Центробежный насос

Как устроен

Основной деталью устройства центробежного насоса является рабочее колесо. Это совершенно уникальная конструкция, с помощью которой внутри рабочей полости создается давление, перекачивающее воду или любую другую жидкость. Это давление и есть напор, который является одной из основных характеристик агрегата.

Рабочее колесо центробежного насоса состоит из диска, на который прикреплены лопатки сложной формы. На фото ниже это хорошо видно. Так вот жидкость, попадая в межлопаточное пространство, подается под большим давлением в отвод, который собой представляет канал особой формы. Так вот именно данная форма и помогает сохранить энергию потока, которая внутри отвода переходит из кинетической в потенциальную. При этом энергетический переход происходит с минимальными гидравлическими потерями.

Рабочее колесо

В настоящее время центробежные насосы (точнее конструкция рабочего колеса) делятся на открытого и закрытого типа. Первые – это диск с лопатками, второй – это то же самое, только добавлен еще один внешний диск, который и с другой стороны закрывает лопатки. Первая модификация используется для перекачивания вязких материалов. Но у второго выше КПД.

Рабочее колесо насаживается на вал, он же ротор устройства, и держится на нем при помощи металлической шпонки, которая передает вращательное движение от вала к колесу. Сам же ротор может держаться в корпусе центробежного насоса по-разному. Здесь в основном две модификации, которые отмечаются в классификации.

1. Это когда вал электродвигателя выполняет функции ротора. То есть, на вал электродвигателя насаживается рабочее колесо.
2. Это когда ротор является отдельной единицей. Поэтому, чтобы он имел опоры для вращения, его устанавливают в два подшипника, которые в свою очередь являются неотъемлемой частью насосной установки. При этом ротор и вал электродвигателя соединяются между собой для передачи вращательного движения. Соединения могут быть разными: муфта, ременная через шкивы, через несколько муфт и редуктор.

Рабочее колесо на вале электродвигателя

Что касается корпуса прибора, то в основном изготавливают его из чугуна методом литья. Это удешевляет сам агрегат, к тому же чугун является нейтральным материалом ко многим средам, даже агрессивным. Есть стальные насосы, корпус которых изготавливается методом штамповки под очень большим давлением. Есть цельнолитые конструкции, есть сборные, состоящие из нескольких частей, они собирается между собой болтовыми соединениями.

Необходимо отметить, что существуют конструкции, в которых на одном роторе устанавливается сразу несколько рабочих колес. Такие агрегаты называются многоступенчатыми. С их помощью можно развить большую мощность, то есть, перекачать большой объем жидкости, а соответственно и увеличить напор прибора. Обычно ротор в таких установках опирается на подшипники, которые смазываются перекачиваемой жидкостью принудительно. То есть, между отсеками, где расположено рабочее колесо и подшипники, находятся каналы, по которым и перемещается жидкость.

Это и есть основные детали центробежных насосов. Чисто конструктивно сам агрегат может быть разным. Это может быть вертикальная или горизонтальная установка, с выходным патрубком, расположенным под 90° или 45°. Как уже говорилось выше, это могут быть насосы с колесом на вале электродвигателя, или на отдельном роторе.

Основные детали

Насос К 30 – конструктивные особенности прибора

Данный агрегат имеет горизонтальную конструкцию и оборудуется закрытым колесом. Одноступенчатый прибор К45 30 находится на общей раме с электроприводом и соединены между собой посредством муфты.

Корпус насоса изготовлен из чугуна. Ротор в конструкции агрегата крутиться в подшипниковых опорах против часовой стрелки. На кожухе прибора находится стрелка, указывающая на направление движения ротора. Проточная часть устройства также изготовлена из чугуна. С целью защитить вал от протекания, производители используют сальник. В результате потери жидкости насосом составляют не более 2 л./ч. работы.

Данные агрегаты успешно используются для перекачивания загрязненных жидкостей, имеют простую конструкцию и высокое качество сборки.

Основные характеристики центробежных насосов

Чтобы правильно выбрать насос для подачи воды в частный дом из скважины или решения другой задачи, нужно рассматривать не только цифры, приведенные в документации к устройству. Однако для общего ознакомления с параметрами, которые полезны для правильной постановки задачи, разумно привести характеристики устройств для перекачки жидкости.

1. Производительность или подача. Данная цифра характеризует количество жидкости, которое насос выбрасывает из выходного патрубка в случае, когда двигатель развивает номинальную мощность.
2. Напор — разница в давлениях между входным и выходным патрубком.
3. Напорно-расходная характеристика центробежного насоса — данный график показывает зависимость между напором и производительностью установки, позволяет эмпирически проанализировать достаточность подачи на отдельных этажах.
4. Высота всасывания показывает, с какой глубины насос способен забирать воду.
5. Номинальное давление — показатель, при котором насос в сети водоснабжения может работать в постоянном режиме.

Существует целый ряд параметров, которые полезны для профессионального анализа и проектирования сети водоснабжения, к примеру, частного дома. На практике часто применяются упрощенные методики. Примерная схема выбора насоса выглядит так.

1. Делается среднестатистический расчет потребления. Для этого анализируются существующие устройства отбора воды, производится суммирование их показателей. В двух и более этажных домах определяется общая цифра потребления, а также выделяются объемы воды, необходимые для обеспечения комфорта каждого этажа.
2. Определяется характер зоны отбора воды. Для скважины учитывается глубина, анализируется место установки насоса (высота от поверхности земли).
3. Фиксируются высотные параметры сети водоснабжения. Это делается для двух и более этажных домов.

По этим параметрам уже с достаточной точностью можно выбрать подходящий насос. Характер места забора скажет, какой показатель высоты всасывания должен быть у устройства. По этажности (высоте подъема жидкости) делается расчет и выбор модели по характеристике напора.

Самая важная часть анализа — напорно-расходная характеристика, она покажет, способен ли насос обеспечить поставку воды в объемах комфортного пользования на этажи выше первого. Порядок действий при этом следующий:

• для этажа высчитывается падение напора (метраж подъема);
• на графике находится точка, соответствующая сниженному показателю;
• определяется объем подачи по графику.

Если полученная цифра больше нужного объема для конкретного этажа — насос справится с поставленной задачей. Иначе нужно более производительное или мощное устройство.

Но и при тщательном учете всех особенностей точки отбора воды и сети распределения бывают ошибки. Их причина — отсутствие учета гидравлического сопротивления трубопроводной структуры, зависимостей показателей отбора и давления, анализа соответствующих характеристики насосов. Но это уровень проектирования, недоступный среднестатистическим пользователям.

Совет! Чтобы создать некий технологический буфер, рекомендуется выбирать насос с запасом в 20% по ключевым характеристикам, прежде всего, напору.

Сферы применения

Трудно сегодня найти отрасль быта или промышленности, в которой использовались бы жидкие среды и не применялись центробежные насосы. Самыми популярными областями применения стали:

• Водоснабжение всех уровней и масштабов — от водозаборных станций до промышленных предприятий и от жилых домов до станций очистки стоков.
• Перекачка технологических жидкостей на промышленных установках и между объектами производства.
• Циркуляция теплоносителя в системах отопления, централизованных или локальных.
• Циркуляция воды в стиральных и посудомоечных машинах.
• Орошение сельскохозяйственных посадок.
• Подача воды в поилки и перекачивание молока на продуктивных фермах.
• Циркуляция антифриза в системе охлаждения автомобильного двигателя и климатических установках.
• Заполнение и осушение балластных цистерн на надводных судах и подводных лодках.
• Транспортировка сырья на предприятиях пищевой промышленности и при массовом производстве напитков.

Центробежные насосы в промышленности

Использование центробежного насоса в садоводстве

Циркуляционные насосы применяются везде, где используются жидкости и не требуется сверхвысокий напор или усилие всасывания. Для специальных приложений служат устройства других типов — вибрационные, роторные, поршневые или индукционные.

Особенности конструкции консольных насосов К и КМ

Насосы К и КМ производятся в соответствии с ГОСТ 22247-96 «Насосы центробежные консольные для воды…», регламентирующим основные параметры и размеры насосных агрегатов. ГОСТ 22247-96 предусматривает различные конструктивные исполнения консольных насосов (раздел 3), в том числе:

• консольные горизонтальные, получившие в данном стандарте обозначение К;
• моноблочные горизонтальные, обозначенные КМ.

Конструкция насоса К Конструктивно консольный насос серии К является одноступенчатым центробежным насосом горизонтального исполнения, имеющим опоры на корпусе и на стойке. Электродвигатель и насос монтируются на общей раме или фундаментной плите. Крутящий момент от вала электродвигателя к валу рабочего колеса передается через упругую муфту, огражденную защитным кожухом
Перекачиваемая вода подводится горизонтально по оси насоса, а отводится тангенциально вверх.

Обратите внимание! В сложившейся практике эксплуатации промышленных насосов консольные насосы не совсем корректно отождествляются исключительно с насосными агрегатами серии К, которые задействованы для перекачки чистой холодной или горячей воды. На самом деле группа консольных насосов классифицируется по конструктивным признакам (см
чертеж ниже) и имеет в своем составе насосы, перекачивающие не только воду, но и другие жидкости. Например, консольные насосы НК используются в нефтяной отрасли, АХ – в химической промышленности, консольные насосы СМ предназначены для перекачки сточных масс и т.п.
На рисунке ниже приведен чертеж консольного насоса серии К горизонтального исполнения, на котором обозначены следующие основные конструктивные элементы:
поз. 1 – рабочее колесо;
поз. 2 – спиральный отвод-корпус с фланцем для присоединения нагнетательного патрубка насоса к трубопроводу (вид Б);
поз. 3 – крышка с осевым подводом для подачи воды и фланцем для присоединения насоса к подающему воду трубопроводу (вид А);
поз

4 – вал;
Это важно! Рабочее колесо (поз. 1) насажено на консольной части вала (поз

4), вследствие чего данную конструкцию и отнесли к категории консольных насосных агрегатов.
поз. 5 – подшипниковая опора (2 шт.);
поз. 6 – опорный кронштейн, служащий корпусом для размещения подшипниковых опор и выполняющий функции масляной ванны;
поз. 7 – штуцер;
поз. 8 – маслосбрасывающее кольцо;
поз. 9 – опорная стойка;
поз. 10 – обтекатель.

• Конструкция моноблочного насоса КМ В насосных агрегатах КМ рабочее колесо насоса установлено на конце удлиненного вала электродвигателя, в результате чего изделие КМ является моноблоком, не нуждающимся в приводе для передачи крутящего момента от вала электродвигателя на вал рабочего колеса. Принцип работы насосного моноблока КМ аналогичен работе оборудования серии К, однако для конструкции насосов КМ отмечают следующие преимущества по сравнению с насосами К:
  • более компактные габариты;
  • меньшее количество деталей;
  • отсутствие энергопотерь в муфте и подшипниках;
  • нет необходимости в центровке/соосности валов насоса и электродвигателя.

Это интересно: Вертикальные насосы: виды, конструкция, особенности применения и обслуживания

Эксплуатация и обслуживание устройства

Перед покупкой нужно ознакомиться с основными правилами пользования и обслуживания оборудования:

• Нельзя допускать простой агрегата. Если насос погружен в рабочую среду, он должен постоянно функционировать;
• Контроль за состоянием агрегата;
• Всегда соблюдать правила, изложенные в инструкции по установке. Нужно соблюдать допустимую глубину опускания и правила эксплуатации дополнительного оборудования.

Также следует учитывать, что монтаж такого оборудования выполняется самостоятельно только при наличии соответствующих навыков. В противном случае монтаж оборудования лучше доверять достаточно квалифицированным специалистам, чтобы последующая эксплуатация насоса не была сопряжена с множеством проблем.

Устройство помпы

Основной частью в устройстве центробежного насоса считается рабочее колесо, которое крепится на валу. Этот узел установлен внутри корпуса, который по виду напоминает улитку. С помощью шпонки, которая крепится на том же валу, осуществляется вращение колеса. Этот основной элемент состоит из двух дисков с определенным количеством лопаток, имеющих изогнутую форму.

Зачастую корпус водяного насоса представляет собой чугунное или стальное литье. В современных конструкциях рабочие колеса изготавливают из полимерных материалов. В отличие от других видов помп, здесь вал крепится на одну опору, то есть он считается консольным. Опоры обязательно снабжаются подшипниками, и обычно они бывают закрытого типа.

Конец вала, который выходит из корпуса, посредством муфты соединяется с электрическим или двигателем внутреннего сгорания. В месте, где вал выходит из корпуса, устанавливается уплотнитель или сальник для предотвращения потери перекачиваемой жидкости.

Надежными центробежными гидравлическими насосами (ЦНГ) считаются те, у которых установлено торцевое уплотнение, так как оно держит гораздо лучше, чем сальниковая набивка. Дело в том, что современное уплотнение не теряет своих свойств при смещении или вибрации вала.

С перечисленными деталями можно подробно ознакомиться на схеме разреза устройства. Для эффективной и правильной работы центробежного насоса предназначены дополнительные узлы:

• сетчатый фильтрующий элемент;
• обратный клапан, установленный в поступающей магистрали;
• запорная арматура, которая монтируется перед входным трубопроводом или шлангом;
• вакуумный манометр для измерения давления в рабочей камере.

Виды

На современном рынке представлено огромное разнообразие центробежных электронасосов, которые отличаются друг от друга не только конструктивными деталями, но и техническими характеристиками. Классифицируют насосы по ряду признаков, что следует помнить во время выбора аппарата для конкретных целей.

Используя классификацию по типу конструкции, существуют следующие варианты:

• консольный – это однорамная конструкция, где рабочее колесо крепится муфтой;
• секционный – имеет несколько рабочих колес, позволяющих повысить давление;
• с двухсторонним входом – имеет двустороннее рабочее колесо, которое компенсирует осевые силы;
• вертикальный – предназначен для перекачки больших объемов жидкости.

По назначению центробежные насосы бывают следующими:

• универсальный – перекачивает исключительно чистую воду и предназначен для бытовых целей;
• сетевой водяной насосный агрегат входит в состав отопительной системы благодаря функционированию при больших перепадах температур;
• питательный – применяется для комплектации паровых котлов, где интенсивный напор и высокая температура жидкости. Такие насосы оснащены паровой турбиной и электроприводом;

• конденсатный вертикальный многоступенчатый (горизонтальный) – призван обеспечит циркуляцию конденсата в системе;
• кислотный – предназначен для перекачки агрессивных сред. Он нашел применение в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях;
• дренажный насос комплектуется фильтрами. Он предназначен для перекачки грязной воды и жидкости с нерастворимыми частицами.

В свою очередь, выделяют три вида дренажных электронасосов.

Поверхностные

Представляют собой самый простой тип конструкции, комплектуются самовсасывающими шлангами для водозабора и электродвигателем. Они устанавливаются на поверхности земли вблизи скважины или колодца. Самовсасывающий шланг предназначен для откачивания жидкости из подземного источника. Основным достоинств таких аппаратов является то, что их расположение на поверхности позволяет упростить обслуживание и ремонт.

Недостатков у поверхностных насосов немного, но в большинстве случаев они имеют немаловажное значение, а именно:

• небольшая мощность, вследствие чего их нельзя устанавливать для откачки жидкости из источников глубиной более 10 метров;
• возникновение неполадок при работе вхолостую;
• небольшая производительность.

Устанавливаются в верхней части резервуаров, которые подвергаются осушению консолями и направляющими.

Погружные или глубинные

Предназначены для обустройства системы автономной канализации. Они устанавливаются непосредственно в толще перекачиваемой жидкости. Для надежной фиксации их на необходимой глубине применяют трос, нижнюю часть которого привязывают к насосу, а верхнюю часть – к перекладине, расположенной на поверхности земли. Так как погружной насос во время работы находится в толще перекачиваемой жидкой среды, предъявляются ужесточенные требования к герметичности корпуса аппарата. Основным преимуществом таких аппаратов является высокий напор при малой подаче. К наиболее значимым недостаткам можно отнести сложность эксплуатации и ремонта, так как для осуществления этих процедур необходимо поднимать гидравлическую машину из подземного источника.

По количеству рабочих колес насосы делятся на такие виды, как:

• одноступенчатый насос не обладает высокой мощностью;
• многоступенчатый аппарат, наоборот, обладает такими достоинствами, как высокая мощность и производительность за счет увеличения рабочей камеры. Но в результате этого система усложняется и требует частого ремонта и обслуживания.

В зависимости от конструктивных особенностей роторы различают такие насосы, как:

• гидравлические насосные машины с «мокрым» ротором, где и ротор, и рабочее колесо постоянно контактируют с транспортируемой жидкостью, которая исполняет роль смазки и охлаждающего агента движущихся частей оборудования. Вследствие этого внутренние элементы насоса невозможно сделать габаритными, поэтому оборудование с «мокрым» ротором обладает небольшой мощностью;
• гидравлические центробежные устройства с «сухим» ротором практически ничем не отличаются от других насосов центробежного типа, ведь в этом случае контактирует с транспортируемой жидкостью только рабочее колесо, которое вращается благодаря ротору и электродвигателю. Такие аппараты характеризуются высокой мощностью и большим потреблением электрической энергии.

Рабочее колесо

Есть 3 вида рабочих колёс:

• открытые,
• полузакрытые
• закрытые

Самая простая конструкция у открытого колеса, которая состоит из острых, как лезвие, лопастей, равномерно расположенных на втулке.

Открытое колесо

Большой неограниченный подвод жидкости позволяет этому виду колес транспортировать жидкости содержащие грязь, пыль, осадки, твёрдые примеси, что делает их идеальными для мусорных насосов.

Применяется на водоочистных заводах, где перекачиваются сточные воды для обработки грубых шламов с твердыми примесями. Поэтому он имеет режущие лопатки спереди колеса, чтобы резать очень большие примеси.

Если лопасти размещены на задней пластине, то такое колесо называется полузакрытым.

Полузакрытое колесо

Если лопасти находятся между двумя пластинами, то оно называется закрытым.

Закрытое колесо

Закрытые колеса более эффективны, чем полузакрытые и открытые колеса. Потому что поток жидкости идет по строго заданному пути. Значит, больше жидкости выходит из насоса и меньше просто циркулирует внутри колеса.

Их недостаток это то, что они могут легко загрязниться мусором.

Очень популярное заблуждение, будто закрученные лопасти помогают толкать жидкость. Но на самом деле это не то, для чего они предназначены.

Назначение лопаток – это проводить жидкость по наиболее плавному пути. Закрученные назад лопасти помогают стабилизировать условия течения жидкости на высоких скоростях и уменьшить нагрузку на двигатель.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Нефтяные центробежные насосы консольные НК и НКВ

Правильное направление вращения для этого колеса – противочасовое. Поэтому по направлению сгибов лопастей можно сказать направление движения колеса.

Корпус

Он сделан в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожим на раковину улитки.Полость этого корпуса не остается одной и той же везде. Площадь проходного сечения увеличивается при приближении к напорному патрубку.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается напорный патрубок, есть выступающий клин, называемый водорезом.

Он физически разделяет спиральный корпус и напорный патрубок и гарантирует, что жидкость будет покидать насос, а не просто крутиться по кругу в спиральном корпусе.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, т. к. с помощью неё насос создает давление.

Устройство центробежного насоса

Центробежный насос, оптимальное назначение которого заключается в создании постоянного потока жидкости без ее обратного движения — популярное у потребителей устройство. Его конструкция состоит из нескольких крупных функциональных блоков.

1. Узел привода, роль которого состоит в создании крутящего момента. В качестве силового агрегата для решения такой задачи может выступать электродвигатель (с питанием от переменного однофазного, трехфазного напряжения, постоянного тока), двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизель).
2. Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
3. Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
4. Защитный корпус, который может выполнять функции силового элемента для крепления всех частей конструкции.

В оснащение центробежного насоса также входят подшипники, обеспечивающие плавное вращение, снижение потерь на трение, повышение надежности, а также разнообразные уплотнительные устройства. Характер последних может меняться в зависимости от типа жидкости, для работы с которой создавалась установка.

Принцип работы

Принцип работы центробежного насоса — это забор воды в результате снижения давления во входном патрубке и выброс жидкости с напором из выходного патрубка. Это реализовано благодаря физическому явлению центробежной силы. Чтобы понять, как все работает, нужно пошагово проиллюстрировать принцип действия установки и происходящие процессы.

1. При пуске привода начинается вращение рабочего органа — колеса турбины с наклонными лопатками.
2. Входной патрубок подает воду в зону оси турбины.
3. Захватываясь лопастями, жидкость начинает круговое движение вместе с ними.
4. Благодаря наклону лопаток осуществляется быстрый отвод воды к краю круговой области рабочей зоны. Это происходит как под действием центробежной силы вращения, так и из-за силовой механики, обусловленной углом наклона лопасти.
5. При движении жидкости от точки отбора происходит падение давления, что обуславливает естественный забор воды из входного патрубка.
6. Заканчивая свое движение на краю круговой зоны турбинного колеса, вода перемещается с большой скоростью, создает значительное давление и выбрасывается естественным образом через выходной патрубок.

Такая физика процесса позволяет объяснить, почему центробежный насос способен не только перекачивать воду с поверхности, но и поднимать ее из скважин. При определенных соотношениях габаритов колеса, его оборотов, мощности привода достигаются настолько высокие показатели всасывающей силы, что жидкость легко поднимается из глубины в несколько метров.

Дополнительные элементы конструкции

Если приведенная выше функциональная схема содержит малое число значимых узлов, реальное устройство центробежного насоса включает дополнительные конструкционные элементы:

• передающий трубопровод, по которому жидкость поступает к точке отбора;
• фильтры грубой очистки, решающие задачу недопущения присутствия механических взвесей в турбинной камере;
• системы клапанов, блокирующих нештатное обратное движение жидкости;
• измеритель давления, контролирующий показатели внутри рабочей камеры;
• манометр для контроля выходного потока, поступающего в систему водоснабжения.

В оснащение любого бытового и особенно промышленного центробежного насоса входит запорная арматура. Она может быть ручной или автоматической. Задача узлов этого класса, без которых не обходится не один чертеж системы подачи жидкости — не только защищать насос от нештатных и аварийных ситуаций, но и при необходимости управлять входными и выходными потоками перекачиваемого тела

Проиллюстрировать важность работы запорной арматуры легко на примере дозаторов. Центробежные насосы такого типа действуют по следующей схеме:

• сигнал с управляющего устройства инициирует пуск;
• установленный на выходном патрубке датчик считает перекачанный объем;
• при достижении определенного порогового значения, сигнал счетчика поступает на электронно управляемый затвор выходного патрубка, который перекрывает поток;
• рост давления на выходе отслеживается датчиком, который и останавливает работу двигателя по достижении определенного значения параметра.

Вентиль ProFactor запорно-регулировочный