Центробежные насосы, особенности конструкции.
Вероятно, наиболее часто используемым типом насоса является так называемый центробежный насос. И это благодаря его очень хорошим свойствам перекачивать воду, как чистую, так и загрязненную. В этой области он достигает очень высоких скоростей потока и очень надежен.Также благодаря этому вы можете найти его практически в каждом коттедже, многоэтажном доме, саду, бассейне, водной станции, очистной установке, водораспределении и т. д.
В этой статье о насосах мы будем иметь дело с менее используемым принципом в абсолютном масштабе, так называемым центробежным насосом, иногда также называемым гидродинамическим насосом. В частности, радиальные центробежные насосы, которые обычно используются в случае небольших насосов. Тот факт, что он появился после так называемых лопастных насосов, не случаен. В этой конструкции также используется ротор в виде крыльчатки с лопастями, но здесь они обычно изогнуты и их физический принцип другой. Поэтому я перечислил их отдельно.
Центробежные насосы, хоть и в разных модификациях, можно встретить практически везде, где перекачивают воду в больших количествах. На
В промышленности такие насосы используют для непрерывной транспортировки или перекачки больших объемов различных жидкостей с малой и средней вязкостью, в том числе сжиженных газов (например, СУГ). Напротив, этот тип совсем не подходит для работы в режиме Останов-Запуск, т.е. требуются регулярные частые остановки и запуски, например, для быстрого многократного дозирования малых количеств и объемов, поскольку их запуск происходит медленнее, а всасывающие возможности обычно слабее (исключение составляет специальная самовсасывающая версия). Кроме того, если центробежный насос не оборудован обратным (одноходовым) клапаном, перекачиваемый продукт в силу принципа его работы может автоматически вытекать обратно через всасывающее отверстие при остановке насоса. Также этот тип обычно не подходит для пастообразных или твердых сыпучих материалов. Кроме того, в отличие от шестеренчатых или кулачковых насосов, они не позволяют определить точное количество транспортируемого объема за один оборот, так как расход изменяется не только в зависимости от скорости вращения, но и от противодавления, создаваемого трубопроводом за насосом. Некоторые центробежные насосы могут даже работать непрерывно (вращаться) даже в режиме, когда выходной патрубок полностью закрыт и поэтому жидкость не течет.
Обычные центробежные насосы имеют лишь слабое всасывающее действие в силу принципа их действия и поэтому эксплуатировать их необходимо уже залитыми, включая всасывающую трубу (т.е. уже полностью залитыми водой, включая всю подающую трубу). Однако существуют и так называемые самовсасывающие версии, преимуществокоторых заключается в основном в том, что при протечке во всасывающем трубопроводе самовсасывающий насос способен сам всасывать воду. Поэтому течь в трубе будет проявляться только утечкой воздуха из водопровода, но работа самовсасывающего насоса (например, водонапорной станции) будет сохранена. По этой же причине нет необходимости наполнять всю всасывающую трубу при первом вводе в эксплуатацию, а достаточно наполнить только насос (чаще всего через его водосливное отверстие). В случае его использования в качестве насоса из колодца или резервуара, исходя из законов физики, он может качать воду только до максимальной высоты всасывания 8 м (включая потери в горизонтальной части всасывающей трубы). С другой стороны, эти версии нельзя эксплуатировать так называемыми пустыми, потому что запуск без воды (без заполнения, полностью сухой) практически сразу же приведет к значительным повреждениям (разрушение уплотнения, деформация рабочих колес, распределителей, всасывающей крышки и т. д.).
Центробежные насосы можно встретить в большом количестве различных конструкций и исполнений.
Принцип и конструкция насоса
Как следует из названия этого типа, принцип работы основан на использовании центробежной силы, действующей на вещество (жидкость), возникающей при ее вращательном движении. На практике функцию помпы можно почти идеально продемонстрировать в спортивной дисциплине метания молота. Здесь соревнующийся метатель сообщает молоту (шару на стальном тросе) значительную центробежную силу с быстрым вращательным движением, которое после отпускания превращается в кинетическую энергию, заставляющую молот лететь на многие десятки метров.
Аналогично с центробежным насосом. Метатель здесь выполнен в виде приводного вала, жестко соединенного с рабочим колесом (ротором) с загнутыми лопатками. Они «расходятся» наружу от центра крыльчатки и сообщают вращательное движение жидкости, которая стекает на них из центра крыльчатки через всасывающее отверстие. Таким образом, подобно кузнецу, он дает вращательное движение молоту. Результирующая центробежная сила, действующая на жидкость, затем выбрасывает ее из выпускного (выходного) отверстия, подобно тому, как кузнец отпускает хватку и молоток взлетает в воздух. За счет торможения всплывающей жидкости ее кинетическая энергия затем преобразуется в давление. И это все. Таким образом, принцип его действия представляет собой центробежный насос, аналогичный турбине Фрэнсиса, но жидкость течет через него в противоположном направлении. При наименьшем функциональном диаметре рабочего колеса оно всасывается, экструдируется по наибольшему диаметру. Кинетическая энергия жидкости, полученная за счет преобразования механической работы, производимой насосом, преобразуется в энергию давления в спиральном корпусе.
Центробежные насосы предлагают большой ассортимент и разброс параметров.
Из этого описания ясно, что, в отличие от всех других конструкций, в этом типе не используется перенос вещества в герметичном пространстве, образованном между ротором и шестерней или корпусом насоса. Здесь перекачиваемый продукт «выталкивается» не толкающей силой самой лопасти, толкающей материал перед собой, а только силой, создаваемой вращением. Это приводит к тому, что сам центробежный насос не создает постоянного давления, а только создает поток, а выходное давление пропорционально противодавлению следующего трубопровода.
Структура типичного центробежного насоса со спиральным корпусом, всасывающим отверстием посередине и большим нагнетательным отверстием на периферии рабочего колеса.
Кроме того, неработающие центробежные насосы имеют свободный доступ не только из всасывающего отверстия в напорное, но и наоборот. Таким образом, если остановленный лопастной насос просто не допускает никакого движения вещества, поскольку стоячие лопасти полностью перекрывают пространство между всасывающим и подъемным отверстием, то у центробежного насоса запирания нет. На практике, по этой причине на всасывающем отверстии обычно устанавливается обратный клапан, пропускающий поток только внутрь насоса. Если бы это было не так, жидкость могла бы вытекать обратно через всасывающее отверстие под действием силы тяжести при остановленном насосе.
Примеры типовых конструкций рабочих колес центробежных насосов: А/В – открытое исполнение, С/D закрытое исполнение.
С конструктивной точки зрения центробежные насосы предназначены для низких выходных давлений как одноступенчатые, для более высоких выходных давлений - как многоступенчатые с несколькими рабочими колесами, расположенными друг за другом на общем валу. Это практически последовательное соединение каскадов усиления, где каждое дополнительное рабочее колесо добавляет в жидкость свою «дозу» энергии.
С точки зрения направления подачи (притока) относительно оси вала бывают радиальные или осевые конструкции, или комбинированные. Однако обычные небольшие насосы с приводом от электродвигателя обычно имеют только радиальную конструкцию, в которой всасывающее отверстие находится на оси вала с двигателем, а нагнетательное отверстие - на окружности рабочего колеса насоса перпендикулярно валу. .
Примеры конструкций и характеристик центробежных насосов.
По специфике конструкции рабочего колеса и корпуса центробежные насосы дополнительно подразделяются на закрытые, открытые или вихревые исполнения в зависимости от того, плотно ли стенки корпуса или само рабочее колесо окружают или ограничивают боковое пространство лопаток и жидкость может выходить только по периметру (закрытый вариант) или здесь место для прохода жидкости и в других местах (открытый вариант). В то время как открытая конструкция менее подвержена засорению (загрязнению), с другой стороны, она более требовательна к правильному проектированию/изготовлению и настройке, чтобы не было чрезмерных потерь при эксплуатации или даже только циклической циркуляции жидкости внутри корпуса насоса. Версия «Полуоткрытая» представляет собой специальную полуоткрытую конструкцию, которая обычно позволяет перекачивать продукты с более крупными твердыми частицами. Использует явление что текущая жидкость, ускоряемая рабочим колесом, увлекает за собой окружающую жидкость, которая, таким образом, также уносится от насоса, даже если она вообще не соприкасалась с ротором. Таким способом можно транспортировать и жидкость с более крупными твердыми частицами, но они могут «распадаться» при контакте с ротором, в отличие, например, от лопастного насоса.
Центробежный насос с рабочим колесом типа «Полуоткрытое» позволяет перекачивать как жидкости, так и крупные твердые частицы.
Типичные особенности:
- скорость потока: до 20 000 литров/мин
- частота вращения: до 3000 об/мин.
- водоподъем: до высоты 100 м
- рабочее давление:
- открытая версия: до 16 бар
- закрытая конструкция: до 30 бар
- температура жидкости: обычно от -30°С до +120°С (иногда более 200°С)
Области использования:
- в коммерческих и промышленных зонах и в тяжелых условиях работы
- разводка воды и водопроводные системы
- циркуляция воды в системах кондиционирования и отопления
- на автоматических напорных станциях, заправочных станциях и транспортировке СУГ
- сжиженные газы, автоклавы и системы пожаротушения
- повышение давления в промышленных системах
- винодельни, винокурни, пищевая промышленность
- фармацевтическая и химическая промышленность
- сельское хозяйство, ирригация (также из водохранилищ)
- системы очистки воды
- системы кондиционирования и отопления
- градирни
- фонтаны, бассейны, аквапарки
- системы очистки и увлажнения воздуха
- промывочные линии
Преимущества:
- простой дизайн = низкая цена
- очень большой «непульсирующий» поток
- расход пропорционален скорости привода
- простота обслуживания, долгий срок службы
- позволяет перекачивать даже загрязненную жидкость (шлам, грязь)
- идеально подходит для непрерывной (долговременной бесперебойной) работы
- идеально подходит для жидкостей с низкой вязкостью (вода, бензин, спирт, сжиженный газ и т. д.)
- также подходит для химически агрессивных веществ
- конструкция «Полуоткрытая» позволяет перекачивать жидкости с более крупными твердыми частицами
Недостатки:
- непостоянное выходное давление, которое зависит от противодавления следующей системы труб
- только для систем низкого или среднего давления
- не подходит для систем наполнения/дозирования (очень частый режим запуска/остановки)
- худшие всасывающие способности - их обычно приходится предварительно наполнять водой для всасывания жидкости (кроме специальных самовсасывающих конструкций)
- не подходит для пастообразных или сыпучих материалов
- не подходит для абразивных веществ
- менее подходит для продуктов с высокой вязкостью
- только для относительно низких температур жидкости
В заключении...
Центробежные насосы выпускаются в изобилии различных комплектаций и модификаций. Просто каждый крупный производитель пытается внести некоторые улучшения в базовую конструкцию, чтобы выделиться на фоне конкурентов. Вот почему здесь, в большей степени, чем у других типов насосов, вы найдете большое разнообразие конструкций с различными параметрами и различными рекомендациями по эксплуатации.