Насосы и насосные станции. Часть 1: Насосы


  МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

  МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА










      Б.П. ТИХОНЕНКОВ

ЪаСОСЫ и НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ











    Москва - 2005
Издательство «Альтаир»

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

   МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА











ТИХОНЕНКОВ Б.П.

  НАСОСЫ И НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

Часть 1. НАСОСЫ


Москва-2005
Издательство «Альтаир»

УДК 62Р.12 (075.8)

Тихоненков Б.П. НАСОСЫ И НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ. Учебное пособие в 2-х частях. М.: Изд-во «Альтаир» МГАВТ , 2005. 296 с., 52 рис.

      Данное учебное пособие состоит из 2-х частей - «Насосы» и «Насосные станции». В 1-ой части описаны принцип действия и области применения насосов различных типов в областях строительство, водотеплоснабжение и водное хозяйство. Рассмотрены технические характеристики и режимы работы насосов. Даны рекомендации по определению рабочих параметров насосов общего применения, а также насосов отраслей водопользования. Даются главы, посвященные совместной работе насосов и сети, современным насосам и НУ, их номенклатуре и особенностям конструкции и тех.харакгеристикам.
      Вторая часть пособия посвящена описанию насосных станций, в основном, систем водоснабжения н водоотведения. Приводятся сведения по составу и выбору технологичежого, электрического и вспомогательного оборудования, арматуры, КиА и др. Дается компоновочная и строительнс1я части. По ^сравнению с предыдущим аналогичным изданием добавлены материалы по энергетической, экономической и ресурсосберегающей части.
      В заключение описано состояние жилищно-коммунального хозяйства н ход реформы ЖКХ.
      Для студентов, бакалавров, магистров, стажеров вузов и факультетов, обучающихся по направлению «Строительство» по специальностям «Гидротехническое строительство», «Водоснабжение и водоотведение» и др., а также для инженерно-технических работников коммунального и водного хозяйства и транспорта.

  Рецензенты: кандидат технических наук, профессор Исаев В.Н. (МГСУ); кандидат технических наук, профессор Белоусов А.Р. (МГАВТ).
  Издается по решению Учебно-методического совета МГАВТ

                                      МГАВТ, 2005
                                      Автор Тихоненков Б.П., 2005

СОДЕРЖАНИЕ 1-ОЙ ЧАСТИ


ПРЕДИСЛОВИЕ

1.  ВВЕДЕНИЕ

2.  НАСОСЫ КАК ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

2.1. Общие сведения. Классификация.
2.2.  Основные виды насосов. Принцип действия.
2.3.  Основные характерные параметры насосов.
2.4.  Центробежные насосы.
2.4.1. Устройство, принцип действия, классификация.
2.5. Рабочий процесс ЦБН
2.5.1. Напор, развиваемый насосом.
2.5.2. Движение жидкости в ЦБН. Основное уравнение ЦБН.
2.5.3. Действительный напор ЦБН.
2.5.4. Подобие насосов. Формулы пересчета. Коэффициент быстроходности
2.6. Высота всасывания насосов.
2.7. Кавитация в насосах. Допустимое значение высоты всасывания.

3.  ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ.
3.1.  Теоретические характеристики насосов.
3.2.  Изменение хвракгеристик насосов при изменении частоты вращения и размеров рабочего колеса.

4.  СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАСОСОВ И СЕТИ.
4.1. Характеристика трубопровода и фактическая подача насоса.
4.2.  Регулирование работы насосов.
4.3.  Параллельная работа насосов.
4.4.  Последовательная работа иасосов.

5.  ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ НАСОСОВ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ВОДЫ.
5.1. Центробежные консольные насосы.
5.2. ЦЕН двустороннего входа.
5.3. Центробежные вертикальные насосы
5.4. Многоступенчатые ЦБН.
5.5. Скважинные насосы.
5.6. Осевые насосы.
5.7. Насосы систем водоотведения (для сточных вод, канализационные насосы).
5.8. Водокольцевые насосы.
5.9, Вихревые и центробежно-вихревые насосы,
5.10. Грунтовые насосы.

6.  СОВРЕМЕННЫЕ ТИПЫ И МАРКИ НАСОСОВ.
6.1. Общая часть. Состояние насосостдюительной отрасли.
6.2. Номенклатура и характеристика современных типов и марок насосов и НУ.


7.  ЭКСПЛУАТАЦИЯ НАСОСОВ.
7.1.  Основные положения. Правила технической эксплуатации.
7.2. Ремонт оборудования.
7.3.  Неустойчивая работа насоса.


8.  РАБОТА НАСОСОВ И ВОДОВОДОВ ПРИ ПОЖАРЕ И АВАРИИ.
8.1. Общие положения.
8.2. Пример подбора насосов и расчета водоводов.


ЛИТЕРАТУРА.


ПРИЛОЖЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ 2-ОЙ ЧАСТИ

9.  НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ
   3.3  . Классификация, типы, характеристики НС. Взаимосвязь и роль НС в системах водоснабжения н водоотведения             ' ■
   9.2 Ейщопроводные НС
   9.2.1. Е'юдопроводные станции l-ro н 2-го подъема.
   9.2.2. {Циркуляционные НС.
   9.2.3. Повысительные НС.
   9.3 НС систем водоотведения
   9.3.1. Районные (городские) НС систем водоотведения



10.  ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
10.1.  Общие сведения.
10.2.  Исходные данные. Водный баланс системы..
10.3.  Расходы и восполнение воды.
10.4.  Технологические схемы систем промышленного водоснабжения
10.5.  Баланс воды н охладительные устройства.
10.6.  Проект НС оборотного водоснабжения промышленного предприятия.
10.6.1. Исходные данные.
10.6.2. О пре деление расчетных расходов воды.
10.6.3. Подбор градирни.
10.6.4  П одбор диаметров трубопроводов.
10.6.5. Подбор насосов.

11.  СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ОСАДКОВ, ИЛОВ И АТМОСФЕРНЫХ ВОД.
11.1. Основные схемы и сооружения очистки сточной жидкости и обработки осадка.
11.1.1. Общие сведения.
11.1.2. Специальные типы насосных станций.
11.2. Оборудование для перекачки осадков и илов.
11.2.1. Насосы.
11.2.2. Г идроэлеваторные установки.
11.2.3. Эрлифтные установки.
11.2.4. Удаление осадков плунжерными насосами.
11.2.5. Насосные установки с винтовыми, шнековыми, погружными, нсзасорякмцимися насосами н пневматические перекачивающие установки.
11.3. Расчет НС по перекачке осадка первичных отстойников и избыточного активного ила.
11.4. Расчет НС перекачки циркулирующего и избыточного активного ила.
11.5. Воздуходувные станции для аэротенков.
11.6. НС для перекачивания атмосферных вод.
11.6.1. Общие сведения д ля расчета.
11.6.2. Расчет емкости регулирующих резервуаров (прудов) н подачи НС.



12. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ


12  .Г. Общие соображения по выбору нвсосов
12.2.  Расчет подачи насосов н определение регулирующей емкости.
12.2.1. НС 1-го подъема.
12.2.2. НС 2-го подъема.
12.2.3, Циркуляционная станция оборотного водоснабжения промышленного 11редпрйятйя.
12.2.4. НС водоотведения.
12.3.  Определение рабочего напора насосов.
12.3.1. НС l-ro подъема.
12.3.2. Циркуляционная станция оборот ного водоснабжения.
12.3.3. НС 2-го подъема.
12.3.4. НС систем водоотведения.
12.4.  Построение характеристик совместной работы насосов и водоводов.
12.5   Определение отметки оси насоса. Подбор вакуум-насоса.



13 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НС. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ.


13 I Энергетические показатели.

13.2.  Работа насосов в различных режимах.
13.2.1. 1*вбота «п» параллельно включенных ЦБН по равномерному графику.
13.2.2. То же, но неравномерно по сезонам года.
13.2.3. Неравномерная работа насосов в течение суток с дросселированием
13.2.4. У дельная норма затраты энергии.
13.3.  Затраты активной электроэнергии НС.
13.4.  Коэффициент использования мощности.
13.5.  Осн овные типы электродвигателей. Подбор двигателя.
13.5.1. Асинхронные электродвигатели.
13.5.2. Синхронные электродвитатели
13.5.3. Подбор электродвигателя.
13.6.  Оборудование электрического хозяйства НС.
13.6.1. Силовые трансформаторы.
13.6.2. Масляные выключатели.
13.6.3. Разъединители-.
13.6.4. Изоляторы, токоведущие части (шины), силовые кабели, предохранители, измерительные трансформаторы.


14 . ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НС.


14.1.  Сороудерживающие устройства.
14.2.  Затворы, задвижки, клапаны.
14.3, Трубы и детали трубопроводов.                        - •
14.4.  Подъемно-транспортное оборудование.
14.5.  Вспомогательные насосы, оборудование сстем заливки насосов, дренажные
      НУ, системы осушения.
14.5.1. Вспомогательные насосы
14.5.2. Система заливки насосов.
14.5.3. .Дренажные НУ и системы осушения.
14.6.  Оборудование приемного резервуара станции водоотведения.

8

16   .С7РОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

16.1.  НС в ваде наземных зданий прямоугольной формы.
16.2.  Заглубленные и шахтные насосные станции.
16.3.  Подземная часть здания НС. Фундаменты и опорные конструкции.
16.4.  Верхнее строение здания НС.
16.5.  Блочно-комплектное исполнение НС.

17   . ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

17.1. Состояние жилищно-коммунального хозяйства
17.2. Вопросы ресурсосбережения в системах водоснабжения и водоотведения.
17.2.1. Организационные оргтехнические мероприятия.
17.2.2. Автоматизация управления Водоканалом.
17.2.3. Создание АСУ-ТП. .
17.3.  Бизнес-план.
17.3.1. Необходимая информация.
17.3.2. Примерная структура бизнес-плана.
17.4. Экономические показатели работы НС
17,4.1. Определения и формулы.
17.4.2. Определение стоимости перекачки воды для водопроводных НС.
17,4.3. Определение стоимости перекачки сточной жидкости для насосных станций водоотведения.

18   ЗАКЛЮЧЕНИЕ


19  . ЛИТЕРАТУРА.

15.КОМПОНОВКА И МОНТАЖ ОБОРУДОВАНИЯ НС.


15.1.  Размещение оборудования в помещениях НС.
15.1.1. Водопроводные НС.
15.1.2.  НС водоотведения.
15.1.3. Компоновочные и конструктивные решения специальных НС.
15.2.  Конструктивные решения здании ВНС.
15.3.  Трубопроводы и арматура.
15.3.1. Водопроводные НС.
15.3.2. НС водоотведения.
15.3.3. Всасывающие трубопроводы.
15.3.4. Напорные трубопроводы.
15.4.  Расположение насосных агрегатов и определение размеров здания НС.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ю
I. ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАПЛ-IH И НАСОСОСГЮЕНИЯ

     Снабжение и водопользование различных потребителей водой в достаточном количестве, отведение, или сначала очистка, а потом очгведение, с целью повторного и многократного их использования или сброса в водоем имеют большое значение в гидротехническом и коммунальном хозяйстве, в сфере водного транспорта и др. Вопросы научно-технического прогресса, развития и интенсификации производства, рационального использования водных ресурсов, энерго-водосбережений всегда имели и имеют архиважное значение при любых политических и экономических формациях.
     Дисциплина «Насосы и насосные станции» является основной для специальностей «Гидротехническое сгронтельство», «Водоснабжение и водоотведение», «Теллогазоснабжение н вентиляция» и др. смежных специальностей, в том числе и водотранспортных. Она призвана давать будущим инженерам тс знания, без которых не мыслится самостоятельная инженерная работа в области водного хозяйства и строительства водных сооружений. Изучение этой дисциплины гребует от студента отменной умственной встряски и практической смекалки, а также знаний по математике, химии, физике, механике, гидравлике н др. дисциплин в области прикладной механики, теплотехники и т.д.
     Автор постарался использовать новые сведения о насосах отечественных и зарубежных фирм и заводов, а также новинки проектирования, сведения из области маркетинга и др.
     Особую благодарность и признательность выражаю моему учителю и замечательному человеку Михаилу Станиславовичу Заневскому (МИСИ им.Куйбышева), без участия и дружеской помощи которого автор бы не состоялся как специалист-насосчик. Приношу искреннюю признательность проф. Исаеву В.Н. (кафедра водоснабжения МГСУ), проф. Белоусову А.Р. (МГАВТ) за ценные замечания и рецензирование рукописи, а также ст. преподавателю Панкратову С.Н. (кафедра гидравлики и гидромашин МЭИ - технический университет) за любезное предоставление отдельных материалов по насосам.

      Машины для подъемв и перемещения воды были известны с глубокой древности. Они создавались постепенно, начиная от самых примитивных, на протяжении веков. Самым простым водоподъемником являлся кожаный мешок, опускаемый на веревке в водоем и поднимаемый потом с помощью человека или животного. Аналогичным является подъем воды различного рода колесами с черпаками. Одним из очень старых водоподъемников (тысячелетие до н.э.) является архимедов винт (известного философа, ученого Античности Архимеда). Последний послужил прообразом современных винтовых (червячных) насосов. Что касается поршневых иасоеов, то о их существовании знал Геродот (5 век до нашей эры).
      Сотни лет последующего за расцветом Греческой демократии и Римской империи периода технико-экономического застоя не принесли сколько-нибудь заметного изменения в конструкции насосов. И только после изобретения двигателей (парового, внутреннего сгорания, электрического), позволяющих увеличивать число оборотов приводного вала, в конструкции насосов вносятся значительные изменения. Изобретенная И.И.Ползуновым паровая машина позволила соединить двигатель с иасосом и поучить машину значительной производительности.
      Принято считать, что первый насос был изобретен греческим ученым, работающим в Древнем Египте, Ктесибием в Ш - П вв до и.э. Это был 2-х цилиндровый поршневой пожарный насос. Справедливости ради, заметим, что время появление насоса покрыт таким же туманом неопределенности, древности и таинственности, как изобретение колеса.
      Нв территории Древней Руси для подъема воды использовали поршневые насосы, выполненные из дерева (Новгород, ХП век). Вот видите, какова была тяга к насосу, даже без металла обходились!
      Изначально технический прогресс требовал введения водоснабжения и водоотведения особенно на территории больших городов-мегаполисов. Эго понимали уже в Древнем Риме. Трудно представить и насколько это поучительно, что начальник Водоканализаций был представлен в ранге Фельдмаршала и являлся Третьим лицом в империи.

      В летописи Пскова отмечено, что в 1519 г был построен водоподъемный насос. Старинный коловратный насос описан Раммели, жившем 1530-90гг н.э. Первый центробежный насос (ЦБН), использующий действие скоростного напора. -насос Бланкаяо (1566-1624), который послужил образцом для целого ряда подобных конструкций В 1682г льежский мастер РСаль под руководством А. Де Виля построил насосную установку в Марли на р. Сене (Франция) для водоснабжения дворцов и фонтанов Марли, Версаля. В 1695 г Д.Папин предложил устроить крыльчатку и спиральный корпус, чем была достигнута конструкция, близкая к современному ЦБН. В 1732г Демур (Франция) вновь изобрел ЦБН.
      В 1738г академик Санкт-Петербургской АН Даниил. Бернулли вывел уравнение, названное его именем, которое и по сей день служит теоретической основой для решения многих вопросов гидравлики, гидромашин и гидромашиностроения. В 1754г русский академик Леонард Эйлер создал знаменитую теорию центробежных гидравлических машин, опередив развитие техники почт-i на сто лет.
      После этого использование ЦБН надолго задержалось из-за отсутствия быстроходных двигателей, и практически эти насосы были забыты более чем на столетие.
      В 1835г А.А.Саблуков в России предложил насос, названный им «водогоном» (помните спор между славянофилами и западниками в XIX веке, как правильно: калоши или мокроступы’), в котором использован принцип ЦБН. 1837г уралец ИСафронов построил одну из первых в мире гидравлических турбин.
      1839г У.Эндрюс получил первый американский патент на ЦБН В 1851г Дж.Гуни - на многоступенчатый ЦБН.
      1889г В.А.Пушечников (Россия) сконструировал первый в мире глубоководный насос, который работал на Московском водопроводе.
      За границей ЦБН вновь был изобретен Аппольдом - недаром говорится, что новое — это давно забытое старое — в Англии в 1867г, но другому свидетельству ЦБН изобретен Аппольдом в 1848г. Эгот насос, как и насос А.А.Саблукова, создавал малый напор, но значительную производительность. Однако, коэффициент’ полезного действия (КПД) был еще невелик, до 68%, при расходе 5,6 куб.м в мин. напоре 6м, числе оборотов в мин - 788.
      В Америке первый многоступенчатый иасос был предложен в 1846г Джонсоном, а реализован знвчительно позднее.

12

     После изобретения и внедрения в практику электродвигателей ЦБН стали быстро совершенствоваться и развиваться.
     Постройка ЦБН в России началась в 1880г одновременно со сборкой поршневых насосов на машиностроительном заводе акционерного общества Густав Лист в Москве.
     Русский ученый, инженер, академик В.Г.Шухов дал ряд ценных конструкций поршневых насосов для откачки нефти из глубоких скважин и первый дал теорию работы поршневых насосов прямого действия.
     После известных событий 1917г насосостроение было поставлено на государственную основу, что имело свои плюсы и минусы. С начала 1920г насосы стали широко применяться для перекачки жидкостей различно» вязкости, с вмешенными частицами, агрессивных.
     В области насосостроения работали выдающиеся русские и советские ученые. Н.Е.Жуковский в 1912г опубликовал знаменитую вихревую теорию гребного винта, ставшую основой расчетов аэрогидротурбин и насосов. Эта теория нашла свое развитие и приложение в трудах проф. И.И. Куколевского и акад. Г.Ф.Проскуры, посвященных расчету й кбнетфутфиванйю новых типов насосов. Акад.Г.Ф.Проскура, член-корр. АН И.Н.Вознесенский, проф. И.ИКуколевскии разработали пропеллерные насосы для канала им. Москвы с подачей 90000 куб.м в час при диаметре рабочего колеса 6000мм. Математик С.А.Чаплыгин занимался расчетами геометрии лопасти рабочего колеса ЦБН.
     В 30 50 годы XX века в России отечественная промышленность позволила в значительной мере отказаться от импорта насосов. Впрочем, это скорее оказалось политической близорукостью, чем экономическим достижением. Когда во всем цивилизованном мире процветал технический прогресс и создавались новые, совершенные машины, социалистическая Россия из политических н идеологических соображений оставалась на обочине мировой цивилизации и пробивалась к прогрессу с большими усилиями и потерями в гордом одиночестве, не извлекая выгоды от общемировой кооперации.
     К тому же мы погрязли в слепом соревновании с мировой системой капитализма, в страстном желании доказать свое первенство, дшиагь и перегнать прн неоправданных затратах - какова всегда цена изоляционизма и шапкозакидательства. Гак что наши достижения скорее были не из-за, а вопреки Конечно, паша техническая мысль не остановилась, но она в значительной мере оказалась парализованной нашим политическим, коммунистическим фанатизмом.

/6

      В 1935 - 37гг советскими конструкторами под руководством М.Г.Кочмева и И. И. Куколевского были созданы новые прогрессивные конструкции осевых насос большой подачи - 15 куб.м в сек. Дальнейшие теоретические и конструктивные разработки позволили выпускать насосы с подачей до 60 м\с и более.
      Как достижение социализма представлялись гигантские стройки коммунизма (их называли Великими стройками коммунизма). Эго строительство очень больших районных систем водоснабжения (Донбасс, Криворожье, ряд промышленных районов Урала и Сибирн), по которым ежесуточно перекачивались {или предполагалось перекачивать?) десятки миллионов куб. в сутки воды. В 70-е годы XX века в бывшем Целинном крае Республики Казахстан построено несколько крупных систем водоснабжения. Каждая из этих систем охватывала площадь в несколько миллионов гектаров и имела протяженность водоводов по несколько тысяч километров. Чем ни стимул для насосостроения?!..
      А еще мы в угаре гигантомании собирались осуществить эпохальногеростратов проект о переброске великих сибирских рек Иртыша, Оби, Енисея вместе с десятками их полноводных притоков в Казахстан, Туркмению, Узбекистан и далее везде. . Наш, едва ли ие самый могущественный монополист Минводхоз, в охотку ворочавший миллиардами рублей, уже создавал гигантские проекты; главки, тресты, разрабатывал технические задаьия, выдавал заказы на создание сверхнасосов, особенно по подачам...
      Спасибо и низкий поклон им, что у нас нашлись трезвые и мужественные ученые, академики, писатели, общественные деятели, которые подняли свой голос в защиту экологии, климата, гидро и геологических ресурсов, нефтегазовых месторождении, вообще, в защиту наших российских земель, заповедной природа, собственно, в защиту народов Российского Севера. В итоге, после многих лет дебатов, борьбы ни на жизнь, а насмерть - угроза экологической катастрофы веков отступила, проекты отклонили, спрут-монополист Минводхоз приказал долго жить, и угроза вымирания миллионов гектаров миновала.
      Что сказать про сейчас. Действуя в целях научно-технического прогресса и благосостояния населения, выполняя требования маркетинга, рынка, следует все более н неутомимее совершенствовать насосы, не только по линии улучшения конструкции, применения новых конструкционных материалов, технологий и т.п., но и создавая комнатные, легкие насосы и насосные установки с полной автоматикой, дизайноконкурентные, удобные в обслуживании и т.д., применяя

более совершенные, в том числе ресурсосберегающие, насосные агрегаты и технологии.
      В этом направлении трудно переоценить значение Российской ассоциации производителей насосов (РАПН), созданной в 1991 г. В пресс-релизе этой некоммерческой отраслевой организации отмечается следующее. Цель ассоциации, содействие развитию насосостроения и. защита интересов российских производителей насосов. *
      Базовой организацией РАПН является Международный концерн «Гидромаш МК». РАПН взаимодействует с потребителями насосов, министерствами, ведомствами, союзами, ассоциациями, академиями, университетами и др.
      Выпускается «Бюллетень РАПН» с материалами о последних достижениях в мировом насосостроении. Совместно с EUROPUMP реализуется пилотный проект Программы «Создание системы гармонизированных стандартов в насосостроении России и Европы».
      Переведены и издаются на русском языке методические руководства EUROPUMP «NPSH для лопастных насосов» и «Достижимые КПД насосов со спиральным отводом».
      Совместно с Международным концерном «Гидромаш МК», подсекцией «Гидромашиностроение» Российской инженерной академии (РИА) и кафедрой «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ им.Н.Э.Баумана проводятся конференции. Так проведена Международная научно-техническая конференция «Насосостроение - XXI». По просьбе Министерства промышленности, науки и технологий РФ разработана «Стратегия развития российского насосостроения на период 2005 года» и т.д. [38].
      В сентябре 2002 года состоялись специализированные выставки «Насосы-2002», «Компрессорная техника и пневматика-2002», «Трубопроводная арматура-2002» Традиция выставок сохраняется и в последние годы.
      Следует отметить роль наших НИИ и вузов, спениализированных конструкторских и проектных институтов и КБ в развитии насосостроения. В первую очередь это: ВНИИГмдромащ, ВНИИНефтемаш с их филиалами, кафедры Ленинградского политеха, МВТУ им.Баумана, Московского энергетического института,        СоюзводоканалНИИироект,          МосводокаиалНИИпроект,
Гипрокоммунводоканал, Академия коммунального хозяйства, ВОДГЕО и др.
      Большие заслуги в развитии теории насосостроения и конструирования насосов имеют Г.Ф.Проскура, А.АЛомакин, С.С.Руднев, В С Квятковский.

И.Г.Есьман, Н.М.Шаяов, Н.Н.Вознесенский, И. И. Ку коле век ни;' Т.М.Башта, Лобачев проектировании и эксплуатации насосных станций и установок/- Малишевский П.В., Прегер . В строительной индустрии, особенно при разработке вопросов Н.И, Рычагов В.В., Флоринский М.М., Турк В.И., Заневский М.С., Минаев А.В. и многие, многие другие специалисты.
      Насскххтроение является одной из важнейших подотраслей машиностроения, а НАСОС - «основным элементом технологических процессов в водоснабжении и водоотведении, мелиорации, тепловой и атомной энергетике, добыче, транспортировке н‘ переработке нефти, газовой, химической промышленности, в сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте, в пищевой и медицинской промышленности, в судостроении и т.д. Подачи современных насосов достигают 30 мЛсек, напор] д_- 10000м, мощности - 30000 кВт. Номенклатура насосов превышает 2000 типоразмеров, ие считая исполнения по материалам проточных частей, уплотнениям валов и комплектации электродвигателями. Двадцать процентов ззеей установленной электрической мощности идет на привод насосов.
      Мировой рынок насосов на сегодняшний день Определяют страны ЕС, США, Япония, а в {»егионах бывшего СССР - Россия. Общий объем взаимной торговли. насосами мелщу ЕС, США, Японией и Россией составил в 2000 году подданным EUROPAMP и Российской РАПН ассоциациями производителен насосов около даух миллиардов долларов США, из них на долю стран ЕС приходится 44%, США - 27%, Японии — 16% и России — 13%. Экспортные поставки России осуществляются в страны СНГ, ближнего зарубежья и на традиционные рынки Африки, Ближнего Востока и Юго-Восгочной Азии.
      Современное мировое насосостроение характеризуется высоким уровнем концентрации капитала. Из общего числа насосных компаний в мире (около 1000) только 10 наиболее крупных производят 60% продукции. Среди лидеров ITT, Dresser, Gouki (USA), KSB (ФРГ), Weir, Suiizer (Великобритания), Ebara (Япония), Sigma (Чехия). В России это международный концерн ЗАО «Гидромаш МТС» -крупнейший производитель насосов на территории бывшего СССР, объединяющий предприятия России, Украины, Беларуси и Молдовы, выпускающий 30% объема и 80% номенклатуры всего количества нвсосов, производимых в странах бывшего СССР.
      Как известно, экология и защита окружающей среды зависит от свойств и качества собственно насоса, а также от функций системы, в которой он работает. Безопасность насоса и надежность его работы будет⁻ возрастать вследствие

применения новой технологии изготовления, новых материалов, а также конструктивного исполнения, обеспечивающего максимальную герметичность и шумо- виброизоляцию. Будут создаввться новые насосы для более совершенных систем бытовых и промышленных очистных сооружений, пожаротушения, сбора разлитой нефти и др. Энергосбережение будет обеспечиваться применением регулируемого привода, систем автоматического регулирования, увеличением КПД насоса, поисками новых принципов перекачивания жидкостей, использованием нетрадиционных и возобновляемых видов энергии.
      Ресурсосбережение будет осуществляться путем уменьшения габаритов за счет повышения частоты вращения вала, замены литых деталей сварно-ииамнованными из юнксио листа, применения более дешевых экономко-легированных сталей, использования неметаллических и композиционных материалов.
      Развитие технического прогресса потребует от насоса многофункциональности, т.е. наряду с основной функцией - транспортировкой жидкой среды — исполнения необходимых в технологическом процессе операцией. Создаются насосы-мешалки, насосы-дробилки, иасосы-деэмульгаторы, сепараторы н т.д. Приоритетными направлениями останутся: улучшение параметров, снижение массы и габаритов, автоматизация работы, повышение ресурса н надежности, эргономика, сервисное обслуживание, гарантии.
      Достойно сожаления, что в настоящее время мы пользуемся насосами и насосными установками, в основном, импортного вссортимента, ориентируясь лишь на внешний рынок, забывая наши передовые традиции и конструкции. Авторы уверены, что среди читателей учебника найдутся патриоты Родины-Россин, подвижники и сподвижники, которые исправят положение.
      Не забудем, что насосы, насосные установки, насосные станции являются сердцем систем водо и теплоснабжения. Санитарно-гигиенические, экологические, комфортные условия, сама человеческая жизнь зависят от нормального функционирования систем водоснабжения и водоотведения. Еще великий русский актер Володин с воодушевлением пропел в кинофильме «Веселые ребята»: - И, выходит, без воды - и не туды, и не сюды! Так что, дерзайте, молодые, компетентные и деловые!

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ


2.1.  Общие сведения Классификация

     К гидравлическим машинам, обычно применяемым в строительстве, водоснабжении, водоотведении, относятся:
          1.   Нагнетатели:
                -   центробежные насосы (ЦБН) и вентиляторы,
                —   поршневые насосы и компрессоры;
                -   роторные насосы, воздуходувки, вакуум-насосы;
                -   воздушные водоподъемники (вытеснители, эрлифты)
                -   струйные насосы (гидроэлеваторы, инжекторы).
          2.   Водяные турбины.
          3.   Гидропередачи.
          4.   Гидромониторы.


     В настоящем учебнике разбираются преимущественно нагнетатели (насосы, воздуходувки и др.) и, в основном, ЦБН.

     На рис 2.1 показана схема ЦБН. К рабочему колесу 1, имеющему изогнугые лопатки 2, вода подводится к центру. Если рабочее колесо с помощью двигателя приведено во вращение, то развивающаяся в каждой точке заполняющей колесо жидкое! и ценфобежная сила заставляет жидкость с большой скоростью передвигаться между лопатками от центра наружу. Выходящая из рабочего колеса


РИС.Х2

жидкость попадает в улиткообразный корпус 3, непосредственно переходящий в напорную трубу 5. На место удалившейся жидкости по всасывающей трубе 4 поступает жидкость из расположенного внизу резервуара, называемого приемным.

2.2. Основные виды гидромашин (нагнетатели, насосы и др.)

Принцип действия

      Наибольшее распространение в строительной практике получили ЦБН и вентиляторы. Принцип работы ЦБН и центробе;кного вентилятора один и тот же и заключается в том, что подводимая к машине жидкость подхватывается лопатками вращающегося рабочего колеса и отбрасывается к периферии колеса. Развивающаяся центробежная сила создает в жидкости скоростной напор значительной величины, который при выходе жидкости в улиткообразный корпус насоса и далее в напорную трубу превращается в давление.

Таким образом, благодаря центробежной силе жидкость приобретает скорость и удаляется из насоса в напорную трубу (за напорным патрубком), где создаеюя повышенное давление. В то же время у входа жидкости в рабочее колесо абсолютное давление понижается (вспомните аналогичную сигуацию, описываемую в гидравлике), что и позволяет жидкости под действием атмосферного давления на поверхность ее в приемном резервуаре входить в насос.

/9

     Если ЦБН не залит жидкостью, то разливающееся ив входе в насос разрежение оказывается незначительным, и жидкость не будег подсасываться к насосу. Поэтому


Рве. 2.4

пуск и ход ЦБН связан с необходимостью предварительной заливки насоса и всасывающей трубы. С этой целью в нижней части всасывающей трубы устанавливается обратный клапан 8, не позволяющий жидкости выливаться из насоса и всасывающей трубы при остановке вращения рабочего колеса насоса.
     На рис. 2.2 показан внешний вид насосного агрегата - ЦБН с электродвигателем смонтированных на общей фундаментной плите.
     ПОРШНЕВОЙ HACOG (ПН), схема которого изображена на рис. 2.3, работаете следующим образом. Рабочая камера ПН снабжена всасывающим клапаном 5 и нагнетательным клапаном 4. В рабочую камеру входит поршень 3, выполненный в виде скалки. Поршень приводится в попеременно возвратное движение штоком 7 от кривошипно-шагунного механизма. Вал 10 вращается с постоянной скоростью от двигателя. При движении поршня вправо жидкость входит в рабочую камеру через всасывающий клапан 5, поступая в насос по всасывающей трубе 2. При этом нагнетательный клапан 4 закрывается. При движении поршня влево давление внутри рабочей камеры 6 повышается, всасывающий клапан 5 закрывается, а напорный клапан 4 открывается, и жидкость поступает в напорную трубу 1.

     На рис.2.4 показан внешний вид одноцилиндрового поршневого насоса со

Рис. 2.5 Схема шестеренной машины с внешним зацеплением

шкивом для тиксотропной передачи.
     Поршневые насосы благодаря наличию клапанов и поршня могут создавать значительный вакуум и в предварительной заливке для пуска в работу не нуждаются.
     РОТОРНЫЕ НАСОСЫ (РН). Это насосы, которые по принципу действия являются насосами вытеснения, как и поршневые насосы, а по кинематической схеме — вращающимися машинами. Эго но существу своей работы 
Рис, 2.6

многопоршнсвыс иасосы, у которых рабочие органы совершают круговое (или по другой замкнутой кривой) вращение. Из всего многообразия РН наибольшее          распространение
получили шестеренчатые, червячные, пластинчатые и др. тапы насосов
     Принцип работы шестеренчатого насоса понятен из рис.2.5. Здесь шестерня 1 является ведущей (на ее оси осуществляется привод от двигателя), шестерня 2 - ведомой. При вращении шестерен, как указано на

рисунке, жидкость, заключенная между зубьями шестерни, торцами корпуса насоса и внутренней цилиндрической поверхностью его, передвигается камеры ?»

(пониженного давления) в камеру 4 (повышенного давления). Благодаря зацеплению зубьев шестерен возврата жидкости из камеры 4 в камеру 3 не происходит. Насос может работа"ь, преодолевая значительные давления. РН, как и ПН. Не нуждаются в предварительной заливке перед пуском. На рис,2.6 показан внешний вид двухшестеренчатого насоса (типа РЗ-ЗО), предназначенного для перекачки масел, нефти, мазута.

s                 Появление первого РН, изобретенного во
  Франции А.Рамеляи, относится к ХУ1 веку. Изобретение первого, шестеренчатого насоса относится к тому же времени и приписывается ПаппенгеЙму.
        К воздушным водоподъемникам принадлежат ЭРЛИФТЫ, которые р аботают на принципе равновесия жидкостей разных удельных весов. На рис.2.7 показан принцип действия

Рис. 2.7  ।       эрлифта. По трубе 1 поступает сжатый воздух &т
                              компрессора 2                        Воздух поступает' в нижнюю часть (башмак, форсунку) водоподъемной трубы 4. Благодаря 'смешению воды с воздухом удельный вес смеси в водоподъемной трубе оказывается в несколько раз меньшим удельного веса перекачиваемой жидкости, благодаря чему уровень смеси в трубе повышается.
     Путем регулирования количества подаваемого воздуха добиваются излива смеси воды с воздухом из верхнего отверстия водоподъемной трубы. Пузырьки воздуха, перемещающиеся из нижней части трубы в верхнюю, увеличиваясь в размере, оказывают поршневое действие на жидкость.

     рИзобретение эрлифтов приписывается французу Лошеру н относится к 1797г.
В конце Х1Хв германская фирма начала выпускать эрлифты под названием «мамут-насосы».


      СТРУЙНЬТЕ НАСОСЫ. Принцип их работы основывается иа известном гидравлическом законе энергетического баланса (закон Д.Бернулли). На рис.2.8 показана схема действия струйного насоса. По трубе 1 из напорного резервуара О подается рабочая жидкость под определенным давлением. В суженной части трубы 2 (сопло 3) происходит значительное увеличение скорости движения жидкости, благодаря чему давление в ней падает. Путем подбора надлежащих размеров сечений трубы 2 и суженной части ее 3, а" также необходимого для работы насоса давления рабочей жидкости, можно добиться того, что давление в трубе 6 окажется меньше атмосферного, благодаря чему жидкость из сосуда 5 будет поступать по трубе 4 в суженную трубу 6 н вместе с рабочей жидкостью будет подаваться по трубе 8 к потребителю 7.
      Если для перемещения жидкости (воды) применяется в качестве рабочей жидкости также вода, то насос называется водо-водяным или гидроэлсватором, или эжектором. Если же для подъема воды применяется водяной пар, то струйный насос называется инжектором.

Первое практическое применение струнного насоса было осуществлено в 1852г Д.Томсоном. Элементарная теория этих насосов была дане Цейнером в 1863г.



     2.3. Основные характерные параметры насосов


     Пусть нагнетатель-насос 1, какого бы вида он ни был, перекачивает жидкость (воду) из резервуара 5 (рис.2.9), который называется ПРИЕМНЫМ резервуаром, в другой резервуар 4, называемый НАПОРНЫМ. Трубопровод 2, по которому насос засасывает воду, называется ВСАСЫВАЮЩИМ трубопроводом, а трубопровод 3, по которому вода подается в напорный резервуар, называется НАПОРНЫМ или НАГНЕТАТЕЛЬНЫМ трубопроводом.
     Вертикальное расстояние от уровня вода в приемном резервуаре до оси ' насбса 77/® называется ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТОЙ ВСАСЫВАНИЯ. Вертикальное расстояние от оси


насоса до месга подачи воды Нщ (на рис.2.9 до уровня воды в напорном резервуаре) называется ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТОЙ НАГНЕТАНИЯ. Сумма упомянутых геометрических высот, обозначаемая Нг, называется геометрическим напором насоса. Очевидно, что


                   fir - Нгв ■+ Нги


(2.1)

     При работе насос должен не только преодолевать геометрическую высоту Нг, но и все сопротивления движению жидкости как на пуги всасывания Нс, так и на пути нагнетания Нен (как по длине трубы, гак и местные сопротивления) Напор, развиваемый насосом для преодоления всех сопротивлений обозначаехся Нс и равен


                Нс - Нев Нен


(2-2)

Я

     Ясно, что для работы насоса он должен развивать такой напор, который является суммой геометрического напора и напора, теряемого в сопротивлениях. Этот суммарный напор называется МАНОМЕТРИЧЕСКИМ НАПОРОМ и равен

               Н-Нг+Нс                              (2.3)

     Так как насос должен, кроме того преобразовывать скорость движения воды во всасывающей трубе Гб в большую скорость Vₐ движения воды в нагнетательном трубопроводе, то полный РАБОЧИЙ НАПОР насоса должен учитывать также прирост скоростного напора, и потому

            Hᵣ = Hᵣ+Hc+±^------(2.4)
                            2g
     В обычных условиях прирост скоростного напора настолько мал, что им можно пренебречь и считать

               Нр-Нг + Нс^Н.                               (2.5)

     Внутри самого насоса при протекании жидкости теряется некоторый напор на трение, на удар струек жидкости друг о друга и др. Поэтому насос должен преодолевать и эти сопротивления Hr. Сумма рабочего напора и напора, теряемого в сопротивлениях в самом насосе, называется ТЕОРЕТИЧЕСКИМ НАПОРОМ насоса и обозначается Нт. Поэтому

               Нт- Н + Ни                           (2.6)

     Отношение рабочего (манометрического) напора к теоретическому напору характеризует работу насоса, как гидравлической машины, н называется поэтому ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КПД насоса, так что

7Г =—                                (2 7)
                     Нт