На протяжении многих веков перед человечеством стояли вопросы, связанные с водоснабжением.
Задача, которую старались решить наши предшественники, заключалась в эффективной транспортировке воды от источника к месту ее использования. Однако на протяжении веков на практике использовались устройства безнапорного перемещения жидкости – водоподъемные машины.
Начиная с 17-го века «наука о гидравлике» стала уделять внимание «насосному делу», что привело к развитию насосного оборудования по многим направлениям использования. Сегодня классификация насосов включает в себя более двадцати видов насосов по принципу действия и конструкции.
В применяемом на нашей планете насосном оборудовании уверенное лидерство получили лопастные центробежные насосы. Это самый распространённый тип насосов в мире.
Считается, что первый центробежный насос со спиральным корпусом и многолопастным рабочим колесом был предложен французским ученым Дени Папеном. Но практическое применение данной разработки было затруднено до появления первых тепловых и электрических двигателей.
В 1838 году русский инженер Саблуков А.А. создал на основе изобретенного им механического центробежного вентилятора конструкцию центробежного насоса, которому он дал название «водогон».
За более чем 100-летнюю историю развития центробежных насосов:
- были значительно расширены сферы применения;
- повышены гидравлические характеристики, а также эффективность и надежность;
- отработаны технологии производства и применение современных материалов.
Центробежные насосы: условное деление на группы
Среди многообразия центробежных насосов без привязки к направлениям промышленности можно выделить 5 основных групп:
- Циркуляционные насосы в основном используются для циркуляции воды в замкнутых системах, например, системах отопления, охлаждения, кондиционирования воздуха, а также в системах горячего водоснабжения для бытовых нужд. Так в системах горячего водоснабжения для бытовых нужд вода постоянно циркулирует в трубах. Это предотвращает длительное ожидание горячей воды после открытия крана.
- Насосы для повышения давления используются для увеличения давления холодной воды, а также в качестве насосов конденсата в паровых котлах. Иногда такие насосы рассчитаны на работу с жидкостями, в которых присутствуют небольшие частицы, например, песок.
- Насосы для водоснабжения могут быть установлены двумя способами: с погружением в водозаборную скважину или на поверхности земли. Условия эксплуатации насосов в системах водоснабжения предъявляют высокие требования к надежности насосов при работе со средами, насыщенными оксидами железа, кальция и песком.
- Промышленные насосы, как это следует из названия, широко используются в промышленности в системах, предназначенных для перекачки различных однородных и неоднородных жидкостей. Строгие природоохранные требования и требования техники безопасности применяются к насосам, которые перекачивают агрессивные, токсичные или взрывоопасные жидкости. Такие насосы должны быть герметичными и стойкими к воздействию агрессивных веществ.
- Насосы для сточных вод используются для перекачки загрязненной воды на станциях очистки сточных вод и в промышленных системах. Такие насосы способны перекачивать жидкости с большим содержанием твердых частиц.
Принцип работы центробежного насоса
При вращении рабочего колеса жидкость, которая находится в его каналах между лопастями, под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса к периферии. Это приводит к тому, что в центральной части колеса создается разряжение, а на его периферии давление повышается. Из зоны повышенного давления жидкость поступает на выход насоса, в то время как на входе в зоне разряжения происходит всасывание жидкости. Таким образом осуществляется непрерывная передача жидкости центробежным насосом от входа насоса к его выходу (от всасывающего к напорному трубопроводам).
Основные элементы проточной части центробежного насоса – это детали, которые находятся в контакте с перекачиваемой жидкостью.
К ним относятся корпус насоса, рабочее колесо, вал, уплотнение вала, вход и выход.
Рабочее колесо является важнейшей частью, определяющей показатели насоса. В зависимости от требований к параметрам насоса по давлению, подаче, и параметрам перекачиваемой жидкости дизайн рабочего колеса может иметь достаточно сильные различия (отличия).
Выделяют 3 типа рабочих колес: радиальное, радиально-осевое и осевое.
Радиальные осевые колеса применяются для создания высокого давления при относительно малой подаче.
Осевые рабочие колеса применяются в случаях больших подач и относительно низких давлений.
Радиально-осевые колеса используются в случаях компромисса между повышением давления и подачей.
Рабочее колесо может иметь от 1 до 8 лопаток. Закрытые рабочие колеса с 5-7 каналами демонстрируют максимальный КПД и используются для жидкостей, не содержащих твердых частиц. Для жидкостей, содержащих твердые частицы, таких как сточные или фекальные воды, применяются рабочие колеса с одним, двумя или тремя каналами.
Рабочие колеса бывают закрытые, полузакрытые и открытые.
Закрытые рабочие колеса характеризуются высокими параметрами напора и КПД, однако требовательны к чистоте перекачиваемой жидкости и совершенно не подходят для работы с жидкостями, в которой имеются включения, особенно длинноволокнистые.
Полузакрытые и открытые рабочие колеса используются в насосах, предназначенных для перекачивания сильно загрязненных жидкостей с включениями. Данная конструкция колеса способствует самоочищению и снижению рисков блокировки колеса. КПД таких колес ниже, что компенсируется более низкими требованиями к чистоте перекачиваемой жидкости.
Центробежные насосы с сухим и мокрым ротором
Привод рабочего колеса обычно осуществляется с помощью электродвигателя.
Конструктивно в соответствии с принципом работы роторов электродвигателей различают два типа насосов: насосы с сухим ротором и насосы с мокрым ротором.
В схеме насосов с сухим ротором приводной вал ротора электродвигателя не контактирует с перекачиваемой жидкостью. Вал рабочего колеса имеет механическое уплотнение в месте выхода из корпуса насоса и вращающий момент от электродвигателя передается на вал колеса через муфтовое соединение.
Преимуществом насосов с сухим ротором является возможность использования для привода стандартных электродвигателей, более высокие КПД насосов и ремонтопригодность. К недостаткам можно отнести ограниченный срок службы механического уплотнения вала между двигателем и валом рабочего колеса, срок службы которого зависит от условий эксплуатации, а также более высокий уровень шума, создаваемый при работе насоса.
В насосах с мокрым ротором перекачиваемая жидкость постоянно находится в контакте с ротором электродвигателя.
По схеме мокрого ротора, как правило, производятся циркуляционные насосы. Данная конструкция подразумевает отсутствие механического уплотнения вала между двигателем и рабочим колесом, а перекачиваемая жидкость осуществляет охлаждение и смазку подшипников ротора.
Преимуществом таких насосов является бесшумность работы, длительный срок эксплуатации и надежность.
Многоступенчатые центробежные насосы: направляющий аппарат и кожух насоса
Для увеличения давления при определенном расходе на выходе насоса используется последовательное соединение нескольких рабочих колес, то есть мы получаем многоступенчатый насос.
Для подачи жидкости от одного рабочего колеса к последующему используется направляющий аппарат, который снижает скорость нежелательного кругового движения жидкости и преобразует динамическое давление в статическое. Рабочее колесо вместе с направляющим аппаратом называется ступенью или камерой. Несколько камер, соединенных на одном валу многоступенчатого насоса, называются набором камер.
В многоступенчатых насосах ин-лайн жидкость к выходу движется от верхней части набора камер через зазор между наружным кожухом и камерами.
Различные типы торцевых уплотнений вала
Для большинства насосов одним из главных элементов, обеспечивающим безупречную работу насоса в течение всего его срока эксплуатации, является качественное и надежное уплотнение вала.
О различных типах торцевых уплотнений и вариантах их применения мы расскажем в следующей статье.
Подписывайтесь на наш канал в Дзене и читайте интересные материалы о насосах и не только.
