Оглавление
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.
Устройство и принцип действия центробежного насоса
На рисунке представлено устройство самовсасывающего насоса центробежного типа. В корпусе, имеющем спиральную форму, расположено жестко закрепленное колесо, которое состоит из пары дисков с лопастями, вставленными между ними. Лопасти отогнуты в противоположную сторону от направления вращения рабочего колеса. С помощью патрубков определенного диаметра обеспечивается соединение насоса с напорным и всасывающим трубопроводом.
Принцип действия центробежных самовсасывающих насосов выглядит следующим образом:
-
-
- После наполнения водой корпуса и всасывающего трубопровода рабочее колесо начинает вращаться.
- Центробежная сила, возникающая при вращении колеса, вытесняет воду от его центра и отбрасывает ее на периферийные участки.
- За счет создаваемого при этом повышенного давления происходит вытеснение жидкости с периферии в напорный трубопровод.
- В это время в центре рабочего колеса давление наоборот понижается, что вызывает поступление жидкости через всасывающий водопровод в корпус насоса.
- По данному алгоритму происходит непрерывная подача воды самовсасывающим насосом центробежного типа.
-
Устройство центробежного скважинного насоса
Если приводной двигатель насоса является встроенным, его, как правило, размещают в нижней части устройства. Забор воды при использовании насосов данного типа может осуществляться как через верхнюю, так и через нижнюю часть их корпуса.
Предпочтение в данном случае отдают забору перекачиваемой жидкости через нижнюю часть корпуса, так как это позволяет прочистить глубинную часть скважины от скапливающихся в ней ила и песка.
Погружные насосные устройства, что очень удобно, охлаждаются жидкой средой, в которую они помещены. Это позволяет защитить такие устройства от перегрева, способного быстро привести их в негодность.
Глубинные насосы центробежного типа, хотя и являются более сложными по конструкции, чем вибрационные устройства, отличаются более высокой надежностью, производительностью и более длительным эксплуатационным сроком.
Подвес насоса должен выдерживать нагрузку, превышающую вес насоса в 5–10 раз
Основными элементами конструкции вихревых погружных насосов являются корпус, специальный стакан, приводной электродвигатель и вибратор.
Вибратор в данных устройствах является самым сложным конструктивным элементом, состоящим из якоря, резинового амортизатора и регулирующих шайб.
Необходимые условия для забора жидкости из скважины, осуществляемого вибрационным насосом, создает его резиновый амортизатор, который в процессе работы такого устройства сжимается и разжимается.
Для обеспечения более эффективной работы погружного насосного оборудования и обеспечения его защиты от негативных факторов используются различные датчики, автоматически останавливающие насос при возникновении внештатных ситуаций (слишком высоком содержании в составе перекачиваемой жидкости ила и песка, снижении уровня воды в скважине и др.).
Особенности конструкции и принцип действия
Устройство и принцип действия центробежного насоса принципиально не изменились с 17 века. Насос состоит из следующих деталей и узлов:
- Источник энергии — электрический (или бензинового) двигатель, смонтированный на одном валу с собственно насосной частью механизма.
- Вал, опирающийся на подшипники.
- Рабочее колесо, на поверхности которого размещены лопатки.
- Корпус с направляющими поток профилями.
- Уплотнения на валу.
- Входной патрубок, находящийся на оси изделия.
- Выходной патрубок, расположенный у внешней стенки корпуса по касательной к нему.
Устройство центробежного насоса
Кроме перечисленных основных узлов, насос центробежный комплектуется вспомогательными:
- Входные и выходные шланги или трубопроводы.
- Запорный клапан, не дающий жидкости течь в обратном направлении.
- Фильтр.
- Манометр для измерения давления жидкой среды.
- Датчик сухого хода, отключающий насос при отсутствии жидкости в магистрали.
- Краны и вентили для управления напором.
Принцип действия центробежного насоса несложен:
- При вращении рабочего колеса его лопатки захватывают жидкую среду и увлекают ее за собой
- Центробежные силы, возникающие при вращении жидкости, отжимают ее к внешним стенкам корпуса, где создается избыточное давление
- Давление выталкивает жидкую среду в выходной патрубок
- Под действием разрежения, создающегося в центре насоса, очередная порция жидкости всасывается из приемного патрубка.
Принцип работы центробежного насоса
В конструкцию центробежного насоса могут вноситься изменения и дополнения, направленные на повышение его эффективности и приспособление к конкретной перекачиваемой жидкости.
Схема подключения погружного скважинного насоса
По схеме установки в скважине выделяют штанговый и бесштанговый погружные насосы.
К устройствам второго типа, в частности, относятся насосные установки с электрическими центробежными насосами (УЭЦН).
Штанговый насос – это гидромашина, приводной двигатель которой располагается на поверхности земли, вне скважины, при этом в перекачиваемую жидкую среду погружается только его заборная часть. Штанги, присутствующие в конструкции такого устройства, предназначены для того, чтобы передать тягу, создаваемую приводным электродвигателем, к заборной части.
Приводной электродвигатель бесштанговых насосов располагается в одном корпусе с заборным механизмом и погружается в перекачиваемую жидкую среду вместе с ним. Такие погружные устройства получили наибольшее распространение, так как они являются более удобными и в монтаже, и в эксплуатации.
На различные типы погружное насосное оборудование разделяется также по конструктивному исполнению и принципу действия. Так, в зависимости от данных параметров различают глубинные насосы центробежного и вихревого, или вибрационного, типа.
Погружной центробежный насос – это устройство, основным рабочим органом которого является колесо с лопатками, закрепленное на валу, вращающемся при помощи электродвигателя.
При вращении такого колеса (крыльчатки) перекачиваемая жидкость, находящаяся во внутренней камере, под действием оказываемой на нее центробежной силы отбрасывается к стенкам камеры, что и способствует выталкиванию жидкой среды в напорный патрубок.
В то же время в центральной части камеры создается разрежение воздуха, за счет чего новая порция перекачиваемой жидкости всасывается из находящейся в скважине трубы.
Для того, чтобы не допустить попадания во внутреннюю часть центробежного погружного насоса твердых включений, содержащихся в перекачиваемой жидкости, использовать такие устройства следует в комплекте с фильтрами грубой очистки, устанавливаемыми на подающей трубе. Наиболее значимым недостатком центробежных насосов, которые могут эксплуатироваться в круглогодичном режиме, является их достаточно высокая стоимость, если сравнивать ее с ценой на оборудование вихревого типа.
Достоинства:
- компактные размеры;
- невысокую стоимость (по сравнению с ценой на центробежные насосы);
- минимальное потребление электроэнергии.
Недостатки:
- разрушение стенок скважины от вибраций (минимизировать вибрационное воздействие вихревого насоса на стенки скважины можно, если надеть на его корпус резиновые кольца);
- невысокую мощность;
- достаточно низкую производительность перекачивания жидкой среды.
Конструктивные особенности глубинных насосов
Устройство глубинного насоса и его конструктивные особенности во многом определяются принципом действия и типом приводного электродвигателя этой гидромашины.
Забор перекачиваемой жидкой среды при использовании таких насосов осуществляется по специальной трубе, помещаемой в шахту обслуживаемой скважины или в колодец.
За электропитание приводного электродвигателя, располагаемого на определенной глубине, отвечает электрический кабель, помещенный в защитную оболочку.
В устройстве скважинного насоса центробежного типа можно выделить две основные части:
- приводной электродвигатель, который может быть встроенным или наружным;
- непосредственно саму насосную часть оборудования.
Преимущества тепловых насосов
- Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.
- Универсальное повсеместное применение. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.
- Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.
- Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.
- Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.
- Автоматическое управление процессом обогрева помещений.
Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:
Конструкция и принцип действия
Основными элементами конструкции центробежных насосов для воды, которые и обеспечивают эффективное функционирование таких устройств, являются:
- корпус, который может быть изготовлен из чугуна или стального сплава;
- приводной электродвигатель;
- вал;
- рабочее колесо с лопатками, которое фиксируется на приводном валу;
- подшипниковый узел и уплотнительные элементы.
Принципиальная схема центробежного насоса
Основным рабочим органом центробежного насоса, который и взаимодействует с перекачиваемой водой, обеспечивая ее перемещение, является крыльчатка. На внешней поверхности крыльчатки фиксируются под углом лопатки, их изгиб направлен в сторону, противоположную направлению вращения данного конструктивного элемента, что обеспечивает большую эффективность работы насосного оборудования. Конструктивно рабочее колесо центробежного насоса может состоять из одного диска, на котором зафиксированы лопатки, или двух дисков, разнесенных на определенное расстояние и соединяемых между собой лопатками.
Работают рассматриваемые насосы за счет центробежной силы, воздействующей на перекачиваемую воду при ее перемещении во внутренней части оборудования вместе с лопатками крыльчатки.
Движение воды в центробежном насосе
Более подробно описать принцип действия центробежных водяных насосов можно следующим образом.
- Вода, находящаяся во внутренней рабочей камере, захватывается лопатками вращающейся крыльчатки и начинает перемещаться вместе с ними.
- При вращении центробежная сила отбрасывает воду к стенкам рабочей камеры. Таким образом, у стенок рабочей камеры формируется избыточное давление воды, что и способствует ее выталкиванию через напорный патрубок.
- За счет того, что у стенок рабочей камеры насоса формируется избыточное давление жидкости, в ее центральной части создается разрежение воздуха. Это приводит к всасыванию новой порции жидкой среды через входной патрубок.
Конструкция водяного насоса
Внешний вид водяных насосов может быть разный (сказываются конструктивные особенности силовых установок разных производителей), но все они конструктивно одинаковы и состоят из:
- корпус;
- ось;
- шкив или зубчатое колесо;
- крыльчатка;
- сальник;
- подшипники.
Корпус
Корпус является несущим элементом и в нем располагаются все перечисленные составные части, кроме крыльчатки и шкива, которые располагаются с внешних сторон. Корпус изготавливается чаще всего из алюминия. Также посредством его производится крепление помпы к блоку цилиндров. Чтобы обеспечить герметичность в месте прилегания корпуса к мотору, между ними устанавливается прокладка.
Чтобы антифриз и влага не скапливались в зоне расположения подшипников, в корпусе проделано дренажное отверстие.
Ось, подшипники, сальник
Внутри корпуса располагается стальная ось, посаженная на два подшипника, что обеспечивает ей легкость вращения. Ось обычно изготавливается из стали, что обеспечивает высокую прочность.
Подшипники являются закрытыми, то есть доступа к ним нет. Смазывание их делается за счет заложенной смазки, которой должно хватать на весь ресурс насоса. Но на некоторых старых грузовых авто, в корпусе имелась пресс-масленка, поэтому подшипники у них можно было смазывать.
Видео: Выбор Помпы. Помпа LUZAR.
https://youtube.com/watch?v=Lyfn85yPu7M
Для предотвращения контакта рабочей жидкости с подшипниками, со стороны крыльчатки установлен герметизирующий резинотехнический элемент – сальник. Без него антифриз попадал бы в зону работы подшипников, что приводило бы в быстрому их износу.
Шкив, крыльчатка
Шкив или зубчатое колесо являются элементами, которые принимают усилие от коленчатого вала. Шкив используется на авто, у которых привод газораспределительного механизма осуществляется посредством цепной передачи. Из-за такого конструктивного решения организовать передачу усилия на помпу цепью не удалось. Поэтому для обеспечения вращения насоса используется отдельный ременной привод, который дополнительно может обеспечивать и работу другого навесного оборудования мотора – насоса ГУР, компрессора и т. д.
В автомобилях, у которых привод ГРМ обеспечивается зубчатым ремнем, он применяется и для обеспечения работы помпы. То есть одним ремнем задействуется в работу и ГРМ, и насос. А чтобы при передаче усилия не было потерь из-за проскальзывания, в качестве приводного элемента на помпе используется зубчатое колесо.
Шкив или зубчатое колесо имеют жесткое соединение с осью. Для этого используется либо шпоночное соединение, либо болтовое.
С другой стороны на ось посажена крыльчатка – специальный диск с нанесенными на него особым образом крыльями. Изготавливается она чаще из алюминия, хотя встречаются и крыльчатки, изготовленные из пластика. Посадка ее на ось – тоже жесткая.
Материальное исполнение насосов
Универсальность конструкции центробежных агрегатов предопределяет широкое распространение установок. Оборудование используется для перекачки очищенной воды, нефтепродуктов и жидкостей, смешанных с агрессивными или абразивными веществами. Для изготовления корпусов и роторов используются материалы, устойчивые к воздействию тех реагентов, для перекачки которых создана помпа. Дополнительно учитываются условия работы и длительность непрерывных рабочих циклов.
Металлическое исполнение
Стандартные устройства, используемые для перекачки воды и водных растворов, оснащаются корпусами из серого чугуна. В конструкции узлов применяются нержавеющая сталь и цветные металлы (для подшипниковых опор), роторы изготовлены из чугуна или углеродистой стали. Изредка используются установки, выполненные из титановых сплавов.
Футерованные и пластиковые исполнения
Если насос используется для перекачки агрессивных веществ (например, кислот или щелочей), то металлические компоненты разрушаются в результате коррозии. Применение нержавеющих или специальных сталей снижает степень износа, но приводит к росту стоимости конструкции. В этом случае целесообразно использовать компоненты, изготовленные из пластика или композитов. Тип материала, применяемого для производства деталей, указывается в технической документации (например, поливинилхлорид обозначается как PVC).
Встречается оборудование с корпусами из пластика, который проходит дополнительную механическую обработку. Но из-за сниженной механической прочности подобная конструкция используется для малогабаритных установок. Промышленные насосы для кислоты изготовлены из металла, который футерован слоем полимерного материала, предотвращающего коррозию
При изготовлении деталей важно обеспечить адгезию разнородных веществ и избежать трещин, через которые агрессивные растворы проникнут под слой пластика
Материалы уплотнительных колец
В зависимости от того, для чего планируется применение помпы, используются различные материалы для уплотнительных элементов. Наиболее часто встречаются детали, изготовленные из каучука на этилен-пропиленовой основе (код EPDM) и бутадиен-нитрильного типа (NBR). Каучук с фтором (Viton или FPM) или материал перфторированного типа используется в нагруженных установках для перекачки жидкостей с абразивной взвесью.
Принцип работы
В конструктивную схему центробежного насоса входит рабочее колесо с изогнутыми лопатками, установленное на подшипниках качения или скольжения. Корпус имеет спиральную конфигурацию, предусмотрен подводящий патрубок и фланец напорной магистрали. Перед пуском в полость корпуса заливается порция жидкости, обеспечивающая дальнейшее функционирование помпы.
При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в картере насоса, отбрасывается центробежным ускорением к периферии кожуха. За счет возникающей разницы давлений часть жидкости уходит в напорную магистраль. Из-за снижения объема жидкости в корпусе происходит падение давления, что способствует затягиванию воды из емкости или скважины во всасывающий канал. От частоты вращения ротора зависит производительность помпы и давление воды в напорной магистрали.
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.
- 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).
- Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
- Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
- 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.
- При пуске привода начинается вращение рабочего органа — колеса турбины с наклонными лопатками.
- Входной патрубок подает воду в зону оси турбины.
- Захватываясь лопастями, жидкость начинает круговое движение вместе с ними.
- 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.
- При движении жидкости от точки отбора происходит падение давления, что обуславливает естественный забор воды из входного патрубка.
- 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
Вал и подшипники
Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:
- Консольно
- Симметрично
Консольное закрепление
При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.
Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.
Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.
Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.
Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.
Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.
Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.
Симметричное крепление
Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.
Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.
Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.
Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.
Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.
Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.
