Кудрявцев (1208889), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Рассмотрим классическую конструкцию мембранного насоса, показанную на рисунке 2.1. Циклограмма работы насоса представлена на рисунке 2.2. Насос состоит из двух рабочих камер, внутри которых установлены эластичные мембраны, жестко соединенныесо штоком. Шток перемещается посредством какого-либо привода. Обычноэто либо кривошипно-шатунный крейцкопфный механизм, либо приводнойгидро- или пневмоцилиндр двустороннего действия.
Рабочие камеры соединены с впускным и выпускным коллекторами, содержащими шариковые или лепестковые клапаны для обеспечения цикличности процесса подачи.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ27Рисунок 2.1. Классическая конструкция мембранного насосаЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ28Рисунок 2.2.
Циклограмма работы классического мембранного насоса.Работа насоса происходит следующим образом: при вращении маховика,находящийся в сопряжении с ним шатун приводится в возвратнопоступательное движение, увлекая за собой при этом мембраны в рабочих камерах. За счет изменения полезного объема рабочих камер, каждая из нихпроизводит попеременное засасывание жидкости из всасывающего коллектораи выталкивание ее в нагнетающий. За счет применения двух камер достигается относительно равномерная подача, так как цикл всасывания одной камерыприходится на цикл нагнетания второй. На входах и выходах обеих камер установлены однонаправленные клапаны, придающие направление потоку жидкости и исключающие всасывание из нагнетающего коллектора и выпуск вовсасывающий.Как уже было сказано выше, основные проблемы такой конструкции: неравномерное распределение нагрузки на мембрану, наличие изломныхмоментов в месте крепления штока ускоренный износ мембран необходимость уплотнения узлов, в которых перемещаются штокиЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ29 сложная конструкция мембран нелинейность подачи ввиду сложного характера нагружения мембран сложность и трудоемкость обслуживания и ремонтаРассмотрим принцип действия и конструкцию разработанного насоса.Циклограмма представлена на рисунке 2.3, общий вид - на рисунке 2.4, конструкция – на рисунках 2.5-Рисунок 2.3.
Циклограмма разработанного насосаКак видно из представленной циклограммы, в разработанном насосе передача энергии от вращающегося маховика передается на мембраны не черезжесткие штоки, а через промежуточную ходовую жидкость. Маховик приводит в возвратно-поступательное движение поршень насоса ходовой жидкости,который подает ее в ходовые полости рабочих камер насоса. Ходовая жидкость вынуждает мембраны попеременно всасывать жидкость в рабочие камеры и выталкивать ее.
При этом исключаются основные проблемы мембранныхнасосов, описанные выше, связанные с неравномерностью нагружения мембран и необходимостью уплотнения движущихся штоков.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ30Рисунок 2.4. Общий вид разработанного насосаРисунок 2.5. Конструкция разработанного насосаРазработанный насос состоит из двух зеркально-симметричных корпусов,соединяемых при помощи болтовых соединений и герметизируемых посредЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ31ством паронитовых прокладок.
Внутри корпуса монтируются политетрафторэтиленовые однокомпонентные мембраны, при сборке совмещаемые с металлическими установочными кольцами. Такое решение позволяет существенноупростить и удешевить конструкцию, поскольку в классических конструкцияхмембраны представляют собой сложную кордовую конструкцию с закладными элементами. Также внутри корпуса монтируются два лепестковых клапана(реализованных сходно с конструкцией мембран, то есть при сборке соединяемых с металлическими частями), а также автоматический двухпотоковыйшаровый клапан оригинальной конструкции. Клапан состоит из четырех полиуретановых направляющих, двух полиуретановых клапанных сёдел, и одного гуммированного стального шара. Направляющие устанавливаются всоответствующие проточки корпусов и фиксируются сёдлами.
При работенасоса в начале фазы выпуска одной из камер, шар выталкивается из соответствующего седла, открывая поток для нагнетаемой жидкости и перекрываетпротивоположное седло, обеспечивая всасывание из впускного коллектора.Элементы конструкции насоса показаны на рисунке 2.6.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ32Рисунок 2.6. Элементы конструкции разработанного насосаПоток ходовой жидкости, как было упомянуто выше, создается поршневым насосом ходовой жидкости. Рассмотрим его конструкцию, показанную нарисунке 2.7.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ33Рисунок 2.6. Конструкция насоса ходовой жидкостиНасос ходовой жидкости состоит из корпуса, внутри которого установленпоршень с поршневыми кольцами, маховик, соединенный с поршнем посредством пальца, а также подшипникового узла, фиксирующей втулки, фланцев сподводящими трубопроводами, крышки и прокладок.
Работает насос следующим образом. При вращении маховика, его крутящий момент посредствомпальца и вертикального паза в поршне, преобразуется в линейное усилие возвратно-поступательного движения поршня. Поршень, перемещаясь внутригильзы корпуса, создает цикличные знакопеременные изменения в потоке идавлении в трубопроводах, соединяемых с основным насосом.ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ342.2.Расчет конструкции насосаРассчитаем общие параметры насоса.
Для этого первоначально выберемпрототип для оценки и сравнения характеристик разработанного насоса. В качестве прототипа выберем шламовый мембранный насос Wilden Stallion PX15,Представленный на рисунке 2.7, со следующими характеристиками:Типдиафрагменно-мембранныйПриводпневматическийРазмер патрубков, дюйм3Производительность:м3/ч46,5л/мин776Напор:Бар8,6МПа0,86Максимальный размерчастиц, мм25Материал корпусаалюминий, чугунМатериал эластомеров резинаРисунок 2.7. Общий вид прототипа – насоса Wilden Stallion PX15Произведем расчет основных параметров. Очевидно, что лимитирующимфактором для жидкостного насоса объемного действия будет являться преЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ35дельная скорость устойчивого потока жидкости.
При превышении рекомендованных значений будут резко расти местные потери давления, проявляться кавитационные явления, срывы вихрей, и т.д. Определим требуемую частотувращения вала насоса для реализации подачи, аналогичной прототипу. Очевидно, что за 1 оборот вала в нагнетательную магистраль выталкивается объемжидкости, равный:(2.1)Искомая частота вращения вала определится по формуле:(2.2)Подставим 2.1:(2.3)Подставим значения:Расчетная частота вращения вала составляет 12 об/мин, что в переделахнормы для подобных конструкций насосов.Определим максимальную скорость потока жидкости в трубопроводахнасоса.
Очевидно, что:(2.4)Где- продолжительность половины цикла работы насоса;- минимальная площадь поперечного сечения потока.Продолжительность половины цикла работы насоса можно определить поформуле:(2.5)ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ36Площадь поперечного сечения минимальна на входах и выходах в рабочие камеры насоса и составляет:(2.6)Подставим в 2.4:(2.7)Подставим значения:Расчетное значение максимальной скорости потока находится в пределахнормы для сохранения устойчивого потока жидкости, с учетом характеризующих систему параметров.Для определения требуемого момента, прилагаемого к валу насоса ходовой жидкости, необходимо определить гидравлические потери, возникающиепри перекачивании потока жидкости через насос.Согласно уравнениям гидродинамики, общие потери напора жидкостиможно представить как:(2.8)Где- потери напора по длине;- суммарная потеря напора, вызванная местными сопротивлениямиПотери напора по длине определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:(2.9)где –длина трубопровода,-диаметр участка трубопровода,- средняя скорость течения жидкости,ЛистИзм.Лист№ докум.ИПодписьДатаВКР 0.00.000 ПЗ37-коэффициент гидравлического сопротивления, в общем случае зависящий от числа Рейнольдса и относительной эквивалентной шероховатости трубЗначения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности различных труб выбираются из таблицы 2.1, зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса и относительной шероховатости приведены в таблице 2.2.Таблица 2.1.
Коэффициент эквивалентной шероховатостиГруппаМатериалы, вид и состояние трубы1. Давленые или Давленые или тянутые трубы (стектянутые трубылянные, свинцовые, латунные, медные, цинковые, оловянные, алюминиевые, никелированные и пр.)2. Стальные трубы Бесшовные стальные трубы высшегокачества изготовленияНовые и чистые стальные трубыСтальные трубы, не подверженныекоррозииСтальные трубы, подверженные коррозииСтальные трубы сильно заржавевшиеОчищенные стальные трубы3. Чугунные трубы Новые черные чугунные трубыОбыкновенные водопроводные чугунные трубы, бывшие в употребленииСтарые заржавленные чугунные трубыОчень старые, шероховатые, заржавленные чугунные трубы с отложениями4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
