Судовые вспомогательные и промысловые механизмы, характеристики судовых насосов

Характеристики судовых насосов существенны для обеспечения эффективной работы различных систем судна и поддержания его нормального функционирования в условиях морской эксплуатации.

Важной характеристикой судовых насосов является их производительность. Производительность определяет объем жидкости, который насос способен перекачать за определенный период времени. Она зависит от технических параметров насоса, его типа и конструкции. Кроме того, важным аспектом является напор насоса, который представляет собой разницу в давлении между входом и выходом насоса. Он определяет высоту подъема или дистанцию, на которую насос способен поднять жидкость. Напор важен для правильного функционирования систем, где требуется поддержание определенного давления, например, в системах охлаждения двигателя.

Судовые насосы представляют собой важные компоненты судовых систем, обеспечивающих перекачивание жидкостей различного назначения. Они играют ключевую роль в обеспечении нормальной работы систем охлаждения, балластных систем, пожаротушения и других подсистем судна.

Современный флот рыбной промышленности постоянно пополняется высокоэффективными промысловыми судами, оснащенными в зависимости от вида промысла разнообразными орудиями лова, механизмами, автоматизированными и механизированными линиями по добыче и обработке уловов с повышенными тяговыми и скоростными характеристиками и дистанционным управлением. В последние годы большое внимание уделяется серийному строительству среднетоннажных судов с комбинированными способами лова. Эти суда позволяют рационально использовать производственные мощности независимо от сезонных миграций объектов промысла.

Развитие и совершенствование промыслового флота осуществляются не только за счет строительства и модернизации судов, но и за счет совершенствования технической эксплуатации, повышения эффективности промыслового флота. Внедрение системы непрерывного и межрейсового обслуживания судов предусматривает комплексную подготовку судов к рейсу, включая ремонт судна без участия основного экипажа. Использование этой системы сокращает время нахождения судов на стоянке в порту и обеспечивает необходимые условия для отдыха экипажа после длительного рейса.

Вспомогательные механизмы на судах впервые появились в начале XVIII века и предназначались для управления рулевым устройством и выборки якорей. С увеличением водоизмещения и скоростей судов ручные приводы механизмов совершенствовались и заменялись на механические. С внедрением тепловых машин и двигателей на судах появляются более совершенные вспомогательные механизмы с приводом от паровых машин и двигателей внутреннего сгорания.

В конце XIX – начале XX веков широкое применение на судах получает электроэнергия. Появляется возможность заменить тяжелые с большими габаритами приводы тепловых машин на более компактные и удобные – электрические.

Все судовые механизмы подразделяются на главные, приводящие в действие судовой движитель, и вспомогательные. Судовые вспомогательные и промысловые механизмыВспомогательные механизмы являются составной частью оборудования судов и, в свою очередь, условно подразделяются на палубные и внутрисудовые. К палубным механизмам относятся:

• брашпили;
• шпили;
• рулевое устройство;
• грузовые, буксирные и шлюпочные лебедки.

На промысловых судах к палубным механизмам относят и механизмы, предназначенные для обслуживания орудий лова:

• подъема и выливки улова на палубу и в бункера;
• траловые и ваерные лебедки;
• дрифтерные шпили;
• ярусно- и неводоподъемники и др.

К внутрисудовым вспомогательным механизмам относятся:

• насосы;
• сепараторы;
• компрессоры;
• вентиляторы;
• опреснительные установки.

Все вспомогательные механизмы состоят из рабочей части и двигателя, приводящего ее в движение.

По роду использования энергии для привода вспомогательные механизмы подразделяют на:

• паровые;
• электрические;
• гидравлические;
• и пневматические.

Наибольшее распространение получили электрические и гидравлические приводы, которые обеспечивают надежную работу механизмов. Они экономичны и удобны в эксплуатации.

В последнее время суда промыслового флота оборудуют гидравлическими передачами, которые используются для привода траловых, грузовых и буксирных лебедок. Гидравлические вспомогательные механизмы обладают высокой надежностью и плавностью в работе, создают меньше шума и имеют высокий механический коэффициент полезного действия.

Пневматические механизмы в основном используются в качестве вспомогательных механизмов небольшой грузоподъемности для привода лебедок трапов, машинных талей и др.

Установленные на судах паровые и водогрейные котлы обеспечивают потребность судна в паре и горячей воде. На судах промыслового флота используются:

• водотрубные;
• огнетрубные;
• и комбинированные вспомогательные котлы;

вырабатывающие от 0,5 до 1 т/ч пара при давлении 0,5-0,6 МПа.

Для увеличения вылова рыбы и выпуска качественной пищевой продукции работники рыбной промышленности должны постоянно совершенствовать производственные процессы, внедряя новые промысловые орудия и механизмы, увеличивая срок службы судов с помощью системы непрерывного технического обслуживания и т. д.

Изучение, грамотное техническое обслуживание, культура эксплуатации вспомогательных механизмов имеют немаловажное значение в продлении срока службы механизмов и судового оборудования.

Судовые насосы

Основные понятия гидравлики

Все неорганические тела могут находиться в трех агрегатных состояниях:

• твердом;
• жидком;
• и газообразном.

В жидком и газообразном состояниях тело не имеет формы и частицы тела весьма подвижны. Жидкости практически не сжимаются. При повышении давления на 0,1 МПа объем по отношению к первоначальному уменьшается на:

• для воды – 1/20 000;
• для ртути – 1/300 000;
• для стекла – 1/2 000 000.

Любая капельная жидкость характеризуется тремя основными параметрами:

• объемной (удельной) массой;
• плотностью;
• и вязкостью.

Объемная масса выражается формулой:

где:

• γ – объемная масса жидкости, Н/м³;
• G – масса жидкости (сила притяжения жидкости к Земле), Н;
• V – объем жидкости, м³.

Плотностью называется количество однородной жидкости, содержащейся в единице объема, и выражается формулой:

где:

• ρ – плотность вещества, кг/м³;
• M – масса жидкости, кг.

Между объемной массой и плотностью существует зависимость:

где:

• g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Плотность и объемная масса жидкости изменяются в зависимости от температуры и давления.

Вязкость – это свойство жидкости, определяемое сопротивлением ее частиц относительному движению (сдвигу). Вязкость влияет на текучесть жидкости и зависит от сил внутреннего трения, возникающих между частицами, струйками и слоями жидкости при их перемещении. С увеличением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом кинематической и динамической вязкости.

Коэффициент кинематической вязкости характеризует отношение сил вязкого сопротивления к инерции жидкости, а коэффициент динамической вязкости характеризует силу трения, приходящуюся на единицу поверхности двух скользящих слоев жидкости при условии, что градиент скорости по нормали равен единице.

Коэффициенты кинематической (μ) и динамической (ρ) вязкости связаны между собой следующим соотношением:

Вязкость жидкостей измеряется в условных единицах – градусах Энглера (вязкость условная – ВУ). Градусы ВУ представляют собой отношение времени истечения (τ_ж = 200 мл) (см³) используемой жидкости, нагретой до температуры τ_ис °C, ко времени истечения τ_в такого же количества дистиллированной воды при температуре 20 °C через калиброванное отверстие диаметром 2,8 мм прибора, называемого вискозиметром, и определяют по формуле:

В российской практике вязкость жидкости определяют при температуре 50 и 100 °C.

Гидростатическое давление. Произвольно выберем внутри покоящейся жидкости бесконечно малую площадку ΔF в точке A, расположенной внутри покоящейся жидкости. На эту площадку будет действовать сила ΔP по нормали внутрь (рис. 1).

Предел силы ΔP, отнесенной к единице площади ΔF при уменьшении последней до точки A, называется истинным гидростатическим давлением (p):

При конечных значениях площади будем иметь среднее гидростатическое давление:

Гидростатическое давление измеряется в Па.

Гидростатическое давление обладает двумя основными особенностями:

1 направлено всегда нормально к поверхности, воспринимающей давление покоящейся жидкости, независимо от того, как плоскость площадки ориентирована в пространстве;

2 в любой точке жидкости гидростатическое давление действует по всем направлениям с одинаковой силой. Это легко доказать, допустив следующее: если сила гидростатического давления направлена по отношению к смоченной поверхности под некоторым углом, то она разложится на две составляющие: нормальную и касательную к плоскости действия.

Но касательная составляющая силы вызовет перемещение жидкости, которая должна находиться в покое. Если одна из сил будет больше или меньше остальных, то равновесие нарушится и жидкость начнет перемещаться, что противоречит условиям гидростатики.

Избыточное и абсолютное давление. Пусть на свободную поверхность жидкости, находящейся в сосуде и граничащей с газообразной средой, действует давление p₀ (рис. 2).

Мысленно выделим в жидкости цилиндрик, произвольно выберем точки 1 и 2 и рассмотрим условия его равновесия. Давление p_в на боковую поверхность цилиндрика будет уравновешиваться. Спроектируем все силы, действующие на вертикальную ось цилиндрика:

где:

• p₀ – давление на поверхности жидкости;
• F – площадь торцевых поверхностей цилиндрика;
• G – масса цилиндрика;
• p – давление, действующее на нижнее основание.

Масса цилиндрика:

где:

• γ – объемная (удельная) масса жидкости;
• h – высота цилиндрика.

Подставив значение G в уравнение равновесия, получим:

Сократив это выражение на F и решив его относительно p, найдем:

Полученное основное уравнение гидростатики дает возможность определить давление p в любой точке жидкости в зависимости от давления p₀ на свободной поверхности жидкости, глубины погружения h точки и объемной массы у жидкости.

Из полученного уравнения следует, что во всех точках жидкости, расположенных на одинаковых глубинах под свободной поверхностью покоящейся жидкости, действует одинаковое давление. Величина γh называется избыточным гидростатическим давлением по отношению к давлению на свободной поверхности, которое часто равно атмосферному p₀. Величина p называется полным гидростатическим давлением.

Основные виды движения жидкости. Различают два вида движения жидкости:

• установившееся;
• и неустановившееся.

При установившемся движении жидкости основные параметры потока – скорость и давление, которые в любой точке потока остаются неизменными во времени. Установившееся движение потока можно наблюдать при истечении жидкости через отверстие из резервуара струей, имеющей постоянную толщину. Установившееся движение также наблюдается при работе центробежных и осевых насосов.

Если же в отдельных точках потока давление и скорость не постоянны, то такое движение называется неустановившимся. Такое движение можно наблюдать при работе поршневых насосов, где струя потока меняет толщину, т. е. пульсирует.

Установившееся движение жидкости может быть равномерным и неравномерным. Равномерное движение потока можно наблюдать в цилиндрических трубах одинакового сечения (диаметра). При этом скорость и давление в соответствующих точках будут одинаковы.

Неравномерное движение имеет место в трубах с переменным диаметром. При этом скорость и давление по длине потока в живых сечениях меняются.

При работе быстроходных насосов можно наблюдать отрыв жидкости от поршня, вследствие чего давление в цилиндре понижается, всасывающий клапан открывается и в цилиндр поступает некоторое количество жидкости. Обратным ходом поршень встречается с жидкостью, происходит гидравлический удар, который может вывести из строя насос. Во избежание появления гидравлических ударов на нагнетательной системе устанавливают воздушные колпаки, которые выравнивают давления нагнетания, т. е. уменьшают силы инерции потока.

При работе Монтаж вспомогательных паровых машин и паровых насосовцентробежных насосов наблюдается механическое разрушение внутренних стенок насоса из-за кавитации, которая образуется в движущейся жидкости в областях пониженного давления. Выделившиеся пары вследствие удара жидкости конденсируются, газы сжимаются и вдавливаются в трещины и неровности стенок, постепенно их увеличивая и расширяя.

Кавитация снижает производительность насоса, ускоряет механическое и химическое разрушение внутренних полостей насоса. Для предотвращения кавитации рекомендуется:

• снижать высоту всасывания;
• понижать температуру перекачиваемой жидкости;
• уменьшать гидравлические сопротивления.

Назначение и классификация судовых насосов

Судовая насосная установка предназначена для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) жидкости в результате сообщения ей кинетической или потенциальной энергии и состоит из следующих основных частей:

• насоса, преобразующего механическую энергию двигателя в энергию потока;
• двигателя (привода);
• трубопроводов;
• цистерн и соответствующих клапанов (рис. 3).

Жидкость из цистерны 1 по всасывающему трубопроводу 6 подводится к насосу 2. Этот процесс называется всасыванием. По нагнетательному трубопроводу 3 жидкость от насоса поступает в расходный бак 4. Этот процесс называется нагнетанием. Затем жидкость из расходного бака 4 по трубопроводу 5 поступает к потребителям.

Движение жидкости по всасывающему и нагнетательному трубопроводам происходит в результате разности давлений, создаваемых насосом. В результате вакуума, создаваемого во всасывающем трубопроводе, жидкость под действием атмосферного давления поступает к насосу. Нагнетание жидкости по трубопроводу происходит за счет разности давлений и обычно выше атмосферного.

Насосная установка характеризуется основными параметрами:

• высотой всасывания;
• высотой нагнетания;
• создаваемым напором;
• производительностью;
• коэффициентом полезного действия и мощностью, затрачиваемой для создания необходимого напора.

Насосом называется механизм, предназначенный для перемещения жидкостей или газовых сред по трубопроводам и сообщающий им определенную скорость движения. Все насосы, установленные на судне, подразделяют по назначению и принципу действия. По назначению судовые насосы подразделяют на:

• общесудовые;
• специальные;
• и на обслуживающие главные и вспомогательные двигатели и механизмы.

К общесудовым насосам относятся:

• балластные, предназначенные для перекачки жидкого балласта, осушения и затопления балластных цистерн судна;
• пожарные, подающие забортную воду к противопожарным системам и устройствам;
• осушительные, которые служат для удаления воды, постоянно скапливающейся в отсеках;
• санитарные насосы, обеспечивающие подачу питьевой и забортной воды.

К санитарным насосам также относятся фекальные, которые служат для удаления сточных вод из фекальных цистерн за борт и в специально предназначенные емкости.

К специальным насосам относятся:

• водоотливные, предназначенные для удаления больших масс забортной воды из затопленных отсеков;
• креновые и дифферентные, подающие воду в креновые и дифферентные цистерны и удаляющие эту воду за борт;
• грузовые, служащие для перемещения жидкого груза внутри судна, на берег или на другие суда;
• зачистные насосы, предназначенные для удаления остатков жидкого груза из грузовых цистерн;
• моечные насосы, подающие горячую воду к моечным устройствам грузовых цистерн.

К насосам главных и вспомогательных двигателей и механизмов относятся:

• топливные насосы, служащие для подачи топлива к форсункам двигателей внутреннего сгорания, главных и вспомогательных котлов и камеру сгорания газотурбинных двигателей;
• топливоперекачивающие насосы – для перекачки топлива из основных в отстойные и расходные цистерны;
• питательные насосы – для подачи питательной воды в паровые котлы, испарители и т. д.;
• циркуляционные насосы – для создания принудительной циркуляции воды, масла или топлива для охлаждения узлов машинно-котельных установок, а также для создания принудительной циркуляции в прямоточных котлах;
• масляные насосы – для подачи смазочного масла к трущимся поверхностям двигателей и деталей судовых механизмов;
• рассольные насосы – для создания циркуляции рассола (хладагента) в холодильных установках, а также для удаления рассола за борт;
• дистиллятные насосы – для отвода дистиллята из конденсаторов опреснительных установок;
• насосы – для изменения шага винта и обеспечивающие работу гидравлических приводов винтов регулируемого шага.

В зависимости от назначения судовые насосы размещают в машинно-котельном отделении или в производственных помещениях. В машинно-котельном отделении размещают насосы, обслуживающие главные и вспомогательные двигатели и механизмы:

• осушительные;
• пожарные;
• топливоперекачивающие;
• насосы для охлаждения;
• циркуляционные и санитарные насосы.

Насосы гидравлических механизмов размещают в специальных насосных отделениях или совместно с механизмами при агрегатном исполнении. Насосы рулевых устройств устанавливают в румпельном отделении вместе с рулевым приводом. Грузовые и зачистные насосы размещают в специальных судовых отделениях. Судовые насосы нужно размещать так, чтобы к ним был свободный доступ при ремонте и обслуживании. Насосы устанавливают на фундамент и жестко крепят к нему.

По принципу действия насосы подразделяют на три группы:

• объемные (насосы вытеснения);
• поршневые;
• и ротационные;

которые обеспечивают создание разности давлений с помощью твердого или жидкого тела, имеющего возвратно-поступательное или вращательное движение.

В поршневых насосах телом вытеснения является поршень, у ротационных изменение объема и вытеснение жидкости осуществляются телами вращения – шестернями, роторами-пластинами или винтами, которые называются соответственно шестеренчатыми, роторно-пластинчатыми и винтовыми.

В лопастных насосах (центробежные, осевые и вихревые) разность давлений создается посредством вращения лопастей.

В струйных насосах (пароструйные, водоструйные и воздухоструйные) нет движущихся частей, а разность давлений создается с помощью рабочей среды (жидкости, пара или газа), подаваемой к насосу под давлением. К ним относятся эжекторы и инжекторы.

Различают работу насоса с подпором и подсосом. Если уровень всасывающей жидкости находится выше уровня всасывающего трубопровода, то насос работает с подпором, и наоборот, если уровень перекачиваемой жидкости ниже уровня всасывающего трубопровода, то такой насос работает с подсосом. При работе насоса с подпором создавать вакуум нет необходимости, так как жидкость самотеком заполняет всасывающую систему и внутренние полости насоса.

Полная высота всасывания H_в при работе насоса с подсосом складывается из следующих показателей:

где:

• H_г – геометрическая высота всасывания насоса;
• H_п – высота, эквивалентная потерям на трение во всасывающем трубопроводе (трение жидкости в клапанах, фильтрах, в изгибах трубопровода);
• H_ск – высота, эквивалентная скоростному напору во всасывающем трубопроводе для приведения жидкости в движение во время всасывания и равная V/2g.

Полная высота нагнетания H_н определяется по формуле:

где:

• H_{г. н} – геометрическая высота нагнетания насоса;
• H_{п. н} – потеря напора на нагнетательном участке вследствие сопротивления в клапанах и изгибах трубопроводов;
• H_{ск. н} – скоростной напор при нагнетании.

Высоту нагнетания можно определить по показанию манометра, включенного в нагнетательную магистраль, но она будет меньше на величину скоростного напора.

Развиваемый насосом напор H является суммой полной высоты всасывания H_в и полной высоты нагнетания H_н, т. е. равен энергии, которая сообщается жидкости насосом и в которую превращается механическая энергия приводного двигателя.

Производительность насоса определяется количеством перекачиваемой жидкости в единицу времени. Различают объемную и массовую производительность. Объемная производительность выражается в м³/с, а массовая – в кг/с, связаны они между собой следующим соотношением:

где:

• G – массовая производительность;
• γ – плотность перекачиваемой жидкости;
• Q – объемная производительность.

Мощность насоса – это работа, совершаемая гидравлическим потоком жидкости при определенном напоре и массовой производительности. Различают:

• потребляемую мощность (мощность на валу двигателя);
• и полезную (гидравлическую).

Так как часть энергии приводного двигателя затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений и механическое трение, то потребляемая насосом мощность будет всегда больше полезной:

где:

• γ – плотность перекачиваемой жидкости;
• Q – объемная производительность;
• H – развиваемый насосом напор.

Коэффициент полезного действия насоса характеризует эффективность использования энергии, подведенной к насосу, и учитывает все потери при передаче мощности потребляемой к мощности полезной:

где:

• η_г – гидравлический коэффициент полезного действия (КПД), который учитывает потери напора в насосе;
• η_об – объемный КПД, учитывающий потери вследствие утечек жидкости через неплотности и зазоры;
• η_м – механический КПД, учитывающий механические потери в насосе на трение в подшипниках, сальниках, поршнях и т. д.

Регистр России ко всем насосам, установленным на судне, предъявляет следующие требования. Судовые насосы и их приводы должны надежно работать при всех возможных условиях эксплуатации, в том числе при длительных кренах от 15° и максимальном дифференте. В качестве балластного насоса может быть использован любой насос общесудового назначения достаточной производительности:

• охлаждающий;
• пожарный;
• или осушительный.

Если балластный насос обслуживает пожарную и осушительную системы, то не допускается использование его в качестве осушительного насоса для отсеков, в которых возможно загрязнение воды остатками нефтепродуктов. Каждое судно должно иметь не менее двух осушительных насосов с механическим приводом; при этом в качестве одного из них можно использовать балластный, а другого – насос общесудового назначения с автономным механическим приводом или приводной от главного двигателя. Осушительные насосы должны обеспечивать необходимую высоту всасывания. Насосы центробежного типа, используемые в качестве осушительных, должны быть самовсасывающими или оборудоваться надежной вакуумной системой. Осушительные насосы должны размещаться таким образом, чтобы при затоплении отсеков один из осушительных насосов был пригоден к действию.

Пожарные насосы должны быть независимыми и приводиться в действие от источника механической энергии. Приводы пожарных насосов должны иметь достаточные источники питания для обеспечения работы насосов в любых условиях эксплуатации судна. Каждый пожарный насос должен быть в состоянии подать не менее двух струй воды при наибольшем диаметре впрыска. Аварийный пожарный насос и его источники энергии должны располагаться так, чтобы они не вышли из строя в случае возникновения пожара в помещениях, где находятся основные пожарные насосы. Пожарные насосы должны быть всегда готовы к немедленному действию.

Насосы охлаждения главного двигателя должны иметь резервные средства. Регистр России разрешает установку одного резервного насоса для забортной и пресной воды при условии применения устройств, не допускающих смешивания пресной и забортной воды.

Топливные, топливоподкачивающие и топливоперекачивающие насосы должны иметь средства для их остановки. С целью перекачки топлива из основных цистерн в расходную требуется два топливоперекачивающих насоса, один из которых – резервный.

Масляные насосы главных двигателей должны запускаться без предварительного заливания масла в насос. Для этого на всасывающем трубопроводе должен быть установлен невозвратный клапан.

Для каждого винта регулируемого шага необходимо устанавливать по два насоса гидросистемы, один из которых – резервный. Резервный насос должен включаться автоматически при выходе из строя основного в течение 10 с.

Правилами Регистра России допускается использование одного насоса для выполнения нескольких функций с целью уменьшения количества насосов и увеличения живучести энергетической установки.

Поршневые насосы

Конструкции поршневых насосов, применяемых в настоящее время на судах, весьма разнообразны. На паровых судах нашли применение прямодействующие поршневые насосы. На теплоходах преимущественно применяются электроприводные поршневые насосы.

По кратности действия различают:

• насосы простого действия, у которых за два хода поршня или за один оборот вала происходит один раз всасывание и один раз нагнетание [эти насосы обладают большой неравномерностью подачи (пульсацией жидкости)];
• насосы двойного действия, состоящие из двух насосов простого действия.

Клапаны скомпонованы так, что каждая пара предназначена для разных полостей цилиндра, в результате чего за каждый ход поршня происходит всасывание в одной и нагнетание в другой рабочей полости цилиндра.

Насосы многократного действия обычно представляют собой соединения в одном блоке нескольких насосов простого действия или двойного действия.

Насосы дифференциального действия обеспечивают более равномерное всасывание и нагнетание рабочей жидкости. Отличительной особенностью этих насосов от насосов двойного действия является наличие двух групп нагнетательных клапанов; поршневой шток имеет площадь сечения, равную половине площади поршня. Всасывание происходит при движении поршня вверх, а нагнетание – за каждый ход поршня (рис. 4).

При движении поршня 2 вниз половина жидкости вытесняется через нагнетательные клапаны 1 и 3 в нагнетательный трубопровод, вторая половина остается в полости цилиндра над поршнем. При движении поршня вверх открывается всасывающий клапан 4, через который происходит всасывание жидкости; в это время клапан 3 закрыт, а через нагнетательный клапан 1 происходит нагнетание жидкости к потребителям.

Насосы могут быть с дисковыми поршнями и со скалкой (плунжером).

По способу соединения с приводным двигателем различают:

• насосы редукторные;
• безредукторные;
• и прямодействующие;

у которых паровой и гидравлический поршни закреплены на противоположных концах общего штока таким образом, что сила давления пара передается на гидравлические поршни через штоки.

По расположению оси цилиндра насосы подразделяют на:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• и наклонные.

Независимо от типа, конструкции и назначения поршневые насосы характеризуются следующими основными параметрами:

• производительностью;
• создаваемым напором;
• высотой всасывания и нагнетания.

Производительность насоса определяется количеством жидкости, перекачиваемой насосом в единицу времени. Различают весовую и объемную производительность. Объемная производительность Q прямо пропорциональна скорости движения жидкости в трубопроводе, измеряется в м³/с и равна:

где:

• f – площадь поперечного сечения трубопровода;
• V – скорость движения жидкости.

Массовая производительность G измеряется в кг/с. Зависимость между объемной и массовой производительностью выражается формулой:

и может быть теоретической и действительной.

Теоретическая производительность насоса (м³/г) простого действия определяется по формуле:

где:

• F – площадь поршня, м²;
• S – ход поршня, м;
• n – число двойных ходов в минуту.

Действительная производительность насоса (м³/с) простого действия будет меньше, так как жидкость, поступающая в цилиндр, отстает от поршня, не успевая полностью заполнить цилиндр, и определяется по формуле:

где:

• η₀ – коэффициент наполнения, который выражается как отношение действительной производительности насоса к теоретической:

Коэффициент наполнения обычно колеблется в пределах от 0,7 до 0,95 и относится к типу экономических показателей, характеризующих работу насоса.

Производительность насоса двойного действия (м³/с) из-за наличия штока в одной из полостей будет несколько меньше удвоенной производительности и рассчитывается по формуле:

где:

• f_ш – площадь штока, м².

Производительность поршневых насосов (м³/с) в практических расчетах определяется по формуле:

где:

• k – коэффициент кратности действия насоса.

Высота всасывания – это расстояние по вертикали от поверхности жидкости до насоса. Теоретическая высота всасывания при нормальных условиях для воды равна 10,33 м. В реальных условиях высота всасывания для поршневых насосов не превышает 6-8 м. Высота всасывания насосов зависит от атмосферного давления, удельной массы перекачиваемой жидкости, гидравлического сопротивления во всасывающем трубопроводе и температуры жидкости. Из сказанного следует, что чем ниже установлен насос по отношению к уровню жидкости, чем короче всасывающий патрубок, чем меньше шероховатостей в приемном трубопроводе, тем лучше условия для всасывания жидкости.

Теоретическая высота нагнетания измеряется в м вод. ст. и является расстоянием по вертикали, на которое насос поднимает жидкость в процессе нагнетания, и равна давлению в цилиндре, выраженному в м вод. ст.. Практически высота нагнетания зависит от:

• гидравлического сопротивления в нагнетательном трубопроводе, клапанах;
• инерционного давления, возникающего вследствие переменной скорости поршня;
• давления столба жидкости в нагнетательном трубопроводе;
• давления в резервуаре, в который подается жидкость.

Поршневые насосы на судах предназначаются для:

• перекачивания пресной и морской воды;
• горюче-смазочных материалов (дизельного и мазутного топлива, смазочных масел).

Многоцилиндровые быстроходные поршневые насосы применяются в гидравлических приводах палубных и промысловых механизмов.

Поршневые насосы относятся к группе объемных (рис. 5).

Их работа сводится к чередованию последовательных процессов: всасывания и нагнетания.

Поршень совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре 1. При движении поршня 2 вправо в полости клапанной коробки З и в левой полости насоса создается разрежение, под действием которого открывается всасывающий клапан 4 и жидкость заполняет полость клапанной коробки и левую полость насоса. При обратном ходе поршень давит на жидкость, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный 5 открывается и жидкость вытесняется в нагнетательный трубопровод. Затем поршень снова идет вправо, всасывается жидкость и цикл повторяется.

Положительным качеством поршневых насосов является неограниченная высота нагнетания и высокий КПД, что и обусловливает их широкое применение. Недостатком является тихоходность, так как с увеличением скоростей при возвратно-поступательном движении возникают большие силы инерции, которые резко снижают КПД насоса.

Для обслуживания судовых силовых установок большой мощности требуются насосы большой производительности, однако производительность поршневого насоса может быть увеличена за счет габаритов, что в судовых условиях является крайне нежелательным явлением.

Конструкция каждого поршневого насоса состоит из двух групп деталей:

• неподвижных;
• и подвижных.

К неподвижным деталям относятся:

• рабочие цилиндры;
• крышки и днища;
• всасывающий и нагнетательный патрубки;
• клапанная коробка;
• и сальниковое уплотнение.

К подвижным деталям относятся:

• поршни с уплотнительными кольцами;
• поршневые штоки;
• и клапаны.

Цилиндры насосов отливают из чугуна или стали, а для насосов высокого давления цилиндры изготавливают из стальных поковок. Для облегчения ремонта и увеличения срока службы насоса цилиндровые блоки снабжают съемными бронзовыми или чугунными втулками.

Поршни насосов могут быть дисковыми и плунжерными. Дисковые могут быть цельными и составными. Цельные поршни значительно прочнее, но снимать и устанавливать на них поршневые кольца значительно сложнее.

Паровые поршни выполняют только дисковыми и изготавливают из чугуна или стали, а гидравлические – из чугуна, бронзы, стали и пластмасс. Герметичность между цилиндром и поршнем достигается самопружинящими металлическими кольцами из чугуна, стали, бронзы или пластмасс, манжетами из кожи или резины. Различные конструкции поршней показаны на рис. 6.

Дисковый составной поршень применяется для перекачки холодных жидкостей. Поршни, изображенные на рис. 6, б и 6, в, применяются в паровых цилиндрах и для перекачки холодных и горячих жидкостей. Поршни с лабиринтовым уплотнением применяют для перекачки вязких жидкостей при их напоре до 50 м. Для цилиндров небольшого диаметра скалки изготавливают из стали, чугуна и бронзы, а для цилиндров большого диаметра стальные скалки облицовываются бронзовыми втулками для защиты от коррозии.

Поршневые штоки, на концы которых насаживаются дисковые паровые и гидравлические поршни, изготавливают из стали.

Сальники предназначены для уплотнений и укупорки отверстий в днищах цилиндров в местах выхода штоков и скалок насоса. Сальник состоит из нажимного приспособления и мягкой набивки и служит для предотвращения утечек пара или жидкости из цилиндров наружу. Мягкие набивки, пропитанные маслом с тальком, изготавливают из хлопчатобумажных тканей, а пеньковые и асбестовые изготавливают из плетеных шнуров и пропитывают графито-жировой смазкой. Манжеты изготавливают из кожи или эластичной пластмассы. Манжетные уплотнения более устойчивы к износу и требуют меньшего ухода. Металлическая набивка применяется в насосах со скоростями более 3-5 м/с и при высоких температурах и больших напорах. Металлическая набивка состоит из разрезных бронзовых колец, в сечении чередующихся с кольцами из белого металла. Кольца укладывают так, чтобы бронзовые были обращены широкой стороной к телу сальника, а изготовленные из белого металла – к штоку.

Нажимное приспособление (рис. 7) состоит из нажимной втулки 2.

На штоке свободно скользят две втулки (грундбуксы) 4; верхняя в сальниковом стакане 2, а нижняя – в патрубке 5 насоса. По мере износа сальниковой набивки, которая может быть мягкой (а) или металлической (б), необходимо равномерно обжимать гайки 1 на шпильке 3, избегая перекоса.

Клапанные коробки изготавливают вместе или отдельно с блоком; они служат для размещения всасывающих и нагнетательных клапанов и для присоединения всасывающего и нагнетательного патрубков.

Клапаны являются ответственными деталями, так как нормальная работа насоса в значительной мере зависит от работы клапанов. Их назначение состоит в том, чтобы сообщать и разобщать в нужные моменты полости цилиндра со всасывающими и нагнетательными трубопроводами и обеспечивать движение жидкости в требуемом направлении. Клапаны подразделяют на:

• самодействующие, которые открываются под действием разности давлений по обе стороны клапана и пропускают жидкость только в одном направлении;
• и действующие под влиянием пружины.

Металлические клапаны изготавливают из:

• стали;
• бронзы;
• и латуни;

неметаллические из:

• кожи;
• резины;
• пластмасс.

Бывают клапаны композитные, т. е. металлические с облицовкой из пластмассы, бакаута, резины и т. д. Бывают шаровые клапаны, которые изготавливают из стали или бронзы. Их обычно делают пустотелыми. Диаметр шаровых клапанов составляет 1,5 диаметра седла. Такие клапаны обычно покрывают снаружи слоем резины.

Все клапаны должны обеспечивать:

• герметичность закрытия;
• бесшумную работу;
• быстрое открытие и закрытие клапанного отверстия;
• быть прочными и износоустойчивыми.

Некоторые конструкции клапанов поршневых насосов показаны на рис. 8.

Ручные и приводные поршневые насосы

Конструкция и принцип действия ручного поршневого насоса простого действия показаны на рис. 9.

Насос перекачивает жидкость за счет возвратно-поступательного движения поршня 1 в цилиндре 2. При движении поршня вверх под поршнем создается разрежение, которое открывает клапан 5, и жидкость под действием атмосферного давления заполняет пространство под поршнем. Заполнение будет продолжаться до тех пор, пока поршень не займет своего крайнего верхнего положения. При обратном ходе поршня всасывающий клапан 3 закроется, а нагнетательный клапан 4 откроется и жидкость начнет вытесняться в нагнетательный трубопровод. Как только поршень займет крайнее нижнее положение, нагнетательный клапан 4 закроется и при последующем движении поршня вверх процесс повторится.

Производительность насоса простого действия Q зависит от площади поршня F, его хода S, количества двойных ходов n и коэффициента наполнения η₀ и измеряется в м³/с.

Ручные насосы двойного действия могут быть одноцилиндровыми или состоящими из двух насосов простого действия. Конструкция и принцип действия насоса двойного действия показаны на рис. 10.

В отличие от насосов простого действия одноцилиндровый насос двойного действия имеет два всасывающих и два нагнетательных клапана. При движении поршня вправо в левой его полости создается разрежение, всасывающий клапан 1 открывается и жидкость заполняет левую полость цилиндра, объем которой равен FS. При обратном ходе поршня клапан 1 закрывается, а нагнетательный клапан 2 открывается и жидкость начинает вытесняться в нагнетательный трубопровод. Одновременно в правой полости насоса открывается всасывающий клапан 5, через который жидкость заполняет правую полость цилиндра объемом (F-f_шS). Нагнетательный клапан 4 в это время закрыт.

Производительность насоса двойного действия складывается из производительности правой и левой полостей цилиндра. Производительность (м³/с) правой полости:

производительность (м³/с) левой полости:

где:

• f_ш – площадь штока.

Общая производительность насоса двойного действия:

Поршневые насосы многократного действия представляют собой комбинацию насосов простого или двойного действия, соединенных в один агрегат. Производительность насоса многократного действия при кратности действия k определяется по формуле:

Ручные поршневые насосы, особенно двойного и многократного действия, применяются на судах:

• как резервные;
• для прокачки топлива, смазочного масла;
• смазки в дизелях;
• для перекачки небольших количеств воды, топлива и масла в расходные цистерны.

В некоторых случаях их устанавливают в качестве осушительных насосов для удаления за борт небольших количеств воды.

К основным недостаткам поршневых насосов можно отнести:

• неравномерную подачу перекачиваемой жидкости, требующую установки дополнительных устройств (воздушных колпаков);
• наличие всасывающих и нагнетательных клапанов, являющихся причиной большинства неполадок во время работы насоса;
• большую чувствительность насоса к чистоте перекачиваемой жидкости, так как незначительное количество механических примесей приводит к нарушению герметичности клапанов, к задирам и повреждениям поршневой группы и цилиндра;
• значительную массу и габариты при большой производительности насоса;
• высокую стоимость изготовления и сборки насоса.

В качестве приводов поршневых насосов применяют паровые машины, электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Наиболее распространен, электропривод. Для привода поршневых насосов ДВС применяется значительно реже, в основном в качестве осушительного навешенного насоса.

Прямодействующие насосы

Прямодействующие насосы используются на судах в качестве:

• питательных;
• пожарных;
• осушительных;
• и санитарных.

Они имеют более простую конструкцию, чем приводные, так как у них отсутствует кривошипно-шатунный механизм и сравнительно небольшие масса и габариты. Прямодействующие насосы бывают горизонтальными и вертикальными и могут работать на насыщенном и перегретом паре.

Выделяют два типа прямодействующих насосов:

• симплекс, состоящий из одного парового и одного гидравлического цилиндров;
• дуплекс, состоящий из двух паровых и двух гидравлических цилиндров.

Гидравлическая часть прямодействующего поршневого насоса представляет собой поршневой насос, а паровая часть представляет собой паровую поршневую машину. На рис. 11 изображен прямодействующий насос типа дуплекс.

Это вертикальный насос четырехкратного действия, с механическим принудительным парораспределением. Каждый гидравлический цилиндр имеет по восемь клапанов, два из которых всасывающие и два нагнетательные для каждой полости. Клапаны размещены в клапанной коробке. Гидравлический поршень установлен на одном штоке с паровым поршнем. Пар по полостям парового цилиндра распределяется нормальным золотником. Паровая машина работает без расширения пара. Поршни спаренных цилиндров отстают друг от друга на половину рабочего хода, что обеспечивает равномерную подачу жидкости.

В отличие от обычной паровой машины привод насоса типа дуплекс имеет три отличительные особенности.

Первая – движение золотника обеспечивается за счет того, что поршень первого цилиндра при посредстве рычага первого рода приводит в движение золотник второго цилиндра, а поршень второго цилиндра рычагом второго рода приводит в движение золотник первого цилиндра. Следовательно, определенному положению поршня соответствует определенное положение золотника, приводимого в действие поршнем соседнего цилиндра.

Вторая – зеркала золотниковых коробок имеют четыре паровых канала вместо двух у паровых машин. Два крайних канала служат только для впуска свежего пара, а два внутренних – для выпуска отработанного пара. Такое устройство позволяет поршню произвести отсечку отработанного пара и образовать паровую подушку, которая обеспечивает замедление и безударную остановку поршней в крайних положениях.

Третья – золотники закреплены на своих штоках не жестко, а с некоторым зазором в осевом направлении, что позволяет при изменении направления движения поршня золотнику некоторое время оставаться неподвижным. Вследствие этого поршень соседнего цилиндра, не подвергаясь давлению со стороны свежего пара, вынужден остановиться на небольшой промежуток времени, в течение которого золотник пройдет необходимый путь и ликвидирует отставание, называемое люфтом. Вследствие этого в работе поршней, перед тем как они изменят движение на обратное, образуются паузы. Эти паузы позволяют клапанам до начала обратного хода закрываться, тем самым предотвращая образование гидравлических ударов и увеличивая коэффициент подачи насоса.

На рис. 11, а поршень 3 подошел к верхней мертвой точке и произвел отсечку выпуска пара, сжал его и остановился в крайнем верхнем положении. Поршень 2 в это же время идет вверх, пар поступает через полностью открытый паровпускной канал. Этот поршень при помощи рычага второго рода перемещает вниз золотник 4. Поршень 3 будет находиться в крайнем положении до тех пор, пока не будет подан пар в верхнюю полость. На рис. 11, б поршень 2 подошел к ВМТ и произвел отсечку выпуска пара, сжал его и остановился. В это время поршень 3 идет вниз, так как паровпускной верхний канал полностью открыт. Этот поршень при помощи рычага второго рода перемещает золотник 1 вниз. Поршень 2 будет находиться в крайнем верхнем положении до тех пор, пока для его движения не будет подан пар в верхнюю полость. На рис. 11, в поршень 3, двигаясь вниз, привел золотник 1 в среднее положение, и при дальнейшем движении золотник откроет верхний паровпускной канал, начнется впуск пара в верхнюю полость левого цилиндра и поршень пойдет вниз, в сторону движения поршня 3. Движение поршня 2 начинается только тогда, когда поршень 3 прошел больше половины своего хода. Увеличение или уменьшение зазора в соединении штока с золотником сокращает или увеличивает величину хода поршня.

Крайним и средним положениям поршней соответствуют крайние и средние положения ведомых ими золотников, поэтому проверку и установку золотников производят по крайним и средним положениям поршней и золотников. Чтобы проверить установку золотников первым способом, необходимо поршень, двигающий проверяемый золотник, установить в одно из крайних положений. Вскрыв крышку золотниковой коробки проверяемого цилиндра, убеждаемся что золотник находится в крайнем положении. Об этом будет свидетельствовать полностью открытый паровой впускной канал золотника 1. При нижнем положении золотника его верхняя кромка должна быть ниже отверстия паровыпускного канала на величину зазора между гайками в соединении золотника со штоком.

При проверке и установке золотника вторым способом следует ведущий поршень и проверяемый золотник установить в среднее положение. Для этого поршень перемещают в верхнее крайнее положение до упора в крышку и на штоке поршня у фланца сальника делают риску, затем поршень перемещают в нижнее крайнее положение и также делают риску на штоке. Расстояние между двумя метками делят пополам.

При совмещении средней риски на штоке с фланцем сальника поршень будет находиться в среднем положении и проверяемый золотник должен также находиться в среднем положении. Чтобы убедиться в правильном положении золотника, необходимо вскрыть крышку золотниковой коробки. Проверяемый золотник своей верхней кромкой должен на некоторую величину открыть верхний паровпускной канал. Зазор измеряют щупом и затем перемещают золотник до упора в верхнюю гайку, снова измеряют зазор; если будут равны зазоры, значит, золотник находится в среднем положении. Если же зазоры различны, их следует сравнять с помощью гаек на штоке.

Прямодействующие насосы характеризуются:

• высокой производительностью вследствие кратности насоса, равной четырем;
• более равномерной подачей жидкости по сравнению с приводными насосами;
• простотой и надежностью конструкции.

Основными недостатками прямодействующих насосов являются:

• низкий механический КПД из-за большого числа рычагов, плеч и шарнирных соединений;
• низкая экономичность, так как паровой привод работает без расширения пара;
• пониженная мощность вследствие потерь на дросселирование пара при не полностью открытых паровых окнах.

Воздушные колпаки

При работе поршни насоса движутся с переменной скоростью, следовательно, и жидкость всасывается и нагнетается неравномерно. Эта неравномерность вызывает возникновение инерционных сил, появляющихся в моменты наибольших ускорений поршня. Пульсирующее движение жидкости приводит к появлению гидравлических ударов, вызывает вибрацию трубопровода и преждевременный износ клапанов, что в конечном итоге повреждает насос и трубопровод.

Уменьшить неравномерность подачи жидкости можно, увеличив кратность действия насоса, что не всегда приемлемо, так как это усложняет насосную установку, приводит к увеличению габаритов и, естественно, к увеличению его массы. Для устранения неравномерности подачи жидкости насосом применяют воздушные колпаки, устанавливаемые на трубопроводах, которые имеют значительный объем [например, для насосов простого действия (16÷82) FS, для насосов двойного действия (6÷32) FS], и имеют площади сечения значительно больше площади сечения трубопровода.

На рис. 12 показана насосная установка с воздушными колпаками на нагнетательном и всасывающем трубопроводах.

В колпаках находятся воздух и вода. Воздух занимает 2/3 объема и является кратковременным аккумулятором и играет роль буфера, т. е. гасит инерционные ускорения движения жидкости и выравнивает ее движение.

Принцип действия воздушного колпака 2 на нагнетательном трубопроводе следующий: когда насос осуществляет увеличенную подачу, часть жидкости поступает в колпак и сжимает находящийся в нем воздух. При уменьшении подачи жидкости сжатый воздух вытесняет поступившую в колпак жидкость в нагнетательный трубопровод. На всасывающей линии воздушный колпак 1 обеспечивает равномерное поступление жидкости в рабочие полости цилиндров и хорошее их наполнение, так как объем жидкости в колпаке значительно больше объема, описываемого поршнем при всасывании. Насос всасывает воду из колпака, поэтому в нем уровень сначала падает и расширяющийся воздух противодействует образованию больших инерционных сил, затем уровень повышается, а возникающие большие инерционные усилия расходуются на сжатие воздуха.

Колпак не выполняет своих функций, если в нем отсутствует воздух, поэтому необходимо периодически проверять наличие воздуха в колпаке, а при его отсутствии пополнять запас через невозвратный клапан (сапун), установленный на клапанной коробке насоса, или ручным компрессором.

Воздушные колпаки могут быть различной формы, но наиболее распространенной является цилиндрическая. Выравнивание подачи и напора жидкости в значительной степени зависит от правильного подключения воздушного колпака к магистрали.

На рис. 13 показаны различные способы подвода жидкости к воздушному колпаку.

Размер воздушного колпака зависит от выбранной неравномерности движения жидкости по трубопроводу и должен устанавливаться по возможности ближе к клапанной коробке насоса. Это сокращает участки, где наблюдается неравномерное движение жидкости и связанное с ним появление инерционных сил. На рис. 13, б и в показаны варианты правильного подсоединения воздушного колпака, так как всякая перекачиваемая жидкость пройдет через воздушный колпак. На рис. 13, а изображен неправильный способ подсоединения. В этом случае пульсирующее изменение давления жидкости, движущейся по горизонтальному патрубку, не будет полностью выравниваться воздушным колпаком.

Эксплуатация и обслуживание поршневых насосов

При эксплуатации поршневых насосов необходимо руководствоваться правилами обслуживания судовых вспомогательных механизмов и ухода за ними и заводскими инструкциями.

Перед пуском насоса в ход необходимо:

• убедиться при внешнем осмотре в исправности насоса;
• в отсутствии посторонних предметов;
• в исправности крепежных деталей, в наличии и исправности контрольно-измерительных приборов (работа насоса с неисправными или отсутствующими штатными контрольно-измерительными приборами запрещена);
• в исправности защитных ограждений;
• в наличии масла в редукторе, подшипниках и коробках передач.

В случае необходимости нужно долить масло до отметки маслоуказателя. Излишнее количество масла вызывает перегрев деталей передач. Перед пуском также необходимо провернуть насос вручную не менее чем на один оборот или ход и убедиться в том, что движению ничто не мешает. Перед самым пуском следует проверить, открыты ли клапаны, так как при пуске насоса с закрытыми клапанами может разорваться корпус клапанной коробки, трубопроводов и самого насоса из-за гидравлического удара. Необходимо также проверить работу аварийно-предупредительной сигнализации и защиты и убедиться в исправном ее состоянии. Если насос приводится в действие паровой машиной, то нужно прогреть трубопровод и паровую машину.

Пускать насос в ход нужно плавно, без рывков, переходя от самых малых оборотов к номинальным. После того как насос начал работать, устанавливают заданный режим работы, руководствуясь показаниями контрольно-измерительных приборов. Регулирование производительности и напора у приводных насосов осуществляется путем изменения частоты вращения двигателя, а у прямодействующих – изменением числа двойных ходов. Если же скорость приводного двигателя не регулируется, производительность можно регулировать, открывая клапан на всасывающем или нагнетательном трубопроводе, а также перепуском части жидкости из нагнетательной во всасывающую полости насоса.

При обслуживании насоса в процессе работы нужно контролировать режим работы, показания контрольно-измерительных приборов (показания приборов не должны превышать установленные нормы), периодически наблюдать за уровнем смазочного масла в коробках передач и редукторах, за температурой, не допуская чрезмерного нагревания трущихся частей. Температура масла должна находиться в пределах 60-80 °C. При появлении посторонних шумов и стуков в насосе или приводе необходимо:

• остановить насос;
• выяснить причину и устранить выявленную неисправность.

Во время работы насоса следует контролировать количество жидкости в воздушных колпаках по показаниям манометра. При недостатке воздуха нужно пополнить его, открыв сапун или воздушный кран под всасывающими клапанами. Избыток воздуха удаляется из воздушного колпака через воздушный клапан на колпаке.

Во время работы насоса запрещается:

• поджимать сальники и соединения;
• наносить даже легкие удары по арматуре, трубопроводам и резервуарам, находящимся под избыточным давлением.

При остановке насоса следует руководствоваться следующим порядком:

• останавливают привод;
• закрывают всасывающий и нагнетательный клапаны;
• при остановке прямодействующих насосов – останавливают привод, закрывают клапан свежего пара, открывают краники продувания и оставляют открытым клапан отработавшего пара, нагнетательный и всасывающий клапаны закрывают.

Насос после остановки необходимо:

• тщательно осмотреть;
• устранить обнаруженные дефекты;
• обтереть;
• смазать и проверить механизм, с тем чтобы насос находился в постоянной готовности к работе.

При работе поршневых насосов могут встречаться следующие неисправности.

Жидкость не перекачивается:

• загрязнены фильтры;
• кингстоны;
• закрыт всасывающий или нагнетательный клапан;
• под всасывающий клапан попало постороннее тело (проверить и очистить фильтры и их сетки);
• продуть кингстон;
• проверить правильность открытия клапанов;
• прочистить клапаны и устранить зависание.

Насос не обеспечивает нормального напора и производительности:

• неплотности в соединениях всасывающего и нагнетательного трубопроводов;
• всасывающий и нагнетательный клапаны открыты не полностью;
• загрязнены фильтры;
• утечка перекачиваемой жидкости через неплотности в соединениях всасывающего и нагнетательного трубопроводов или через сальниковое уплотнение;
• изношено уплотнение гидравлического поршня;
• всасывающие и нагнетательные клапаны не плотно садятся на свои рабочие места;
• высокая температура перекачиваемой жидкости, повышенная вязкость жидкости;
• проверить и устранить неплотности в соединениях трубопроводов;
• проверить открытие клапанов;
• очистить загрязненные сетки фильтров;
• обжать сальниковое уплотнение или заменить на новые;
• заменить уплотнение гидравлического поршня;
• притереть клапаны или заменить на новые;
• включить подогрев перекачиваемой жидкости с целью повышения ее температуры.

При работе насоса возникают стуки и скрипы:

• ослабло крепление поршня на штоке;
• ослабли пружины на клапанах;
• большой подъем клапанов;
• наличие посторонних предметов в насосе;
• недостаточное количество воздуха в колпаках;
• выработка подшипников, втулок, пальцев поршней;
• износ уплотнений;
• слишком большой ход поршня (вскрыть цилиндр и подтянуть соединения);
• вскрыть клапанную коробку;
• сломанные пружины заменить;
• подтянуть слабозатянутые пружины;
• вскрыть цилиндр и удалить посторонние предметы;
• отрегулировать наличие воздуха в колпаке;
• заменить подшипники, втулки, пальцы поршней, заменить уплотнения.

Нагреваются поршневые штоки:

• перекошены или туго затянуты сальники;
• недостаточная смазка;
• устранить перекос сальника;
• ослабить затяжку сальникового уплотнения;
• проверить и устранить неисправность в системе смазки.

Нормальная работа поршневых насосов в значительной мере зависит от установочных зазоров в сопряженных трущихся частях.

Лопастные насосы

По конструктивному исполнению в зависимости от движения перекачиваемой жидкости различают следующие лопастные насосы.

Центробежные – наиболее распространенные на судах насосы для перекачки маловязких жидкостей. Поток жидкости в насосе перемещается от центра к периферии в радиальном направлении.

Осевые или пропеллерные – применяемые там, где необходима большая производительность при малом давлении нагнетания; при этом поток жидкости перемещается вдоль оси насоса.

Вихревые – применяемые в качестве насосов охлаждения вспомогательных двигателей. Поток жидкости у них перемещается по кольцевой периферии вихреобразно.

Центробежные насосы. Эти насосы широко применяются на судах в качестве:

• циркуляционных;
• пожарных;
• осушительных;
• насосов охлаждения и т. д.

К положительным качествам центробежных насосов относятся:

• простота и компактность конструкции;
• большая производительность при малых габаритах;
• равномерный напор при установившемся режиме;
• возможность перекачивания загрязненных жидкостей и возможность использования быстроходных двигателей без промежуточных передач.

К недостаткам центробежных насосов относятся:

• необходимость заливки насоса жидкостью перед пуском;
• невозможность регулировки производительности и давления;
• по сравнению с поршневыми насосами они имеют более низкий коэффициент полезного действия.

Схема устройства и принцип действия центробежного насоса показаны на рис. 14.

Основными рабочими органами являются рабочее колесо (крылатка) 2, насаженное жестко на вал 3 и установленное в корпусе 1 спиралевидной формы, от которого отходят всасывающий 4 и нагнетательный 5 патрубки.

Принцип работы насоса следующий: поступая к насосу, жидкость при вращении рабочего колеса получает вращательное и радиально-поступательное движение от центра к периферии вследствие действия центробежных сил. Непрерывный подвод жидкости к рабочему колесу осуществляется за счет разрежения в центре колеса. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся между лопатками, отбрасывается с него в направляющий аппарат, представляющий собой спиральный расширяющийся канал (улитки). Центробежные силы, возникающие при вращательном движении, отбрасывают частицы жидкости к наружной окружности. Здесь часть кинетической энергии, сообщенной жидкости в рабочем колесе, снижается и преобразуется в гидродинамическое давление, под действием которого жидкость через нагнетательный патрубок отводится в соответствующий трубопровод.

У большинства центробежных насосов окружные скорости на внешней кромке колеса измеряются десятками метров в секунду и примерно с такой же скоростью сбрасываются с рабочего колеса. Скорость движения жидкости в трубопроводе должна быть 2-2,5 м/с, поэтому для гашения больших скоростей спиральные камеры оборудуются диффузорами.

Судовые центробежные насосы могут быть подразделены по:

• расположению рабочего вала – на горизонтальные и вертикальные;
• способу подвода жидкости к рабочему колесу – на насосы с односторонним и двусторонним подводом жидкости;
• способу привода – на насосы с приводом от двигателей внутреннего сгорания, электронасосы и турбонасосы;
• соединению проточных частей – на насосы одноступенчатые и многоступенчатые;
• конструкции корпуса – на насосы однокорпусные и секционные;
• быстроходности – на насосы тихоходные, нормальные и быстроходные;
• всасывающей способности – на насосы самовсасывающие и несамовсасывающие.

Коэффициентом быстроходности называется число оборотов в минуту так называемого модельного насоса с потребляемой мощностью 736 Вт и создающего напор 1 м вод. ст. при производительности 75 л/с воды. Коэффициент быстроходности определяется:

где:

• n_s – коэффициент быстроходности;
• n – частота вращения вала, об/мин;
• Q – производительность насоса, м/с;
• H – напор, создаваемый насосом, м вод. ст.

В зависимости от коэффициента быстроходности изменяют форму рабочего колеса, т. е. коэффициент быстроходности помогает выбрать наиболее рациональные размеры рабочего колеса при заданном напоре, подаче и частоте вращения. При значениях коэффициента быстроходности:

• 40-80 подбираются рабочие колеса для тихоходных центробежных насосов;
• при 80-150 – для нормальных;
• а для 150-300 – для быстроходных;
• а при значениях более 300 – для диагональных, осевых и пропеллерных насосов.

По конструкции направляющего аппарата, в котором кинетическая энергия (скоростной напор) преобразуется в статический напор (давление), насосы бывают:

• улиточные – с диффузорным спиральным каналом;
• турбинные – с лопаточными диффузорами;
• комбинированные – в которых установлены лопаточный и улиточный диффузоры.

Центробежный насос состоит более чем из двадцати деталей, основными из которых являются рабочие колеса, выполняемые с одно- и двусторонним всасыванием. Основными материалами для изготовления рабочих колес являются:

• бронза;
• чугун;
• сталь;
• а в отдельных случаях и пластмасса.

Стальные колеса делают сварными и клепаными.

Валы центробежных насосов изготавливают из углеродистой или специальной стали с добавками хрома и никеля. Для насосов, предназначенных перекачивать агрессивные среды, применяют бронзовые или стальные валы с бронзовыми защитными втулками.

Корпус центробежного насоса изготавливают в виде спирали (улитки). В многоступенчатых насосах корпус делают цилиндрическим, состоящим из отдельных секций в виде колец, образующих сообщающиеся между собой камеры, разделенные перегородками-диафрагмами с уплотнением на валу. Секции соединены между собой связями. Обычно корпуса центробежных насосов изготавливают из чугуна или стали. Корпуса снабжены отверстиями для установки краников и пробок для заливки и выпуска жидкости и воздуха.

Сальники центробежных насосов применяются для уплотнения вала и подразделяются на набивочные и механические. Уплотнение устанавливают со стороны всасывающей и нагнетательной полостей насоса, оно предотвращает утечку жидкости и подсос воздуха снаружи. Сальники бывают:

• самоохлаждаемые;
• охлаждаемые;
• и торцевые.

Самоохлаждаемый сальник устанавливают на всасывающей стороне насоса (рис. 15, а).

Предотвращение подсоса воздуха в насос устраняется укупоркой сальника водой: если перекачивается чистая жидкость с достаточным напором, ее используют для укупорки сальника, если же жидкость загрязнена или мал напор, вода на укупорку подается от другого источника. Воду подводят через отверстие в корпусе сальника, затем она засасывается по валу к насосу.

Охлаждаемый сальник (см. рис. 15, б) применяется в насосах, перекачивающих горячую воду. Корпус сальника охлаждает вода, прокачиваемая через сальник.

В качестве уплотнения для сальников используются хлопчатобумажная прографиченная или пропитанная маслом набивка. Для набивки сальников можно применять асбест, пеньку и прессованную древесину.

Торцевые механические сальники (см. рис. 15, в) имеют небольшие размеры и действуют автоматически. Они позволяют уменьшить трение и износ вала. Однако сложность изготовления и тщательность пригонки, плохая работа при биении вала ограничивают их область применения. В центробежных насосах широко используются сальники сильфонного типа.

При определении основных параметров центробежного насоса за исходные данные принимают:

• производительность насоса;
• создаваемый напор;
• и число оборотов в секунду.

Коэффициент быстроходности насоса n_s определяется по формуле:

где:

• Q – производительность насоса, м³/с;
• H – создаваемый напор, м вод. ст.

Окружная скорость колеса на внешней окружности u₂ вычисляется по формуле:

где:

• k_u – коэффициент окружной скорости, выбираемый в зависимости от коэффициента быстроходности по опытным данным.

М. Г. Хетагуров рекомендует принимать следующие коэффициенты окружной скорости в зависимости от коэффициента быстроходности:

Наружный диаметр рабочего колеса (рис. 16) определяется по формуле:

Мощность, потребляемая насосом, определяется по формуле:

где:

• Q_р – расчетная производительность насоса, принимаемая на 8-15 % больше заданной, с учетом щелевых потерь жидкости;
• H – напор с учетом высоты всасывания, м;
• γ – плотность перекачиваемой жидкости, Н/м³;
• η_н – общий КПД насоса.

Объемный КПД η₀ учитывает утечки жидкости через зазоры и перепуск вследствие циркуляции и берется в пределах 0,75-0,98. Гидравлический КПД η_р учитывает потери на сопротивление в проточной части, вихреобразование и удары, принимается равным 0,55-0,9. Механический КПД η_м учитывает потери на трение в подшипниках и сальниках и берется в пределах 0,89-0,95. Общий КПД насоса учитывает все коэффициенты полезного действия и составляет 0,7-0,9, причем более низкий КПД имеют насосы с меньшим коэффициентом быстроходности.

Диаметр вала насоса выбирается из расчета на кручение по сниженным напряжениям и определяется по формуле:

где:

• d_в – диаметр вала, см;
• N – мощность, кВт;
• n – частота вращения в минуту.

Диаметр ступицы рабочего колеса D_с (см) принимается равным:

Скорость входа жидкости с₁ на рабочее колесо рассчитывается по формуле:

где:

• k_с – коэффициент скорости входа, определяется опытным путем и выбирается в зависимости от коэффициента быстроходности.

Входной (внутренний) диаметр рабочего колеса определяется из уравнения расхода:

Наружный диаметр D₁ и внутренний диаметр D_с связаны отношением:

Ширина рабочего колеса на внутренней окружности определяется из уравнения сплошности:

откуда:

Ширина рабочего колеса на наружной окружности b₂ определяется по формуле:

где:

• c₂ – радиальная скорость жидкости в колесе;

которая равна:

где:

• k_r – коэффициент радиальной скорости, зависящий от коэффициента быстроходности.

Центробежные насосы в отличие от поршневых не обладают способностью к сухому всасыванию, поэтому перед пуском насоса всасывающий трубопровод должен быть залит перекачиваемой жидкостью. Насосы, которые перед пуском должны заполняться перекачиваемой жидкостью, называются несамовсасывающими. Чтобы устранить этот недостаток, современные центробежные насосы снабжаются вакуумным устройством, которое откачивает воздух из всасывающего трубопровода. За счет вакуума перекачиваемая жидкость поступает к насосу. Такие центробежные насосы называются самовсасывающими.

При работе центробежных насосов с односторонним подводом жидкости возникает осевое усилие, которое в многоступенчатых насосах доходит до 1 000 кгс. Осевое усилие направлено в сторону, противоположную входу жидкости; это объясняется тем, что жидкость из спирального канала под повышенным давлением просачивается между боковой поверхностью колеса и стенкой корпуса к центру насоса с обратной стороны. Так как со стороны входа жидкости в насос создается разрежение, то под действием разности давлений крылатка стремится сдвинуться навстречу жидкости. Это возникающее усилие в насосе уравновешивается при одностороннем подводе жидкости при помощи разгрузочных отверстий и каналов, соединяющих область повышенного давления за крылаткой с областью разрежения перед крылаткой, а также применением упорных подшипников или двусторонним подводом жидкости к рабочему колесу.

Центробежные насосы

Одноступенчатый несамовсасывающий центробежный насос. На рис. 17 показана конструкция простейшего консольного одноступенчатого центробежного насоса с односторонним подводом жидкости, широко используемого в качестве пожарного насоса на промысловых судах.

Центробежный насос состоит из корпуса гидравлической части 5, которая посредством сварного фонаря 2 подсоединена к электродвигателю 1 постоянного или переменного тока, и опор для бокового, среднего или нижнего креплений. В корпусе 5 гидравлической части насоса располагаются рабочее колесо 7, жестко насаженное на удлиненный конец вала электродвигателя с крепящейся на нем шпонкой 15 и стопорной гайкой 8, верхний 6 и нижний 10 уплотняющие кольца, сальник с мягкой набивкой 4, которая уплотняется при пропуске воды нажимной крышкой 3. В средней части сальника установлено резиновое кольцо гидравлического затвора. Вода из напорной полости насоса поступает к гидравлическому затвору по трубопроводу 14. Рабочее колесо 7 от осевых усилий разгружается посредством нескольких специальных отверстий в ступице, которые уравновешивают давление в ступице по обе стороны рабочего колеса.

С приемной магистралью насос соединен посредством всасывающего патрубка 9, который крепится к нижней части насоса и который отсоединяется от него с помощью отжимных болтов 11.

Снижение скорости перекачиваемой воды обеспечивается напорным патрубком, имеющим форму расширяющегося конуса. Напорный и всасывающий патрубки имеют бобышки с резьбой, предназначенные для присоединения контрольно-измерительных приборов (манометра и мановакуумметра).

Спуск воды, просачивающейся через уплотнение 4 и скапливающейся во внутренней части фонаря, производится при помощи дренажной трубки 13. При поступлении большого количества воды необходимо равномерно поджать нажимную крышку 3 сальникового уплотнения.

Перед пуском центробежного насоса заполняют водой корпус гидравлической части насоса, так как насосы такого типа несамовсасывающие. Пуск насоса осуществляется при закрытом нагнетательном клапане, которым регулируют и подачу воды в нагнетательную магистраль во время работы насоса.

Во избежание нагрева воды в гидравлической полости насоса во время длительной работы при нулевом расходе предусмотрен кран 12 с трубкой, через который вода из насоса удаляется в трюм или за борт из расчета 1 м³/ч.

Все детали насоса (рабочее колесо, уплотнительные кольца, облицовка вала и др.), работающие в агрессивных средах (забортная вода), изготавливают из специальной коррозийно-стойкой бронзы.

Одноступенчатый самовсасывающий центробежный насос. В качестве осушительного насоса на судах часто применяют одноступенчатый центробежный насос с вакуумным устройством, продольный разрез которого показан на рис. 18.

Вакуумное устройство, создающее предварительное разрежение во всасывающем трубопроводе и обеспечивающее подвод жидкости к центру насоса, состоит из ротора 7 с радиальными лопатками. Ротор закреплен на конце вала центробежного насоса и расположен эксцентрично в отдельном корпусе 6. С обеих сторон ротора установлены сменные бронзовые диски 5 и 4 с минимально допустимым зазором. Между валом и дисками устанавливаются резиновые уплотнения 8 и 9, для которых в дисках предусмотрены специальные выточки.

Передний диск 4 одновременно является нажимной втулкой для сальника 12, а задний 5 удерживает от осевого перемещения втулку 10, являющуюся вторым подшипником насоса. У втулки имеются продольные канавки для смазки, которые смазываются при помощи масленки, ввертываемой в отверстие 11. В переднем диске 4 имеется серповидный вырез 23, который сообщается с полостью 3 в корпусе насоса 2. При помощи медной трубки полость 3 сообщается с приемным трубопроводом 1. На заднем диске 5 имеется такой же серповидный вырез 20, который сообщается с полостью 13 и через трехходовую пробку в момент пуска соединяется с атмосферой. Перед пуском насоса через пробку 22 в корпус вакуумного насоса заливается вода, заполняющая пространство между лопатками ротора.

При вращении ротора под действием центробежных сил жидкость отбрасывается к стенкам корпуса. Вследствие эксцентрической посадки ротора в корпусе и возникающих центробежных сил жидкость отбрасывается от центра, образуя свободную полость с разрежением в зоне переднего выреза. Воздух из приемного трубопровода через медную трубку заполняет образующуюся пустоту между ротором и жидкостью. Вследствие эксцентрической посадки ротора жидкость подойдет к центру, а воздух, переносимый из зоны переднего выреза 23 в зону выреза 20, будет выталкиваться подходящей жидкостью через вырез 20 и полость 13, из которой через открытый трехходовой кран, ввернутый в отверстие 21, уйдет в атмосферу. Таким образом, в приемном трубопроводе постепенно создается разрежение, жидкость подходит к центру крылатки, и насос работает на самовсасывание. Вакуум-насос также забирает воду из приемной магистрали и выбрасывает ее через воздушную трубку наружу.

При появлении воды из воздушной трубки трехходовой кран переключают и вода по отводной трубке перепускается в приемную трубу насоса. Для спуска воды из корпуса насоса служит отверстие 15, через которое вода попадает в вертикальное сверление 16, из него в полость 13, а затем удаляется через спускную трубку 17. Отверстие 14, расположенное на окружности, описываемой концами лопаток, в процессе работы вакуум-насоса должно лежать ниже уровня воды, находящейся в корпусе ротора. Если уровень воды опустится ниже отверстия 14, концы лопаток ротора в нижней части также выйдут из воды и всасывающий вырез может соединиться с нагнетательным. Но такого явления не произойдет, поскольку как только отверстие 14 окажется в области, свободной от жидкости и имеющей пониженное давление, через него моментально добавится жидкость из полости 13. Отверстие 18 служит для спуска воды из полости 19, которая отделена от полости 3 ребром корпуса. На отливном трубопроводе насоса должен быть установлен невозвратный клапан или заслонка, закрывающаяся в момент остановки.

При эксплуатации центробежных насосов с вакуумным устройством особое внимание следует обращать на зазор между ротором и боковыми дисками. Величина этого зазора не должна превышать 0,25 мм на сторону.

Рабочее колесо центробежного насоса показано на рис. 19.

Две лопатки 1 являются одновременно стенками колеса. Межлопаточный канал имеет плавное внутреннее очертание; так как ширина его равна диаметру входного отверстия 2, то вход жидкости на колесо получается очень плавным. При диаметре колеса 204 мм и 1 450 об/мин насос развивает производительность 20 м³/ч и создает напор 25 м вод. ст.

Двухступенчатый самовсасывающий центробежный насос. Эти насосы используются на промысловых судах в качестве пожарных насосов. На рис. 20 показан продольный разрез этого насоса.

Потребляемая мощность 16 кВт при 1 450 об/мин, насос обеспечивает производительность 50 м³/ч при развиваемом напоре 60 м вод. ст.

Корпус насоса 7 литой чугунный с вертикальным осевым разъемом, в плоскости которого устанавливается графито-асбестовая прокладка толщиной 0,5 мм. Бронзовые рабочие колеса 23 насажены на вал 29 на шпонках. Вал изготовлен из алюминиево-железной бронзы. Распорные втулки 27, 24 и 22 удерживают рабочие колеса от осевых перемещений. Втулки упираются в стопорные гайки 28. Так как жидкость к рабочим колесам подводится с двух сторон, вал насоса разгружен от осевого усилия. Масса вала с рабочими колесами воспринимается упорным подшипником 30, установленным в верхней части насоса. Для смазки подшипника через отверстие 1 периодически набивается тавот. Выход вала из корпуса уплотнен сальниковым устройством, состоящим из нажимной втулки 2, графито-асбестовых колец 3 и фонарного кольца 4, кольцевое пространство которого набивается тавотом через масленку 5. Нижний опорный подшипник 8 представляет собой разрезанную бронзовую втулку, которая смазывается через закрываемое отверстие 9.

Для уменьшения щелевых потерь между ступицами рабочих колес и корпусом насоса установлены бронзовые кольца 6 с радиальным монтажным зазором между ступицей и кольцом в 0,2 мм. Снизу к основному корпусу насоса на шпильках крепится корпус вакуумного насоса, состоящий из верхней 12 и нижней 13 частей. В разъеме частей корпуса вакуумного насоса помещен верхний бронзовый диск 20 и нижний диск 18, имеющие серповидные вырезы. Нижний вырез выходит в полость б, а верхний – в полость а. Ротор 19 помещен между дисками с аксиальным зазором 0,1-0,15 мм и расположен по отношению к расточенному корпусу эксцентрично. Ротор на шпонке насажен на промежуточный валик 14, который через шлицевое соединение связан с главным валом насоса. Нижний торец валика 14 опирается на каленый шарик 17, который, в свою очередь, опирается на закаленный торец регулировочного винта 16. Смазку нижнего подшипника и шарика производят через отверстие 15.

Двухходовая пробка, расположенная в верхней части корпуса вакуумного насоса, служит для перевода его со всасывающего на перепускной режим работы. Полость а верхней части корпуса вакуумного насоса имеет воздушную трубку 10 и нарезную пробку для заливки вакуумного насоса, а полость б, соединенная с полостью а, через пробку 11 соединяется трубкой 21 с приемной трубкой центробежного насоса. Полость б нижней части корпуса вакуумного насоса соединяется с приемной трубкой насоса через трубку 26.

Перед пуском насоса через заливочное отверстие в вакуумном насосе заливают чистую воду, после чего отверстие закрывают, а двухходовую пробку 11 переводят в положение «Всасывание», сообщая полость а через воздушную трубку 10 с атмосферой. Запорный клапан на нагнетательном трубопроводе в этот период должен быть закрыт.

При вращении ротора 19 вакуумного насоса воздух через трубку 26 и серповидный вырез в нижнем диске 18 отсасывается из всасывающей трубы центробежного насоса и через серповидный вырез в диске 20 нагнетаться в полость а, а из нее через пробку 11 и воздушную трубку выбрасывается в атмосферу. Во всасывающем патрубке создается разрежение и жидкость подходит к центру верхнего рабочего колеса, таким образом центробежный насос переходит на самовсасывание; при этом из воздушной трубки появляется вода, после чего пробку 11 переводят в положение «На перепуск». В этом случае вода через пробку 11 попадает в полость в, а из нее по трубке 21 перепускается в приемный трубопровод.

Жидкость, поступившая в верхнее рабочее колесо, выбрасывается из него под определенным давлением в отводной канал г, по которому подходит к центру нижнего колеса насоса, проходит через него и с повышенным давлением выбрасывается в отливной патрубок.

В процессе эксплуатации этих насосов быстро выходит из строя нижний опорный подшипник 8, так как он работает в плохих условиях смазки при фрикционной паре «бронза по бронзе».

К недостаткам центробежных насосов этого типа относятся коррозия и быстрый износ упорного шарика 17, вследствие чего ротор ложится на диск 18, что приводит к быстрому увеличению зазора между ротором и верхним диском вакуумного насоса 20. При увеличении зазора до 0,5 мм вакуумный насос уже плохо справляется со своими функциями. Как временную меру для уменьшения бокового зазора в судовых условиях можно рекомендовать установку прокладок определенной толщины под нижний диск.

Многоступенчатые центробежные насосы могут быть использованы не только для повышения развиваемого напора, но при необходимости для повышения производительности (при уменьшенном напоре). В этом случае конструкция насоса позволяет изменить направление потока жидкости с параллельного на последовательное. На рис. 21 показаны схемы центробежных насосов с параллельным и последовательным включением рабочих колес.

На рис. 21, а пробка перекрывает нижний подвод для прохода жидкости. В этом случае жидкость поступает через верхний подвод всасывающего патрубка к рабочему колесу по верхнему каналу и одноходовой кран ко второму рабочему колесу, следовательно, насос работает на последовательном режиме и развиваемый насосом напор увеличивается. На рис. 21, б показана схема с параллельным включением рабочих колес в работу. Жидкость поступает через оба подвода, и подача насоса увеличивается, становится равной сумме подач. Напор, развиваемый насосом, будет равен напору одного колеса. Насосы такой конструкции имеют ряд недостатков, не позволяющих использовать их широко на судах:

• пониженный КПД;
• сложное устройство;
• большая масса и габариты.

Эксплуатация и обслуживание центробежных насосов. При эксплуатации центробежных насосов необходимо руководствоваться правилами обслуживания судовых вспомогательных механизмов и ухода за ними и инструкциями завода-изготовителя.

Перед пуском насоса нужно открыть воздушные краники и приемный клапан на всасывающем трубопроводе. Если имеется гидравлический затвор в сальниках, уплотняющих места прохода вала, открыть клапаны на трубках, подводящих воду к сальникам, ослабить сальники до появления небольшой течи из них; при наличии водяного охлаждения подшипников необходимо обеспечить поступление к ним воды.

Пуск насоса рекомендуется производить при закрытом отливном клапане. В случае отсутствия подпора во всасывающем трубопроводе несамовсасывающий насос нужно залить, а в самовсасывающем насосе проверить вакуумное устройство и в случае необходимости залить водой. Как только из корпуса насоса выйдет весь воздух через открытые воздушные краники и из них появится вода, нужно сразу закрыть краники и довести частоту вращения насоса до нормального (если скорость насоса регулируется), а затем медленно открыть запорный клапан на необходимую величину.

Следует иметь в виду, что работа центробежного насоса без жидкости даже в течение короткого времени категорически запрещена.

Во время работы насоса необходимо наблюдать за показаниями всех контрольно-измерительных приборов. Значительное колебание стрелки манометра на нагнетательном трубопроводе указывает на наличие воздуха в насосе, а резкие скачки стрелки амперметра говорят о механических неисправностях внутри насоса.

Регулировку производительности центробежного насоса проводят запорным клапаном, установленным на нагнетательной стороне насоса. Регулировать производительность всасывающим клапаном можно лишь у насосов, работающих с подпором, но в этом случае следует помнить, что такая регулировка ведет к кавитационным разрушениям рабочей поверхности крылатки.

Насос необходимо немедленно остановить, если:

• какие-либо трущиеся части насоса нагрелись выше нормального;
• наблюдается ненормальная работа привода;
• насос не подает жидкость или не обеспечивает нормальной производительности и напора.

При остановке насоса необходимо:

• после остановки двигателя закрыть всасывающий и нагнетательный клапаны на соответствующих трубопроводах;
• при наличии водяного охлаждения подшипников закрыть краны на трубах подвода охлаждающей воды.

Насос необходимо содержать в исправном и чистом состоянии, не оставлять возле него посторонних предметов и материалов. Движущиеся части центробежного насоса согласно требованиям техники безопасности должны быть ограждены.

При работе насоса могут возникнуть следующие неисправности.

1 Ненормальная вибрация и посторонние шумы – необходимо проверить крепление насоса к фундаменту, наличие посторонних предметов в каналах рабочего колеса, зазоры в подшипниках и обороты насоса.

2 Насос потребляет завышенную мощность – следует проверить:

• число оборотов;
• температуру перекачиваемой жидкости;
• отсутствия механических дефектов;
• исправность действия гидравлического разгрузочного устройства,
• правильность открытия клапанов на нагнетательном трубопроводе.

3 Насос не подает жидкость или не обеспечивает номинальной производительности и напора – нужно проверить:

• отсутствие подсоса воздуха во всасывающем трубопроводе и сальниках;
• направление вращения насоса;
• чистоту приемного фильтра;
• температуру перекачиваемой жидкости;
• правильность открытия клапанов на нагнетательном трубопроводе;
• величину зазора между крылаткой и корпусом насоса.

Центробежные насосы широко применяют для перекачивания жидкостей и нефтепродуктов из-за:

• равномерной подачи жидкости и постоянного напора при установившемся режиме;
• отсутствия клапанов, что упрощает конструкцию центробежного насоса и повышает надежность работы;
• возможности применения быстроходных электродвигателей, благодаря чему обеспечивается высокая производительность при малых размерах и массе;
• возможности перекачивания жидкостей различной вязкости и различной степени очистки;
• возможности автоматизации пуска, а также остановки центробежного насоса.

Основными недостатками центробежных насосов являются:

• отсутствие сухого всасывания;
• в результате изменения производительности изменяется и напор;
• низкий объемный КПД по сравнению с поршневыми насосами;
• низкий КПД при малой производительности.

Вихревые насосы

Вихревые насосы используют на промысловых судах в системах санитарной воды, в системах водоохлаждения маломощных двигателей внутреннего сгорания и там, где применение центробежных насосов нецелесообразно из-за низкого КПД. Наличие большого напора (в 3-4 раза превосходит напор центробежного насоса) и одинаковой по сравнению с центробежным насосом окружной скорости при одном и том же диаметре рабочего колеса позволяет применять вихревые насосы как самовсасывающие.

Насосы грузовых систем газовозовВихревые насосы бывают одно- и многоступенчатые производительностью от 1 до 35 м³/ч, напором от 9,5 до 20 м вод. ст., с открытыми или закрытыми колесами. При работе таких насосов образуется вихрь, вдоль которого возникает разрежение и создается возможность всасывания жидкости.

Корпус вихревого насоса имеет 1 или 2 боковых канала в торцевых частях, расширяющихся от всасывающего и сужающихся к нагнетательному отверстиям. Жидкость из всасывающего отверстия поступает к лопастям открытого рабочего колеса, представляющего собой диск постоянной толщины с длинными радиальными лопастями, и под действием центробежной силы отбрасывается в центробежные каналы, перемещается по ним вихреобразно и по сужающему каналу поступает в нагнетательное отверстие (рис. 22).

У закрытых колес лопасти короче и разделены перегородками на две части. При вращении колеса жидкость поступает на лопасти через всасывающее отверстие и сбрасывается в кольцевой канал. Лопасти сообщают жидкости вихреобразное движение в кольцевом канале, заставляя ее перемещаться по каналу к нагнетательному отверстию. Жидкость на своем пути несколько раз попадает на лопасти и сбрасывается с них, получая постоянное приращение энергии. В этом работа насоса сходна с многоступенчатым центробежным насосом.

Вихревой трехступенчатый насос, используемый на судах в качестве санитарного, изображен на рис. 23.

Корпус насоса состоит из секций, отлитых из чугуна. Нагнетательная 1 и приемная 3 крышки, нагнетательные секции 8 и приемная секция 2 в полостях разъема имеют бумажные прокладки. Секции и крышки связаны между собой четырьмя стяжными шпильками 14. На валике 10 установлены на шпонках крылатки, имеющие радиальные лопатки треугольного сечения. Валик выходит из нагнетательной и приемной секций через сальниковые уплотнения 9, 6 и опирается на шарикоподшипники 5 и 11, установленные на выносных кронштейнах 13. Шарикоподшипники смазывают через масленки 4 и 12.

Рабочие поверхности приемной и нагнетательной полостей образуют глухие периферийные каналы а, поперечное сечение которых постепенно уменьшается к концам. На нагнетательных секциях имеются расходящиеся нагнетательные окна б, а на приемных секциях – слегка сходящиеся окна в.

При вращении ротора по часовой стрелке жидкость из полости приемной крышки через всасывающее окно в первой приемной секции поступает к первому ротору, захватывается лопатками, прогоняется по периферийным каналам а к нагнетательному окну б первой секции и из него выбрасывается в полость г. Из полости г жидкость таким же путем проходит через две остальные секции с повышением давления в каждой последующей секции, а затем через полость крышки 1 поступает в нагнетательный трубопровод и далее – к потребителям.

Разрежение, создаваемое в зоне окон в, создается за счет действия центробежных сил жидкости, отбрасываемой в периферийные каналы. Вследствие уменьшения поперечного сечения периферийных каналов жидкость при подходе к нагнетательным окнам б вытесняется через них в приемную полость г следующей секции.

На вихреобразование и создаваемый напор оказывают влияние форма и число лопаток. В зависимости от конструкции насоса число лопаток колеблется от 12 до 24, причем с увеличением числа лопаток увеличиваются напор и КПД насоса.

К положительным качествам вихревых насосов относятся:

• простота конструкции, компактность;
• насосы хорошо уравновешены и работают без вибрации, хорошо обеспечивают, в отличие от центробежных насосов, сухое всасывание (только необходимо перед пуском корпус насоса заполнить водой, что обеспечит последующий забор перекачиваемой жидкости).

В период эксплуатации вихревых насосов необходимо обращать внимание на боковой зазор между роторами и секциями и на состояние прокладок в полостях разъема. Нормальный монтажный зазор между ротором и секцией 0,08-0,1 мм и не должен превышать 0,25 мм.

При обслуживании вихревых насосов необходимо руководствоваться правилами обслуживания судовых вспомогательных механизмов и ухода за ними и инструкциями завода-изготовителя.

При подготовке насоса к действию необходимо открыть приемный и нагнетательный клапаны и проверить наличие перекачиваемой жидкости в насосе, так как пуск вихревого насоса без жидкости категорически запрещается.

Во время работы насоса его производительность регулируется степенью открытия клапана на нагнетательном трубопроводе или перепуском части перекачиваемой жидкости через соответствующий клапан, установленный на отводной магистрали.

Читайте также: Рыбопромысловый флот

У вихревых насосов при уменьшении производительности резко возрастает напор и потребляемая мощность, что ведет к перегрузкам приводного двигателя и разрыву нагнетательного трубопровода, в связи с чем необходимо следить за исправной работой предохранительного клапана на нагнетательном трубопроводе.

Ротационные насосы

Широкое применение на судах, особенно при перекачивании жидкости с повышенной вязкостью, получили ротационные насосы, у которых всасывающий и нагнетательный процессы осуществляются за счет непрерывного вращения ротора.

Одним из важных показателей ротационных насосов является коэффициент быстроходности (одного колеса), который определяется по формуле:

Коэффициент быстроходности связывает основные параметры насоса; он зависит от размеров и скоростей течения жидкости колеса. Чем меньше соотношение выходного диаметра колеса ко входному колесу и больше ширина лопатки, тем быстроходнее насос, т. е. имеет большую производительность при малом напоре. Чем тихоходнее колесо, тем больше создаваемый напор и меньше производительность. В общем, колеса центробежных насосов имеют значения коэффициента быстроходности n_s – 50-300.

Если по рабочим параметрам колеса необходимо достичь высокого напора или высокой производительности, центробежные насосы делают многоколесными. Для получения высокого напора колеса насоса включаются в работу последовательно, а для получения большой производительности – параллельно. В случаях, если n_s < 30, нежелательно применять сложный многоступенчатый насос. Кроме того, следует иметь в виду, что чем вязче жидкость, тем больше потери энергии в центробежных насосах и меньше высота всасывания. Поэтому в области значений n_s < 30 и для перекачки вязких жидкостей (масло, дизельное топливо, густые нефтепродукты) широко применяют ротационные насосы, которые характеризуются быстроходностью, малыми габаритами и массой, более равномерной подачей жидкости, высоким избыточным давлением (до 34,3·10⁶Па и выше), малой зависимостью напора от производительности, хорошей высотой всасывания (до 6-8 м), в большинстве случаев способностью сухого всасывания и высоким КПД. Ротационные насосы широко используются в качестве гидравлических приводов.

В зависимости от формы и конструктивного выполнения роторов ротационные насосы подразделяют на:

• лопастные;
• насосы с фигурными роторами;
• шестеренчатые;
• и винтовые.

Основным недостатком ротационных насосов следует считать необходимость в тщательной пригонке по большой поверхности трущихся частей.

При подготовке вихревого насоса к действию необходимо выполнить следующие работы:

• открыть воздушные краники;
• открыть приемный и нагнетательный клапаны;
• подготовить к работе электродвигатель и пустить его;
• закрыть краники, как только из них покажется вода.

Во время работы насоса нужно наблюдать за показаниями контрольно-измерительных приборов, сальниками, за состоянием соединительной муфты и соединительных болтов. При неисправностях в насосе или электромоторе насос следует немедленно остановить.

При остановке насоса необходимо:

• остановить электродвигатель;
• закрыть нагнетательный и приемный клапаны;
• подготовить насос к очередному пуску.

Шестеренчатые насосы. Эти насосы различаются по:

• числу роторов-шестерен;
• способу их зацепления;
• форме зуба и реверсивности;

т. е. по способности сохранять направление подаваемой жидкости независимо от направления вращения шестерен. На судах широко применяют двухроторные нереверсивные шестеренчатые насосы, имеющие наружное зацепление шестерен. Насосы с прямозубыми шестернями проще и дешевле в изготовлении, но уступают в производительности и равномерности подачи насосам, имеющим шестерни с косым и шевронным зубом.

Шестеренчатый насос (рис. 24) состоит из корпуса 4, ведущего 5 и ведомого 3 роторов, которые представляют собой цилиндрические шестерни, изготовленные вместе с валом.

Подшипниками роторов служат бронзовые втулки 2, запрессованные в крышку 1 и стойку 6 и зафиксированные от поворота штифтами. Выходной конец ведущего вала имеет сальниковое уплотнение, которое состоит из резиновых манжет 7, обжимающих вал с натягом, упорных колец 9 и втулки. В нижней части стойки 6 находится сборник для жидкости, просачивающейся из сальника, и отверстие для ее спуска, закрываемое пробкой 10. В крышке 1 смонтирован предохранительно-перепускной клапан 11, прижимаемый пружиной 12, другим концом пружина упирается в шайбу 14. Внутренняя полость клапана закрывается резьбовой втулкой 13, через которую проходит регулировочный винт 15. Колпачок 16 предохраняет полость клапана 11 от засасывания воздуха и вытекания жидкости по резьбе регулировочного болта.

Для слива жидкости из насоса в нижней части корпуса имеется отверстие, закрываемое шайбой 17.

Принцип действия шестеренчатого насоса с наружным зацеплением зубьев показан на поперечном разрезе рис. 24. При вращении ведущей шестерни против часовой стрелки ведомая шестерня будет вращаться по часовой стрелке. Жидкость, находящаяся во всасывающем патрубке, заполняет впадины между зубьями обеих шестерен и переносится по периметру корпуса насоса к нагнетательному патрубку. При зацеплении зубьев шестерен жидкость выдавливается из объемов впадин в нагнетательный патрубок. В дальнейшем зубья шестерен, выходя из зацепления, освобождают объем впадин для очередного зацепления впадин жидкостью. Предотвращение протечки жидкости из нагнетательной во всасывающую полость обеспечивается малыми зазорами между зубьями и внутренней поверхностью корпуса насоса. Диаметральный зазор между корпусом и шестерней не должен превышать 0,075-0,36 мм при внешнем диаметре шестерен до 180 мм, а суммарный торцевой зазор – 0,07-0,45 мм. Вследствие беззазорного зацепления между зубьями шестерен возникает запирание части объема жидкости входящим в них зубом. При запирании жидкости возникают большие нагрузки на шестерни, приводящие к износу зуба и перегрузке вала и подшипников. Вакуум, образующийся во впадине в момент выхода зубьев из зацепления, отрицательно сказывается на работе насоса, так как в этом случае происходит выделение из жидкости паров, что ухудшает условия всасывания.

Для предотвращения запирания жидкости в насосах большой производительности применяют косые и спиральные зубья. В насосах малой производительности зубья корригируют. Корригирование увеличивает объемный КПД насоса, в результате чего уменьшается утечка жидкости из полости нагнетания и насос работает без нагрева жидкости и бесшумно. Предотвратить запирание жидкости можно с помощью разгрузочных канавок в торцевых поверхностях крышек или радиальным сверлением во впадинах зубьев и осевым сверлением вала.

Шестеренчатые насосы с внутренним зацеплением имеют меньшие габариты, износ и шумность, но они сложны в изготовлении по сравнению с насосами с внешним зацеплением.

На рис. 25 показан насос с внутренним зацеплением.

Для отделения всасывающей и нагнетательной полостей в насосе предусмотрен серповидный элемент и прижимаемые пружинами уплотняющие элементы.

При обслуживании шестеренчатых насосов следует руководствоваться заводскими инструкциями и «Правилами обслуживания судовых вспомогательных механизмов и ухода за ними».

При подготовке шестеренчатого насоса к пуску необходимо открыть приемный и нагнетательный клапаны. Если насос был осушен или готовится к работе впервые, то его следует залить перекачиваемой жидкостью, так как пуск насоса без жидкости запрещается.

Во время работы шестеренчатого насоса необходимо следить за показаниями контрольно-измерительных приборов и за состоянием сальников, не допуская течи и чрезмерного обжатия.

Если при работе насос греется и потребляет завышенную мощность, необходимо проверить частоту вращения, температуру перекачиваемой жидкости, правильность открытия клапанов, соответствие нагнетания заводской инструкции, проверить зазоры.

Остановку насоса следует производить в следующем порядке:

• остановить электродвигатель;
• закрыть нагнетательный и приемный клапаны на соответствующих трубопроводах.

Винтовые насосы. Наряду с шестеренчатыми насосами для перекачки вязких жидкостей на судах применяют винтовые насосы, выполняемые в одно-, двух-, трех- и пятивинтовом исполнении с горизонтальным или вертикальным расположением осей роторов.

Основной деталью, обеспечивающей всасывание и нагнетание рабочей жидкости, является винт-ротор или несколько винтов-роторов, находящихся во взаимном зацеплении и получающих вращение от электродвигателя.

При работе насосов с односторонним всасыванием жидкость движется по винту в одном направлении и поэтому у них возникает осевое и радиальное усилия. Для восприятия этих усилий насосы выполняются со встроенными или выносными из корпуса подшипниками. Встроенные подшипники смазываются перекачиваемой жидкостью и выполняются подшипниками скольжения.

Выносные подшипники выполняются подшипниками качения и густо смазываются.

На рис. 26 показан одновальный Насосы и системы трубопроводоввинтовой насос, применяемый на судах для перекачки топлива и смазочного масла.

Насос состоит из стального корпуса 2, внутри которого находится неподвижная втулка 5, изготовленная из специальной топливостойкой резины. Червяк 4 и втулка 3 имеют двухзаходную пологую резьбу. Ось червяка расположена эксцентрично к оси ведущего вала 18, с которым он соединяется с помощью полого штифта 6, специального шарнира 7 со стяжным шлангом 22 и цилиндрическим штифтом 8. Вал лежит в радиальных шарикоподшипниках 14 и 17, смонтированных на опоре 20 и раскрепленных втулками 13 и 16 и крышкой 19.

Левый конец вала имеет сальниковое устройство 9, состоящее из уплотнительных колец 10, нажимной втулки 11 и гайки сальника 12. Правее сальника на вал насажено кольцо 21, предохраняющее подшипники от попадания жидкости, просачивающейся через уплотнение. При вращении вала 18 проворачивается и червяк 4 и жидкость по всасывающему патрубку 1 попадает в полости а и в, а затем вытесняется в полости с и f; при нижнем положении червяка (см. на рис. пунктирную линию) полость е заполняется жидкостью из всасывающего патрубка, а из полости d жидкость выжимается в нагнетательный патрубок 5. При следующем повороте червяка вверх, в положение, изображенное на рисунке, жидкость вытесняется из полости е и с соответственно в полости b и d. Смазка к подшипникам подается через смазочный ниппель 15.

Перед первым пуском насос следует залить перекачиваемой жидкостью, так как при эксплуатации винтовых насосов с резиновой втулкой категорически запрещается пуск насоса без жидкости. При пуске без жидкости втулка сразу оплавляется или даже горит. При правильной эксплуатации насоса резиновая втулка может работать несколько лет, после чего ее заменяют и насос вновь используется по назначению.

Во время работы винтовые насосы не нуждаются в специальном уходе. Шарикоподшипники следует время от времени заполнять свежей консистентной смазкой через ниппель. Сальник должен быть отрегулирован так, чтобы он пропускал незначительное количество жидкости в рабочем состоянии.

При перекачке затвердевших смесей, например печеночных жиров, необходимо следить за тем, чтобы перед выключением насос был хорошо промыт горячей водой в течение 5 мин для очистки насоса от остатков смеси, которые, затвердев, могут привести насос к поломке при очередном пуске.

К положительным качествам этих насосов следует отнести высокую производительность при малых габаритах, равномерную подачу жидкости и способность перекачивать ее при любом положении корпуса. Однако эти насосы обладают невысоким КПД (0,55 до 0,6) вследствие потерь на трение.

Следует иметь в виду, что винтовые насосы допускают обратимость, т. е. могут работать в качестве гидродвигателей.

Насосы изготавливаются в широком диапазоне технических параметров:

• производительностью от 0,5 до 250 м³/ч;
• создаваемым напором 30-2 000 м вод. ст.;
• частотой вращения 750-8 000 об/мин.

Фигурно-роторные насосы. Эти насосы применяют на судах для перекачки нефтепродуктов. Одна из конструкций фигурно-роторного насоса показана на рис. 27.

Насос состоит из чугунного корпуса 1 и чугунных крышек 4 и 11. Между крышками с малым осевым зазором помещается звездообразный стальной ротор 13. Ротор закреплен на приводном валике 8, лежащем на шарикоподшипниках 6 и 9. С одной стороны вал уплотнен сильфонным вращающимся сальником 10 с маслостойким графитовым кольцом 7, а с другой – уплотнением 5 типа «Зиммеринг».

Зубцы внутреннего ротора входят в вырезы внешнего ротора 5, наружная поверхность которого по точной скользящей посадке подогнана к расточенной цилиндрической поверхности корпуса 1; внутренняя поверхность внешнего ротора 3 точно подогнана по поверхности сегмента 2, выполненного заодно с правой крышкой.

Насос снабжен предохранительным клапаном 12. При вращении внутреннего ротора в направлении против часовой стрелки он увлекает за собой внешний ротор, а поскольку последний расположен по отношению к внутреннему ротору эксцентрически, то на части оборота зубцы внутреннего ротора выходят из вырезов внешнего ротора и создают таким образом подсасывающее действие.

Жидкость заполняет впадины внутреннего ротора и вырезы внешнего, проносится в них вдоль сегмента и выталкивается на второй части оборота в нагнетательную полость насоса.

Насосы такой конструкции при тщательной подгонке трущихся поверхностей и хорошей очистке поступающей жидкости от механических примесей имеют длительный срок службы, просты и удобны в эксплуатации.

При обслуживании фигурно-роторных насосов необходимо соблюдать указания завода-изготовителя о применении насоса только для определенного вида перекачиваемой жидкости.

Перед пуском насоса следует убедиться, что перепускной клапан насоса в исправном состоянии.

После пуска насоса нужно установить режим работы по показаниям контрольно-измерительных приборов и во время работы следить за работой насоса и приводного двигателя. Рекомендуется не реже одного раза в неделю осматривать и чистить приемный фильтр 14.

Вентиляторы

Вентиляция предназначена для поддержания в жилых, служебных, грузовых и специальных судовых помещениях необходимого химического состава и влажности воздуха. Для нормальной жизнедеятельности членов судового экипажа рекомендуется следующая кратность обмена воздуха:

• для жилых помещений – 10-15;
• машинно-котельных отделений – 30-35;
• для помещений сепараторов топлива и масла – 30;
• для механических и электромеханических кладовых – не менее 15 и т. д.

Обмен воздуха в помещениях осуществляется с помощью естественной и искусственной вентиляций. Искусственная вентиляция осуществляется вентиляторами, производительность которых определяется в зависимости от объема помещения и кратности обмена воздуха.

Вентилятор – это механизм, предназначенный для перемещения газа. По принципу действия вентиляторы подразделяют на:

• центробежные;
• и осевые.

Центробежные работают по принципу центробежного насоса, а осевые – по принципу осевых насосов. Более широко используются центробежные вентиляторы.

Вентиляторы классифицируют по следующим признакам:

• по месту обслуживания – на:
  • вентиляторы жилых и служебных помещений;
  • грузовых трюмов;
  • машинно-котельных отделений;
• по способу установки – на:
  • вдувные;
  • вытяжные и вентиляторы, предназначенные для циркуляции воздуха без его обмена;
• по величине создаваемого напора:
  • низконапорные (с напором 100-150 мм вод. ст.),
  • средненапорные (от 300 до 400 мм вод. ст.)
  • и высоконапорные (от 1 000 до 1 200 мм вод. ст.);
• по коэффициенту быстроходности – на:
  • центробежные высокооборотные – 600-1 200 об/мин;
  • средние – 200-600 об/мин;
  • и тихоходные – 100-200 об/мин.

На судах главным образом применяются центробежные высокооборотные вентиляторы с цилиндрическим рабочим колесом. На рис. 28, а представлен центробежный вентилятор с двусторонним всасыванием, состоящий из корпуса 5, рабочего колеса 2, установленного на опорных шарикоподшипниках 4. На конце вала крепится приводной шкив 5. Подвод воздуха к рабочему колесу осуществляется через отверстие 1.

На рис. 28, б показан осевой вентилятор, состоящий из осевого рабочего колеса 1, заключенного в цилиндрический кожух 2, и насаженного на вал электродвигателя 3 с обтекателями 4, 6. Воздух поступает на рабочее колесо, имеющее обтекатель, через входной патрубок 7. Диффузор 5 выполнен расширяющимся кожухом и предназначен для преобразования кинетической энергии потока в давление.

Судовые вентиляторы бывают разных размеров и разной частоты вращения – от 2 800 до 3 100 об/мин, а также производительностью – от 100 до 10 000 м³/ч и создаваемым напором 120-380 мм вод. ст. Наиболее распространенным приводом судовых вентиляторов является электродвигатель.

При подготовке вентилятора к пуску необходимо убедиться, что:

• приемный воздушный воздухопровод открыт и в него не попали посторонние предметы;
• лопатки крылатки, доступные для осмотра, не имеют трещин, вмятин, прогибов и т. д.

При эксплуатации вентилятора в случае появления вибрации, стуков и ударов необходимо остановить электродвигатель вентилятора и проверить крепление и балансировку крылатки, крепление вентилятора, состояние амортизаторов и отсутствие посторонних предметов внутри вентилятора. При остановке вентилятора рекомендуется прослушать его на малых оборотах, чтобы убедиться в отсутствии шумов, стуков и задевания крылатки о корпус вентилятора.

Струйные насосы

Особенностью струйного насоса, или аппарата, является то, что в его устройстве нет ни одной движущейся и трущейся детали. Это значительно увеличивает надежность насосов в работе, делает их простыми при эксплуатации и обусловливает широкое применение на судах промыслового флота.

Струйные насосы в зависимости от используемого рабочего тела (пара или воды) подразделяют на пароструйные и водоструйные. Пароструйные насосы применяют на судах в качестве вспомогательных питательных средств для:

• паровых котлов;
• насосов;
• обслуживающих опреснительных установок;
• воздушных отсасывающих насосов для удаления воздуха из судовых конденсаторов.

Водоструйные насосы используют для осушения трюмов и выбрасывания кочегарного мусора за борт из котельных помещений.

Пароструйные насосы способны создавать давление большее, чем давление рабочего пара. Такие насосы называют инжекторами. В остальных случаях все струйные насосы называют эжекторами.

Положительные качества струйных насосов:

• отсутствие движущихся, трущихся частей и клапанов;
• малая масса;
• простота и компактность конструкции;
• способность сухого всасывания и возможность создания глубокого вакуума;
• способность перекачивать загрязненные жидкости;
• способность работать в погруженном состоянии;
• равномерность подачи жидкости и высокий термический КПД.

К недостаткам струйных насосов относятся:

• ничтожно малый механический КПД, достигающий только 3-4 %;
• невозможность регулировки производительности и неавтономность.

Указанные недостатки струйных насосов обусловливают их применение на кратковременно действующих установках, где низкая экономичность окупается простотой и надежностью их действия.

Существует много различных конструкций струйных насосов, но принцип работы их одинаков. Принцип действия эжекторов и инжекторов основан на постоянстве суммарной потенциальной и кинетической энергии. Согласно уравнению Бернулли для идеальной жидкости сумма энергии:

где:

• z – удельная потенциальная энергия положения жидкости в трубе, м;
• P – статический напор в сечении, т/м²;
• γ – удельный вес жидкости, т/м³;
• v – скорость струи, м/с;
• g – ускорение силы тяжести, м/с².

За счет увеличения скоростной энергии (v²/2g) уменьшается статический напор и образуется разрежение, необходимое для всасывания воздуха и перекачиваемой жидкости. Это преобразование осуществляется в сопле насоса. Для обратной трансформации энергии с целью повышения напора нагнетания используется диффузор, в котором за счет уменьшения скоростного напора возрастает напор смеси рабочей жидкости. Всасываемая жидкость перемешивается с рабочей. Отношение весовых расходов рабочей G_р и всасываемой G_в жидкостей называется коэффициентом инжекции η_эж = G_в/G_р, который характеризует эффективность работы данного струйного насоса. После смещения жидкости она поступает в диффузор, где осуществляется обратная трансформация энергии, т. е. за счет уменьшения скоростного напора возрастает давление, обеспечивающее нагнетание жидкой смеси.

При подготовке струйного насоса к работе необходимо открыть клапан на нагнетательном трубопроводе, на всасывающем трубопроводе и на трубопроводе подвода рабочей жидкости. Убедившись, что давление рабочей жидкости достаточное, быстро открыть клапан подвода рабочей жидкости.

Во время работы струйного насоса необходимо поддерживать давление рабочей жидкости, следить за чистотой всасывающего фильтра. Если насос не обеспечивает нормальной производительности, необходимо проверить правильность установки сопла по отношению к диффузору и при необходимости произвести регулировку. Расстояние от выходного сопла до горла диффузора должно соответствовать данным заводской инструкции. Проверить всасывающую магистраль и, если необходимо, устранить подсос воздуха.

При остановке струйных насосов следует закрыть клапан на трубопроводе подвода рабочей жидкости, на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, затем открыть спускные краники для осушения насоса.

Пароструйный эжектор. Эжектором называется струйный насос, который предназначен для удаления воды или воздуха из отсеков и помещений. Одноступенчатые эжекторы создают вакуум до 80 %, а двух- и трехступенчатые – до 97 %. Эжектор присоединяется к обслуживаемому механизму всасывающим патрубком.

На рис. 29 показан двухступенчатый пароструйный вакуумный эжектор, состоящий из двух частей:

• правой – первая ступень;
• и левой – вторая ступень.

Эжектор присоединяется к обслуживаемому механизму фланцем 4. Диффузор первой ступени эжектора соединен с корпусом второй ступени фланцем. Каждая ступень эжектора может работать самостоятельно.

Рабочий пар по патрубку 3 подводится к рабочему соплу 2, где вследствие уменьшения сечения сопла увеличивается кинетическая энергия (скоростной напор). Это обусловливает понижение давления (статического напора). В камере смешения образуется разрежение, обеспечивающее всасывание перекачиваемой жидкости и ее захват. Всасываемая жидкость перемешивается с рабочим паром и после смешения поступает в диффузор 1, в котором осуществляется обратное преобразование энергии, т. е. за счет уменьшения скоростного напора возрастает давление, обеспечивающее нагнетание жидкостной смеси.

Рабочий пар с избыточным давлением (0,6÷0,7) МПа подводится к корпусу 5 эжектора от судового парового котла.

Работа насоса может быть нарушена вследствие понижения давления пара, засорения или неправильной установки сопла, а также износа внутренних поверхностей конусов или наличия накипи на их стенках.

Водоструйный эжектор. Он состоит из корпуса (рис. 30), изготовленного из листовой меди, и имеет форму диффузора с угловым всасывающим патрубком 7, отверстие которого закрывается колпачком 6.

Слева в корпус вставлено латунное сопло 2, имеющее форму сходящейся насадки с полугайкой «шторца» 7 для присоединения гибкого шланга, по которому к эжектору подводится рабочая вода. Для присоединения отводящего шланга имеется полугайка «шторца» 4 на выходном конце нагнетательного патрубка 5. Такое соединение обеспечивает работу переносных эжекторов, которые устанавливают на резьбе палубных втулок, сообщающихся с помощью трубок с отсеками или трюмами, требующими осушения.

Работа водоструйного эжектора основана на непосредственной передаче энергии струи рабочей воды всасывающему потоку жидкости. Рабочая вода, обычно из пожарной магистрали, подается под давлением к соплу. Из выходного узкого сечения сопла вода выходит с большой скоростью в камеру смешения; при этом давление понижается. Проходя по узкому сечению диффузора (горлу), вода увлекает за собой воздух и создает разрежение в камере смешения, которое обеспечивает поступление жидкости из всасывающего патрубка 7. Благодаря трению и в результате обмена импульсами всасываемая вода смешивается, захватывается и перемещается с рабочей жидкостью. Смесь поступает в расширительную часть диффузора, где кинетическая энергия (скорость) снижается и за счет этого возрастает статический напор (давление), способствующий нагнетанию жидкости через патрубок 5 в нагнетательный трубопровод и далее за борт. Регулировать подачу эжектора можно путем ввертывания или вывертывания сопла.

Эффективная работа эжектора зависит от:

• соосности сопла;
• камеры смешения;
• диффузора;
• и перепада давлений (p_р-p_см).

Способность эжектора перекачивать жидкость вместе с механическими примесями позволяет использовать его в качестве рыбонасоса или гидроэлеватора, обеспечивающего перегрузку рыбы из орудий лова на судно, с добывающих судов на перерабатывающие, а также для подачи рыбы к технологическому оборудованию.

Водоструйный эжектор позволяет поднимать рыбу на высоту до 2,5 м. Работу водоструйного эжектора обеспечивает пожарный насос, который подает забортную воду в сопло рыбонасоса до 70 м/с при напоре 13 м вод. ст.

Обслуживание струйных насосов. Согласно действующим «Правилам обслуживания судовых вспомогательных механизмов и ухода за ними» перед пуском струйных насосов необходимо убедиться в исправном состоянии всего оборудования и арматуры, в наличии и исправности всех штатных контрольно-измерительных приборов.

При подготовке пароструйных воздушных эжекторов к действию необходимо осмотреть всасывающий и нагнетательный трубопроводы и убедиться в правильности открытия клапанов. Проверить наличие воды в напорном баке, залить водой насос. Поднять давление пара перед соплами до требуемого заводской инструкцией и, убедившись, что эжектор поддерживает вакуум, медленно открыть всасывающий клапан отсоса паровоздушной смеси.

Во время работы эжектора необходимо следить:

• за поддержанием вакуума;
• наблюдать за показаниями контрольно-измерительных приборов;
• за состоянием плотности всех соединений и сальников;
• контролировать действие дренажной системы для удаления конденсата из охладителей эжектора.

При срыве работы эжектора (запаривании) вследствие перегрева охладителя следует отключить эжектор, охладить его и снова ввести в действие.

При остановке эжектора нужно закрыть приемный клапан паровоздушной смеси, клапаны на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, открыть спускные краники для осушения эжектора.

При подготовке водоструйного эжектора к работе нужно открыть клапан на нагнетательном трубопроводе, на трубопроводе рабочей жидкости и клапан на всасывающем трубопроводе.

Для пуска эжектора нужно быстро открыть клапан подвода рабочей жидкости.

При обслуживании эжектора во время работы нужно поддерживать рабочее давление жидкости, не допускать противодавления (напора) выше указанного в инструкции по эксплуатации. При обслуживании переносных эжекторов нельзя допускать заломы на всасывающих и нагнетательных шлангах.

При выключении эжектора необходимо сначала закрыть запорные клапаны на трубопроводе рабочей жидкости, клапаны на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, а затем открыть спускные краники для спуска воды из эжектора и трубопроводов.

Струйные насосы получили широкое применение благодаря:

• отсутствию движущихся и трущихся, механических частей;
• большой надежности и долговечности;
• способности перекачивать загрязненные жидкости;
• способности сухого всасывания;
• быстрой подготовке к пуску;
• бесшумности работы;
• малым габаритам и возможности работать в затопленном состоянии.

Основными недостатками струйных насосов являются:

• маленький механический КПД (от 4 до 15 %), но с этим недостатком часто не считаются из-за кратковременности работы насосов;
• невозможность регулировать производительность;
• необходимость наличия насоса для подачи рабочей жидкости и большой расход пара, когда рабочей средой является пар.

При эксплуатации и ремонте струйных насосов следует выполнять следующие требования:

• в месте установки струйных насосов должны быть инструкции по эксплуатации и технике безопасности;
• предохранительные клапаны должны быть всегда в исправном состоянии и проверяться в соответствии с инструкцией по эксплуатации;
• все контрольно-измерительные приборы должны находиться на штатных местах и быть исправными;
• нужно резко открывать клапаны и краны на паровых магистралях;
• запрещается эксплуатация струйных насосов с параметрами, превышающими их номинальные характеристики;
• запрещается находиться против продувочных краников при продувке насоса и трубопроводов;
• запрещается работа насоса при обнаружении в них неисправностей;
• трубопроводы, паропроводы, а также маховики и рукоятки арматуры, имеющие температуру свыше 50 °C, должны быть изолированы.

Автор статьи

Виктор Свиридов

Судовой механик

Список литературы

1. Акимов П. П. Судовые силовые установки. – М.: Транспорт, 1972
2. Аксенов А. Г. Пособие механику и машинисту судовой холодильной установки. – М.: Транспорт, 1969.
3. Архангельский В. С., Юрескул М. К. Организация и технология судоремонта. – Л.: Судостроение, 1973
4. Богомольный А. Е. Судовые вспомогательные и рыбопромысловые механизмы. – Л.: Судостроение, 1971
5. Ботштейн Б. X., Горячев А. М., Держилов Ф. С. Технология металлов и судоремонтные материалы. – М.: Транспорт, 1966
6. Власьев Б. А., Резчик Ю. И. Судовые вспомогательные механизмы. – Л.: Судостроение, 1979.
7. Гуляев Ю. Ф. Пособие для механика маломерного судна – М.: Пищевая промышленность, 1977.
8. Ильин А. К., Иконников-Ципулин Е. С. Паровые котлы рыбопромысловых судов. – М.: Пищевая промышленность, 1975
9. Калачев В. Р., Карабанов В. С. Промысловые машины и механизмы рыбопромыслового флота. – М.: Пищевая промышленность, 1975.
10. Кондрашова Н. Г. Холодильное и технологическое оборудование промысловых судов. – М.: Пищевая промышленность, 1979.
11. Кондрашова Н. Г., Лашутина Н. Г. Холодильно-компрессорные машины и установки. – М.: Высшая школа, 1973.
12. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные механизмы и системы. – М.: Транспорт
13. Криман И. Д., Фоменко В. П. Ремонт корпуса и судовых механизмов. – М.: Транспорт, 1971
14. Лысенко В. К., Лубочкин Б. И. Судовые паровые котлы. – М.: Транспорт, 1975
15. Петров Ю. С., Олейниченко В. Т., Чуркин А. А. Судовые холодильные установки и машины. – М.: Пищевая промышленность, 1975.
16. Файвушевич В. М. Судовые котельные установки. – М.: Транспорт, 1973.