по насосам, 3-е изд. Канберра: Австралийская ассоциация производителей насосов, 1987. ISBN  0-7316-7043-4.
• Хикс, Тайлер Г. и Теодор У. Эдвардс. Разработка приложений для насосов. Книжная компания McGraw-Hill, 1971 год. ISBN  0-07-028741-4
• Карасик Игорь, изд. (2007). Справочник по насосам (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN  9780071460446.
• Роббинс, Л. «Самодельные водонапорные системы». Популярная наука, Февраль 1919 г., страницы 83–84. Статья о том, как домовладелец может легко построить систему домашнего водоснабжения под давлением, не использующую электричество.