Устройство, принцип действия и классификация центробежных насосов

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.

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.

Как классифицируются центробежные насосы

Инструкция по классификации центробежных насосов включает:

Количество ступеней или рабочих колес:

1. одноступенчатые насосы;
2. многоступенчатые, с несколькими колесами.

Расположение оси колес в пространстве:

1. горизонтальное;
2. вертикальное.

Давление:

1. низкое давление, до 0,2 МПа;
2. среднее, от 0,2 до 0,6 МПа;
3. высокое, более 0,6 МПа.

Способ подвода жидкости к рабочему элементу:

1. с односторонним входом;
2. двухсторонним входом или двойным всасыванием;
3. закрытые;
4. полузакрытые.

Способ разъема корпуса:

1. горизонтальный;
2. вертикальный разъем.

Способ отвода жидкости из рабочей зоны в канал корпуса:

1. спиральный. Здесь жидкость сразу отводится в спиральный канал;
2. лопаточный. В этом случае жидкость проходит сначала через специальное устройство, которое называется направляющим аппаратом и представляет собой неподвижное колесо с лопатками.

Коэффициент быстроходности:

1. тихоходные насосы;
2. нормальные;
3. быстроходные.

Функциональное назначение:

1. для водопроводов;
2. канализации;
3. щелочные;
4. нефтяные;
5. терморегулирующие и многие другие.

Способ соединения с двигателем:

1. приводные, в системе имеются редуктор или шкив;
2. соединение с электродвигателем при помощи муфты.

• КПД насоса.
• Способ расположения насоса по отношению к поверхности воды:

1. поверхностные;
2. глубинные;
3. погружные.

Назначение, использование, работа

Перед тем, как покупать поверхностный насос, следует определиться, в каких целях будет использоваться прибор. Насосы с небольшой производительностью используются для полива. Подача воды поверхностного насоса соответствует предполагаемому объему водопотребления. При выборе месторасположения насоса нужно учитывать эффективность его работы. Расстояние от насоса до воды должны относится как 1 до 4

Чтобы поддерживать работу оборудования вручную, следует обратить внимание на модели, оснащенные реле давления и гидроаккумулятором

Для автоматизации работы оборудования требуются такие комплектующие:

• напорный бак, который являет собой гидроаккумулятор емкостью 24-60 литров;
• реле давления – контролирует изменения давления в сети;
• манометр – контролирует и проверяет характеристики давления;
• адаптер, который используется для присоединения реле давления и манометра.

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.

Схема консольного насоса

Одноступенчатые центробежные насосные установки могут быть оборудованы насосами консольного типа — типа К (см. рисунок 4)с приводом от электродвигателя через соединительную муфту, предназначенными для подачи чистой воды и других малоагрессивных жидкостей. Насос типа К состоит из корпуса 2, крышки 1 корпуса, рабочего колеса 4, узла уплотнения вала и опорной стойки. Крышка корпуса отлита за одно целое со всасывающим патрубком насоса. Рабочее колесо закрытого типа закреплено на валу 9 насоса с помощью шпонки и гайки 5. У насосов мощностью до 10 кВт рабочие колеса неразгруженные, а у насосов мощностью 10 кВт и выше разгруженные от осевых усилий. Разгрузка осуществляется через разгрузочные отверстия в заднем диске рабочего колеса и уплотнительный поясок на рабочем колесе со стороны узла уплотнения. Благодаря разгрузке снижается давление перед узлом уплотнения вала насоса.

рис. 4. Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К

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.

Наиболее распространенные неисправности агрегата и способы их устранения

Для обеспечения исправной работы насоса, перед началом эксплуатации необходимо полностью заполнить рабочую камеру рабочей средой.

В таблице приведены возможные неисправности центробежных насосных установок, причины их возникновения и способы устранения.

Несмотря на то что в большинстве случаев ремонт можно произвести своими силами, предпочтительнее доверить техническое обслуживание центробежного насоса профессионалам, имеющим соответствующее оборудование и опыт работы.

Универсальность, высокая производительность и надежность в работе обеспечили центробежным насосам самую широкую популярность. Такие системы могут эффективно использоваться как в бытовой сфере, так и в промышленном производстве. Кроме этого, большинство моделей имеют вполне доступную цену.

Устройство

Любой центробежный насос состоит из двух основных узлов: мотор и рабочая камера или проточная часть.

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

• двигатель
• спиральный корпус — «улитка»
• рабочее колесо — крыльчатка
• рабочий вал
• уплотнение вала
• подшипник вала
• входной патрубок (фланец)
• выходной патрубок (фланец)

Корпус центробежного насоса может быть монолитным, или разъёмным — для удобства ремонта и ухода за агрегатом. Особые требования к внутренней поверхности корпуса — она должна быть максимально гладкой, все неровности и дефекты затрудняют прохождение жидкости и снижают эффективность работы центробежного насоса.

Отвод жидкости проходит через спиралевидную камеру с расширением к выходу, поэтому такие центробежные насосы часто называют «улиткой». Отводящая камера переходит в патрубок, к которому подсоединяется напорный трубопровод.

Главная деталь лопастного насоса — рабочее колесо-ротор. От него передаётся в перемещаемую жидкую среду механическая энергия вращения вала двигателя. Для повышения эффективности действия центробежного насоса в корпусе могут быть установлены несколько роторов на одном валу. Такой агрегат способен выдавать на выходе высокое давление, и называется многоступенчатым.

По конструкции рабочее колесо может быть открытым или закрытым. Вариант, при котором лопасти закрыты с боков дисками, более эффективен, в нём отсутствуют ненужные перетекания жидкости из одной полости в другую.

Эксплуатация и ремонт

Весной техники в окружающем нас мире пока не создано, и центробежные насосы также подвержены неисправностям. Благодаря простоте устройства перечень их короток.

Главная причина неисправности устройства — это работа без воды.

К выходу из строя электродвигателя также могут привести броски напряжения в питающей электросети.

Еще один фактор риска — это загрязнение рабочей камеры при перекачке грязной воды, например, из канавы. Трава и другой мусор могут намотаться на лопатки, препятствуя их вращению. Если камера выполнена разборной, то можно аккуратно снять часть корпуса и вытащить мешающий мусор. После этого насос, как правило, продолжает работать, только следует подумать об установке фильтра на входе.

Ремонт центробежного насоса

С более серьезным техническим обслуживанием и ремонтом неполадками, особенно связанными с разборкой герметичного корпуса электродвигателя у погружных насосов, лучше обращаться в ремонтную мастерскую. Вряд ли вам удастся самостоятельно восстановить герметичность и избежать пробоя напряжения на корпус или в воду, а это чревато серьезным риском для жизни.

Преимущества и недостатки центробежных насосов

Достоинства оборудования:

• высокие эксплуатационные характеристики центробежных насосов;
• стабильность параметров (давление и объем в единицу времени) потока жидкости;
• небольшие габариты и масса, что позволяет устанавливать оборудование в тесных помещениях;
• техническое обслуживание не требует специального инструмента и навыков;
• отсутствие трущихся элементов (кроме подшипников) увеличивает срок эксплуатации изделия;
• повышенный КПД оборудования из-за отсутствия дополнительных механизмов;
• возможно регулирование производительности с помощью дроссельной заслонки или частотного преобразователя, корректирующего обороты электропривода.

Одновременно отмечаются и недостатки насосов:

• устройство и принцип работы центробежного насоса позволяют начать работу только после заливки в корпус порции жидкости;
• при появлении воздушных пробок происходит падение производительности помпы;
• для достижения повышенного давления в магистрали требуется использовать многоступенчатые установки;
• кавитационный износ ротора и поверхности рабочей камеры;
• при перекачке жидкостей с абразивными включениями возрастает износ рабочих элементов;
• конструкция помпы не позволяет перекачивать жидкости с вязкостью более 150 сСт;
• турбина обладает повышенными параметрами при расчетных оборотах, увеличение или уменьшение частоты приводит к ухудшению характеристик насоса.

Как работает насос

Многоступенчатый насос является более новым агрегатом, устройство которого имеет некоторое количество рабочих колес и ступеней. Данные ступени расположены друг за другом. Когда будете выбирать выборе центробежного насоса необходимо учесть каким образом вал уплотнен. Новые модели имеют отличие и это отличие заключается в торцевом уплотнении, а старые модели имеют сальниковую нагрузку. Первый вариант сохраняет герметичность устройства и не допускает протечек. Если насос будет работать с какими-либо вибрациями или его вал будет не значительно смещен, то это не будет причиной протечки.

Обзор популярных моделей

Перед выбором подходящего устройства следует ознакомиться с наиболее популярными насосами для скважин:

• WILO SUB TWU 4 такое устройство предназначено для наиболее практичных домовладельцев. Если рассмотреть технические характеристики данного устройства, можно прийти к заключению о том, что его высокая стоимость абсолютно оправдана. Под этой маркой производится множество высококачественных устройств. Насосы марки WILO могут выполнять практически любую возложенную на них функциональную задачу;
• Grundfos SQ отличаются высокой стоимостью и надежностью. Такие устройства наделены наиболее высокими техническими характеристиками, однако их стоимость все-таки немного завышена. Существенным аргументом производителя в вопросе ценообразования могут послужить дополнительные опции, интегрированные в этот скважинный насос;
• Divertron (DAB) с интегрированными датчиками потока и напора, может функционировать в автоматическом режиме. Для изготовления устройств применяются высококачественные долговечные материалы, поэтому продолжительность их эксплуатационного периода остается достаточно высокой;
• «Беламос». Такие устройства замечательно подходят для обустройства садовых участков. все его конструктивные элементы изготовлены из нержавейки. Насос может забирать воду с глубины до 30 метров. В зависимости от конкретной модели показатель мощности устройства может варьироваться от 3 до 7,5 кВт.

Это интересно: Центробежные насосы для воды: конструкция, принцип действия, правила эксплуатации

Приборы и арматура

Для нормальной работы центробежного насоса нужны дополнительные узлы и приборы:

• Приёмный обратный клапан. Способствует сохранению воды в проточной части, если перекачивается вода — оснащается сеткой для грубой очистки.
• Задвижка на всасывающем патрубке.
• Кран для выпуска воздуха при наполнении водой рабочей камеры.
• Обратный клапан на напорной трубе, препятствующий ходу воды в корпус при работе другого агрегата.
• Задвижка на выходной трубе для запуска и контроля напора воды.
• Вакуумметр, измеряющий степень разрежения на входе в проточную камеру.
• Манометр для измерения напора.
• Предохранительный клапан для защиты от гидроудара.
• Приборы автоматического контроля (комплектуются при работе в составе производственного комплекса оборудования различного назначения).

Разновидности

На современном рынке скважинный центробежный насос представлен тремя основными модификациями:

• погружной;
• полупогружной;
• поверхностной.

Погружные модели

Погружной центробежный насос внешне напоминает наполненный газом баллон или цилиндр небольшого диаметра – размер некоторых современных моделей в разрезе не превышает 100 мм. Установка такого оборудования осуществляется непосредственно в скважине.

Погружные центробежные насосы

В цилиндрическом корпусе агрегата расположены мотор с подвижным ротором сухого типа. Для запуска оборудования не требуются дополнительные действия со стороны мастера или хозяина участка, а также заполнение корпуса насоса водой.

Погружной насос идеален для скважин глубиной от 10 м – фактически, в этом случае у него нет аналога или альтернативы. Кроме того, центробежные погружные агрегаты универсальны – они могут использоваться для обустройства песчаных или артезианских скважин, а также для выкачки и транспортировки маслянистых и неагрессивных кислотных жидкостей.

Рассматривая возможность покупки такого оборудования, как погружные насосы для скважин, следует помнить, что их установка и обслуживание сопряжены с необходимостью отключения системы и извлечения оборудования из скважины. Для диагностики и ремонта устройств этого типа рекомендуется привлекать специалистов.

Полупогружные агрегаты

Полупогружные центробежные скважинные электронасосы работают по тому же принципу, что и классический глубинный насос (или центробежный погружной агрегат). Тем не менее, в конструкции и конфигурации оборудования этого типа есть существенные отличия. Рабочий узел агрегата или двигатель, полностью защищён от влаги, в то время как рабочая камера непосредственно с ней контактирует. Для обеспечения корректной работы полупогружной модели она оснащается стабилизаторами-плавниками. Они удерживают часть корпуса, в которой находится двигатель, на поверхности воды, рабочая часть установки все время находится в воде.

В сравнении с погружными аналогами полупогружные обладают меньшей мощностью и большим габаритом, что не мешает им удерживать свои рыночные позиции в соответствующем сегменте.

Поверхностное оборудование

Поверхностный электронасос актуален в том случае, когда глубина скважины или колодца не превышает 10 м. Как понятно из названия, поверхностный агрегат устанавливается непосредственно над скважиной, в качестве контактного элемента используется погружной шланг. Конструкции этого типа просты в установке и обслуживании, шланг также легко вынимается из трубопровода скважины для замены или чистки.

Установка поверхностного центробежного насоса для скважины

При выраженных преимуществах поверхностного насосного оборудования у него есть также и минусы:

• камера насоса старой модификации, не оснащенного обратным клапаном, нуждается в своевременном заполнении жидкостью (производится вручную), в противном случае установка не сможет выкачивать достаточное количество воды;
• мощность установки уступает погружным и полупогружным аналогам.

Параметры выбора

• объем ежедневного расхода воды;
• точную глубину скважины или колодца;
• скорость заполнения водой трубопровода скважины;
• производительность (скорость и объем перекачивания за единицу времени);
• диаметр основной трубы скважины;
• качество и показатель чистоты воды.

Мембранные устройства

Мембранный насос – это относительно новый вид оборудования для перекачивания жидкостей и прочих веществ. Данный тип оборудования способен работать с газообразной средой и делает это за счет специальной мембранный или диафрагмы. Она совершает возвратно-поступательные движения и с заданной цикличностью меняет объем рабочей камеры.

Конструкция устройства включает:

• мембрану;
• рабочую камеру;
• шток для соединения диафрагмы с валом привода;
• кривошипно — шатунный механизм;
• клапаны для защиты от поступления вещества назад;
• входной и выходной патрубок.

Работа осуществляется следующим образом: при запуске шток выгибает мембрану, что увеличивает объем камеры и создает в ней эффект вакуума. Это явление обеспечивает всасывание перекачиваемой среды. После заполнения камеры шток возвращает мембрану на место, объем резко уменьшается, и вещество выталкивается через выходной патрубок. При этом для того, чтобы жидкость или газ не попали обратно в момент возвратного движения, вход автоматически перекрывается специальным клапаном.

Существуют модели с двумя клапанами, расположенными параллельно друг другу. Здесь процесс осуществляется аналогично, только рабочих камеры две, и при каждом движении из одного вода выходит, а в другой входит. Такие устройства считаются более эффективными.

Преимущества мембранных насосов:

• могут работать с любой средой;
• небольшой размер;
• тихая работа;
• отсутствие вибрации;
• простота и надежность конструкции;
• экономичность по энергопотреблению;
• поддержание высокой чистоты перекачиваемого вещества;
• невысокая цена;
• длительный срок службы;
• не требуют особого или частого ухода, им не нужна смазка;
• заменить испорченные детали сможет человек без специального образования;
• обладают высокой универсальностью.

При таком обилии плюсов существенных минусов не выявлено.

Мембранный насос широко применяется в медицине и фармацевтике, в фермерских хозяйствах (в доильных аппаратах). Их используют для производства продуктов питания, в атомной сфере. С их помощью делают насосы-дозаторы для использования на производстве лаков и красок, они применяются в полиграфии и в различных местах, где есть потребность работы с ядовитыми и опасными веществами. Работать с последними можно безопасно, так как мембранные насосы имеют высокую герметичность.

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.

Похожие записи:

Направляющая для дрели или шуруповерта своими руками Как установить экран для ванной: пошаговая инструкция по установке Замена дверных замков москва Разрешение на строительство дома в снт в 2021 году Как построить русскую баню своими руками Масло для полков бани: эликсир долголетия