Устройство и принцип работы центробежного насоса

Поток воды попадая в центр вращающегося рабочего колеса с радиально изогнутыми лопатками, под действием центробежной силы меняет направление своего движения с осевого на радиальное, и перемещаясь вдоль лопаток собирается в канале корпуса находящемся за периферией рабочего колеса.

Принцип работы центробежного насоса заключается в преобразовании за счёт центробежной силы, электрической энергии потребляемой двигателем в статическую энергию потока (повышается давление).

Поток воды попадая в центр вращающегося рабочего колеса с радиально изогнутыми лопатками, под действием центробежной силы меняет направление своего движения с осевого на радиальное, и перемещаясь вдоль лопаток собирается в канале корпуса находящемся за периферией рабочего колеса.

В спиралевидном канале по форме напоминающем конфузор, кинетическая энергия потока частично преобразуется в статическую энергию и поток с более высоким давлением выходит из нагнетающего патрубка.

Таким образом, электрическая энергия потреблённая электродвигателем расходуется на повышение давления воды, при этом коэффициент полезного действия насоса с воздушным охлаждением электродвигателя (сухим ротором) может достигать 70-80%.

Рабочие параметры центробежных насосов находятся в жёсткой зависимости с частотой вращения рабочего колеса, так например: двукратное увеличение частоты вращения, приводит к увеличению подачи в два раза, росту напора в четыре раза и увеличению потребления энергии в восемь раз.

Действие центробежного насоса основано на законах гидродинамики, на придании жидкости, поступающей в замкнутый корпус спиралевидной формы, динамического воздействия через вращающиеся лопасти ротора. Эти лопасти имеют сложную форму с изгибом в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Они закреплены между двумя дисками, насаженными на ось, и сообщают динамику жидкости, заполняющей пространство между ними.

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.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных типов центробежных насосов, которые можно классифицировать по следующим признакам:

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.

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.

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.

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 ω .
Связь между ω и n определяется выражением
ω = π 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

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.

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.

Зависимость напора насоса от подачи называют основной характеристикой насоса.

Многоступенчатые центробежные насосы

Для увеличения напора используют многоступенчатые насосы, в которых жидкость от рабочего колеса поступает не в напорный патрубок, а в центральную часть следующего рабочего колеса, которое вновь передает энергию рабочей жидкости, что позволяет увеличить напор.

Таких ступеней может быть несколько.

Принципиальная схема центробежного насоса показана на рисунке.

Осевой насос обустроен таким образом: на втулку, находящуюся внутри корпуса (рабочее колесо) установлено несколько крылообразных, имеющих обтекаемую форму лопастей. Вращение колеса вокруг оси приводит к тому, что укрепленные на нем лопасти создают подъемную силу, которая воздействует на жидкость и приводит к перемещению жидкости вдоль втулки. Вращение втулки осевого насоса производится в трубчатой камере.

Центробежный насос состоит из корпуса, имеющего спиральную форму, и расположенного внутри жестко закрепленного колеса, состоящего из двух дисков, с закрепленными между ними лопастями. Они отогнуты от радиального направления в сторону противоположную той, в какую направлено вращение колеса. Соединение насоса с трубопроводами, напорным и всасывающим, производится через патрубки.

Устройство и принцип действия центробежного насоса

Центробежные насосы могут иметь одно или несколько рабочих колес, называются они соответственно — одноступенчатыми и многоступенчатыми. Не зависимо от количества рабочих колес, принцип действия центробежного насоса остается тем же — перемещение жидкости вызывает центробежная сила, вызванная вращающимся рабочим колесом.

Осевой насос обустроен таким образом: на втулку, находящуюся внутри корпуса (рабочее колесо) установлено несколько крылообразных, имеющих обтекаемую форму лопастей. Вращение колеса вокруг оси приводит к тому, что укрепленные на нем лопасти создают подъемную силу, которая воздействует на жидкость и приводит к перемещению жидкости вдоль втулки. Вращение втулки осевого насоса производится в трубчатой камере.

Это вызывает движение основной массы потока в осевом направлении, но при этом рабочее колесо несколько его закручивает. Чтобы избежать появление вращательного движения жидкости, в камере, на определенном расстоянии от втулки, устанавливается выравнивающее устройство, через него жидкость следует в коленчатый отвод, затем — в напорный трубопровод.

У зарубежных пользователей большей популярностью пользуются насосы диагональные, конструкция которых сочетает элементы осевых и центробежных насосов. От центробежных диагональные насосы отличаются углом выхода потока (45 градусов вместо 90). Диагональные насосы обычно имеют вертикальное исполнение (вертикальное расположение вала), что придает им сходство с осевыми насосами.

При пуске насоса и заполнении корпуса жидкой средой полностью, приходит во вращательное движение рабочее колесо, которое благодаря лопастям отбрасывает жидкость находящуюся между ними к краям колеса, из-за чего в центре образуется разряжение, а по краям давление нарастает, и перекачиваемая жидкость начинает поступать через патрубок в напорный трубопровод. Такой принцип действия обеспечивает непрерывность подачи перекачиваемой жидкости.

Центробежный одноступенчатый насос состоит из корпуса спиральной формы и закрепленного на его валу рабочего колеса, имеющего передний и задний диски. Между этими дисками располагаются специальные лопасти, отгибающиеся в обратную сторону от радиального направления и вращающиеся вместе с рабочим колесом. Через всасывающий и напорный патрубки корпус центробежного насоса соединен с соответствующими трубопроводами.

При пуске насоса и заполнении корпуса жидкой средой полностью, приходит во вращательное движение рабочее колесо, которое благодаря лопастям отбрасывает жидкость находящуюся между ними к краям колеса, из-за чего в центре образуется разряжение, а по краям давление нарастает, и перекачиваемая жидкость начинает поступать через патрубок в напорный трубопровод. Такой принцип действия обеспечивает непрерывность подачи перекачиваемой жидкости.

Многоступенчатые центробежные насосы оснащаются несколькими рабочими колесами, но принцип действия абсолютно аналогичен одноступенчатым.

Один из основных классификационных признаков – расположение установки во время работы.

Особенности конструкции и принцип действия центробежного насоса

Независимо от модели, центробежные агрегаты включают:

Дополнительно в устройство центробежного насоса входят конструктивные элементы, повышающие функциональность, безопасность и эффективность его использования:

• Шланги различного назначения.
• Обратный клапан, предохраняющий аппарат от возврата рабочей среды.
• Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед агрегатом. Предохраняет внутренние узлы устройства от повреждения крупными механическими включениями.
• Измерительные устройства – вакуумметры, манометры.
• Запорно-регулирующая трубопроводная арматура.

Принцип работы насосного оборудования этого типа:

Наибольшее распространение, для перекачки жидких сред, получили центробежные насосы, так как имеют достаточно простую конструкцию, надежность, и необходимые характеристики для большинства случаев.

Принцип работы центробежного насоса

Принцип действия центробежного насоса

Применение центробежных насосов

Центробежные насосы применяются в большинстве технологических процессов, для разных целей перекачивания: заполнение или откачка емкостей, циркуляция (теплоносителя или хладагента) по замкнутому контуру, в системах канализации, системах отопления, водоснабжения.

Промышленные центробежные насосы для воды или других жидкостей могут иметь разное устройство уплотнения вала (сальниковое или торцевое уплотнение), различное исполнение по конструкции (консольные, моноблочные). В моноблочных центробежных насосах, рабочее колесо установлено на удлиненный вал специального электродвигателя, а корпус улитки крепится к фланцу электродвигателя.

горизонтальные центробежные насосы

пневматические мембранные насосы

пищевые мембранные насосы

мембранные насосы гигиеническая серия

горизонтальные центробежные насосы

центробежные насосы с магнитной муфтой

полупогружные центробежные насосы

Вертикальные центробежные насосы серии IM изготовлены из полимера, состоят из прочного корпуса и стойки, прикрепленной к соединительной планке, к которой крепится цевочное колесо, являющееся в свою очередь крепежным элементом для электродвигателя.
Электродвигатель с прямым приводом соединен посредством упругой муфты с валом насоса.
На противоположном конце вала, поддерживаемом радиальным подшипником, закреплена открытая крыльчатка.

Конструкция этого насоса позволяет демонтировать двигатель без необходимости демонтажа самого насоса.

A – электродвигатель
B – карданная муфта
C – цевочное колесо
D – радиальный подшипник
E – внешняя стойка
F – покрытие вала
G – керамическая втулка
H – крыльчатка
I – нагнетательная труба
L – всасывающий канал
М – компенсационная втулка

Схема принципа работы центробежного насоса

Основное предназначение любого насоса — перемещение жидкости из одной части трубопровода в другую путём создания давления и напора в системе. Есть множество способов добиться этого. В центробежных насосах эта задача решается при помощи интенсивного вращения рабочего колеса. Оно создаёт центробежную силу, которая и способствует перемещению перекачиваемой среды.

Схема принципа работы центробежного насоса

Рабочее колесо — основная рабочая часть насоса. Однако, чтобы привести его в движение необходимо подвести к нему крутящий момент от двигателя. Для этого используется жесткое соединение рабочего колеса и вала насоса. Вал насоса соединяется с рабочим валом двигателя. Это простая и надёжная конструкция, которая представляет один из наиболее удобных методов перекачивания и транспортировки различных жидкостных сред.

Особенность работы центробежного насоса заключается в том, что когда внутри его корпуса отсутствует вода, он продолжает работать. Это холостое вращение двигателя и рабочего колеса, при котором не происходит никакого перемещения жидкости. При этом происходит перегрев торцевых уплотнений, и они могут выйти из строя без охлаждения и смазки. Охлаждение и смазка происходят за счет перекачиваемой жидкости. Именно поэтому важно обеспечить стабильную подачу жидкости в корпус насоса.

За это отвечает всасывающий патрубок. Вращение рабочего колеса насоса, создаёт разрежение на входном и повышенное давление на выходном участке трубопровода. Это обеспечивает перемещение жидкости. Именно поэтому важно следить за состоянием всасывающего патрубка. Если он загрязнён или повреждён, эффективность насоса снижается.

Внутри корпуса насоса может быть размещено одно или несколько рабочих колёс. Все они должны быть жёстко закреплены на валу. Когда электродвигатель включается, внутри корпуса начинаются следующие процессы:

• создаётся разрежение на всасывающем патрубке, в камеру насоса поступает жидкость;
• вращение рабочих колёс создаёт центробежную силу, которая отбрасывает жидкость к стенкам камеры насоса;
• через специальные каналы жидкость, движению которой придали импульс, поступает в выходной патрубок и оттуда — дальше в трубопровод.

Центробежные насосы могут работать с разными жидкостями. Это не обязательно должна быть вода. Главное, чтобы технические и эксплуатационные характеристики оборудования позволяли ему работать с той средой, которую вы планируете перекачивать.

Материалов, из которых выполнены детали конструкции;

А что мы знаем о насосах вообще. Слышали, конечно, что они бывают разных типов, но конкретно, как они работают и на каких принципах – это нам знать не обязательно, хотя от этого зависит наш подход к выбору такого устройства и количество затраченных денег на приобретение «водяного» агрегата.

Сегодня вы узнаете о наиболее распространенном типе насосов – центробежных, принцип действия которых используется в большинстве моделей бытовых гидравлических агрегатов от скважинных, дренажных, фекальных, поверхностных и, даже, в системах отопления вашего жилища – циркулярных.

Предназначение и описание конструкций центробежных насосов

Насос – это механическое устройство, преобразующее механическую энергию двигателя привода или мускульную силу в энергетический поток вещества, служит для транспортировки и образования напора любой жидкости различного состава, сжиженных и других газов.

Центробежный насос – гидравлический механизм, который создает перемещение жидкости с заданным напором по принципу создания центробежных сил, возникающих при действии лопастей рабочего колеса (крыльчатки) на жидкую среду.

В бытовых условиях центробежный насос – это такое механическое устройство с приводом электрического или механического двигателя, который обеспечивает перекачку воды с определенным напором под действием центробежных сил, создаваемых лопастями крыльчатки рабочего колеса.

Центробежный насос состоит из набора ключевых элементов конструкции:

Спиралевидный корпус проходной части насоса;

Рабочее колесо с одной или более ступеней лопаток;

Вращающийся вал, соединенный с двигателем;

Гидравлическое торцовое уплотнение вала или сальник;

Возможна установка обратный клапана на патрубке приема жидкости, который снабжается защитной сеткой фильтрации;

Возможно оснащение задвижкой на всасывающем патрубке и вакуумомером, измеряющем величину разряжения со стороны всасывания.

1. Расположение спирального корпуса (улитки), включая всасывающий и нагнетательный патрубки, в классическом исполнении (всасывающий патрубок – расположен горизонтально, нагнетательный – вертикально);

2. Расположение рабочего колеса;

3. Размещение узла уплотнения вала;

5. Размещение лабиринтного уплотнения масляной камеры подшипников;

6. Место подшипниковой опоры;

7. Место несущей опоры, разгружающей вал;

8. Размещение глазка-уровнемера для контроля за уровнем масла в камере подшипникового узла .

Технические возможности центробежных насосов зависят от:

Конструктивных особенностей агрегата, их размерами и производительностью, зависящей и от количества ступеней рабочего колеса;

Материалов, из которых выполнены детали конструкции;

Принципы, по которым функционируют основные рабочие узлы устройства;

Конструкции и материалов уплотнений передающего вала агрегата.

Классификация насосов центробежного типа

Квалифицировать типы центробежных насосов можно по нескольким параметрам:

По конструктивным особенностям;

По техническим показателям производительности, напора воды на выходе, мощности электродвигателя, количеству оборотов вала в определенный отрезок времени;

По виду содержания и степени загрязненности перекачиваемой жидкой среды.

Классифицируя устройства по конструктивным особенностям, применяемы в быту центробежных насосов, можно выделить агрегаты:

1. Наиболее распространенными в быту являются одноступенчатые центробежные насосы с вертикальным или горизонтальным расположением вала. Они просты по конструкции и дешевле в производстве и при ремонте. Но такие конструкции охватывают широкий диапазон применения, сочетая их возможности по производительности, создания столба воды и другим параметрам.

Классическим вариантом конструкций являются агрегаты с горизонтальным расположением вала. Располагают вал вертикально в случаях минимизирования монтажных размеров агрегата в различных условиях установки (в скважинах, колодцах, выгребных ямах и так далее).

1. Многоступенчатые центробежные насосы, хотя и представляют наиболее совершенные конструкции с более высокими техническими показателями, но менее распространен в быту из-за дороговизны производственных процессов на их создание.

В конструкции такого вида насосов предусмотрено перемещение потока воды от входного патрубка к заборному отверстию первой ступени рабочего колеса, затем к такому же заборному отверстию следующей ступени и так далее. В конечно итоге на входе из агрегата мы имеем суммарный результат напоров всех степеней центробежного насоса.

Преимущества применения центробежных насосов

Основными преимуществами центробежных насосов можно считать их конструктивные решения: удобство в сборке и ремонте, материалах в применяемых деталях, дешевизна процесса производства, и их функциональные возможности в зонах применения:

Компактность агрегатов достигается за счет прямого соединения с двигателем через вал или магнитную муфту;

Малый вес конструкции, небольшие геометрические размеры конструкций позволяют устанавливать агрегаты на ограниченных легких площадях или подвешиваться в узких скважинах на большой глубине;

Высокие основные технические показатели агрегатов по производительности и создания столба воды;

Легкость в монтаже и разборке конструкции;

Надежность в работе и долговечность в эксплуатации;

Несложное управление в процессе эксплуатации;

Возможность снабжения агрегатов дополнительными автоматами безопасности.