Оборудование для транспортирования жидкостей
Министерство образования и науки РФ
Федеральное
государственное бюджетное
Волгоградский
государственный технический
(ВолгГТУ)
Кафедра «Процессы и аппараты химических производств»
Реферат
По дисциплине:
«Оборудование химических процессов»
На тему:
«Оборудование
для транспортирования
Выполнила:
ст. гр. ЭиУ – 3.1
Авилова Е.Д.
Проверила:
Доцент
Дулькина Н.А.
Волгоград 2012
Оглавление
Введение 3
1 КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ 4
2 ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ 5
2.1 Поршневые насосы 5
2.2 Шестеренные насосы 9
2.3 Винтовые насосы 10
2.4 Пластинчатые насосы 11
2.5 Монтежю 12
3 ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ 13
3.1 Центробежные насосы 13
3.2 Осевые (пропеллерные) насосы 16
3.3 Вихревые насосы 17
3.4 Струйные насосы 18
3.5 Воздушные (газовые) подъемники 19
Заключение 21
Список использованных источников 23
Введение
Применяемые в химической технологии жидкости и газы часто необходимо транспортировать по трубопроводам как внутри предприятия, так и вне него. Их приходится перемещать по вертикальным и горизонтальным трубопроводам, соединяющим отдельные последовательно расположенные аппараты и установки, а также цехи, склады и различные вспомогательные службы. Энергия (напор, давление), необходимая для перемещения жидкости (создание требуемой скорости потока и преодоление гидравлических сопротивлений), сообщается гидравлическими машинами, носящими название насосов, в которых механическая энергия двигателя преобразуется в энергию транспортируемой жидкости вследствие повышения ее давления.
Широкое использование насосов
в разнообразных рабочих
КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ
По принципу действия насосы подразделяют на объемные и динамические.
В объемных насосах энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. В соответствии с этим по форме движения рабочих органов их подразделяют на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные, диафрагменные) и вращательные, или роторные (шестеренные, винтовые и др.).
В динамических насосах энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес (например, в центробежных и осевых насосах), или сил трения (например, в струйных и вихревых насосах). Поэтому по виду силового действия на жидкость динамические насосы подразделяют на лопастные и насосы трения.
Наиболее распространенными
Большое число конструкций насосов обусловлено многообразием задач транспортирования жидкостей, встречающихся в химической промышленности. Например, требуемая производительность насоса может в одном случае составлять несколько литров в час (т.е. дм3/ч), а в другом - несколько десятков м3 в 1 с[1].
ОБЪЕМНЫЕ НАСОСЫ
Поршневые насосы
Наиболее распространенным типом объемных насосов являются поршневые. Насос состоит из цилиндра 1 (рис. 1), в котором с помощью кривошипно-шатунного механизма движется возвратно-поступательно поршень 2; при движении поршня слева направо (из крайнего левого положения а) в цилиндре возникает разрежение, вследствие чего всасывающий клапан 4 поднимается и жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу 6 поступает в цилиндр 1 и движется за поршнем. Нагнетательный клапан 5 при этом закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе 7. При ходе поршня справа налево (из крайнего правого положения 6) в цилиндре создается избыточное давление, под действием которого закрывается (опускается) всасывающий клапан, а нагнетательный клапан 5 открывается, и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, в рассмотренном насосе за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма (при этом поршень делает два хода - слева направо и справа налево) происходит одно всасывание и одно нагнетание, т.е. процесс перекачивания жидкости таким насосом, который называют насосом простого действия, осуществляется неравномерно.
В зависимости от числа всасываний и нагнетаний за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма или за два хода S поршня (см. рис. 1) поршневые насосы подразделяют на насосы простого и многократного действия. У последних достигается более равномерная подача и более высокая производительность, чем у насосов простого действия.
1 - Цилиндр; 2 – поршень (S – ход поршня); 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 и 5 – соответственно всасывающий и нагнетательный клапаны; 6,7 - соответственно всасывающий и нагнетательный трубопроводы; а и б – поясняются в тексте.
Рисунок 1 – Горизонтальный поршневой насос простого действия
На рис. 2 показаны некоторые типы конструкций поршней, а на рис. 3 -клапанов поршневых насосов.
1 – поршень; 2 – сменные уплотняющие кольца; 3 – цилиндр; 4 – шток
Рисунок 2 – Устройство поршня (а) и
конструкции облегченных
А- тарельчатый ( 1 – пружина, 2 – стержень, 3 – тарелка, 4 – седло), б – откидной ( 1 – крышка, 2 – сопло, 3 – ограничитель подъема), в – шаровой ( 1 – клапан, 2 – корпус, 3 – крышка)
Рисунок 3 – Клапаны поршневых насосов
По расположению поршня различают горизонтальные и вертикальные поршневые насосы. В горизонтальных насосах вследствие неравномерного давления поршня на цилиндр (нижняя часть цилиндра испытывает повышенное давление под действием силы тяжести поршня во время его движения) происходит неравномерный износ цилиндра и поршня и, следовательно, более быстрый, чем в вертикальных насосах, их выход из строя.
При работе в условиях высокого давления поршневые насосы требуют сложных уплотняющих устройств (поршневые кольца, эластичные манжеты), высокоточной обработки поверхностей поршня и цилиндра. Поэтому для создания высоких давлений поршень заменяют полым или сплошным плунжером (скалкой). В этой связи отметим еще одну классификацию поршневых насосов: в зависимости от конструкции поршня их подразделяют на собственно поршневые и плунжерные (скальчатые).
На рис. 4 представлен плунжерный вертикальный насос простого действия, в котором всасывание и нагнетание жидкости происходят вследствие возвратно-поступательного движения плунжера 2 в цилиндре 1. Уплотнение плунжера осуществляется с помощью сальника 3. В химической промышленности плунжерные насосы распространены более широко, чем поршневые, поскольку требуют менее тщательной обработки внутренней поверхности цилиндра и проще уплотняются (подтягиванием или заменой набивки 5).
1 – цилиндр, 2 – плунжер, 3 – сальник, 4 и 5 – соответственно всасывающий и нагнетательный клапаны Рисунок 4 – Плунжерный вертикальный насос простого действия |
1 – корпус, 2 – клапаны, 3 – цилиндр, 4 – плунжер, 5 – диафрагма
Рисунок 5 – Диафрагменный (мембранный) насос |
По скорости вращения вала кривошипа поршневые насосы подразделяют на тихоходные (40-60 об/мин), нормальные (60-120 об/мин) и быстроходные (120-180 об/мин и более).
Разновидностью поршневого насоса простого действия является диафрагменный (мембранный) насос (рис. 5), который применяют для перекачивания загрязненных и химически агрессивных жидкостей. В этом насосе цилиндр 3 и плунжер 4 отделены от перекачиваемой жидкости гибкой перегородкой-диафрагмой 5 из резины или специальной стали. При ходе плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе ее стороны прогибается вправо, открывается нижний клапан 2, и жидкость поступает в насос. При ходе плунжера вниз диафрагма прогибается влево, открывается верхний клапан 2 (нижний клапан при этом закрывается), и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод.
Серьезным недостатком поршневых насосов простого действия является неравномерность их работы. Существенно снижается неравномерность в насосах многократного действия. На рис. 6 приведена схема насоса двойного, а на рис. 7-тройного действия. Насосы двойного действия (рис. 8-7) имеют два всасывающих (7 и 2) и два нагнетательных (3 и 4) клапана. Насос тройного действия (триплекс-насос; рис. 8-8) представляет собой строенные насосы простого действия с общими трубопроводами всасывания и нагнетания и коленчатым валом, причем кривошипы каждого из трех насосов простого действия расположены под углом 120° друг относительно друга. За один оборот коленчатого вала жидкость три раза всасывается и три раза нагнетается[2].
1,2 – всасывающие клапаны, 3,4 – нагнетательные клапаны, 5 – плунжер, 6 – сальник Рисунок 6 – Плунжерный вертикальный насос простого действия |
1 – цилиндры, 2 – плунжеры, 3- шатуны, 4 – коленчатый вал, I – линия всасывания, II – линия нагнетания Рисунок 7 – Диафрагменный (мембранный) насос |
Шестеренные насосы
В корпусе 1 насоса (рис. 8) установлены две шестерни 2 и 3, одна из которых – ведущая приводится во вращение от электродвигателя. Между корпусом и шестернями имеются небольшие радиальные и торцовые зазоры. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, вследствие создаваемого при выходе зубьев из зацепления разрежения жидкость из всасывающего патрубка 4 поступает в корпус. В корпусе жидкость захватывается зубьями шестерен, перемещается вдоль стенки корпуса по направлению вращения и поступает в нагнетательный патрубок 5.
1 – корпус, 2,4 – шестерни, 3 – всасывающий патрубок, 5 – нагнетательный патрубок
Рисунок 8 – Шестеренный насос
Отметим, что шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен области всасывания и нагнетания меняются местами.
Объемный к. п. д. у шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протечки жидкости через зазоры и обычно составляет 0,7-0,9[1].
Винтовые насосы
Эти насосы имеют ведущий винт 1 (рис. 9) и несколько ведомых винтов 2, расположенных внутри корпуса 4 в кожухе 3. Винты имеют специальный профиль - такой, что линия зацепления между ними обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. Направление нарезки ведомых винтов противоположно направлению нарезки ведущего.
1 – ведущий винт, 2 – ведомые винты, 3 – кожух, 4 – корпус
Рисунок 9 – Винтовой насос
Наибольшее распространение в промышленности получили винтовые насосы с тремя винтами, из которых средний - ведущий, а два боковых – меньшего диаметра - ведомые. Винты помещены в кожух с гладкой цилиндрической поверхностью. При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается вдоль оси насоса и вытесняется в линию нагнетания.
Давление, развиваемое винтовыми насосами, зависит от числа шагов винтовой нарезки. Оно увеличивается с возрастанием отношения длины витка к его диаметру. Производительность этих насосов увеличивается с увеличением числа оборотов винтов, при этом давление, создаваемое насосом, остается без изменения[3]
Пластинчатые насосы
Насос состоит из ротора 1 (рис. 10), расположенного эксцентрично в корпусе 2. В роторе имеются радиальные прорези, в которых свободно могут скользить пластины 3. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренней поверхности корпуса. При этом серповидное рабочее пространство 4 разделяется на камеры засасывания и нагнетания. Объем камеры всасывания при движении пластины от всасывающего патрубка 5 увеличивается, в результате чего в этой камере создается разрежение и жидкость всасывается в корпус насоса через патрубок 5. После прохождения пластиной 1 точки а объем камеры уменьшается, и жидкость поступает из насоса в нагнетательный патрубок 6.
1 – ротор, 2 – корпус, 3 – пластины, 4 – рабочее пространство, 5 – всасывающий патрубок, 6 – нагнетательный патрубок
Рисунок 10 – Пластинчатый ротационный насос
Подача жидкости роторными насосами, в том числе и пластинчатыми, весьма равномерна, ее можно регулировать изменением числа оборотов вала (ротора). Теоретически подача роторных насосов, как и всех объемных насосов, не зависит от создаваемого ими напора. В действительности возникает незначительное снижение подачи при повышении напора вследствие протечки жидкости через зазоры внутри насоса.
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].
ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ
Центробежные насосы
Наиболее распространенными
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
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
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 рсм значительно меньше плотности жидкости рж, в результате чего смесь поднимается по трубе 3 над уровнем жидкости на высоту Нт. 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
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
- 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.
- Н.И. Гельперин. Основные процессы и аппараты химической технологии, М.: Недра. 1981
- 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.
- А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии., Химия, М., 1973.
- Машины и аппаpаты для химической пpомышленности: Каталог.-М.: В/О Техмашэкспоpт СССP, 1972.

- Оборудование для формования мясных продуктов
- Оборудование для хранения товаров
- Оборудование для штрихового кодирования
- Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способами
- Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным и газлифтным способом
- Оборудование для эксплуатации скважин штанговыми насосными установками
- Оборудование и автоматизация пищевых производств
- Оборудование для производства макаронных изделий в цехах малой мощности
- Оборудование для производства мороженого
- Оборудование для производства соков
- Оборудование для регенерации масел
- Оборудование для сварки в защитных газах
- Оборудование для сотовой связи. Обзор оборудования, возможности. Интеграции с сетями передачи данных
- Оборудование для тепловой обработки мяса