Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

Центробежные насосы являются самыми распространённым насосами в мире. Благодаря своей конструкции и стабильной работе этот тип насосов нашел широкое применение, как для решения бытовых задач, так и для основных технологических процессов в самых различных отраслях промышленности. В данной статье будет дано полное описание центробежных насосов, рассказано как работает центробежный насос, его классификация и основные области использования.

Принцип действия

Центробежные насосы – одни из наиболее распространенных машин промышленности. По количеству они уступают только электрическим двигателям. Т.к. электрические двигатели используются для приведения в действие насосов, то, можно сказать, что львиная доля электроэнергии мира расходуется на транспортировку жидкости центробежными насосами.

Центробежные насосы получили своё название от способа, в котором жидкость передаётся энергии.

Когда жидкость подводится к насосу, она соприкасается с вращающимся колесом и выталкивается в напорный патрубок с центробежной силой через полость специальной формы, называемой спиральным кожухом. Все центробежные насосы работают по такому принципу, но среди них могут быть конструктивные различия.

Насос передает кинетическую энергию жидкости. Кинетическая энергия подразумевает скорость жидкости. Скорость – это всего лишь половина уравнения.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостаткиРис.1 – Центробежный насос

Жидкость входит в насос по центру колеса через всасывающее отверстие. Трение между частицами жидкости и рабочим колесом заставляет жидкость вращаться. Например, как трение между дорогой и резиной шины заставляет машину двигаться.

Рабочее колесо тянет частички жидкости, поэтому они вращаются при контакте с ними. Жидкость выталкивается наружу колеса с помощью центробежной силы – явление, которое выталкивает прочь любой объект из центра круга к его границам. Вот так жидкость получает кинетическую энергию от колеса.

Поэтому эти насосы называются центробежными.

Количество энергии, передаваемое жидкости зависит от трех факторов:

  • плотности жидкости:
  • частоты вращения рабочего колеса:
  • диаметра рабочего колеса:

После рабочего колеса жидкость попадает в полость спирального корпуса, откуда попадает в напорный патрубок.

Давление. Насос также должен создавать избыточное давление, чтобы отвечать требованиям системы. Обычно это преодоление гравитации при подъёме жидкости из низшего уровня на высший, и сопротивление трения трубопроводов.

Проще говоря, давление – это возможность выполнить задание. А скорость жидкости – это то, как скоро оно будет выполнено.

Насосы должны превращать динамическое давление в статическое.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

По мере прохождения жидкости по спиральному корпусу она замедляется, так как площадь прохода увеличивается, потому что производительность или количество жидкости, перекачиваемое за какое-то время, зависит от двух факторов: первое – это скорость жидкости, второе – размеры полости, через которую она продвигается.

Если поток постоянный, то увеличение проходного сечения ведёт к уменьшению скорости и росту давления. Достигая напорного патрубка, большая часть кинетической энергии превращается в давление.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Аксиально-поршневой насос

Если скорость падает, то увеличивается давление.Если скорость падает, то увеличивается давление.

Типы оборудования

На сегодняшний день рынок может предложить порядка 18 типов центробежных насосов. Рассмотрим наиболее популярные варианты, которые используются чаще всего:

  • Консольные – насосы, которые имеют односторонний или двухсторонний подвод жидкости к рабочему колесу.
  • Погружные – на сегодняшний день самый популярный насос, который используют не только в быту, но и в промышленности для откачки жидкости из скважин и водоемов.
  • Осевые – насосы, которые используются для циркуляции жидкости на тепловых станциях и в шлюзных установках.
  • Шламовые – агрегаты, предназначенные для перекачки жидкости с высоким содержанием грязи, песка и других примесей.

По созданию уровня давления насосы можно разделить на:

Какие достоинства и недостатки у насосов центробежного типа? Виды и принцип работы

  • низкие;
  • высокие;
  • средние.

Также они различаются по расположению рабочего вала:

  • горизонтальные;
  • вертикальные.

По количеству рабочих колес можно выделить следующие типы центробежных насосов:

  • одноступенчатые;
  • многоступенчатые.

Справка! Одноступенчатые насосы чаще всего используется в частных угодьях для орошения или подачи жидкости из водоема. Для подачи питьевой воды из скважин устанавливают многоступенчатые погружные центробежные насосы.

Области применения

Краткое описание сфер применения насосов центробежного типа:

  • Обеспечение питьевой водой жилых зданий и промышленных помещений. Специальные устройства погружного типа оборудованы контроллером, не допускающим вращения ротора без подачи жидкости.
  • Перекачка нефтепродуктов или иных жидкостей в промышленных условиях или на складах.
  • Подача смеси воды и специального пенообразователя к пожарному стволу. Установки монтируются на шасси пожарных автомобилей, привод осуществляется от основного двигателя через коробку отбора мощности.
  • Обеспечение циркуляции теплоносителя в отопительных системах.
  • Подача воды или моющего раствора в стиральных машинах и посудомоечных установках.
  • Обеспечение напора воды в оросительных установках сельскохозяйственного назначения.
  • Центробежные насосы используются для подачи охлаждающей жидкости в тепловых машинах (например, в двигателях внутреннего сгорания).
  • Заполнение и слив воды из цистерн на грузовых кораблях (балластная нагрузка для обеспечения остойчивости).
  • Перекачивание жидкостей, использующихся при производстве пищевых продуктов.

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.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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

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 колесоОткрытое 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 колесоПолузакрытое колесо

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

Закрытое колесоЗакрытое 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: Центробежный насос секционный

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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

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.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

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.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Объёмные насосы: классификация и принцип действия

Наиболее распространенные неисправности агрегата и способы их устранения

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

Центробежные погружные насосы

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

Неисправность

Возможные Причины

Способы устранения

Снижение номинального напора

Засорение фильтра грубой очистки, подающего трубопровода или лопаток рабочего колеса. Неправильная установка или реверсивное вращение рабочего колеса.

Замена фильтра, промывка трубопровода, очистка лопастей рабочего колеса. Установить рабочее колесо в правильное положение. Заменить обратный клапан.

Резкое увеличение расхода электроэнергии в момент запуска

Заслонка напорного трубопровода находится в открытом положении. Неправильная установка рабочего колеса или разгрузочного диска. Выход из строя предохранителя электродвигателя. Засорение трубки отвода рабочей среды.

Уменьшить проходное сечение напорного трубопровода на время запуска. Устранить дефекты сборки. Заменить предохранители силовой установки.

Повышенная нагрузка на электродвигатель

Увеличенная частота вращения. Превышение допустимого значения подачи. Выход из строя элементов насоса или электродвигателя вследствие механических повреждений.

Осмотреть силовую установку, при необходимости, устранить повреждения. Уменьшить проходное сечение напорного трубопровода. Провести ревизию элементов насоса, при необходимости, заменить поврежденные детали.

Значительный нагрев подшипниковых узлов

Засорение смазочной системы. Попадание в масло мелкодисперсных загрязнителей. Увеличенное радиальное биение.

Промыть систему смазки дизельным топливом. Заменить масло в системе смазки. Осмотреть подшипники на предмет механических повреждений, при необходимости–заменить. Обеспечить центровку рабочего колеса. Увеличить зазоры для поступления масла в подшипниковые узлы.

Повышенный уровень шума и наличие вибрации

Недостаточная балансировка ротора. Чрезмерные смазочные зазоры. Наличие посторонних частиц в рабочей камере агрегата. Заклинивание вращающихся деталей. Кавитация

Провести балансировку ротора. Отрегулировать масляные зазоры в подшипниковых узлах. Очистить детали агрегата в случае загрязнения и наличия различных отложений на лопатках рабочего колеса. Уменьшить проходное сечение подающего трубопровода. Устранить вибрацию трубопроводов.

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.

Расположение вала

Центробежные насосы обычно расположены горизонтально. Но иногда вертикально.
Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

Вертикальные насосы применяются для уменьшения места под установку. Вы можете встретить их на дне скважины или колодца, соединенными длинным-длинным валом с двигателем сверху. Это подводит нас к соединению с двигателем. Обычно электрического.

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.

Если внимательно следить за этими факторами риска — прибор успешно отработает не только гарантийный срок, но будет работать на вас еще долгое время.

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

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.

Основные производители

Крупных игроков на рынке центробежных насосов можно также разбить по отраслям в которых они наиболее сильны:

Водоснабжение, водоотведение, водоочистка

  • Grundfos : grundfos.com
  • Wilo :wilo.ru
  • Группа компаний Xylem. Насосы Lowara, Goulds, Flygt, Vogel и.т.д : http://xylem.ru
  • KSB: https://www.ksb.com/ksb-ru/
  • Pentair : www.pentair.com
  • Ebara : http://www.ebaraeurope.ru/
  • Caprari : www.caprari.it

Нефтехимическая отрасль

  • Flowserve www.flowserve.com
  • ITT www.itt.com/
  • Sulzer www.sulzer.com
  • Hermetic Pumpen www.hermetic-pumpen.com
  • Kirloskar pumps www.kirloskarpumps.com/
  • Ruhrpumpen www.ruhrpumpen.com

Химическая промышленность

  • Munsch munsch.de/
  • Pompe Travaini www.pompetravaini.it/
  • Someflu pump www.someflu.com/
  • Rutschi Gruppe www.grupperutschi.com

Горнодобывающая отрасль

  • Warman . Группа компания Weir mineral https://www.global.weir/brands/
  • Krebs . Группа компаний flsSmidt http://www.flsmidth.com/en-US/Krebs
  • Habermann pumpen www.aurumpumpen.de/ru/

Количество ступеней

Насос классифицируется по количеству ступеней, которое он имеет. Большинство насосов имеет одну ступень с одним рабочим колесом и одним спиральным кожухом. Тем не менее, некоторые насосы имеют дополнительные ступени, соединённые последовательно для увеличения давления.

Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостаткиРотор многоступенчатого насоса

Суть в том, что одно колесо придает энергию жидкости, а затем направляет его в следующее колесо, которое добавляет еще энергии жидкости, а затем направляет ее к следующему колесу, и так далее, пока, в конце концов, жидкость не попадает в напорный патрубок.

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).

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий