Thread Content
Гидравлическое устройство, использующее природную энергию или приводные механизмы и передаточные узлы для подъема воды с низкой высоты на высокую. Широко используется для орошения сельскохозяйственных угодий, дренажа, а также в сельском и животноводческом хозяйстве, для водоснабжения городов, на промышленных и горнодобывающих предприятиях, в системах дренажа и т. д. Водяные насосы, используемые для орошения и дренажа сельскохозяйственных угодий, а также в процессе ведения сельского хозяйства и животноводства, называются сельскохозяйственными водяными насосами. Они являются одним из основных компонентов оборудования для орошения и дренажа сельскохозяйственных угодий. Типы. В зависимости от принципа работы их можно разделить на объемные насосы, лопастные насосы и т. д. Объемные насосы передают энергию за счет изменения объема рабочей камеры; к ним относятся поршневые насосы, штоковые насосы, зубчатые насосы, диафрагменные насосы, винтовые насосы и другие типы. Лопастной насос использует взаимодействие вращающихся лопастей с водой для передачи энергии; существуют такие его типы, как центробежные насосы, смешанные насосы и осевые насосы. Часть насоса подводной электрической помпы, представляющая собой корпус насоса, является лопастным насосом. Другими типами насосов являются ударно-поршневые насосы, струйные насосы, насосы внутреннего сгорания и т. д.; они работают на основе принципов действия ударной волны струи и взрыва топлива соответственно. Гидротурбинный насос представляет собой сочетание гидротурбины и лопастного насоса. Среди вышеупомянутых типов насосов наиболее репрезентативными являются те, которые описаны в следующих формулах. Напорный насос — это разновидность горизонтального осевого насоса. Это устройство состоит из электродвигателя, редуктора и водяного насоса; оно размещается в специальном отсеке под водным дамбой. Каналы для входа и выхода воды находятся на одной прямой линии; форма устройства приближена к форме прямого цилиндра. Это обеспечивает низкие гидравлические потери, высокую эффективность подачи воды, а также компактную конструкцию. Устройство удобно в монтаже и техническом обслуживании, что делает проектирование насосной станции простым. Цементный насос — это осевой насос с низким напором. Помимо ротора и корпуса насоса, изготовленных из металла, каналы для входа и выхода воды выполнены из кирпича, камня или бетона. Напор такого насоса составляет менее 2 метров; он обладает большим расходом воды, простой конструкцией, низкой стоимостью и высокой эффективностью. Подходит для дренажа и орошения в низинных районах. Насос с смешанным потоком – это тип насоса, конструкция и принцип работы которого сочетают в себе особенности как центробежных, так и осевых насосов. Когда рабочее колесо вращается под действием приводного механизма, лопасти с одной стороны толкают воду, а с другой — заставляют её вращаться, что создает центробежную силу. Под действием силы, создаваемой листьями, и центробежной силы в воде возникает течение и повышается давление. Поток воды поступает в ротор по оси, а затем вытекает под углом вдоль лопастей; этот способ часто используется для перекачки больших объемов воды при среднем давлении. Обычно существуют два типа: с гульвицей и с направляющими лопастями. Структура насосов с спиральным каналом схожа со структурой центробежных насосов; в них с помощью спирального канала энергия, полученная потоком воды после прохождения через рабочее колесо, преобразуется в энергию давления. Как правило, в средних и малых насосах смешанного типа используется именно такая конструкция. Помпа с направляющими лопастями, также называемая пумпой с наклонным потоком, имеет структуру, схожую с асинхронной помпой; она отличается меньшими радиальными размерами, простотой конструкции и небольшим весом. У крупных смешанных насосов чаще всего используется конструкция с направляющими лопастями, причем угол их установки также может регулироваться. Диапазон высоты подъема воды у смешанных насосов обычно составляет от 3 до 10,5 метров. Мощность, необходимая для их запуска, невелика; они способны адаптироваться к изменениям уровня воды. Производительность насосов колеблется в пределах от 0,1 до 50 м³/секунды ； Эффективность может достигать 64–86%. С 1970-х годов темпы развития крупных смешанных насосов были высокими, и во многих случаях они начали заменять крупные осевые насосы. Насосы для глубоких скважин с длинной осью в основном представляют собой вертикальные центробежные насосы с одним всасывающим отверстием. Ротор такого насоса располагается ниже уровня жидкости в скважине, а приводной механизм находится над скважиной. Через длинную ось приводной механизм заставляет ротор вращаться внутри направляющей коробки. Вода поступает по каналу, образованному между направляющей коробкой и ротором, и поднимается к поверхности земли по трубопроводам. При высоком напоре можно использовать многоступенчатые центробежные насосы с несколькими лопастями, соединенными последовательно. Из-за высоких требований к точности изготовления и монтажа валов привода эффективность значительно снижается с увеличением глубины скважины, поэтому их обычно используют только в скважинах глубиной до 100 метров. Поршневой насос с тяговым штоком – приводится в действие силой животных, ветряных турбин или двигателей внутреннего сгорания; часто используется для откачки воды из колодцев на пастбищах. Состоит из цилиндра насоса, поршня, входных и выходных труб, клапанов для входа и выхода воды, тягового стержня и привода. Поршень перемещается вверх и вниз внутри цилиндра насоса под действием тягового стержня, соединенного с ним. Когда поршень движется вверх, клапан для входа воды открывается, и вода из водопроводной трубы поступает в цилиндр насоса. В то же время клапан для выхода воды закрывается, и вода, находящаяся над поршнем, поднимается вверх ； Когда поршень движется вниз, клапан для подачи воды закрывается, а клапан для выпуска воды открывается. Вода из цилиндра насоса поднимается через клапан для выпуска воды над поршнем. Таким образом происходит постоянная подача воды и её выталкивание через выпускной канал. Параметры производительности. Техническими параметрами, характеризующими производительность насосов, являются расход воды, глубина всасывания, высота подъема воды, мощность вала, механическая эффективность и т. д. Для лопастных насосов также важны скорость вращения и удельное число оборотов. ①Глубина всасывания. Это высота подъема воды насосом. Это вертикальное расстояние от центра корпуса насоса до уровня источника воды. При использовании вакуума внутри насоса для всасывания воды допустимая глубина всасывания обычно не превышает 7,5 метров. ②Высота подъема. То есть высота подъема воды насосом. Это величина, характеризующая увеличение энергии воды на единицу массы после прохождения её через насос. Обычно разницу в уровнях воды в входном и выходном бассейнах насосной станции называют фактическим напором ； Потери напора, связанные с трубопроводами насосной станции и её принадлежностями (такими как донные клапаны, изгибы труб, клапаны управления и т. д.), называются общим подъемом напора. Номинальная высота подъема, указанная на табличке насоса, представляет собой высоту подъема, достигаемую насосом при максимальной эффективности при определенных скоростях вращения; это сумма фактической высоты подъема и потерь на сопротивление. ③Трафик. Это количество воды, которое насос может перекачать за единицу времени; также называется объемом перекачиваемой воды. Распространенными единицами расхода являются литры в секунду, кубические метры в секунду, кубические метры в час, килограммы в секунду, тонны в час и другие. ④Мощность вала. Это мощность, которая передается от двигателя на вал насоса, то есть входная мощность насоса. ⑤Мощность воды. Также называется полезной мощностью. Это фактическая мощность насоса, затрачиваемая на перекачку воды в единицу времени, то есть выходная мощность насоса. ⑥Эффективность. Отношение мощности, развиваемой водой, к мощности, передаваемой на вал, и является коэффициентом эффективности насоса; он обычно выражается в процентах. Это показатель, используемый для оценки эффективности использования энергии, передаваемой двигателем насосу, и отражающий качество работы насоса. ⑦Коэффициент оборотов. Комплексный параметр, характеризующий характеристики водяного насоса. Обычно обозначается с помощью nS. nS=3,65·nQ1/2·H^-3/4. В формуле n — это частота вращения (обороты в минуту), Q — расход жидкости (м³/сек); для двухвинтовых насосов в формулу следует подставлять значение Q/2. H — высота подъема жидкости (м). Удельный коэффициент вращения насоса тесно связан с различными параметрами насоса. У обычных центробежных насосов коэффициент скорости вращения невелик; это связано с большим диаметром ротора, узкой шириной выходного отверстия, высоким напором и небольшим расходом жидкости ； У осевого насоса показатель удельного числа оборотов высок, поэтому напор низкий, а расход воды велик ； Насос с смешанным потоком находится между ними. Удельное число оборотов для обычных центробежных насосов составляет 30–300, для насосов с смешанным потоком – 300–600, а для осевых насосов – 500–1800. У двух геометрически схожих лопастных насосов коэффициент оборотов неизбежно будет одинаковым. Таким образом, можно использовать данные испытаний геометрически схожих моделей для прогнозирования параметров производительности крупных насосов. Подводные насосы – это насосы, у которых как рабочий элемент, так и двигатель, приводящий в движение рабочий элемент, находятся под водой. Существуют подводные насосы, предназначенные для использования в глубоких скважинах, и те, что используются на рабочей поверхности. Подводные электронасосы для глубоких скважин получают питание от двигателя посредством кабеля, протянутого внутрь скважины, что исключает необходимость в длинном валу. Благодаря этому устройства имеют компактную конструкцию, небольшой вес, а также удобны в установке, эксплуатации и транспортировке. В районах, где есть источник питания, они вытесняют насосы с длинным валом. Однако они не подходят для скважин с высоким содержанием песка, а также для районов, где нет источника питания. Электродвигатели, используемые в подводных насосах, бывают сухими (когда весь двигатель герметично закрыт), полусухими (когда статор двигателя герметичен, а ротор работает в воде), маслонаполненными (когда внутри двигателя находится масло для предотвращения проникновения влаги в обмотки) и влажными (когда внутри двигателя находится вода, причем и статор, и ротор работают в воде). Первые 3 типа требуют герметизации, а также высокой точности производства и монтажа; поэтому в сельскохозяйственных глубоких колодцевых подводных насосах обычно используются моторы влажного типа. В таких моторах обмотка статора изготавливается из водонепроницаемых изоляционных проводов, либо в концах обмотки статора и в пазах вплавляется синтетический смолистый материал. Попадание воды внутрь мотора не оказывает значительного воздействия, поэтому конструкция устройства герметизации может быть упрощена — достаточно лишь обеспечить защиту от песка. У некоторых глубоководных подводных насосов высота подъема воды достигает 1400 метров, а максимальный расход воды — 1,4 м³/сек. Центробежный насос — это насос, который использует силу центробежности для повышения давления в воде и обеспечения её движения. Состоит из корпуса насоса, лопастей, вала и т. д. (рис. 1). Двигатель приводит в движение вал, который, в свою очередь, заставляет лопасти вентилятора быстро вращаться внутри корпуса насоса. Вода в насосе под действием центробежной силы также начинает вращаться вместе с лопастями. Центробежная сила выталкивает жидкость из окружения ротора; она образует поток высокой скорости и высокого давления, который выходит наружу через корпус насоса. В центре ротора создается низкое давление, что позволяет втягивать новый поток жидкости, тем самым обеспечивая непрерывную подачу жидкости. Лопасти ротора имеют изгиб в направлении обратного вращения; существуют три типа конструкций: закрытый, полузакрытый и открытый. В сельскохозяйственных целях чаще используется закрытый тип ротора, при котором лопасти с обеих сторон окружены дисками. Корпус насоса по мере движения в направлении выходного трубопровода постепенно расширяется, принимая форму спирали. Центробежный насос с одним всасывающим отверстием — это насос, в котором вода поступает внутрь с одной стороны рабочего колеса; центробежный насос с двумя всасывающими отверстиями — это насос, в котором вода поступает с обеих сторон рабочего колеса. Для увеличения высоты подъема можно установить несколько лопастей на одной оси, тем самым создав многоступенчатый центробежный насос. Вода, вытекающая из предыдущего лопастного колеса, поступает в входное отверстие следующего лопастного колеса. После повышения давления она снова вытекает из последнего лопастного колеса. Следовательно, чем больше количество лопастных колес, тем выше давление. Некоторые центробежные насосы оснащены устройствами, способными автоматически удалять воздух из всасывающей трубы и самого насоса. Поэтому перед запуском не требуется заливать воду в насос. Такие насосы называются самовсасывающими центробежными насосами. Однако их эффективность обычно ниже, чем у обычных центробежных насосов. Центробежные насосы наиболее широко используются для орошения сельскохозяйственных угодий и водоснабжения в сельском хозяйстве и животноводстве. Часто используется в случаях, когда требуется большая высота подъема при небольшом расходе. Напор одноступенчатой центробежной насосной установки составляет от 5 до 125 метров; расход жидкости при этом остается постоянным и составляет обычно от 6,3 до 400 кубических метров в час. Эффективность таких насосов может достигать 86–94%. Аксиальный насос состоит из корпуса насоса, рабочего колеса и вала и других деталей. Также называется винтовым насосом. На рабочем колесе имеется несколько лопастей, похожих на пропеллеры. Когда рабочее колесо вместе с валом вращается под действием двигателя, лопасти выталкивают воду в одну сторону, а в то же время захватывают воду из источника с другой стороны. Это способствует непрерывному потоку воды в направлении, параллельном оси вала, тем самым обеспечивая постоянную подачу воды. Давление водного потока увеличивается под действием вращения ротора. Вращающийся поток воды, выходящий из ротора, после прохождения через фиксированные направляющие лопасти теряет свою скорость вращения; за счет диффузии часть его кинетической энергии преобразуется в пневматическую энергию. Это способствует подъему потока воды внутри корпуса насоса вдоль оси, после чего вода вытекает через выходное отверстие. Аксиальные насосы чаще всего используются в ситуациях, когда требуется низкий уровень напора, но большой расход жидкости; диапазон напора составляет примерно 1–25 метров ； Расход — 2,7–60,0 м³/сек, эффективность может достигать 85–90,5%. Существует три способа монтажа: вертикальный, горизонтальный и наклонный. Самым распространенным является вертикальный тип асинхронных насосов (рисунок 2). Угол установки лопастей на валу ротора крупных осевых насосов может регулироваться, либо с помощью гидравлической передачи вал может регулироваться в процессе работы со временем, чтобы соответствовать изменениям требований к напору и расходу, тем самым обеспечивая более высокую производительность; поэтому такие насосы называются регулируемыми осевыми насосами. Струйный глубоководный насос обычно состоит из струйного насоса и центробежного насоса в сочетании с соответствующими кожухами. Используется для извлечения воды из глубоких скважин на глубину до 30 метров. Принцип работы струйного насоса заключается в том, что давление создается путем выталкивания струи через сопло к входу в глотку. Благодаря поперечному возмущению струи происходит её рассеивание, что способствует удалению воздуха из трубопровода для всасывания. В результате в трубопроводе образуется вакуум, и вода из скважины всасывается внутрь, где смешивается со струей в глотке, происходит обмен энергией. У выхода из глотки скорость потока у обоих веществ становится примерно одинаковой; затем с помощью диффузионной трубки большая часть кинетической энергии преобразуется в пневматическую энергию, что способствует дальнейшему повышению давления воды. В конце концов вода вытекает через выпускную трубу. У струйных глубоководных насосов существует два варианта компоновки: ① струйный насос соединяется параллельно с центробежным насосом; центробежный насос по трубопроводу подает воду под давлением к струйному насосу, который затем поднимает эту воду вместе с водой, которая должна быть откачана, вверх. Таким образом достигается преобразование воды с низким давлением и большим расходом в воду с высоким давлением и меньшим расходом. Этот тип насосов используется в основном для орошения на поверхности земли и очистки каналов ； ②Помпы сжатия струи и центробежные помпы соединяются последовательно и параллельно: помпа сжатия струи создает давление для центробежной помпы, тем самым увеличивая её глубину всасывания. Часть воды, выделяемой центробежной помпой, поступает в помпу сжатия струи, а остальная часть направляется в резервуар под давлением или в трубопроводы. Давление воды в этих системах высокое; такая вода используется в оборудовании для полива, а также для водоснабжения в сельском хозяйстве и животноводстве. По сравнению с подводными насосами и насосами с длинной осью для глубоких скважин, струйные насосы для глубоких скважин обладают простой конструкцией, надежной работой, удобством в производстве и низкой стоимостью ； Но эффективность ниже, а электропотребление при одинаковых условиях работы выше. Гидронасос с винтовым механизмом – это объемный насос, который за счет изменения объема цилиндра при вращении винта осуществляет всасывание и подачу воды. Существуют такие типы, как одножильный, двухжильный и многожильный. В сельском хозяйстве используются насосы с одним винтом; камера такого насоса состоит из стального винта и резиновой втулки, закрепленной внутри корпуса насоса. Шток с одним шагом винта вращается внутри втулки с двойным шагом винта; полость, образующаяся между ними, перемещается от входного конца к выходному, тем самым создавая непрерывный поток воды. Благодаря простой конструкции, небольшим размерам, легкости сборки и разборки, надежной работе и хорошим свойствам самовсасывания, его часто используют в мобильных системах полива. Ручный диафрагменный насос используется для подъема воды на небольшую высоту и при малом расходе. Он состоит из корпуса насоса, входных и выходных труб, клапанов для входа и выхода воды, диафрагмы и штока для ее перемещения. Корпус насоса может состоять из одной или двух камер насоса. Мембранный насос с двумя камерами, в котором мембрана расположена в центре корпуса насоса, или же две мембраны установлены снаружи двух разделенных камер насоса. Во время работы два человека вручную управляют толкательными стержнями, соединенными с диафрагмой, толкая ее вперед и назад, что приводит к периодическому увеличению и уменьшению объема двух помповых камер. Когда камера насоса расширяется, давление снижается, клапан для входа воды открывается, а клапан для выхода воды закрывается; вода поступает в камеру насоса через входной трубопровод ； При сжатии камеры насоса давление повышается, клапан для подачи воды закрывается, а клапан для выпуска воды открывается; вода из камеры насоса вытекает через выпускной трубопровод. Две камеры насоса поочередно засасывают и выпускают воду, что позволяет поднимать 10–20 тонн воды в час. Соответствующая мощность насоса. Рациональное сочетание насоса и источника питания имеет важное значение для обеспечения нормальной работы насоса, а также для достижения высокой эффективности и низкого уровня энергопотребления. Мощность сопутствующего привода рассчитывается по формуле в зависимости от высоты подъема воды H (метры) и расхода воды Q (м³/секунда): (киловатты). Напор H состоит из геометрического напора Hj и потерь в трубопроводе HS; при первоначальном выборе его можно оценить по формуле HS = (0,1–0,2)Hj. После определения трубопровода расчет выполняется с использованием методов гидродинамики или путем обращения к таблицам в зависимости от типа или размеров труб и соединений. В формуле K — коэффициент резерва мощности; обычно принимается значение K = 1,05–1,3. При большой мощности используется меньшее значение. η1 — коэффициент эффективности передачи мощности; когда двигатель соединен напрямую с насосом, η1 = 1 ； η2 — это коэффициент эффективности насоса, который определяется в зависимости от типа насоса и условий его работы. Диаметр входных и выходных труб для насоса, а также для резервуара, определяется по следующей формуле: D = 1,13·Q^(1/2)·V^(-1/2) (в метрах). Здесь V – скорость потока жидкости в трубе; обычно для входных труб V ≤ 2 м/с, а для выходных труб – V ≤ 3 м/с. Если используется труба с постепенным изменением диаметра, то длина этой части должна быть в 5–7 раз больше среднего диаметра. Входные отверстия центробежных и осевых насосов располагаются на глубине h1 под уровнем воды в резервуаре; h1 = (1,4–1,6)D1, причем D1 – это диаметр входного трубопровода. Центральная линия рабочего колеса осевого насоса расположена на глубине h3 ниже уровня воды в водоеме; при этом h2 ≥ (0,75～D)D0, где D0 — диаметр рабочего колеса. Высота входного отверстия для воды над дном бассейна h0=(0,5～1)D0. Ширина водоема для подачи воды к одному насосу составляет (2–3)D1. В резервуаре для воды, где установлено несколько насосов, расстояние между соседними входными трубами составляет (3–3,5)D1. Расстояние от входного трубопровода до задней стенки резервуара для воды составляет (1–1,5)D1. Чтобы избежать потерь напора, выпускной трубопровод обычно устанавливают ниже уровня воды в резервуаре. Расстояние от нижнего края выходного трубопровода небольших и средних водяных насосов до дна бассейна составляет примерно 10–20 сантиметров ； Перпендикулярное расстояние от верхней кромки выходного трубопровода до уровня воды составляет (1–2)V развлечения/2g, где v2 — скорость потока воды (м/с) ； Длина бассейна для выхода воды составляет (6–12)D2. D2 — диаметр выходной трубы; расстояние от выходной трубы до стенки бассейна составляет 0,2–0,5 метра. Тенденции развития. Требования к разработке насосов для сельскохозяйственных нужд заключаются в повышении эффективности, снижении энергопотребления и полном использовании природной энергии. Замена нескольких маленьких насосов одним большим позволяет повысить эффективность установки, сократить расход материалов, уменьшить энергопотребление и стоимость строительства, а также облегчает автоматизированное управление. Поэтому быстро развиваются различные крупногабаритные осевые и смешанные насосы; максимальный диаметр роторов таких насосов достигает 4,6 метра у осевых насосов и 6,2 метра у смешанных насосов. Мощность этих насосов может составлять до 12,5 тысяч киловатт. Существует тенденция к замене некоторых осевых насосов с высоким напором и центробежных насосов с низким напором с помощью смешанных насосов. Для подъема воды из глубоких скважин в основном используются подводные насосы; их максимальный диаметр достигает 1 метра. Некоторые из них оснащены двигателями с высоким напряжением 6000 вольт, а их максимальная мощность составляет 2500 киловатт. Гидротурбинные насосы, ветровые насосы с приводом от ветра, шнековые насосы, различные диафрагменные насосы, работающие от силы человека или животных, поршневые насосы, а также насосы, предназначенные для использования вместе с оборудованием для полива, пользуются определенным вниманием в Китае и в некоторых других странах. Эксперт по износостойкому ремонту. Лоянская компания «Найпут» по производству новых материалов, ООО. Тел.: 13603889856, 0379-60679266