Центробежные насосы

Основным элементом центробежного насоса является рабочее колесо (импеллер), расположенное внутри спирального корпуса (улитка), которое имеет лопасти, направленные в обратную сторону относительно вращению самого колеса. Импеллер устанавливается на вал, который соединен с приводом насоса. При старте работы агрегата рабочее колесо начинает вращаться, и жидкость через всасывающий патрубок поступает вдоль оси вращения колеса.

Под действием центробежной силы, жидкость перемещается по каналам между лопастями в радиальном направлении (от центра импеллера к его периферии) в спиральную камеру корпуса насоса, а затем и в нагнетательный патрубок насоса. На периферии рабочего колеса располагается зона повышенного давления. В центре же давление понижено, что обеспечивает постоянное поступление жидкости в насос.

Устройство

Схема центробежного водяного насоса (ЦНС)

• 1 – подшипник, выполняет функцию опоры для вращающегося вала;
• 2 – крышка, которая скрывает сальник и препятствует попаданию воды;
• 3 – втулка, выполняет защитную функцию от истирания;
• 4 – диск гидравлической пяты, предназначен для стабилизации оборудования;
• 5 – колесо рабочее, при вращении образует центробежную силу;
• 6 – секции, в которых располагаются механизмы;
• 7 – лопаточный отвод, раскручивает поток после рабочего колеса;
• 8 – набивка сальниковая, используется для лучшего уплотнения и герметизации;
• 9 – подшипник, используется как опора для вала;
• 10 – муфта, передает вращательные движения вала;
• 11 – втулка гидрозатвора, защищает вал от истирания;
• 12 – вал, выполняет функцию оси вращения;
• 13 и 14 – уплотняющее кольцо, предотвращает утечку воды.

Центробежный насос в разрезе

При помощи электромотора приводится в движение вал, на котором расположены рабочие колеса с лопастями. Может быть одно колесо или несколько. Попадая в устройство, жидкость при вращении рабочего колеса набирает центробежную силу и выталкивается в напорный водопровод.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение центробежные насосы получили благодаря своим положительным качествам:

• простоте конструкции;
• несложному монтажу;
• простому обслуживанию;
• длительному сроку службы;
• высокой надежности.

Как и другие типы гидромашин, ЦН имеют ряд недостатков:

• невысокая высота всасывания (до 6-8 м);
• отсутствие сухого всаса;
• большая вероятность возникновения кавитации.

Для пуска агрегата необходимо заполнение водой гидравлической части и всасывающего трубопровода.

Разновидности центробежных насосов: полезная информация

В общей классификации насосного оборудования, центробежные насосы относятся к динамическим лопастным насосам. Что это значит?
Во всех лопастных насосах есть рабочее колесо, и их принцип работы заключается в силовом воздействии потока жидкости на его лопасти.
Но сам механизм этого взаимодействия отличается. И главным отличием является траектория движения воды.
В связи с этим и происходит их разделение на три категории: центробежные, диагональные и осевые. Хотя, есть и комбинированные модификации, например, центробежно-осевые.

Конструктивные особенности

В центробежных насосах колесо состоит из двух, параллельно посаженных на вал дисков, между которыми располагаются криволинейные лопасти. Крутятся они в направлении, противоположном вращению вала.
Вода движется вдоль оси колеса, попадает в каналы между лопастями, а затем — в спиральный отвод или направляющий аппарат.
Итак:

• Конструкция отвода и является тем критерием, по которому и производится классификация центробежных насосов. Колесо с двумя дисками называется закрытым, но есть и такие модификации насосов, где оно остаётся открытым, то есть не имеет переднего диска. В настоящее время, такие варианты практически не изготавливают.

Консольный насос с колесом закрытого типа

• Вообще, в центробежных насосах может быть не один рабочий орган, а несколько. В связи с этим фактом существует такое понятие, как «многоступенчатый насос».
  В нём вода проходит по цепочке, через все колёса, которые, кстати, насажены на общий вал. Каждое колесо создаёт своё давление, поэтому общая характеристика такого агрегата равна сумме напоров общего количества колёс.
• Способ подвода жидкости к колесу может быть не только односторонним. Существуют центробежные насосы двустороннего входа. Как правило, это мощные всасывающие агрегаты, с трёхдисковым рабочим колесом, и полуспиральным движением подводимой жидкости.
• Её поток на входе раздваивается, что даёт возможность разгрузить вал, и уменьшает кавитацию (парообразование). Такие насосы применяют в промышленных и городских водопроводных сетях, в мелиорации, сельском хозяйстве, а также в циркуляционных системах электростанций.

Центробежный агрегат типа «Д»

• Что касается отвода насоса, то его основной задачей является концентрация выходящей из рабочей камеры жидкости, и преобразование её энергии из кинетической в потенциальную. Данный процесс должен свести к минимуму гидравлические потери, что и достигается благодаря спиральной форме рабочей камеры.
• Как мы уже говорили, центробежные насосы различаются по типу отвода, который может быть как спиральным, так и турбинным. В первом случае, вода или другая жидкость от рабочего колеса сразу попадает в камеру, имеющую форму улитки. Оттуда, если насос многоступенчатый, она подаётся к другим колёсам, либо сразу попадает в напорный трубопровод.

Типы центробежных насосов: турбинный агрегат

• В другом варианте, прежде чем жидкость попадёт в спиральную камеру, она должна пройти через особую систему, образованную неподвижными лопатками. Она называется направляющим аппаратом. Такая конструкция насоса позволяет ему развивать более сильный напор.
• Такие агрегаты, как на фото сверху, для перекачки воды используют редко, их преимущественная сфера применения – нефтегазодобывающая промышленность. Конструкцию с направляющим аппаратом имеют так же насосы, предназначенные для повышения давления в трубопроводах.
• Различаются насосы и по пространственному положению вала. Оно может быть и горизонтальным и вертикальным(см.Центробежный вертикальный насос: как выбрать правильно). Горизонтальное исполнение корпуса присуще всем поверхностным насосам. Вертикальный вал – это прерогатива погружных и глубинных агрегатов.

Насос, двигатель которого присоединён с помощью муфты

• Типы приводов центробежных насосов тоже могут быть разными. В небольших моделях двигатель чаще находится в одном корпусе с насосом, который в этом случае называется моноблочным.
  Но есть варианты, когда рабочее колесо вынесено наружу, хотя и насажено на удлинённый вал двигателя. Центробежный насос может быть соединён с мотором муфтой, либо приводиться в движение с помощью редуктора или шкива.
• Кроме того, есть отличия, касающееся условий эксплуатации насосов. Модель, в которой ротор мотора не соприкасается с перекачиваемой жидкостью, называют насосом с сухим ротором. Когда механизм погружается в воду, конструкция двигателя несколько отличается.

Это естественно, ведь статор, который находится под напряжением, должен быть защищён от замыкания, которое может быть вызвано соприкосновением с водой. В таких насосах, он отделяется от ротора тонкой гильзой из нержавеющей стали.

Маркировка

Как видите, вариаций исполнения насосного оборудования достаточно много. Ориентироваться в них помогает маркировка центробежных насосов.
Неважно, как они изготавливаются: серийно, или по индивидуальному заказу — на корпусе выбито буквенно-цифровое обозначение агрегата, либо прикреплена табличка с маркировкой, включающей в себя его основные технические характеристики.

Маркировка насосов центробежных

• В любом случае, такая информация просто необходима для эксплуатации, ремонта или замены насоса, сборки агрегатов и насосных станций, подбора запорной арматуры и комплектующих деталей трубопроводов. Единых критериев маркирования насосного оборудования, к сожалению, не существует.
• Каждый производитель решает данный вопрос самостоятельно, стараясь вложить в обозначение как можно больше информации об агрегате. Как правило, используются аббревиатуры, сочетания заглавных и прописных букв, цифр. Прописные буквы обычно обозначают тип насоса и его назначение.

Например, ЭЦВ обозначает: насос центробежный, для воды, с электрическим двигателем. Аббревиатура КМ расшифровывается так: консольный моноблочный насос; насосы центробежные марки Д, имеют двухсторонний вход.
Цифры в маркировке указывают диаметр входного отверстия, число ступеней в многоступенчатых моделях, а так же подачу и напор. В погружном насосе, может быть так же указан диаметр обсадной трубы скважины, в которую он может быть установлен.

Группы или виды центробежных насосов

• Первая группа. Расположение оси вращения: горизонтальная ось вращения и вертикальная ось вращения.

Горизонтальное расположение вала наиболее востребованы, т.к. их обслуживание проводится его и быстро. Преимущества вертикального расположения вала заключаются в его компактных габаритах.

А вот минусом вертикального осевого центробежного насоса является его ремонт или обслуживание, т.к. при этом приходится снимать двигатель, который располагается поверх корпуса насоса.

• Вторая группа. Количество ступеней: одно или много.

При одноступенчатой конструкции работает одно рабочее колесо центробежного насоса.

Многоступенчатые центробежные насосы работают с несколькими рабочими колесами, которые расположены на одном вале. Каждая ступень образуется из колеса центробежного насоса с рабочей камерой. Вода перемещается от ступени к ступени, пока не достигает выхода из насоса.

• Третья группа. По способу размещения насоса: поверхностные, полупогружные и глубинные.

Из названия понятно, что поверхностные насосы располагаются на определенной поверхности. У них не предусмотрен контакт с осадками, поэтому им необходима защита в виде помещения.

Преимущества поверхностного центробежного насоса заключаются в цене, они стоят намного меньше, чем другие, а также в удобстве по обслуживанию.

Полупогружные насосы наполовину опускаются в жидкость. Чаще их используют для откачки воды из подвала.

Погружной насос предназначен для работы в воде, глубина и диаметр скважины диктуют какую модель необходимо выбрать. Крепится такой насос при помощи страховочного троса.

Должен быть погружен полностью в воду, т.к. вода для него и естественное охлаждение и смазочная жидкость. К таким насосным установкам предъявляются требования: герметичность корпуса и материал корпуса насоса.

• Четвертая группа. По забору воды: самотечные, самовсасывающие.

В самотечные центробежные насосы жидкость поступает перетеканием.

Самовсасывающие насосы способны перекачивать загрязненную воду, оснащены обратным клапаном, который помогает накопить воду.

• Пятая группа. Сфера применения: для откачивания воды для бытовых нужд; для тушения пожаров; воздушный насос и нефтяной.

Классификация центробежных пожарных насосов

1. По НПБ 176-98 различает насосы с нормальным, высоким и комбинированным давлением. При нормальном давлении создается напор до 2 МПа, при высоком – до 5 МПа, комбинированные – регулируют нормальное и высокое давление напора воды.
2. По расположению на пожарной машине: передние, средние и задние. Переднее расположение центробежного пожарного насоса подразумевает его установку перед радиатором пожарной машины. Плюсами такого расположения являются: простота набора воды в резервуар, возможность близко подъехать к водоему, короткая система электроснабжения. Минусами является: замерзание воды при неблагоприятных условиях, возможность привести в негодность при аварийной ситуации, неудобное соединение с баком для воды.

Среднее расположение насоса внутри автомобиля. Такому насосу не страшна никакая температура, плюс удобно управлять насосом из кабины. Минус: занимает много места и закрывает обзор водителю.

Заднее расположение – насос в специальном отсеке в кузове автомобиля. Близок к цистерне с водой, не загораживает водителю обзор.

Достоинствами центробежных насосных установок являются:

• при увеличении напора воды, подача не уменьшается;
• за счет высокой частоты вращения вала в центробежных насосах допускается применять электродвигатели и турбины, которые заменяют привод;
• возможность регулирования мощности центробежного насоса.

Минусами таких насосов являются:

• Перед началом работы, данные насос необходимо залить водой.
• Из-за вращения внутри насоса составных частей, в системе образуется воздух, из-за которого создается вибрация. Вибрация приводит к износу некоторых частей.

Монтаж центробежного насоса своими руками не сложен. Необходимо следить за его работой, а при возникновении непредвиденных ситуаций пытаться разобраться.

Основные проблемы у насосного оборудования и их решение:

1. Линия всасывания засорена. Это происходит из-за засорившегося фильтра, которые необходим заменить.
2. Жидкость перекачивается с высокой температурой. Выключить насос, дать ему остыть.
3. Длинный трубопровод, но с меленьким диаметром. Это ошибка, которую допустили строители вначале. Её можно исправить, только переложив трубопровод.
4. Соединения разгерметизированы. Необходимо внимательно осмотреть все соединения, а при обнаружении причины, произвести новую герметизацию.

Как увеличить срок эксплуатации центробежных насосов

Чтобы центробежные насосы работали долгое время в схему их подключения необходимо включать контрольно-измерительные приборы, например, манометр и обратный клапан.

Манометр поможет следить за давлением, а обратный клапан накапливать воду.

На входе в насос необходимо устанавливать фильтр, во избежание попадания твердых частиц, которые могут вывести из строя всю установку.

Центробежный насос должен использоваться согласно характеристикам. Не покупайте насос, у которого высота водяного столба рассчитана на 30 метров, а Вы в целях экономии будете использовать на 50 м.

Такой насос быстро износится, и Вы понесете дополнительные траты.

Самыми популярными видами центробежных насосов являются:

Центробежный насос Водолей У 0.5-40м. Погружной насос, позволяющий работать на глубине 20 метров, производительность составляет 1800 л/час. Напор водяного столба достигает в высоту 60 метров.

Хороший вариант для дома с постоянным проживанием 3 людей, а также для полива участка в шесть соток. Средняя цена такой модели 9100 рублей.

Центробежный насос GRUNDFOS SQ 1-35.

Погружной, диаметр насоса 80 мм. Из-за небольшого диаметра такая модель подойдет больше для подачи питьевой воды.

Высота водяного столба достигает 45 метров, а производительность составляет 1400 л/час.

Стоит такой насос 27 000 рублей. Выполнен качественно и прослужит долго.

Классификация центробежных насосов – виды и описание

Каждый насос водяной центробежный относится к определенному виду. По типу конструкции разделяют такие вида оборудования:

• Консольные насосы – каждый электроцентробежный насос этого вида обладает однорамной конструкцией. Рабочее колесо такого прибора крепится посредством муфты;
• Секционные насосы – высоконапорные агрегаты этого класса оборудуется несколькими рабочими колесами, совместная работа которых существенно увеличивает давление внутри секционного насоса;
• Насосы с двухсторонним входом – эти агрегаты оборудуются двухсторонним рабочим колесом, компенсирующим нехватку осевых сил;
• Вертикальные – к этому классу относятся маслонапорные крупногабаритные агрегаты. Вертикальный насос используется для подачи больших объемов воды;
• Винтовые насосы – в оборудовании этого типа напор жидкости образуется в результате ее вытеснения одним или несколькими роторами, которые вращаются внутри статора. Винтовой насос используется для перекачивания жидкостей, паров и их смесей.

Центробежный насос каждого из перечисленных типов имеет свои конструктивные особенности, которые влияют на принцип работы и рабочие показатели агрегата.

Сферы применения и принцип действия

Благодаря своей надежности, высокой производительности, простому устройству и принципу действия центробежные насосы сегодня пользуются большой популярностью. Они с успехом работают как на производстве, так и в быту. К достоинствам относятся:

• беспрерывное обеспечение предприятий технической водой для производственных нужд;
• транспортировка различного вида жидкостей между объектами предприятия;
• организация системы полива растений и доставка воды на животноводческие фермы;
• снабжение населенных пунктов питьевой водой;
• обустройство загородных и дачных домов автономной системой водообеспечения.

Если кратко описать принцип работы центробежного насоса, то он довольно прост. После включения электродвигателя или другого механического привода вал устройства начинает вращаться в определенную сторону. Вместе с валом вращается рабочее колесо, а лопатки начинают разгонять жидкость по кругу.

За счет центробежной силы, направленной от центра вала к краю корпуса, воду выбрасывает через выходной патрубок наружу. Чем больше скорость вращения вала, тем больше сила, действующая на жидкость, а значит, производительность насоса повышается.

Принцип работы

Во время перекачки воды межлопастные каналы заполняются жидкостью. Когда вал начинает вращаться возникает центробежная сила. После этого из ступени начинает поступать перекачиваемая жидкость. Благодаря этому возникает разряженная среда в центре ступеней и повышается давление. Вода начинает поступать по трубопроводу и подаёт её в насос через трубку. Перемещение жидкости осуществляется за счёт того, что давление на разных концах системы разное. Жидкость выбрасывается из колеса и подаётся в камеру, после чего передвигается в напорную трубку и уже в сам трубопровод.

Стоит отметить, что центробежная сила зависит от размера колеса. Чем больше его размер, темы выше напор, и наоборот. В роли привода выступает электромотор, который может отличаться по своей мощности.

Недостатки

Как и любое устройство, помимо положительных характеристик, такой насос имеет и недостатки:

• В результате нестабильности в электрической цепи может возникать нестабильная подача воды.
• При первом запуске насоса, во избежание поломки, необходимо заливать жидкость в рабочую камеру ручным способом.
• При попадании воздушных масс в спираль, есть большая вероятность выхода из строя подшипников и других комплектующих, что способствует снижению функциональных характеристик насоса.

Справка! Для удаления лишнего воздуха на кожух чаще всего устанавливают специальные вантузы.

Подводя итоги, стоит отметить, что центробежные насосы не прихотливы в своей работе, легко монтируются и достойно выполняют свою функцию, соответствуя при этом всем заявленным характеристикам.