Воду в котлы для отопления подают питательными устройствами: поршневыми насосами с паровым или электрическим приводом, центробежными насосами с электрическим или паротурбинным электродвигателем и инжекторами (пароструйные насосы). В котельных установках должно быть установлено не менее двух питательных насосов с различными приводами, это общие сведения об отоплении. Для бесперебойного питания котла водой в случае отсутствия в электросети напряжения один из приводов должен быть паровым (можно обоих). Подача каждого насоса должна быть не менее 120% максимально длительной подачи рабочих котлов.
На водогрейных котлах, работающих в системе отопления общей поверхностью нагрева до 150 мквадр, необходимо устанавливать второй ручной насос, на котлах с поверхностью нагрева более 150 мквадр – приводной центробежный насос.
Котлы, работающие для горячего водоснабжения, с общей поверхностью нагрева до 25 мквадр должны снабжаться вторым ручным насосом с подачей, равной двойной производительности котла, а при большой поверхности нагрева – приводным насосом двойной подачи.
Поршневые
Их используют только в котельных установках малой мощности. Различают поршневые насосы простого и двойного действия (простого действия почти не применяются).
На рисунке изображены устройство и принцип действия поршневого вертикального прямодействующего двухцилиндрового четверного действия парового насоса ПВД, используемого для питания паровых котлов при температуре питательной воды до 100 град. Насос состоит из двух паровых и двух водяных цилиндров, соединенных двумя стальными стойками.
На верхней части водяных цилиндров установлена стойка рычагов механизма парораспределения, которое осуществляется цилиндрическими золотниками, расположенными внутри парового блока.
Водяные цилиндры имеют четыре нагнетательных и четыре всасывающих бронзовых тарельчатых клапана и сальник с бумажной пропитанной набивкой. Сальники паровых цилиндров снабжены асбестопроволочной набивкой. Для смазки рабочих поверхностей паровых цилиндров на их крышках установлены масленки. Шарнирные соединения смазываются вручную.
Принцип действия парового насоса
При движении из крайнего левого положения в крайнее правое поршень 16 создает разряжение в полости цилиндра. При этом клапан 17 прижимается к седлу, а клапан 15 поднимается и вода по всасывающей трубе 14 поступает в полость цилиндра. При обратном движении поршня клапан 12 прижимается к седлу, а клапан 13 поднимается и вода под давлением поршня нагнетается по трубе 11 в котел.
Инженерная помощь о питательных устройствах
Подача воды поршневым насосом происходит периодически, толчками. Для смягчения толчков и более равномерной подачи воды в нагнетательный трубопровод устанавливают воздушный колпак 10, верхняя часть которого заполняется воздухом. При нагнетании поршнем воды из цилиндра в котел воздух в колпаке сжимается водой. Во время обратного движения поршня вода из колпака вытесняется сжатым воздухом и подача воды происходит более равномерно.
Наиболее распространен горизонтальный двухцилиндровый поршневой насос двухстороннего действия, называемый прямодействующим. Он состоит из паровой машины и водяного насоса.
Центробежные
Самым распространенным типом питательных устройств в котельных установках является центробежный насос. Центробежные питательные насосы изготовляют одно- или многоступенчатыми в зависимости от подачи и рабочего давления и приводят в действие от электродвигателя или паровой турбины.
Насос состоит из лопастных колес, вращающихся на валу, и спирального корпуса. Перед пуском насос заливают водой. Вода при работе насоса поступает к нему по всасывающему трубопроводу с приемным клапаном и сеткой, предохраняющей клапан от засорения. Попадая на лопатки рабочего колеса в осевом направлении, вода подхватывается лопатками и под действием центробежной силы отбрасывается в улиткообразный канал, окружающий вращающееся колесо, а затем в нагнетательный трубопровод.
При выбрасывании воды из рабочего колеса в центральной его части создается разряжение, благодаря которому под внешним давлением вода по всасывающему трубопроводу поступает в насос. Таким образом, при непрерывном вращении рабочего колеса вода непрерывно движется через насос.
При выходе из насоса скорость воды увеличивается, а давление уменьшается. Чтобы вода поступила в котел, давление нагнетания должно быть больше давления пара в котле. Для уменьшения скорости движения и увеличения давления нагнетания на большинстве насосов смонтирован направляющий аппарат (а тут про теплообменные аппараты), представляющий собой диск с лопатками, загнутыми в сторону, противоположную направлению изгиба лопаток рабочего колеса. Выходные сечения лопаток направляющего диска расширяются.
Для увеличения подачи насоса рабочее колесо выполняют с двухсторонним всасыванием, то есть вода к нему подводится с двух сторон. Напор, создаваемый одним рабочим колесом, обычно не превышает 50 м. для создания больших напоров центробежные насосы выполняют с несколькими рабочими колесами, расположенными последовательно одно за другим на одном общем валу. Вода последовательно переходит от одного колеса к другому. Напор, создаваемый многоступенчатым насосом, равен сумме напоров, создаваемых каждым рабочим колесом.
На центробежном насосе устанавливают манометры и задвижки на всасывающем и нагнетательном трубопроводе, обратный клапан на нагнетательном трубопроводе, краны для выпуска воздуха в верхней части корпуса каждой ступени.
По сравнению с поршневыми центробежные насосы имеют большую подачу, меньшие габаритные размеры, создают более равномерную подачу воды (без толчков).
Недостатки центробежных насосов – обязательная заливка насоса водой перед пуском, высокая стоимость эксплуатации при больших напорах, зависимость высоты всасывания от температуры воды.
Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века.
Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода.
Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев.
Конструкция:
Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении
Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон ("гармошку"), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей.
Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена).
Основное применение — выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п.
Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса.
Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость "на сухую", т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью.
Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой.
Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.
Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.
Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность.
Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров).
Принцип действия:
Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.
Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления.
Принцип действия:
Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается.
При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разряжение на входе, обеспечивая всасывание жидкости.
Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания.
При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса.
Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения.
Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание).
Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.
Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу.
На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок).
При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок.
Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.
Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).
Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.
Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.
Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.
Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц.
Преимущества винтовых насосов:
— самовсасывание (до 7. 9 метров),
— бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта,
— возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы,
— возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости.
Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности.
Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг.
Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание.
Принцип работы:
При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга.
Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью).
Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры.
Принцип действия:
Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.
При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора.
Газлифт (от газ и англ. lift — поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами.
В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них — буровая скважина или резервуар, а другой — труба, в которой находится газожидкостная смесь.
Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос.
Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц.
Принцип работы:
Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.
Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.
Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны
Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек.
Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека).
Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п.
Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга)
Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы.
Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок.
Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов — износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины.
Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления.
Многосекционные насосы — это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе.
Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм.
По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес.
(по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов).
Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления.
Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта — до 1500 сСт. Тип насоса объемный.
Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка.
Насосы этого типа применяются:
— на судах морского и речного флота, в машинных отделениях,
— в системах гидравлики,
— в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов.
Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса.
Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей.
Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения).
для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.
Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды — водоструйными насосами.
Насосы, отсасывающие вещество и создающие разряжение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением — инжекторами.
Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении.
Принцип работы гидротаранного насоса:
По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды.
Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию.
Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется.
Питательные насосы. Характеристика. Виды.
Питательные насосы – это специальные насосы, которые предназначаются для «питания» котлов электростанций, и промышленных паровых генераторов водой.
Можно бесконечно долго спорить о том, какие насосы относить к питательным, однако, по нашему мнению, питательными насосами являются те насосы, которые предназначаются для работы с барабанными и проточными паровыми котлами, а также удовлетворяют следующим требованиям:
— способность к перекачиванию воды высокой температуры (до 165 о С);
— способность поддержания высокого напора (Н) длительное время (до 160м);
Питательный насос серии ПЭ
Питательные насосы часто используются для подачи химически чистой воды в парогенераторы энергоблоков АЭС, в котельных, в теплоэлектростанциях, на промышленных предприятиях.
Насосы питательные могут быть изготовлены в различных конструктивных исполнениях:
— Однокорпусные (ЦНСГ) или двухкорпусные;
— Секционного (ЦНСв и ЦНСп) или спирального типа (ЦВК);
— Одноступенчатые (с рабочим колесом двухстороннего входа (ЦНСп)), двухступенчатые (ЦВК) или многоступенчатые (с односторонним расположением рабочих колес (ЦНСГ));
Отдельно можно выделить подпиточные насосы АН-2/16 – это поршневые насосы, имеющие напор до 16м и возможность подачи воды температурой до 105 о С. Они используются для водоподготовки и питания котельных агрегатов и парогенераторов малой мощности. Насосы данной серии мы отнесли к питательным, хотя они и не обладают всеми общепринятыми качествами насосов данного типа, однако, они выполняют все те же функции в меньших масштабах.
Подпиточный насос АН-2/16
На питательных центробежных насосах, использующих рабочее колесо, опорами вала служат два подшипника скольжения, которые имеют камеры водяного охлаждения. Также, обычно, конструкционно, в насосах предусматривается охлаждение сальников водой, в том числе перекачиваемой. Необходимость охлаждения связана в первую очередь с тем, что питательные насосы – это высокооборотистые насосы с электрическим или турбинным приводом, перегрев которых может привести к деформации рабочих поверхностей, узлов и агрегатов, что может полностью вывести такой насос из строя.
Классический питательный насос должен отвечать следующим требованиям:
— диапазон вибрации на корпусе подшипника не превышает 0,05мм.;
— динамическая устойчивость во всем диапазоне работы насоса;
— удобство при монтаже, ремонте и обслуживании;
Отметим, что хотя и питательные насосы работают под высоким давлением при высоких температурах, бескавитационность их работы обеспечивается путем применения рабочего колеса с расширенным входом, а также использования предвключенного колеса или насоса. Это значительно увеличивает срок службы рабочего колеса питательного насоса, что сильно сказывается на его надежности.
Необходимо понимать, что питательные насосы эксплуатируются в тяжелейших условиях, таких, как установки высокого давления. Поэтому, для повышения надежности и долговечности их работы, питательные насосы снабжаются дистанционными указателями осевого сдвига ротора и сигнализатором на тепловом щите управления для индикации при повышении вибрации подшипников. Дополнительно, многие питательные насосы оснащены устройством автоматического отключения при возникновении предельного осевого сдвига ротора с одновременной сигнализацией на тепловой щит для предотвращения аварийных ситуаций.
Каждый питательный насос должен быть оснащен обратными клапанами на всасывающем и напорном патрубке с подключенной линией рециркуляции. Это необходимая мера для предотвращения обратного вращения ротора насоса, а также недопущения перегрева воды в насосе до температур, близких к температуре парообразования. В противном случае, можно получить гидроудар, после которого придется проводить дорогостоящий ремонт насоса.
Дополнительно, для наблюдения и контроля за работой насоса, обязательно конструктивно предусмотрено его оснащение контрольно-измерительными приборами:
— манометры для измерения давления на патрубках (всасывающем и напорном).
— термометры для измерения температуры на подшипниках скольжения, а также на маслопроводах, до и после маслоохладителей
Данные измерительные приборы являются обязательными для всех типов питательных насосов.