Виды центробежных насосов

Главная

Статьи

Насосы

Содержание:

Центробежные насосы — устройства, используемые для перекачки различных жидкостей.

Они работают за счет центробежной силы, создаваемой при вращении ротора.

При этом жидкость или газ подается в насос через входное отверстие и выходит через выходной патрубок под давлением.

Конструкция

Центробежный насос состоит из корпуса, в котором расположен ротор с лопастями или рабочим колесом. При вращении ротора жидкость всасывается через впускную трубу и перекачивается к выходному патрубку.

Конструкция центробежного насоса включает в себя следующие узлы и детали:

ротор – основной вращающийся элемент, состоящий из лопастей или рабочего колеса. Он создает центробежную силу для перекачивания жидкости;
приводное устройство в виде электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, обеспечивает подачу энергии на насос;
рабочий вал и подшипники, передающие крутящий момент на насос, обеспечивающие вращение ротора;
входной и выходной патрубки — через них жидкость поступает в помпу и отводится из нее;
механические уплотнители, обеспечивающие герметичность насоса и предотвращающие вытекание жидкости наружу;
корпус в виде спиралевидной камеры с уменьшающим радиусом в сторону напорного патрубка, в котором размещены ротор, другие детали и узлы.

Кроме того, в центробежных насосах могут быть установлены дополнительные элементы, такие как уплотнительные устройства, фильтры, регуляторы давления, манометры, датчики давления, уровня масла, перегрева и пр.

Центробежный насос. Поперечный разрез.

Применение

Центробежные насосы применяются в различных отраслях, включая:

нефтегазовая промышленность — добыча, транспортировка, переработка нефти, газа;
коммунальное хозяйство — перекачивание питьевой воды, очистка сточных вод, обеспечение водоснабжения и водоотведения городов и населенных пунктов;
пищевое производство — перекачивание молочной продукции, напитков, других жидкостей, охлаждение оборудования;
сельское хозяйство — полив и орошение полей, перекачивание удобрений, жидкого навоза и пр.;
химическая промышленность — транспортировка и перекачивание химических субстанций;
энергетика — охлаждение энергетических установок, подача жидкого топлива, перекачивание теплоносителя ТЭЦ, ГЭС, АЭС.

Агрегаты обеспечивают эффективное перемещение жидкостей на большие расстояния, могут работать как в автономном, так и в автоматическом режиме.

Рабочие характеристики

Центробежные насосы могут обеспечивать большой объём перекачиваемой жидкости при небольшом рабочем давлении.

Они эффективны, надёжны, просты в обслуживании и имеют широкий диапазон рабочих характеристик:

производительность — количество жидкости, которое насос способен перекачивать за определенное время;
глубина подъема воды зависит от размера колес, мощности двигателя, диаметра входных и выходных патрубков, может составлять от 8 до 60 и более метров;
напор — разница давлений, измеряемых на входе и выходе насоса;
материал корпуса — нержавеющая сталь, чугун, латунь, пластик, титан и другие сплавы;
рабочая температура — от 0°С до +105°С;
КПД — от 70% до 90%;
применение — перекачивание воды, жидких сред, химически агрессивных субстанций, нефти, газа и других жидкостей;

Мощность центробежных насосов варьируется в широком диапазоне в зависимости от назначения, размера и конструкции устройства. Например, бытовые и малые промышленные помпы выпускаются мощностью 0,1-5 кВт, крупные промышленные — от 100 кВт, сверхмощные — более 10 МВт.

Простая конструкция центробежных устройств обеспечивает удобство эксплуатации и обслуживания.

Характеристики насосов указываются в техническом паспорте и на таблице, расположенной на корпусе устройства.

Принцип работы

Действие центробежного насоса основано на преобразовании кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления.

Работу центробежного насоса можно описать следующим образом:

При включении привода вал передает вращательное движение рабочему колесу.
Вода через входную трубу поступает в зону оси турбины.
Ротор, находящийся внутри корпуса, начинает вращаться, создавая центробежную силу.
Жидкость захватывается лопастями и начинает двигаться вдоль стенок корпуса, приобретая кинетическую энергию.
Под действием центробежной силы вода выходит через выходное отверстие насоса с повышенным напором и скоростью, готовая для транспортировки по трубопроводу к месту назначения.
За счет разницы давления в насос затягивается новая жидкость.

Регулировать объем или давление перекачиваемой жидкости можно изменением скорости вращения ротора.

Принцип работы центробежного насоса.

Виды насосов

Существуют различные типы насосов в зависимости от их конструкции и назначения.

Основные из них:

одноступенчатые — имеют один рабочий ступенчатый консольный ротор;
многоступенчатые — состоят из нескольких секций, каждая из которых имеет свой рабочий ротор, что позволяет им функционировать на больших диапазонах давления и объема;
вихревые — используют вихревое действие для повышения эффективности передачи энергии на жидкость;
магнитные — имеют магнитную связь между ротором и статором, что уменьшает трение и износ;
самовсасывающие — оборудованы специальным механизмом для создания вакуума и самовсасывания жидкости;
импульсные — работают на основе гидроудара, создающего импульсный поток. Импульсные насосы эффективны для перекачивания вязких субстанций и жидкостей с высоким содержанием твердых частиц.

Каждое устройство имеет свои преимущества и недостатки.

Выбор насоса зависит от конкретных условий эксплуатации и требований процесса.

Классификация

Центробежные насосы различаются по материалу изготовления, назначению, методу установки, способу присоединения двигателя и прочим признакам.

По материалу изготовления

Насосы изготавливаются из различных материалов, в зависимости от места установки и транспортируемой по ним жидкости:

из нержавеющей стали — используются для перекачивания агрессивных сред или воды с высоким содержанием солей;
из чугуна — подходят для работы с водой, не содержащей агрессивных компонентов, например, для водоснабжения или отопления;
из латуни — применяются в системах отопления, кондиционирования воздуха или в химической промышленности.
из пластика — используются для перекачивания чистой или слабо загрязненной воды.

Насосы из титана или других специальных сплавов могут быть использованы для работы с очень агрессивными средами, например, в химической промышленности.

По назначению

Насосы для водоснабжения и водоотведения — используются для перекачивания воды из водозаборных скважин, колодцев, водоемов, а также для отвода воды из дренажных и канализационных систем.
Насосы для охлаждения — применяются в системах охлаждения для перекачивания охлаждающей жидкости (например, воды) в охладители или конденсаторы.
Помпы для отопления — используются для циркуляции теплого водяного теплоносителя в системах центрального отопления.
Насосы для обработки воды и сточных вод — применяются для очистки воды от загрязнений, например, в системах фильтрации и обезжелезивания воды, а также для отвода сточных вод в канализацию.
Промышленные насосы — используются в производстве для перекачивания агрессивных жидкостей, веществ с высоким содержанием твердых частиц, нефтепродуктов и пр.
Насосы для систем орошения — применяются для подачи воды в системы автоматического полива садов, газонов и других зеленых насаждений.
Помпы для возмещения давления — используются для подачи воды под напором в системы отопления, холодного и горячего водоснабжения, для компенсации потерь давления в трубопроводах.
Компрессоры для плавательных бассейнов — применяются для циркуляции воды в бассейнах и обеспечения ее фильтрации и очистки.

По способу присоединения двигателя

Соединение центробежного насоса с валом двигателя выполняется несколькими способами:

прямое присоединение — мотор устанавливается непосредственно на корпус насоса;
муфтовое присоединение — двигатель присоединяется через муфту, что позволяет устанавливать его на некотором расстоянии от устройства.

В некоторых случаях мотор присоединяется через ременную или шестеренчатую передачу.

Муфтовое присоединение двигателя к насосу.

По количеству ступеней

Центробежные устройства могут классифицироваться по числу ступеней, определяющих количество рабочих колес:

одноступенчатые, имеющие одно рабочее колесо;
многоступенчатые — в таких устройствах имеется несколько рабочих колес, расположенных последовательно друг за другом.

Увеличение количества ступеней позволяет повысить напор перекачиваемых жидкостей и производительность устройства.

Рисунок 5. Многоступенчатый погружной насос.

По виду уплотнения на валу

Для герметизации основных узлов центробежного насоса применяют различные виды уплотняющих элементов:

сальниковые (набивные);
магнитные муфты;
манжетные;
щелевые (лабиринтные);
механические (торцевые) уплотнители.

Уплотнители используются для исключения протечек, проникновения перекачиваемых веществ в окружающую среду или на механизмы агрегата.

По положению относительно уровня воды

Насосы подразделяются на погружные (глубинные) и поверхностные.

Погружные — устанавливаются ниже уровня перекачиваемой жидкости. Они оснащены герметичным корпусом, в котором располагается и электродвигатель.
Поверхностные — являются самовсасывающими. Устанавливаются над поверхностью воды.

Поверхностные помпы отличаются более высокой мощностью, низкой стоимостью, простым обслуживанием по сравнению с глубинными агрегатами.

Насос погружной.

По способу присоединения двигателя

Существует несколько способов присоединения мотора к центробежным насосам, в зависимости от их конструкции и назначения.

Наиболее распространенные:

жесткая фиксация насоса на удлиненном вале электродвигателя с помощью крепежных элементов, таких как болты или зажимы. Этот способ прост в установке и обслуживании;
муфтовое разъемное соединение. Часто используется в консольных моделях. Удобно при проведении ремонта и обслуживания. Позволяет снять двигатель, не нарушая герметичность насоса;
ременная передача — мотор присоединяется к насосу с помощью ремня или цепи, что позволяет менять скорость вращения насоса при помощи регулировки натяжения ремня;
зубчатая передача — предполагает соединение мотора и насоса с помощью зубчатых колес, что обеспечивает более точную передачу мощности и возможность контролировать скорость вращения насоса;
гибкое соединение: используется, когда мотор и насос не находятся в одной плоскости и не могут быть присоединены напрямую. Гибкое соединение позволяет компенсировать небольшие угловые и радиальные смещения между двигателем и насосом;
с использованием редуктора: мотор присоединяется к помпе через редуктор, что позволяет уменьшить скорость вращения лопастей и увеличить крутящий момент.

Выбор способа присоединения двигателя к центробежному насосу зависит от конкретных условий эксплуатации и требований к производительности насоса.

По расположению патрубков

Патрубки в центробежных насосах размещаются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное направление потока жидкости и минимизировать потери давления. Входной патрубок располагается на одном конце насоса, предназначен для поступления жидкости в насос, а выходной — на другом конце, служит для выкачивания жидкости из насоса.

Их расположение бывает:

«ин-лайн» — на одной оси, позволяет жидкости проходить сквозь насос без преград;
консольное — вводной патрубок расположен под углом 90° к выпускному.

Патрубки имеют стандартные размеры и диаметры, обеспечивающие совместимость с другими элементами трубопроводов.

Преимущества и недостатки

Центробежные насосы имеют простую конструкцию и минимум движущихся частей, что делает их надежными и долговечными. Устройства обладают высокой производительностью, способны обеспечить большой объем перекачиваемой жидкости за короткое время.

Преимущества центробежных насосов:

компактность, малый вес;
низкие эксплуатационные затраты;
малое количество трущихся деталей;
возможность использования на глубине до 7 м;
способность перекачивания жидкостей различной вязкости и температуры, в том числе загрязненных.

Центробежные насосы легко обслуживать и ремонтировать, что позволяет быстро восстановить их в случае возникновения неполадок. Грамотно подобранные насосы при правильной эксплуатации демонстрируют высокий КПД.

Недостатки центробежных насосов:

ограниченная высота всасывания;
необходимость заполнения жидкостью перед пуском;
повышенная шумность;
риск возникновения кавитации;
чувствительность к наличию твердых частиц;
необходимость регулярного обслуживания и замены деталей.

Насосы восприимчивы к перепадам электроснабжения и нуждаются в стабилизаторах напряжения.

Оборудование не способно перекачивать воду, в которой есть воздух (газ).

Схема центробежного и вихревого насоса.

Чем отличается центробежный насос от осевого, вихревого

Различие между центробежными, осевыми и вихревыми помпами заключается в принципе и способе работы, направлении движения жидкости внутри устройства.

Сравнительная таблица характеристик центробежных, осевых и вихревых насосов.

Характеристики
	Центробежный	Осевой
Тип	лопастной	лопастной
Направление движения потока жидкости	радиально от центра к отверстию	параллельно оси вращения
Принцип работы	давление создается за счет кинетической энергии.	давление осуществляется за счет взаимодействия рабочего колеса с жидкостью
Назначение	перекачивание больших объемов воды на значительные расстояния	перекачивание жидкостей на большие расстояния, работа в сложных условиях
Преимущества	универсальность, высокая производительность.	способны перегонять загрязненные жидкости

Центробежный насос

Использует кинетическую энергию для создания давления. Жидкость подается внутрь насоса, под действием центробежной силы движется вдоль его оси и выходит через выпускной патрубок с повышенным давлением. Центробежные насосы часто используются для перекачивания больших объемов воды и других жидкостей на большие расстояния.

Осевой насос

Жидкость в такой гидропомпе движется параллельно оси вращения насоса. Для создания напора используется рабочее колесо, состоящее из втулки обтекаемой формы, на которой закреплены лопатки. Крыльчатка вращается вокруг своей оси и перемещает жидкость в направлении оси вращения.

Осевые агрегаты используются в атомных и тепловых электростанциях, на кораблях, в различных производственных отраслях. Применяются для перекачки различных жидкостей, включая воду, масла, нефть и другие среды, что делает их универсальным решением для широкого спектра задач.

Вихревой насос

Использует механическое вращение ротора с вихревыми лопастями для создания напора. Воздействие крыльчатки вызывает образование вихревых течений, что создает давление и поднимает жидкость вверх.

Вихревые помпы применяют в случаях, когда требуется получить большой напор при малых объемах жидкости. Могут использоваться только при отсутствии механических примесей в перекачиваемом веществе. Подходят для перекачки газожидкостных смесей.

Вихревые насосы способны поднимать воду с глубины 15 метров. Центробежные — перекачивают жидкость на высоту не более 7 метров.

Схема осевого насоса. 1) рабочее колесо с лопатками; 2) цилиндрический корпус; 3) направляющий аппарат.

Как рассчитать напор центробежного насоса

Напор центробежного насоса можно рассчитать по формуле:

H = (Q × g) / (3600 × n × ρ)

где:

H – напор насоса в метрах;
Q – расход жидкости, проходящей через помпу в кубических метрах в секунду;
g – ускорение свободного падения (принимаем за 9,81 м/с²);
n – КПД насоса;
ρ – плотность жидкости в килограммах на кубический метр.

Расход Q берется из технического паспорта.

Плотность жидкости (ρ) определяется по таблицам или по формуле: ρ = масса/объем.

КПД насоса (n) можно найти в технической документации на насос.

Для более точного расчета напора насосного оборудования следует обратиться к специалисту.

Ответы эксперта

Какие параметры следует учитывать при выборе центробежного насоса?

При выборе следует учитывать: требуемый объем перекачиваемой жидкости в единицу времени; размер и вес устройства для удобства установки и обслуживания; материал корпуса, в зависимости от химических свойств перекачиваемой жидкости и условий эксплуатации оборудования. Чтобы быть уверенным в качестве и надежности насоса, приобретайте его у надежных производителей.

Влияет ли траектория трубопровода на величину напора?

Чем больше изгибов и поворотов в траектории водовода, тем больше гидравлическое сопротивление, сильнее потери давления в трубах, ниже напор насоса.