Насос центробежный для воды: принцип работы, виды, правила выбора

Устройство центробежного насоса

Центробежный насос, оптимальное назначение которого заключается в создании постоянного потока жидкости без ее обратного движения — популярное у потребителей устройство. Его конструкция состоит из нескольких крупных функциональных блоков.

1. Узел привода, роль которого состоит в создании крутящего момента. В качестве силового агрегата для решения такой задачи может выступать электродвигатель (с питанием от переменного однофазного, трехфазного напряжения, постоянного тока), двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизель).
2. Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
3. Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
4. Защитный корпус, который может выполнять функции силового элемента для крепления всех частей конструкции.

В оснащение центробежного насоса также входят подшипники, обеспечивающие плавное вращение, снижение потерь на трение, повышение надежности, а также разнообразные уплотнительные устройства. Характер последних может меняться в зависимости от типа жидкости, для работы с которой создавалась установка.

 

Кроме этого, центробежные насосы могут оснащаться системами вторичного преобразования потока. Это делается для стабилизации выходного давления или в целях обеспечения подъема жидкости на нужную потребителю высоту.

Особенности конструкции и принцип действия

Устройство и принцип действия центробежного насоса принципиально не изменились с 17 века. Насос состоит из следующих деталей и узлов:

• Источник энергии — электрический (или бензинового) двигатель, смонтированный на одном валу с собственно насосной частью механизма.
• Вал, опирающийся на подшипники.
• Рабочее колесо, на поверхности которого размещены лопатки.
• Корпус с направляющими поток профилями.
• Уплотнения на валу.
• Входной патрубок, находящийся на оси изделия.
• Выходной патрубок, расположенный у внешней стенки корпуса по касательной к нему.

Кроме перечисленных основных узлов, насос центробежный комплектуется вспомогательными:

• Входные и выходные шланги или трубопроводы.
• Запорный клапан, не дающий жидкости течь в обратном направлении.
• Фильтр.
• Манометр для измерения давления жидкой среды.
• Датчик сухого хода, отключающий насос при отсутствии жидкости в магистрали.
• Краны и вентили для управления напором.

Принцип действия центробежного насоса несложен:

• При вращении рабочего колеса его лопатки захватывают жидкую среду и увлекают ее за собой
• Центробежные силы, возникающие при вращении жидкости, отжимают ее к внешним стенкам корпуса, где создается избыточное давление
• Давление выталкивает жидкую среду в выходной патрубок
• Под действием разрежения, создающегося в центре насоса, очередная порция жидкости всасывается из приемного патрубка.

В конструкцию центробежного насоса могут вноситься изменения и дополнения, направленные на повышение его эффективности и приспособление к конкретной перекачиваемой жидкости.

Схема центробежного насоса

В процессе эксплуатации центробежного насосного агрегата для перекачки воды возникает необходимость резко увеличить подачу или давление в системе. Это легко сделать организовав системы центробежных насосов — изменив число совместно работающих центробежных аппаратов.

Совместная работа нескольких насосов на общую систему является одним из возможных методов регулирования параметров работы. Рассмотрим подробнее упомянутые выше способы параллельной и последовательной работы центробежных насосов для воды.

Параллельная работа центробежных насосов

Параллельная работа нескольких машин на общую систему применяется для резкого увеличения подачи.

В большинстве случаев параллельная работа оборудования используется при установке резервного агрегата, например монтаж резервного насоса отопления в параллель к основному.

При этой схеме размещения общая производительность системы центробежных насосов складывается из суммы подач обоих агрегатов. Другими словами если вы установите 2 насоса с производительностью, например 3 ³/ч и включите их вместе, то подача в трубопроводе будет равняться 6 м³/ч.

Для параллельной работы наиболее подходящими являются насосы с одинаковыми напорными характеристиками. Однако параллельно могут работать центробежные устройства с различными характеристиками, а также устройства разных типов, например, центробежные и поршневые.

Последовательная работа

Последовательная работа насосов применяется для резкого увеличения напора в системе при незначительном увеличении подачи. При этом возможны случаи, когда насосы цн располагаются в непосредственной близости один от другого и когда насосы цн удалены на значительное расстояние. В первом случае корпус второго агрегата должен воспринимать полное давление первого агрегата.

При такой схеме установки производительность не изменяется, но общий напор равняется сумме напоров 2 установленных единиц.

Последовательное соединение механизмов экономически оправдано при крутых характеристиках системы с малым значением напора. Регулирование дросселированием при последовательном включении экономически неоправданно. Целесообразнее использовать регулирование изменением частоты вращения одного из насосов.

Число последовательно включенных насосов лимитируется прочностью корпусов и надежностью работы концевых уплотнений.

Типы центробежных насосов

Оборудование этого класса принято классифицировать по множеству разнообразных параметров, но несмотря на прочие деления основные типы центробежных насосов это:
осевые,
консольный,
погружной,
вихревой,
напорный (бустерный),
водокольцевой,
шламовый,
дренажный,
фекальный,
скважинный и другие.

При классификации по уровню создаваемого давления выделяют модели:
низкого,
среднего,
высокого давления.

По количеству рабочих колес модели центробежных насосов бывают:
одноступенчатые,
многоступенчатые.

По рабочему положению вала оборудование бывает: горизонтальное,
вертикальное.

Насосы центробежные консольные

Центробежные консольные насосы цн выпускаются по ГОСТ. Устройство центробежного насоса консольного типа выглядит следующим образом.

Базовой деталью машины является опорный кронштейн, в котором на двух шарикоподшипниках устанавливают вал. К кронштейну шпильками крепят спиральный корпус, напорный патрубок которого направлен вертикально вверх. В корпусе выполняются отверстия для выпуска воздуха, слива воды и подсоединения манометров.

На консольном конце вала крепят рабочее колесо. Со стороны входной воронки колеса корпус центробежного насоса закрывают крышкой с входным патрубком, обеспечивающим подвод жидкости к рабочему колесу.

Концевое уплотнение насоса сальникового типа, которое при необходимости можно заменить торцевым уплотнением. Незначительные осевые усилия воспринимаются шарикоподшипниками, которые смазываются консистентной смазкой.

Насос с электродвигателем устанавливают на общей плите и соединяют упругой муфтой.

Насосы центробежные консольные широко представлены на рынке, существует несколько разновидностей таких устройств. Подробное описание их конструкции и отличий, а так же технические характеристики мы собрали в этой статье.

Одноступенчатый центробежный насос для отопления

Бытовой центробежный насос для отопления выполняется в двух модификациях – «с мокрым» и «с сухим ротором».

Одноступенчатые насосы с мокрым ротором рассчитаны на постоянный контакт с перекачиваемой жидкостью. Перекачиваемая среда обеспечивает смазывание подшипников и уплотнений, а также снимает лишнее тепло с подшипников и электродвигателя. Конструктивно такие насосы компактны, но характеризуются низкими показателями по мощности. Их используют в качестве насосов подкачки для увеличения давления и в системах отопления.

Одноступенчатые насосы с сухим ротором, отличаются тем, что двигатель вынесен за конструкцию насоса и соединяется с гидравлической частью посредством соединительной муфты.

Такие агрегаты обладают лучшими расходно-напорными характеристиками, большими размерами и высоким уровнем шума. Основное их назначение – централизованные системы подачи воды и отопление.

Насос центробежный погружной

Насос водяной центробежный погружной или скважинный – это ещё одна модификация этого типа оборудования. Оно широко применяется для обеспечения водой частных домов и загородных участков.

Мы собрали для Вас все материалы по центробежным насосам для колодца и скважины в статье про скважинные насосы.

Многоступенчатый насос

Каждому лопастному колесу в агрегате соответствует элементарный насос.

Соединение таких элементарных конструкций в одном агрегате может быть параллельным и последовательным.

При параллельном соединении каждое лопастное колесо подает небольшую часть от общей подачи. Общий поток в агрегате делится на ряд параллельных струй. Такой центробежный насос для воды называется многопоточным.

На входе в многопоточную конструкцию поток делится на две части и поступает в лопастное колесо с двух сторон. Лопастное колесо в этой конструкции представляет собой объединение в одной детали двух лопастных колес, расположенных симметрично.

При выходе из лопастного колеса обе части потока вновь соединяются и поступают в спиральный отвод.

Входной и выходной патрубки машины расположенные в нижней части корпуса, направлены горизонтально в противоположные стороны. Аппарат имеет двусторонние выносные опоры, которые крепятся к его корпусу и фиксируются штифтами. Ротор конструкции опирается на подшипники качения или скольжения в зависимости от размера самой конструкции.

Такая конструкция машины очень компактна и обладает рядом преимуществ.

При последовательном соединении каждое лопастное колесо создает лишь часть полного напора при полной подаче. Напор в центробежном насосе при такой схеме соединения нарастает ступенями.

Такой тип конструкции насоса называется многоступенчатым. Он позволяет увеличить напор во столько раз, сколько у него ступеней. Все колеса многоступенчатого механизма насажены на общий вал и образуют единый ротор насоса.

Корпус механизма имеет торцовый разъем в горизонтальной плоскости. Входной и выходной патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Ступени насоса соединены между собой переводными каналами каналами и трубами.

Рабочее колесо, расположенное на первой ступени, обычно имеет повышенную всасывающую способность или двусторонний вход.

Опорами ротора устройства могут быть как подшипники качения, так и подшипники скольжения, устанавливаемые в разъемные корпуса.

Система уравновешивания осевого давления, подшипники, сальники объединяются в одном общем для всех ступеней корпусе, что придает машине компактность, уменьшает вес и снижает стоимость.

Устройство и монтаж

Устройство центробежного насоса в общем случае представляет собой следующую конструкцию:

Насос состоит из крышки корпуса поз.1, корпуса поз.2, нагнетательного патрубка поз.3, всасывающего патрубка поз.11 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса поз. 4. Лопастное колесо поз.4 представляет собой камеру, в которой расположена система лопастей.

Центробежный насос не сможет работ без двигателя поз.8, который преобразует электрическую энергию в механическую – вращение ротора.

При вращении колеса лопасти приводят протекающий поток во вращательное движение, увеличивая этим его механическую энергию. Корпус центробежного насоса поз. 2 служит для конструктивного объединения всех элементов в насосе, для подвода жидкости к лопастному колесу, отвода потока от него и для преобразования скорости энергии потока, выходящего из колеса в давление.

Для предупреждения обратного возврата жидкости из области нагнетания в область всасывания через пространство между колесом и корпусом служит уплотнение. Зазор в таком уплотнении делается как можно меньшим для исключения обратных протечек жидкости.

Рабочее колесо центробежного насоса закреплено на валу поз.5, который одновременно служит проводником механической энергии от двигателя. Вал насоса и двигателя соединены муфтой поз.6.

В месте прохода вала через отверстие из корпуса расположено сальниковое уплотнение поз 10, предупреждающее вытекание жидкости из корпуса наружу. Вал опирается на подшипники поз.9, которые воспринимают как радиальную так и осевую нагрузки, возникающие вследствие действия гидравлических сил и вала.

Особенности монтажа

В зависимости от типа устанавливаемого агрегата выбирается конкретная технология на монтаж центробежного насоса. В общем случае установка начинается с закладывания фундамента, которым может служить бетонная плита и стальная рама.

Фундамент центробежного насоса выверяется по высоте относительно общей реперной точки. Далее корпус агрегата закрепляется болтами на раме.

Самой сложной процедурой монтажа является центрирование насосного агрегата и электродвигателя (если оборудование поставляется раздельно), а также центрирование электронасоса и трубопровода.

В случае установки моделей вертикального исполнения плиты фундамента выверяются по высоте с помощью линейки и в горизонтальном направлении с помощью строительного уровня.

Заканчивается монтаж центробежных насосов выравниваем бетонного основания там, где его необходимо подлить. Далее проверяются сальниковые набивки оборудования и устанавливается дополнительное охлаждение (в случае необходимости).

Затем производится пробный пуск и выход на рабочие параметры.

Дополнительные элементы конструкции

Если приведенная выше функциональная схема содержит малое число значимых узлов, реальное устройство центробежного насоса включает дополнительные конструкционные элементы:

• передающий трубопровод, по которому жидкость поступает к точке отбора;
• фильтры грубой очистки, решающие задачу недопущения присутствия механических взвесей в турбинной камере;
• системы клапанов, блокирующих нештатное обратное движение жидкости;
• измеритель давления, контролирующий показатели внутри рабочей камеры;
• манометр для контроля выходного потока, поступающего в систему водоснабжения.

В оснащение любого бытового и особенно промышленного центробежного насоса входит запорная арматура. Она может быть ручной или автоматической. Задача узлов этого класса, без которых не обходится не один чертеж системы подачи жидкости — не только защищать насос от нештатных и аварийных ситуаций, но и при необходимости управлять входными и выходными потоками перекачиваемого тела. Проиллюстрировать важность работы запорной арматуры легко на примере дозаторов. Центробежные насосы такого типа действуют по следующей схеме:

• сигнал с управляющего устройства инициирует пуск;
• установленный на выходном патрубке датчик считает перекачанный объем;
• при достижении определенного порогового значения, сигнал счетчика поступает на электронно управляемый затвор выходного патрубка, который перекрывает поток;
• рост давления на выходе отслеживается датчиком, который и останавливает работу двигателя по достижении определенного значения параметра.

Преимущества и недостатки

Большая популярность устройства центробежного типа обуславливается его несомненными достоинствами:

• Высокая эффективность.
• Простота конструкции.
• Постоянство характеристик создаваемого потока: скорости и напора.
• Компактность и относительно малый вес.
• Простое техобслуживание. Достаточно общих навыков слесарных работ.
• Высокая надежность, большой срок наработки на отказ.

Кроме достоинств, данному типу гидромашин свойственен ряд недостатков:

• Для запуска необходимо заполнить рабочую камеру жидкой средой. Нарушение этого правила приводит к быстрому износу и выходу из строя.
• Малый напор, создаваемый рабочим колесом.

Чтобы обеспечить эффективное функционирование центробежного устройства, при монтаже приходится предусматривать схему заполнения рабочей камеры водой, через перепускные патрубки или заливные горловины.

Для повышения напора приходится ставить центробежные электронасосы в каскад.

Классификация

Рынок полон предложений самых разнообразных моделей центробежных систем. Основные типы центробежных насосов представлены в следующей классификации:

• По параметрам потока:
  • большого напора;
  • большой подачи;
  • загрязненных сред;
• По типу агрегата:
  • консольные;
  • двухстороннего входа;
  • многоступенчатые;
• По типу привода:
  • электродвигатель;
  • двигатель внутреннего сгорания;
  • ручной;
• По типу всасывания:
  • самовсасывающие;
  • эжекторные;
  • инжекторные;
• По степени автоматизации управления:
  • ручное;
  • полуавтоматическое;
  • автоматическое;
• По мобильности:
  • стационарные;
  • передвижные.

Кроме того, по месту установки относительно уровня жидкости в емкости различают

• поверхностные;
• погружные.

В быту применяются в основном одноступенчатые центробежные насосы.

По конструкции узлов

По данному критерию насосы делятся на:

• одноступенчатые и многоступенчатые по числу рабочих колес;

 

• по числу выходных потоков;
• одностороннего расположения входного патрубка и двустороннего, при этом конструкция может реализовывать как принцип удобства подключения, так и обеспечивать забор увеличенных объемов воды без роста диаметра подводящих шлангов;
• со спиральным, направленным, кольцевым отводом потока, который формируют лопастные колеса;
• с открытым и закрытым колесом турбины.

По способу расположения

Виды центробежных насосов делятся по исполнению конструкции. Поверхностные способны поднимать воду из глубокой скважины или открытого источника, выполняются в корпусах без герметизации. В то же время погружные не могут похвастаться силой всасывания, однако создают значительное выходное давление для подачи жидкости на высоту, выполняются в герметичном корпусе.

По расположению патрубков насосов

В зависимости от расположения патрубков помпы центробежного типа делятся на 2 категории:

1. Классического или консольного типа, компоновочная схема предусматривает расположение входной магистрали по центру оси ротора. Выходной патрубок размещается на верхней части корпуса, угол между каналами составляет 90°. В конструкции используется силовой привод с горизонтальным расположением вала. 
2. Схема In-Line, отличающаяся расположением всасывающего и напорного каналов на одной горизонтальной или вертикальной оси. Оборудование предназначено для размещения на прямолинейных участках трубопровода, двигатель устанавливается вертикально. 

По типу уплотнения вала

В зависимости от конструкции узла установки разделяются на следующие типы:

• оборудование с сальниковой набивкой;
• устройства с торцевыми уплотнительными кольцами (одинарного или двойного типа);
• изделия герметичного типа с мокрым ротором;
• оборудование с уплотнением вала обратным давлением (динамический тип).

По типу соединения с электродвигателем