Бустерный насос — это машина, которая увеличивает давление жидкости. Он может использоваться с жидкостями или газами, а детали конструкции различаются в зависимости от жидкости. Газовый бустер похож на газовый компрессор , но, как правило, представляет собой более простой механизм, который часто имеет только одну ступень сжатия и используется для увеличения давления газа, уже превышающего давление окружающей среды. Также производятся двухступенчатые бустеры. [1] Бустеры могут использоваться для увеличения давления газа, передачи газа высокого давления, зарядки газовых баллонов и продувки.
В новых строительных и модернизационных проектах насосы повышения давления воды используются для обеспечения достаточного давления воды на верхних этажах высотных зданий. Необходимость в насосе повышения давления воды может также возникнуть после установки устройства предотвращения обратного потока (BFP), которое в настоящее время является обязательным во многих муниципалитетах [ где? ] для защиты общественного водоснабжения от загрязняющих веществ внутри здания, попадающих в общественное водоснабжение. Использование BFP началось после принятия Закона о чистой воде . Эти устройства могут вызвать потерю 12 фунтов на кв. дюйм и могут привести к тому, что счетчики воды на верхних этажах не будут работать должным образом. После того, как трубы будут находиться в эксплуатации в течение длительного периода, на внутренних поверхностях может образоваться накипь, что приведет к падению давления при подаче воды.
Насосы повышения давления для бытового водоснабжения обычно представляют собой простые центробежные насосы с электроприводом и обратным клапаном. Это могут быть насосы с постоянной скоростью, которые включаются, когда давление падает ниже заданного значения низкого давления, и выключаются, когда давление достигает заданного значения высокого давления, или насосы с переменной скоростью, которые контролируются для поддержания постоянного выходного давления.
Насосы с постоянной скоростью включаются нормально закрытым реле низкого давления и будут работать до тех пор, пока давление не поднимется и не откроет реле высокого давления. Они будут циклически работать всякий раз, когда будет использовано достаточно воды, чтобы вызвать падение давления ниже установленного нижнего значения. Аккумулятор в трубопроводе выше по течению уменьшит цикличность.
Насосы с переменной скоростью используют обратную связь по давлению для электронного управления скоростью двигателя, чтобы поддерживать достаточно постоянное давление нагнетания. Большинство приложений работают от сети переменного тока и используют инвертор для управления скоростью двигателя.
Установки, которые снабжают водой высотные здания, могут нуждаться в усилителях на нескольких уровнях для обеспечения приемлемого постоянного давления на всех этажах. В таком случае независимые усилители могут быть установлены на разных уровнях, каждый из которых повышает давление, обеспечиваемое следующим более низким уровнем. Также возможно повысить давление один раз до максимального требуемого давления, а затем использовать редуктор давления на каждом уровне. Этот метод будет использоваться, если на крыше есть накопительный бак с гравитационной подачей в систему водоснабжения. [2]
Многоэтажные здания, оборудованные системами пожаротушения , могут потребовать большой подкачивающий насос для подачи достаточного давления и объема воды на верхние этажи в случае пожара. Такие насосы часто приводятся в действие дизельным двигателем, предназначенным для этой цели. Двигателю нужен топливный бак и автоматический контроллер, который запустит подкачивающий насос, когда это необходимо. Небольшой вспомогательный подкачивающий насос с электрическим приводом (называемый «жокей-насосом») часто включается в систему для поддержания достаточного давления в спринклерных трубах, не требуя запуска большого дизельного двигателя.
Любая аварийная система должна периодически проверяться и обслуживаться для обеспечения ее надежности. Дизельный двигатель должен запускаться и работать для тестирования, а аккумуляторная батарея для пускового двигателя должна периодически обслуживаться или заменяться. В последние годы более крупный электрический насос с существенным резервным питанием от батареи может быть заменен на дизельный двигатель, что снижает, но не устраняет необходимость в обслуживании.
Повышение давления газа может использоваться для заполнения баллонов хранения до более высокого давления, чем имеющееся газовое снабжение, или для подачи производственного газа под давлением, превышающим давление в линии. Примеры включают:
Газовые бустерные насосы обычно представляют собой поршневые или плунжерные компрессоры. Одноступенчатый бустер одностороннего действия является простейшей конфигурацией и состоит из цилиндра, рассчитанного на выдерживание рабочих давлений, с поршнем, который движется вперед и назад внутри цилиндра. Головка цилиндра снабжена портами подачи и выпуска, к которым подключены шланги или трубы подачи и выпуска, с обратным клапаном на каждом, ограничивающим поток в одном направлении от подачи к выпуску. Когда бустер неактивен, а поршень неподвижен, газ будет течь из впускного шланга через впускной клапан в пространство между головкой цилиндра и поршнем. Если давление в выпускном шланге ниже, он затем вытечет и к тому, к чему подключен выпускной шланг. Этот поток прекратится, когда давление выровняется, принимая во внимание давления открытия клапана. [1]
После остановки потока запускается усилитель, и по мере того, как поршень отходит вдоль цилиндра, увеличивая объем между головкой цилиндра и головкой поршня, давление в цилиндре падает, и газ поступает из впускного отверстия. В обратном цикле поршень движется к головке цилиндра, уменьшая объем пространства и сжимая газ до тех пор, пока давление не станет достаточным для преодоления давления в выпускной линии и давления открытия выпускного клапана. В этот момент газ будет вытекать из цилиндра через выпускной клапан и отверстие.
В верхней части такта в цилиндре и головке цилиндра всегда будет оставаться некоторое количество сжатого газа. Газ в этом «мертвом пространстве» расширится во время следующего такта впуска, и только после того, как он упадет ниже давления подаваемого газа, в цилиндр поступит больше подаваемого газа. Отношение объема пространства цилиндра с полностью выдвинутым поршнем к мертвому пространству — это «степень сжатия» усилителя, также называемая в этом контексте «степенью наддува». Эффективность усилителя связана со степенью сжатия, и газ будет передаваться только тогда, когда соотношение давлений между подаваемым и нагнетаемым газом меньше, чем соотношение наддува, а скорость подачи будет падать по мере увеличения соотношения давлений на входе и выходе.
Скорость подачи начинается очень близко к рабочему объему, когда нет разницы давлений, и постепенно падает до тех пор, пока не перестанет осуществляться эффективная передача, когда степень повышения давления достигает максимальной степени повышения давления. [1]
Сжатие газа приведет к повышению температуры. Тепло в основном переносится сжатым газом, но компоненты усилителя также будут нагреваться при контакте с горячим газом. Некоторые усилители охлаждаются водяными рубашками или внешними ребрами для увеличения конвекционного охлаждения окружающим воздухом, но модели меньшего размера могут вообще не иметь специальных охлаждающих устройств. Охлаждающие устройства повысят эффективность, но будут стоить дороже в производстве.
Усилители, которые будут использоваться с кислородом, должны быть изготовлены из совместимых с кислородом материалов и использовать совместимые с кислородом смазки, чтобы избежать возгорания. [1]
Газовые компрессоры могут приводиться в действие электродвигателем , гидравликой , воздухом низкого или высокого давления или вручную с помощью рычажной системы.
Те, которые работают от сжатого воздуха , обычно являются линейными приводными системами, где пневматический цилиндр напрямую приводит в действие поршень сжатия, часто в общем корпусе, разделенном одним или несколькими уплотнениями. Пневматический привод высокого давления может использовать то же давление, что и выходное давление, для приведения в действие поршня, а привод низкого давления будет использовать поршень большего диаметра для умножения приложенной силы. [1]
Обычная компоновка для усилителей с пневматическим приводом низкого давления заключается в том, что поршни усилителя напрямую соединены с поршнем привода на одной центральной линии. Цилиндр низкого давления имеет значительно большую площадь сечения, чем цилиндры высокого давления, пропорционально соотношению давлений между приводом и усиленным газом. Усилитель одинарного действия этого типа имеет цилиндр наддува на одном конце силового цилиндра, а усилитель двойного действия имеет цилиндр наддува на каждом конце силового цилиндра, а шток поршня имеет поршень привода в середине и поршень усилителя на каждом конце. [1]
Кислородные усилители требуют некоторых конструктивных особенностей, которые могут не быть необходимыми в усилителях для менее реактивных газов. Необходимо гарантировать, что приводной воздух, который может быть недостаточно чистым для безопасного контакта с кислородом высокого давления, не может просочиться через уплотнения в цилиндр усилителя, или кислород высокого давления не может просочиться в приводной цилиндр. Это можно сделать, предусмотрев пространство между цилиндром низкого давления и цилиндром высокого давления, которое вентилируется в атмосферу, а шток поршня герметизирован с каждой стороны, где он проходит через это пространство. Любые утечки газа из любого цилиндра мимо уплотнений штока безвредно выходят в окружающий воздух. [1]
Особый случай для газовых усилителей — когда усилитель использует один и тот же источник газа для питания усилителя и в качестве газа, который будет нагнетаться. Такая схема является расточительной и наиболее подходит для использования для подачи небольших количеств воздуха с более высоким давлением там, где уже доступны большие количества воздуха с более низким давлением. Эта система иногда известна как усилитель «bootstrap». [1]
Электрические усилители могут использовать однофазный или трехфазный привод переменного тока. Высокоскоростной вращательный выход двигателя должен быть преобразован в низкоскоростное возвратно-поступательное движение поршней. Один из способов, которым это было сделано (Dräger и российские военные усилители KN-3 и KN-4), заключается в подключении двигателя к червячному редуктору с эксцентриковым выходным валом, приводящим в движение шатун, который приводит в движение двухсторонний поршень через центральную цапфу. Эта система хорошо подходит для усилителя двойного действия, либо с одноступенчатым усилением с помощью параллельно соединенных цилиндров с одинаковым отверстием, либо с двухступенчатыми цилиндрами с разными отверстиями, соединенными последовательно. Некоторые из этих усилителей позволяют отсоединять шатун и устанавливать пару длинных рычагов для ручного управления в аварийных ситуациях или при отсутствии электроэнергии. [1]
Ручные усилители были изготовлены с конфигурацией, описанной выше, либо с одним вертикальным рычагом, либо с двухсторонним горизонтальным рычагом в виде качелей, а также с двумя параллельными вертикально установленными цилиндрами, во многом похожими на водолазные воздушные насосы с рычажным приводом, которые использовались для раннего стандартного водолазного костюма , но с гораздо меньшим отверстием, чтобы позволить двум операторам создавать высокое давление. [1]
Высоконапорные газовые бустеры производятся компаниями Haskel, MPS Technology, Dräger, Gas Compression Systems и другими. Прочные и простые модели (КН-3 и КН-4) производились для Советских Вооруженных Сил , а излишки сейчас используются техническими водолазами , поскольку они относительно недороги и поставляются с полным набором запасных частей и инструментов. [5]