Центробежные насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.
Принципиальная схема центробежного насоса
Рис. 1 Принципиальная схема центробежного насоса:
1 — рабочая камера; 2 — рабочее колесо; 3 — направляющий аппарат; 4 — вал;
5 — лопатка рабочего колеса;
6 — лопатка направляющего аппарата; 7 — нагнетательный патрубок;
8 — подшипник; 9 — корпус насоса (опорная стойка);
10 — гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник);
11 — всасывающий патрубок.
Классификация центробежных насосов по конструктивному исполнению
На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.
Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.
|
Тип, описание, схема насоса |
Условное обозначение |
Диапазон характеристик |
|||
|
Q, м3/ч |
H, м |
з |
|||
|
Консольные: насос и электропривод смонтированы на одной раме, рабочее колесо находится на валу электродвигателя или присоединено через муфту |
K Q-H К Q/Н (привод присоединен через муфту) КМ Q-H (моноблочные, рабочее колесо насажено на вал двигателя) |
10…360 |
10…100 |
0,5…84 |
|
|
Секционные: характеризуются большими напорами, поток последовательно проходит через несколько рабочих колес, расположенных на одном валу |
ЦНС Q-H |
6…1 000 |
40…2000 |
0,7…8 |
|
|
С двухсторонним входом: характеризуются большими подачами, имеют двухстороннее рабочее колесо для увеличения подачи и компенсации осевых сил |
Д Q-H |
200…12 500 |
до 100 |
До 0,92 |
|
|
Вертикальный: предназначен для работы с большими подачами при малых напорах, имеет большие габаритные размеры, ось рабочего колеса расположена вертикально |
dВ — Q/H (d — диаметр входного патрубка, мм) |
3000…100 000 |
26 — 90 |
0,8…9 |
|
Классификация центробежных насосов по конструктивному исполнению
По назначению насосы классифицируются следующим образом.
Универсальные
II. Сетевые — осуществляют подачу горячей воды в системах теплоснабжения и отопления, должны работать при широком изменении подачи и температуры.
2. Разновидности насосов и их схемы
Схема многоступенчатого центробежного насоса
Рис. 2 Схема многоступенчатого центробежного насоса
В центральной части насоса, т. е. на входе жидкости в рабочее колесо насоса, возникает разрежение, и жидкая среда под действием давления в расходной емкости направляется от источников водоснабжения по всасывающему трубопроводу в насос.
Частоту вращения рабочего колеса насоса обозначают через n (об/мин), а угловую скорость — через щ .
Связь между щ и n определяется выражением
щ = р n / 30
В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных типов центробежных насосов, которые можно классифицировать по следующим признакам:
Рис. 3 Схема двухпоточного центробежного насоса
по числу ступеней (колес): одноступенчатые (рис. 1), двухступенчатые, многоступенчатые (рис. 2);
- по числу потоков: однопоточные, двухпоточные (рис. 3), многопоточные;
- по условиям подвода жидкости к рабочему колесу: одностороннего входа (рис. 1), двустороннего входа (рис. 4);
- по условиям отвода жидкости из рабочего колеса: со спиральным отводом (рис.
1), с кольцевым отводом, с направляющим аппаратом; по конструкции рабочего колеса: с закрытым рабочим колесом, с открытым рабочим колесом (рис. 5);
- по способу привода: с приводом через соединительную муфту, с приводом через редуктор и др.;
- по расположению вала: горизонтальные, вертикальные;
- с мокрым ротором, с сухим ротором.
Схема центробежного насоса с двусторонним входом
Рис. 4. Схема центробежного насоса с двусторонним входом
Насос с сухим ротором — это насос, в котором ротор электродвигателя не соприкасается с перекачиваемой жидкой средой. Насосы с большой подачей жидкости Q, как правило, изготовляются с сухим ротором.
Насос с мокрым ротором — это насос, в котором ротор двигателя непосредственно работает в жидкой среде. Статор двигателя (находящийся под напряжением) отделен от ротора гильзой (толщиной 0,1 — 0,3 мм), изготовленной, например, из ненамагничивающейся нержавеющей стали. Смазка подшипников ротора осуществляется жидкой средой, которая и выполняет функцию охлаждения ротора. Вал насоса обычно располагается горизонтально.
3. Преимущества центробежных насосов
Укажем преимущества центробежных насосов по сравнению с насосами других типов:
- пологие характеристики Н = f(Q) и з = з (Q), в результате чего высокие значения напоров Н и высокие значения КПД сохраняются в широком диапазоне подач Q;
- большая частота вращения, что позволяет в качестве привода для насосов использовать электродвигатели и турбины;
- плавная форма изменения мощности N, что позволяет выполнить пуск насоса при закрытой выходной задвижке (или при закрытом обратном клапане);
- устойчивость в работе насосов и расширение технических показателей Н и Q при последовательном и параллельном соединении насосов при работе на один трубопровод; центробежный насос колесо байпас
плавное протекание переходных процессов при изменении режима работы гидросистемы;
- расположение насоса выше уровня жидкости в расходной емкости;
- изменение показателей насосов H, Q, з за счет различных факторов: обточки диаметра рабочего колеса, изменения частоты вращения, изменения частоты электроснабжения и др.;
- невысокая стоимость насоса из-за использования в конструкции насоса сравнительно дешевых конструкционных материалов: сталь, чугун, полимерные материалы;
- простота технического обслуживания и эксплуатации;
- высокая надежность в работе;
- большие подачи жидкости Q ;
- равномерный с малыми пульсациями давления поток жидкости;
- возможность успешной работы на «загрязненных» жидкостях.
Схемы различных рабочих колес
Рис. 5 Схемы различных рабочих колес:
- а — открытого типа;
- б — полузакрытого типа;
- в — закрытого типа;
- г — рабочее колесо закрытого типа с двусторонним входом;
1 — втулка; 2 — лопатка; 3 — несущий диск; 4 — покрывающий диск
Но центробежные насосы обладают и рядом недостатков:
- требуют заливки перед пуском;
- имеют склонность к кавитации;
- имеют пониженное значение КПД при перекачивании вязких жидкостей;
- имеют небольшое значение КПД при малой подаче жидкости Q и большое значение напора Н и др.
Центробежные насосы целесообразно использовать в области больших подач жидкости Q и низких и средних напоров жидкости Н.
Все насосное оборудование, предназначенное для перекачивания жидкости, в зависимости от характера воздействия рабочих органов насоса на жидкость, подразделяют на две основные группы: динамические насосы и насосы объемные. В динамических насосах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и выходом насоса. Характерным представителем этого класса является центробежный насос. Таким образом, центробежные насосы относятся к динамическим машинам и входят в группу лопастных насосов.
Применение насосов
Их широкое использование началось в XIX веке. Современные центробежные насосы достигли высокой степени совершенства и при подачах более 200 м в час их КПД, не уступает КПД поршневых насосов.
К центробежным насосам относятся: насосы консольные (типа К и КМ), насосы горизонтальные двухстороннего входа (типа Д, ЦН), насосы артезианские (типа ЭЦВ), насосы химические (типа Х, ХМ, АХ, НВ, АХП, АХПО, ТХИ, ТХ, ХП), насосы питательные (типа ПЭ), насосы центробежные шламовые (6Ш, 8Ш, ВШН, 8С), насосы песковые (типа ПБ, ПРВП, ПКВП, ПР, ПК) и многие другие.
Центробежные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступенчатые насосы — несколько последовательно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу. По подводу жидкости, различают насосы одностороннего и двустороннего входа. По конструкции рабочего колеса, насосы бывают закрытого, полуоткрытого, открытого типа. По расположению вала — вертикальные и горизонтальные насосы. По способу соединения с приводом — с помощью муфты и моноблочные. По признаку погружения в жидкость, насосы делят на поверхностные, погружные и полупогружные.
Для улучшения всасывающей способности в некоторых насосах (бензиновых, конденсатных) применяют дополнительное осевое рабочее колеса. В бытовых центробежных насосах для увеличения вакуумметрической высоты всасывания применяется встроенный водоструйный насос на входе.
Сегодня рынок насосного оборудования предлагает потребителям различные исполнения насосов по обточке колес с соответствующей мощностью комплектующего — электродвигателя, обеспечивающие получение максимального значения КПД для заданных условий работы.
Разброс КПД насосных агрегатов велик (от 20 до 98%).
Он определяется разным характером взаимодействия рабочего органа насоса на жидкость. Динамические насосы уступают по этому параметру насосам объемного типа. Поэтому для изменения характеристик центробежных насосов широко применяется метод обтачивания диаметра рабочего колеса. Конкретный подбор рабочего колеса под нужные режимы (подача и напор) позволяет, особенно на крупных насосах, получать значительную экономию энергии.
Для изменения условий работы насоса на сеть существует такой метод как байпасирование, т.е. установка регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. В результате происходит снижение напора на 10-30% в зависимости от напорных характеристик насоса.
Обозначение насосов претерпело ряд изменений. До 1982 г. в соответствии со стандартами и техническими условиями обозначения отражали конструктивно-размерные характеристики насосов. После было введено параметрическое обозначение насосов. В настоящее время большая часть центробежных насосов имеет обозначения в соответствии с международным стандартом ISO 2853. Если предыдущие обозначения не были связаны с изменением конструкции, то введение обозначений в соответствии с международным стандартом потребовало значительно изменить конструкцию.
Центробежные насосы применяются в теплоэнергетических установках для питания котлов, для подачи конденсата в систему регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системах теплофикации. Используются они и на ТЭС в системах гидрозолоудаления. В технологическом цикле АЭС применяются центробежные насосы специальных конструкций обычного и герметичного исполнения.
Еще более широкое применение нашли насосы на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и для водоснабжения городов. Центробежные насосы работают в промышленности в системах хозяйственного и технического водоснабжения, а также используются для подачи различных растворов и реагентов в технологических схемах производств. Очень широко применяются в строительной и угольной промышленности при гидромеханизации разработки грунтов и при гидравлическом способе добычи угля. Для различных целей применяются в легкой, химической, пищевой и нефтяной промышленности. Используются в трубопродных системах транспорта воды и нефти на дальние расстояния. Следует отметить, что все системы коммунального водоснабжения основаны на использовании центробежных насосов.
В сельском хозяйстве для водоснабжения животноводческих ферм применяются в основном центробежные скважинные насосы. В крупных водопроводных системах поливного земледелия используют центробежные насосы с большой подачей.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/konstruktsiya-tsentrobejnyih-nasosov/
1. Спасский К. Н., Шаумян В. В. Новые насосы для малых подач и высоких напоров. М., «Машиностроение», 1972, 160 с.
2. Байбиков А. С, Караханьян В. К, Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин. М.: Машиностроение,-1982. — 112 с, ил. А. Е. Леонов. Насосы гидравлических систем станков и машин. М.-К.: Машгиз, 1960., 226 стр.
