Центробежный насос для воды: принцип действия

Конструкция центробежного насоса

Несмотря на большое количество типов центробежных насосов, конструкция их достаточно проста. Базовая конструкция включает три основных элемента: рабочее колесо, корпус и насосный агрегат или механический агрегат.

Рабочее колесо — важнейшая часть центробежного насоса. Он отвечает за производство энергии и скорость вращения. Центр рабочего колеса — это ребро или ступица. Лопасти вращаются вокруг крыльчатки, благодаря чему обеспечивается движение. Рабочие колеса могут сильно различаться по диаметру, благодаря чему можно обеспечить разную скорость вращения.

Схема центробежного насоса

Насосный агрегат — еще один важный элемент конструкции насоса, позволяющий вращать рабочее колесо. Рабочее колесо соединено с вращающимся валом двигателя для вращения. Электродвигатели — самые распространенные, но есть и другие варианты.

Насосный агрегат также содержит подшипники для поддержки приводного вала и механизмы уплотнения для предотвращения утечек жидкости. Также учитываются конструктивные элементы, которые помогают центробежному насосу выдерживать различные нагрузки.

Все элементы, описанные выше, находятся в корпусе. Он выполняет две основные функции. Первый связан с защитой элементов от вредного воздействия внешних факторов, второй — с преобразованием энергии вращения, производимой крыльчаткой, в определенный поток жидкости.

Уплотнения

Для предотвращения утечки жидкой среды, перекачиваемой насосным агрегатом, в месте прохождения вала через корпус насоса устанавливается уплотнение.

Все существующие пломбы делятся на две группы. Первая группа — контактные пломбы. Они обеспечивают необходимый эффект за счет контакта с уплотненными поверхностями упругого уплотнительного элемента: кольцами, манжетами, прокладками, диафрагмами и т.д. Вторая группа — это бесконтактные уплотнения. Здесь между уплотнительными поверхностями специально создается небольшой зазор, через который неминуема небольшая утечка перекачиваемой жидкой среды. Эффект уплотнения, ограничивающий количество утечек, в бесконтактных уплотнениях достигается за счет возникновения гидравлического сопротивления, когда жидкая среда протекает через небольшой зазор.

В основном в центробежных насосах используются контактные уплотнения — сальник, кромка, торцы (механические) и из бесконтактных уплотнений — лабиринтные. Существуют и другие типы уплотнений, которые вместе с сальниками, манжетами, торцевыми (механическими) и лабиринтными уплотнениями используются в различных устройствах (компрессоры, нагнетатели и т.д.).

Сальниковая набивка (сальник) — это хорошо известная набивка простой конструкции с мягкой набивкой. Такая пломба состоит из пломбы — сальника; сальник, в котором расположены уплотнительные кольца; крышка предназначена для периодического сжатия набивки на вращающемся валу (рис. 30, а).

В результате прижатия набивки к валу между ними возникает контактное напряжение, что обеспечивает небольшой зазор и некоторое контактное уплотнение. Это ограничивает утечку перекачиваемой жидкости, находящейся под избыточным давлением, через уплотнение в окружающую среду.

Набивка состоит из нескольких отдельных колец, вырезанных из набивочного шнура сальника (рис. 30, б). Большинство производимых мягких набивок представляют собой волокнистую тканую основу, пропитанную смазкой с добавлением антифрикционного агента (графита, талька и т.д.).

Во время работы насоса вода непрерывно подается к сальнику для смазки и охлаждения. В насосах, которые подают неагрессивные жидкие среды (техническая вода, питьевая вода и т.д.), Сама перекачиваемая вода подается в уплотнение из зоны наибольшего давления в корпусе насоса или из напорного трубопровода. При использовании сальника в агрессивных, абразивных и других подобных жидкостях (например, при перекачивании шлама) вода на уплотнение подается из системы технического водоснабжения. В этом случае на трубопроводе, подающем воду в камеру сальника, устанавливаются манометр и клапан для регулирования давления жидкой жидкости внутри нее.

В зависимости от диаметра валов насосов, типа перекачиваемой (герметизируемой) жидкости и других факторов потребность в сальниковой набивке воды для насосов для подачи чистой воды составляет 0,1-10 л / ч, для насосов для подачи шлама — от от нескольких литров до нескольких кубометров в час.

Вода после использования для смазки и охлаждения набивки сливается из насоса. Место сброса воды уточняется в каждом конкретном случае. В некоторых типах насосов сточная вода из сальника сливается вместе с перекачиваемой жидкостью.

Со временем из набивки сальника выделяются жирные и другие вещества, которая закрывается и теряет герметичность. По этой причине необходимо периодически подтягивать прокладку, чтобы обеспечить герметичность.

Преимущества набивки — простота конструкции и возможность быстрой замены набивки без разборки насоса. Однако сальники постепенно выводятся из эксплуатации в моделях насосов с более новыми типами набивки.

Манжетное уплотнение — однокромочное уплотнение, усиленное пружиной, предназначенное для уплотнения вращающихся валов различных механизмов (рис. 31).

Благодаря своей эластичности и упругости манжетные уплотнения не требуют регулярного обслуживания, в отличие от сальников, которые необходимо периодически подтягивать. Однако использование манжетных уплотнений в насосах значительно ограничивает давление перекачиваемой (герметичной) жидкой среды в насосе, скорость и диаметр вала насоса. Например, если манжетное уплотнение насоса выдерживает максимальное давление герметизируемой жидкости 0,5 атм, то для вала насоса диаметром 25 мм частота его вращения не может превышать 1300 об / мин., А для вала насоса диаметром 100 мм — более 700 об / мин5… Несоблюдение этих условий приведет к выходу из строя манжетного уплотнения. Из-за этих ограничений манжетные уплотнения по сравнению с другими типами уплотнений не получили широкого распространения в насосной технике.

Торцевое уплотнение (механическое) состоит из трех элементов: двух колец (вращающегося и неподвижного), которые образуют плоскую пару трения, и упругого элемента, состоящего из пружины и вторичного упругого элемента (сильфона), которые обеспечивают контакт по крутящему моменту трения. Различие конструкции каждого из перечисленных элементов и особенности их взаимосвязи определяют большое разнообразие типов торцевых уплотнений (рис. 32).

Кольца, установленные на валу насоса, прилегают друг к другу на плоском конце. В этом случае неподвижное кольцо герметично закреплено в корпусе насоса или на его валу с помощью прокладки, а вращающееся кольцо, вставленное в упругий элемент, имеет свободу углового и осевого перемещения. Размер зазора между кольцами определяет потери жидкой среды, находящейся в рабочем пространстве насоса под давлением. Такая конструкция торцевого уплотнения обеспечивает плотный и постоянный контакт колец с минимальным люфтом при работе насоса, даже при вибрациях, смещении его вала, а также при износе самих колец.

Торцевые уплотнения по сравнению с сальниками отличаются более длительным сроком службы, большей надежностью и герметичностью, меньшим энергопотреблением. Эти уплотнения используются в большинстве современных насосов. За рубежом торцевые уплотнения составляют 90% всех используемых типов уплотнений.

Лабиринтное уплотнение представляет собой уплотнение с прорезями, радиальными или осевыми канавками (лабиринтами), которые резко изменяют проточное сечение канала для жидкой среды и (или) направление ее потока (рис. 33).

Лабиринтные уплотнения используются не только для ограничения проникновения перекачиваемой жидкости через подвижное соединение вала с корпусом насоса, но также для уплотнения некоторых деталей внутри самого насоса, например крыльчатки, с целью снижения скорости потока жидкой среды от выхода к источнику питания. Это актуально для многоступенчатых насосов, где отказ от использования уплотнения рабочего колеса может привести к снижению КПД насоса в несколько раз. Лабиринтные уплотнения также используются для предотвращения вытекания смазки из подшипников и торцевых уплотнений. Этот тип уплотнений также используется в погружных насосах, поскольку из-за сложности их монтажа и демонтажа во время ремонта более важно, даже за счет больших потерь, обеспечить меньший износ и более длительный срок службы насоса.

Поскольку лабиринтные уплотнения не соприкасаются, трение в них намного меньше, чем в других типах уплотнений. Поэтому их можно использовать в качестве дополнительного уплотнения вала насоса в сочетании с механическим уплотнением или сальником. Таким образом, лабиринтное уплотнение снижает нагрузку на второе первичное уплотнение.

Также существует два типа негерметичных насосных агрегатов: герметичные и электромагнитные насосные агрегаты.

Герметичный насосный агрегат — это насосный агрегат, в котором полностью исключен контакт подаваемой жидкой среды с окружающей атмосферой. В таком агрегате насос и электродвигатель расположены в одном корпусе. В этом случае подаваемая жидкая среда охлаждает ротор и статор (рис. 34). Водонепроницаемые насосные агрегаты компактны и бесшумны, но имеют низкий КПД (не более 50%). Они нашли свое применение для циркуляции воды в системах отопления.

Для перекачивания химических или токсичных жидкостей используются электромагнитные насосные агрегаты с магнитной муфтой (см. Рис. 20). Магнит привода муфты соединен с валом электродвигателя, а ведомый магнит соединен с валом рабочего колеса насоса. Срок службы такой муфты при правильной эксплуатации больше срока службы самого насоса и его обслуживание не требуется. Стоимость насосных агрегатов с магнитной муфтой на 20-40% выше стоимости насосов с уплотнениями. Для таких насосных агрегатов требуется защита от сухого хода и отсутствия твердых частиц в перекачиваемой жидкой среде.

Принцип действия центробежного насоса

Центробежный насос работает по довольно простой схеме. Суть в том, что при вращении вала центробежного насоса движется и крыльчатка. В это время насос внутри агрегата направляет жидкость к центру рабочего колеса.

Движение насоса связано с кинетической энергией жидкости, отбираемой из насоса. Благодаря такому взаимодействию жидкость проходит через кончики лопаток рабочего колеса. Следующим шагом будет выход жидкости из крыльчатки с достаточно большой скоростью. Сопротивление возникает при контакте с корпусом насоса. Впоследствии скорость немного снижается, но давление увеличивается. Затем жидкость выходит через выпускные отверстия.

Выброс жидкости регулируется конструкцией крыльчатки внутри корпуса. В соответствии с конструкцией центробежного насоса рабочее колесо расположено таким образом, чтобы наибольший диаметр находился за выходным отверстием в канале корпуса. Эта часть центробежного насоса называется водоразделом. В зоне водораздела расстояние между рабочим колесом и стенкой обсадной колонны увеличивается до точки сброса. Благодаря такой геометрии расположения деталей можно гарантировать максимально возможное давление внутри жидкости, покидающей рабочее колесо. Это способствует быстрому перемещению жидкости по мере приближения к точке нагнетания.

Вал и подшипники

Какой бы тип колеса ни использовался, оно закреплено на вращающемся валу. Вал необходимо закрепить в корпусе подшипниками одним из двух способов:

1. Консоль
2. Симметрично

Консольное закрепление

Когда вал консольный, крыльчатка закреплена на одном конце, а подшипники — на другом.

В этой конструкции впускные и выпускные отверстия расположены перпендикулярно друг другу, а впускное отверстие — прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосами окончательного всасывания. Они популярны из-за их невысокой стоимости и простоты изготовления, но имеют недостаток, связанный с траекторией движения жидкости.

Когда насос работает, во всасывающем патрубке создается зона низкого давления.

На выходе из колеса имеется зона повышенного давления, от которой жидкость, получившая энергию, попадает в спиральную оболочку.

В открытых и полуоткрытых колесах жидкость поступает на заднюю стенку, что полностью нарушает баланс давления. В результате возникает осевая сила или нагрузка, толкающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать установкой прочных подшипников или просверливанием отверстий в пластине колеса для выравнивания давления. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более эффективное решение — расположение вала на подшипниках с обеих сторон. Это называется симметричным дизайном.

Опора вала улучшена не только за счет расположения подшипников с обеих сторон, но и за счет возможности использования симметричных колес с двойным закрытым всасыванием.

Поскольку на обеих сторонах колеса есть одинаковые зоны высокого и низкого давления, это позволяет успешно устранять нагрузочные силы за счет уравновешивания давлений. У этой конструкции есть и другое преимущество. Впускные и выпускные патрубки параллельны друг другу на противоположных сторонах насоса, а корпус разделен в осевом направлении.

Просто отвинтив болты и сняв крышку, специалист по обслуживанию может получить доступ к вращающейся части насоса внутри нее, не снимая весь насос из системы.

Насосы с симметричным подшипниковым узлом из-за их осевой конструкции с разъемным корпусом называются насосами с разъемным корпусом.

Все это, конечно, веские причины установить такой насос в своей шахте прямо сейчас. Но есть и недостатки. Потому что операции технического обслуживания и требования к уплотнению для насосов с разъемным корпусом более сложны, чем для насосов с окончательным всасыванием. К тому же они дороже.

Рабочие характеристики

К основным эксплуатационным характеристикам центробежных насосных агрегатов можно отнести:

• Производительность, обозначаемая латинской буквой «Q», единица измерения м3 / ч. Этот индикатор определяет количество собираемой рабочей жидкости в единицу времени;
• Головка характеризует механическую работу, передаваемую от агрегата к рабочей среде. В технической документации ему соответствует буква «Н», единица измерения — метр водяного столба;
• Рабочая характеристика — график зависимости напора насоса и расхода рабочей жидкости в рабочем поле;
• КПД установки «η». Для центробежных насосов общий КПД определяется произведением между КПД установки и КПД самого насоса.

Вышеперечисленные характеристики центробежного насоса определены при заводских испытаниях и указаны в паспорте изделия.

Как правильно выбрать центробежный насос

Чтобы правильно выбрать устройство, лучше начинать не с отзывов и рейтингов, а тем более не с пафосных рассказов продавцов-консультантов. Они знают все о своих машинах, но ничего о ваших потребностях. Эти потребности следует идентифицировать, измерять или оценивать и регистрировать, особенно регистрировать. Нравится:

• Назначение приобретаемого агрегата
  • Полить сад.
  • Откачка воды из подвала.
  • Водоснабжение из скважины.
  • Что-то другое.
• Место установки — надводное или подводное. Этот параметр часто определяется уже в процессе консультации и покупки.
• Высота от места установки до поверхности воды для определения силы всасывания.
• Высота от места установки до самой высокой точки отбора проб и горизонтальное расстояние от колодца (колодца, резервуара) до места установки для определения давления.
• Необходимость (в кубометрах в час и кубометрах в сутки) выбора системы достаточной производительности и ресурсов.
• Стабильность электроснабжения на месте установки для определения необходимости приобретения стабилизатора напряжения. Многие системы автоматизации стабильно работают только в определенном диапазоне напряжений.
• Допустимая потребляемая мощность для определения мощности двигателя.
• Бюджет, минимум и максимум.

И с помощью этой бумажки можно смело атаковать продавца. Теперь, вместо того, чтобы продавать вам самую дорогую систему, он будет вовлечен в процесс грамотного выбора лучшего варианта.

Плюсы и минусы центробежных насосов

Центробежные насосы популярны по ряду преимуществ:

• высокая мощность агрегата. Если рассматривать модели промышленных насосов, они демонстрируют прекрасные показатели расхода и напора;
• равномерный поток с высокой производительностью агрегата. Минимальный КПД центробежных насосов превышает 50%. Также в продаже можно найти современные улучшенные модели с КПД более 93%;
• универсальное устройство, подходящее для твердых и жидких составов. Новаторские производители значительно снизили риск засорения. Даже при работе с густыми жидкостями с примесями в виде частиц агрегат будет работать.

К недостаткам центробежных насосов можно отнести то, что они не всегда исправно работают при высоких давлениях. В таких случаях возможно попадание воздуха в систему, что приведет к выходу из строя центробежного насоса.

Рекомендации по установке центробежных насосов

Правильная установка центробежного насоса — залог его стабильной работы, долговечности, соблюдения заявленных производителем сроков технического обслуживания. Но осознание и соблюдение правил делают больше. Установка, установленная в соответствии с рекомендациями производителя и требованиями отраслевых стандартов, устранит такие нежелательные явления, как чрезмерный шум, вибрацию и связанное с ними ухудшение параметров подключения, износ, а также исключит возникновение различных нештатных и аварийных режимов работы.

Центробежные насосы устанавливаются по своим параметрам по следующим правилам.

1. Вал двигателя и турбоагрегат должны располагаться горизонтально, если иное не указано производителем и не продиктовано конструктивными характеристиками насоса.
2. Для установок с прямым подключением к разрыву трубы мощностью до 1 кВт допускается установка на стену, поверхность пола или другую несущую конструкцию.
3. Насосы мощностью до 10 кВт в обязательном порядке монтируются на металлической опорной раме, закрепляемой на поверхности земли, пола и силовой конструкции. Допускается установка демпфирующих резиновых уплотнений между точками опоры и соответствующими участками конструкции центробежного агрегата.
4. Устройства мощностью более 10 кВт необходимо устанавливать на раме, закрепленной на бетонном подушечном фундаменте. Размеры последнего должны превышать размеры корпуса или консоли насоса на 100 мм во все стороны.
5. При установке насоса должно быть не менее полуметра от крайней точки агрегата электродвигателя до ближайшего элемента стены или ограждения.
6. Теплоизоляция приводного агрегата и двигателя не допускается, если иное не указано в инструкциях производителя для конкретных условий эксплуатации.

Важно! Перед подключением насоса к трубопроводной сети необходимо вручную проверить работу устройства, отключив его от источника питания: вращать вал и турбину без защитного кожуха. Также необходимо промыть все подводные и сливные шланги и трубы.

Монтаж и подключение газопроводной сети также должны соответствовать определенным правилам.

1. Впускной и выпускной патрубки должны свободно сопрягаться с соответствующими точками соединения, чтобы на конструкцию насоса после установки не действовали никакие силы.
2. При подаче концов трубопровода фланцы должны быть параллельны, для их размещения не допускается приложение значительных усилий, при соединении поверхностей контактных элементов устанавливаются прокладки (их характер зависит от типа рабочей жидкости).
3. Установка центробежного вентилятора должна производиться так, чтобы желаемое направление откачки жидкости соответствовало стрелке на корпусе устройства.
4. На выходе из насоса необходимо установить манометр.
5. Механический фильтр на входе в систему, если его установка не противоречит характеру использования насоса, является обязательным.
6. Впускной и выпускной патрубки снабжены запорной арматурой.
7. Для обеспечения возможности опорожнения системы запорный вентиль со сливным отверстием устанавливается после выпускного патрубка в самой нижней точке трубопроводной сети.

Отдельный свод правил распространяется на сложные конструкции, трубопроводные системы с несколькими установленными насосами. Самый простой из них заключается в установке двух нагнетателей параллельно в одном месте для создания интенсивного потока жидкости. В этом случае каждый из насосов оборудован выпускным обратным клапаном.

Схема установки центробежного насоса

Среднестатистический потребитель, купивший устройство центробежного типа для бытовых нужд, может получить пару чаевых. При установке необходимо тщательно соблюдать инструкции производителя оборудования. Если рекомендуется устанавливать насос на ровной горизонтальной поверхности, не думайте, что речь идет только о положении осей и агрегат можно закрепить на стене. Это может прервать работу устройств безопасности, вызвать повышенный износ компонентов и снизить производительность системы.

Совет! Не следует игнорировать рекомендации по допустимым рабочим температурам. Центробежный насос используется только при положительном показателе термометра. Зимой агрегат необходимо переносить в закрытое помещение. Игнорирование этого правила неминуемо приведет к отказу оборудования.

Правила эксплуатации

Эксплуатация центробежных насосов проста, однако рекомендуется доверить установку насоса, особенно для достройки долговечной линии, профессионалам.

Агрегат запускается только тогда, когда он установлен, закреплен и подсоединен к трубопроводу в соответствии с инструкциями. Предварительно полость устройства и трубопровод должны быть заполнены водой или другой перекачиваемой жидкостью путем откачки воздуха из системы или с помощью напорного трубопровода.

После заполнения полости и трубопровода поверните вентиль манометра и запустите двигатель агрегата. Убедитесь, что клапан в сливной линии плотно закрыт. Краны вакуумметра, трубы и клапан сливной трубы открываются только после того, как агрегат достигнет необходимой скорости и сгенерирует необходимый уровень давления, который устанавливается манометром.

Во время работы насосного агрегата следить за достаточным уровнем смазки движущихся элементов системы, а при своевременном охлаждении подшипников подтягивать сальники так, чтобы вода выходила небольшими редкими каплями. Это позволит избежать преждевременного износа узлов и сбоев в работе всей станции в целом.

Центробежные насосы – иды и назначение

Центробежные насосы делятся на классы и группы в зависимости от типа конструкции, назначения и способа установки.

Классификация центробежных насосов по типу конструкции

• консольный — центробежный центробежный однокамерный, способ крепления рабочего колеса — шарнирный;
• секционная — установка высокого давления с несколькими рабочими колесами, обеспечивающая значительное повышение давления;
• оборудован двойным всасыванием — самокомпенсирующаяся модель с двусторонним рабочим колесом;
• вертикальный — большой гидроагрегат для больших водопроводов.

Виды центробежных насосов по назначению

Вы можете выделить следующие категории:

Принцип работы центробежного насоса

• универсальный — бытовой мини-насос или садовый центробежный насос для перекачки чистой воды;
• водяной насос предназначен для дополнения систем горячего водоснабжения и отопления, так как работает в широком диапазоне температур перекачиваемой жидкости;
• насос подачи воды применяется в комплекте парового котла; работает в условиях высокого давления и высокой температуры перекачиваемой жидкости; оснащен электроприводом и паровой турбиной;
• вертикальный или горизонтальный многоступенчатый конденсатный насос возвращает конденсат в системы с регенеративным циклом;
• циркуляция используется для комплектации высокопроизводительных систем кондиционирования в условиях низкого давления;
• кислота производится из материалов, устойчивых к агрессивным перекачиваемым средам (кислоты, щелочи) и используется в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в автомобильной промышленности;
• насос для отвода сточных вод оснащен системой фильтрации и предназначен для перекачивания смеси крупных жидких и нерастворимых фракций.

Центробежные дренажные насосы, в свою очередь, по способу установки делятся на 3 типа:

• поверхность — простейший тип конструкции, которая устанавливается на горизонтальной или вертикальной ровной поверхности и комплектуется всасывающими трубами, снабженными всасывающими устройствами;
• полупогружной насос монтируется в одном из верхних углов резервуара, сливного резервуара или выгребной ямы с помощью консолей и направляющих;
• на дне резервуара или резервуара устанавливается глубоководный центробежный погружной агрегат, или УЭЦН, при строительстве автономной канализации в загородном домостроении требуются электрические погружные дренажные насосы.

Если не знаете, как выбрать модель, то обратите внимание на унифицированные обозначения. Заводская маркировка центробежных насосов обязательно содержит условное обозначение основных характеристик каждой модели — назначения, КПД, типа конструкции и эксплуатационных характеристик.

Преимущества и недостатки центробежных насосов

Преимущества оборудования:

• высокие рабочие характеристики центробежных насосов;
• стабильность параметров (давления и объема в единицу времени) расхода жидкости;
• уменьшенные габариты и вес, что позволяет устанавливать оборудование в ограниченном пространстве;
• обслуживание не требует специальных инструментов и навыков;
• отсутствие фрикционных элементов (за исключением подшипников) увеличивает срок службы изделия;
• повышенная эффективность оборудования за счет отсутствия дополнительных механизмов;
• производительность можно регулировать с помощью дроссельной заслонки или преобразователя частоты, корректирующего скорость электропривода.

При этом отмечаются недостатки насосов:

• конструкция и принцип работы центробежного насоса позволяет приступить к работе только после заливки порции жидкости в корпус;
• при появлении воздушных пробок производительность помпы снижается;
• для достижения большего давления в линии необходимо использовать многоступенчатые установки;
• износ от кавитации ротора и поверхности рабочей камеры;
• при перекачивании жидкостей с абразивными включениями увеличивается износ рабочих элементов;
• конструкция насоса не позволяет перекачивать жидкости с вязкостью выше 150 сСт;
• турбина имеет параметры, увеличенные при проектной частоте вращения, увеличение или уменьшение частоты приводит к ухудшению работы насоса.

Устройство

Любой центробежный насос состоит из двух основных блоков: двигателя и рабочей камеры или проточного тракта.

В зависимости от назначения тип перекачиваемой жидкости, конструкция и применяемые материалы могут различаться, но состав основных элементов одинаков:

• мотор
• спиральное тело — «улитка»
• крыльчатка — крыльчатка
• рабочее дерево
• уплотнение вала
• подшипник вала
• входная труба (фланец)
• выпускной штуцер (фланец)

Корпус центробежного насоса может быть монолитным или разъемным для облегчения ремонта и обслуживания агрегата. Особые требования к внутренней поверхности корпуса: она должна быть максимально гладкой, все неровности и дефекты препятствуют прохождению жидкости и снижают КПД центробежного насоса.

Выход жидкости проходит через улитку с расширением на выходе, поэтому такие центробежные насосы часто называют «улитками». Выходная камера переходит в патрубок, к которому подсоединяется напорный патрубок.

Основным элементом пластинчатого насоса является крыльчатка ротора. От него механическая энергия вращения коленчатого вала передается вытесняемой жидкой среде. Для повышения эффективности центробежного насоса на одном валу корпуса может быть установлено несколько роторов. Такой агрегат способен подавать на выход высокое давление и называется многоступенчатым.

По конструкции крыльчатка может быть открытой или закрытой. Вариант, в котором лопатки закрываются с боков дисками, более эффективен, отсутствуют лишние перетоки жидкости из одной полости в другую.

Типы насосов по принципу действия и применению

На рынке представлено большое количество центробежных насосов, различающихся по типу работы и конструктивным элементам. Центробежные насосы могут использоваться для разных типов жидкостей. Например, он устанавливается для перекачивания жидкостей, газов, масел, химикатов, кислот и других химикатов. Центробежные насосы часто идентифицируют по применению или характеристике одной из их основных частей.

Типы центробежных насосов в зависимости от области применения:

1. Центробежный водяной насос используется для перекачивания воды. Они универсальны, компактны и достаточно легкие, чтобы работать даже при высоком давлении. Чаще всего в этой категории насосов применяется агрегат для откачки воды из малоэтажных жилых помещений. Например, когда подвал застраивается или затопляется. Если модель оборудована напорным баком, воду можно распределять вдали от источника жидкости.
2. Центробежные насосы для перекачивания загрязненной воды. Эти агрегаты используются для перекачивания жидкостей из загрязненных источников, таких как сточные воды. В таких центробежных насосах рабочее колесо насоса имеет глубокие жилки и больший напор для создания кинетической энергии. Благодаря этому смогут двигаться даже вязкие жидкости.
3. Центробежный струйный насос. Эти центробежные насосы имеют форсунки, обеспечивающие высокую мощность всасывания. Благодаря инновациям производители могут создавать более мощные модели для подъема тяжелых грузов. Такие центробежные насосы используются в производствах, где постоянно присутствует вода. Эти насосы не удаляют воздух для непрерывной работы агрегата. Являясь погружным центробежным насосом, они довольно компактны. Рядом с моделями есть мотор и помпа. Такие центробежные насосы можно спускать в скважины. Важно предусмотреть источник электричества.
4. Самовсасывающие насосы. Время запуска центробежного насоса может быть сокращено.

Корпус

он выполнен в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожей на раковину улитки. Полость этого тела не везде одинакова. Площадь проходного сечения увеличивается по мере приближения к выхлопной трубе.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается сливная труба, есть выступающий клин, называемый обводнением.

Физически отделяет спиральный кожух от дренажного порта и гарантирует, что жидкость покидает насос, а не просто вращается внутри спирального кожуха.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, поскольку она используется насосом для создания давления.

Классификация

В отрасли выпускается широкий ассортимент центробежных насосов, классифицируемых по назначению и характеристикам проекта.

Для параметров потока:

• Системы высокого давления;
• Большие силовые агрегаты;
• Насосы для сильно загрязненных рабочих мест;

По типу установки:

• С консольным креплением;
• Блок с двунаправленным входом;
• Центробежные насосы с двумя и более рабочими колесами (многоступенчатые);

По типу силовой установки:

• С электрическим приводом;
• С приводом от ДВС.

Условия аспирации:

• С самовозбуждением рабочего тела;
• С эжекторно-всасывающим устройством;
• С электронным емкостным всасыванием;

По степени автоматизации:

• Автоматические системы;
• Полуавтоматические системы;

По степени мобильности:

• Фиксированные агрегаты;
• Установлен на салазках.

Кроме того, различают погружные и надводные модификации агрегата. Погружные устройства часто используются в качестве фекальных насосов и используются для очистки септиков, дренажных ям и т.д. Модификации поверхности широко распространены в промышленном производстве и в бытовой сфере.

Конструктивные особенности центробежных насосов

Центробежные насосы различаются не только принципом работы, но и конструктивными особенностями. Выделяют следующие виды:

• моноблочный насос с однонаправленным всасыванием. Достаточно популярный вид агрегата, который отличается наличием кожуха на торце мотора. В таких центробежных насосах, как и в других насосах, крыльчатка закреплена на конце вала двигателя;
• специальные исполнения для конкретных условий использования насосов. Например, насосы с осевым потоком имеют вертикальный вал. Крыльчатка устанавливается перпендикулярно таким центробежным насосам. Модели с насосом способны выталкивать жидкости вверх.

Осевые усилия и кавитация центробежных насосов

Кавитация встречается при рассмотрении широкого круга задач, связанных с потоком жидких сред, от исследования кровотока в сосудах до проектирования турбин и гребных винтов судов. Возникновение кавитации зависит от физических свойств жидкой среды и параметров ее течения (давления, температуры, скорости). Кавитация в системе кровообращения может вызвать сердечные и артериальные заболевания. Кавитация в технике вызывает уменьшение подъемной силы судов на подводных крыльях; ухудшение работы насосов, турбин, винтов и других механизмов, в том числе резкое снижение их КПД; эрозия металлов, из которых изготовлены рабочие органы перечисленных машин и механизмов.

Кавитация — это явление испарения и высвобождения воздуха, вызванное снижением давления жидкой среды. Причина его возникновения — кипение жидкой среды при нормальной температуре и низком давлении. Возникновению кавитации способствует растворенный в воде воздух, который выделяется при понижении давления.

Эрозия металла — это постепенное послойное разрушение поверхности металлических изделий под действием механических напряжений.

В центробежном насосе кавитация пара (кипение перекачиваемой жидкой среды) возникает, если абсолютное давление перекачиваемой жидкой среды на входе в насос уменьшается до значения, близкого к давлению ее насыщенного пара (рис. 38).

Абсолютное давление — это сумма относительного и атмосферного давления

Кавитация возникает из-за общего или местного снижения абсолютного давления перекачиваемой жидкой среды.

Общее снижение абсолютного давления жидкой среды может быть связано с:

• снижение атмосферного давления в насосном агрегате, связанное с увеличением высоты грунта или вызванное особенностями работы насосного агрегата (например, в случае забора жидкой среды из напорного резервуара);
• возникновение дополнительных потерь энергии во всасывающем трубопроводе насоса, например, из-за его засорения;
• повышение давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости за счет повышения ее температуры;
• увеличение геометрической высоты всасывания жидкости насосом сверх рекомендованного значения.

Локальное снижение абсолютного давления жидкой среды связано с особенностями ее течения в проточном тракте насоса и может быть вызвано:

• увеличение расхода перекачиваемой жидкой среды за счет сжатия потока;
• отклонение линий потока жидкой среды от их нормальной траектории при повороте потока или при его обтекании выступающих элементов;
• отрыв потока от направляющих поверхностей;
• неровности и шероховатость аэродинамических поверхностей;
• динамические взаимодействия потоков в зонах сопряжения нескольких направляющих поверхностей;
• пульсации давления в турбулентных струях (инверсионных следах) за отдельными рабочими элементами;
• наличие вторичных течений в различных пустотах и ​​трещинах между вращающимися и неподвижными элементами.

Последствия кавитационных эффектов и их минимизация

Когда внутри насоса на пути потока насоса появляется зона кавитации, изменяется фактическая форма направляющих поверхностей, предназначенных для управления потоком перекачиваемой жидкой среды, и изменяется сам путь, по которому проходит поток этой среды. Такие изменения нежелательны и сопровождаются дальнейшими потерями энергии. В сочетании с затратами энергии на возникновение, развитие и разрушение кавитационных пузырьков это приводит к тому, что снижение энергетических параметров работы насоса (расход, общий напор насоса) и снижение КПД являются прямым следствие появления кавитации в насосе.

Неустойчивость зоны кавитации и вторичных потоков жидкости, вызванная ее появлением, приводит к значительным колебаниям давления в потоке перекачиваемой жидкой среды. Эти пульсации оказывают динамическое воздействие на проточную часть насоса, вызывая колебания насосного агрегата, а в некоторых случаях и всего насосного агрегата.

Разрушение кавитационных пузырьков при их переносе потоком в области с давлением выше критического происходит чрезвычайно быстро и сопровождается характерным шипением, всегда сопровождающим кавитацию. Поэтому возникновение кавитации в насосе всегда связано с увеличением шума от работающего насосного агрегата.

Образование кавитационных зон в межлопастных каналах рабочего колеса насоса и вызванное ими изменение плотности перекачиваемой жидкой среды приводит в ряде случаев к разбалансировке ротора насоса, деформации вала насоса и неравномерному износу насоса направляющие подшипники. Неизбежное увеличение расстояния между рабочим колесом вращающегося насоса и неподвижными элементами корпуса насоса в этих условиях вызывает увеличение объемных потерь и снижение энергетических параметров насоса и всей насосной группы.

В сложных насосных агрегатах с большой протяженностью трубопроводов процесс образования и, в еще большей степени, разрушения кавитационных зон приводит к возникновению гидроудара, при котором мгновенное давление может превышать рабочее давление для заданного насосный агрегат несколько раз.

В подавляющем большинстве случаев кавитация сопровождается разрушением внутренней поверхности и элементов насоса, на которых появляются кавитационные пузырьки, которые существуют какое-то время. Это разрушение, которое является одним из самых опасных последствий кавитации, называется кавитационной эрозией (рис. 39).

Механическое повреждение рабочего колеса насоса из-за кавитационной эрозии может достигать размеров за относительно короткое время, что затрудняет нормальную работу и даже делает ее практически невозможной.

Влияние кавитации на работу центробежного насоса непостоянно и зависит от фазы ее развития: начальное, частично игривое и полностью игривое.

Начальная кавитация характеризуется слабым нарастанием шума, наличием небольшого количества кавитационных пузырьков, образующих неустойчивую зону кавитации. Как правило, на этом этапе внешние характеристики гидромашины практически не меняются.

Частично игривая кавитация характеризуется наличием устойчивой зоны кавитации определенного размера, которая изменяет фактическую форму направляющих поверхностей пути потока насоса и ограничивает площадь свободного потока. Происходит местное увеличение скорости потока и появляются вторичные движения жидкости. Из-за повышенных потерь энергии ухудшаются характеристики насоса, значительно увеличивается шум и появляются вибрации.

При полностью развитой кавитации насос останавливается. Характеристики его творчества становятся совершенно неприемлемыми. Работа насоса в условиях полностью развитой кавитации сопровождается шумом, сильными вибрациями и, как правило, не поддается контролю.

Чтобы свести к минимуму вредное воздействие кавитации, производитель насоса обычно определяет характеристики кавитации для каждой модели насоса от производителя насоса и перечисляет их вместе с другими рабочими параметрами насоса в специальных каталогах. Используя эти данные, проектировщик размещает насосный агрегат на высоте по отношению к уровню воды в приемном резервуаре таким образом, чтобы минимизировать влияние кавитации на насосный агрегат.

Конструкция многих насосов обязательно выполняется с учетом возможной кавитационной эрозии элементов их проточного тракта. Основной метод борьбы с эрозией — это правильный подбор материалов для изготовления насосов. Этот выбор сделан путем сравнительных испытаний различных материалов.

Способы предотвращения кавитации:

• снижение высоты всасывания hB;
• снижение температуры перекачиваемой жидкости, устранение утечек воздуха при всасывании;
• снижение скорости насоса;
• уменьшение шероховатости рабочих органов и корпуса;
• уменьшение количества и значений гидравлического сопротивления Жɷ;
• производство лопаток, корпусов из бронзы и нержавеющей стали.

Осевая сила используется для балансировки.

• двусторонняя подача жидкости;
• установка упорных подшипников;
• просверлить отверстия в ступице рабочего колеса;
• установка дисковых разгрузчиков;
• установка лабиринтных колец.

Основные производители

Основные игроки рынка центробежных насосов также могут быть разбиты по отраслям, в которых они наиболее сильны:

Водоснабжение, водоотведение, водоочистка

• Grundfos: grundfos.com
• Wilo: wilo.ru
• Группа компаний Xylem. Помпе Ловара, Гулдс, Флюгт, Фогель и др .: http://xylem.ru
• КСБ: https://www.ksb.com/ksb-ru/
• Pentair: www.pentair.com
• Эбара: http://www.ebaraeurope.ru/
• Caprari: www.caprari.it

Нефтехимическая отрасль

• Flowserve www.flowserve.com
• ITT www.itt.com/
• Sulzer www.sulzer.com
• Герметичные насосы www.hermetic-pumpen.com
• Туфли-лодочки Kirloskar www.kirloskarpumps.com/
• Ruhrpumpen www.ruhrpumpen.com

Химическая промышленность

• Munsch munsch.de/
• Помпе Траваини www.pompetravaini.it/
• Насос Someflu www.someflu.com/
• Rutschi Gruppe www.grupperutschi.com

Горнодобывающая отрасль

• Разжигатель войны. Группа минералов Weir https://www.global.weir/brands/
• Кребс. Группа компаний FlsSmidt http://www.flsmidth.com/en-US/Krebs
• Насосы Habermann www.aurumpumpen.de/ru/

Количество ступеней

Насос классифицируется по количеству ступеней. Большинство насосов имеют одну ступень с одним рабочим колесом и одним спиральным корпусом. Однако у некоторых насосов есть дополнительные ступени, подключенные последовательно для увеличения давления.

Ротор многоступенчатого насоса

Суть в том, что одно колесо подает энергию к жидкости, затем направляет ее к следующему колесу, которое добавляет больше энергии к жидкости, затем направляет ее к следующему колесу и так далее, пока в конечном итоге жидкость не попадет в сливную трубу.

Советы по выбору гидравлического агрегата

Прежде чем выбрать в ее описании необходимую модель сантехнического устройства, обязательно посмотрите технические характеристики. Кроме того, сначала необходимо определиться, для каких целей будет использоваться это оборудование. Для правильного выбора учитываются некоторые параметры:

1. Максимальная глубина, на которой устройство может обеспечить непрерывную перекачку жидкости.
2. КПД — показатель, определяющий КПД сантехнического оборудования.
3. Производительность — это объем перекачиваемой жидкости за единицу времени.
4. Максимальный напор — измеряется высотой водяного столба, который механизм может поднять во время откачки.
5. Мощность двигателя — это показатель, приводящий в действие гидравлическое устройство.

Кроме того, потребителю следует обратить внимание на параметры давления, которое центробежный насос создает в штатном режиме. Если приводом является электродвигатель, оценивается его энергоэффективность, то есть количество потребляемой электроэнергии.