Принцип работы центробежного многоступенчатого насоса ЦНС

Принцип работы центробежного многоступенчатого насоса ЦНС

Перед изучением статьи рекомендуем вам изучить устройство насоса ЦНС в данной статье.

Работа насоса основана на взаимодействии лопаток вращающегося ко­леса и перекачиваемой жидкости.

Вращаясь, рабочее колесо сообщает круговое движение жидкости находя­щейся между лопатками. Вследствие возникающей центробежной силы, жидкость от центра колеса перемещается к внешнему выходу, а освобождающееся простран­ство вновь заполняется жидкостью, поступающей из всасывающей трубы под дей­ствием атмосферного или избыточного давления.

Выйдя из рабочего колеса, жидкость поступает в каналы направляющего ап­парата и затем во второе рабочее колесо с давлением, созданным в первой секции, откуда жидкость поступает в третье рабочее колесо с увеличенным давлением, соз­данным второй секцией и т.д. Выйдя из последнего рабочего колеса, жидкость че­рез направляющий аппарат на выходе проходит в крышку нагнетания, откуда поступает в нагнетательный трубопровод.

Благодаря тому, что корпус насоса состоит из отдельных секций, имеется возможность, не меняя подачи, менять напор путем установки нужного числа сек­ций. При этом меняется только длина вала и стяжных шпилек.

Во время работы насоса, вследствие давления жидкости на неравные по пло­щади боковые поверхности рабочих колес, возникает усилие, которое стремиться сместить ротор насоса в сторону всасывания.

Для уравновешивания указанного осевого усилия в насосе применяется гидравличе­ская пята, состоящая из диска гидравлической пяты, кольца гидравлической пяты и втулки.

Во время работы насоса жидкость проходит через кольцевой зазор, образо­ванный отверстием крышки нагнетания и втулкой и давит на диск гидравличе­ской пяты с усилием, которое по величине равно сумме усилий, действующих на рабочее колесо, но направленным в сторону нагнетания. Таким образом, ротор насоса оказывается уравновешенным. Равенство усилий устанавливается автома­тически, благодаря возможности осевого перемещения ротора насоса. Часть жидко­сти из разгрузочной камеры гидравлической пяты проходит между втулкой и сальниковой набивкой, чем достигается жидкостная смазка трущихся поверхно­стей и их охлаждение. Другая (основная) часть жидкости из разгрузочной камеры гидравлической пяты в насосах типа ЦНС, ЦНСМ, ЦНС(н) отводится че­рез резьбовое отверстие и штуцер в дренаж.

При работе насоса с давлением на входе до 0,З МПа, вытекающую из шту­цера жидкость можно направить во всасывающий трубопровод.

В насосах типа ЦНСГ вода из разгрузочной камеры гидропяты отводится наружу или во всасывающий трубопровод.

Между втулкой и сальником всегда должна протекать перекачиваемая жидкость в количестве 15-30 л/ч. Излишнее затягивание сальников ускоряет износ втулок и увеличивает потери на трение.

В крышке всасывания и кольца направляющего аппарата имеется отвер­стие через которое вода под давлением созданным первым рабочим колесом, прохо­дит к втулке гидрозатвора, в которой имеется отверстие для подвода воды к ру­башке вала, при этом болт должен быть вывинчен из крайнего ниж­него положения на 8-12 оборотов.

Конструкция насосов ЦНСГ предусматривает охлаждение подшипни­ков водой от постороннего источника. Охлаждаемая вода должна подаваться с дав­лением не выше 0,З МПа (З кгс/см 2 ). В насосах ЦНСГ отсутствует резиновое коль­цо, устройство для выпуска воздуха и обводная система.

В насосах ЦНС(Г) для возможности работы с холодной и горячей водой име­ется резиновое кольцо и предусмотрено охлаждение подшипников аналогично насосам типа ЦНСГ.

Привод насоса — от электродвигателя через упругую втулочнопальце­вую муфту. Вращение ротора насоса правое (по направлению движения часовой стрелки), если смотреть со стороны электродвигателя.

Вертикальный многоступенчатый центробежный насос: устройство, принцип работы

При наличии загородного участка, который находится на почтительном расстоянии от городских водопроводных и канализационных магистралей, следует задуматься о покупке такого необходимого агрегата, как центробежный насос вертикальный многоступенчатый. Именно он может стать превосходной альтернативой расположенных далеко магистралей электроэнергии и водоснабжения.

К наиболее доступным способам обеспечить собственный дом необходимым количеством чистой воды, является обустройство местных водоемов и имеющихся скважин. Без качественного и мощного насоса просто не обойтись, а к наиболее оптимальным вариантам относятся модели именно центробежного типа. Перед тем, как сделать окончательный выбор в пользу понравившейся модели, следует разобраться с принципом действия выбранного агрегата и с его качественными аналогами – другими разновидностями центробежных насосов.

Разновидности устройств вертикального типа

Насосы вертикального типа, относящиеся к категории центробежных, могут различаться по таким основным критериям:

1. Способ соединения агрегата с электрическим приводом. Это может быть шкив, редуктор или прямоприводный.
2. Способ погружения. Могут быть погружными, полупогружными и наземными.
3. Разновидности транспортируемой жидкости. Могут быть фекальные, химические, дренажные и водяные.
4. Число входов среды. Могут быть двусторонними и односторонними.
5. Количество используемых колец или секций.
6. Показатель производительности. Рассчитываются исходя из единицы времени и объема транспортируемой воды.
7. Показатель быстроходности. Встречаются быстроходные, тихоходные и нормальные.
8. Напора. Уровень может быть высоким, средним и низким.

Насосы вертикального типа центробежные могут использоваться как при обустройстве канализационной, так и водопроводной системы. Так, он может быть использован для транспортировки вязкой, слегка загрязненной, агрессивной и чистой воды. Такие конструкции достаточно эффективны, малогабаритны и практически не вырабатывают шума в процессе использования. Благодаря огромному количеству положительных аспектов, многоступенчатые конструкции часто применяются в повседневной жизни. Основные области применения:

1. очистка;
2. мелиорация;
3. конденсация;
4. фильтрация;
5. дренаж;
6. орошение;
7. водоснабжение;
8. отопление.

Дополнительная информация

Подобные насосные модели используются для поднятия жидкостей со значительной глубины, посредством повышения показателя давления внутри системы. Вариантов их исполнения всего три:

1. полупогружные;
2. наземные или поверхностные;
3. погружные.

В базовой комплектации каждого предусмотрено наличие электрического привода. Во втором случае речь идет о проведении монтажных работ непосредственно на поверхности грунта, на специально оборудованных площадках или приямках. Однако соприкасаться с транспортируемой жидкостью они не будут. Полупогружные модели лишь частично погружаются в толщу добываемой воды, а вот двигатель будет находиться над этим уровнем.

Погружные модели полностью опускаются в воду, и за счет герметичного корпуса остается в сохранности и используемый двигатель. Основное преимущество заключается в возможности монтажа агрегата не только на прямых, но и на слегка искривленных поверхностях используемой скважины.

Запуск моделей вертикального расположения можно только после того, как корпус будет погружен в толщу воды. Работать «всухую» оборудование не должно.

Используемый многосекционный насос способен поднять показатель давления в несколько раз, при сравнении с более простыми моделями, оснащенными электрическим приводом. Чем большее количество секций будет находиться в конструкции, тем выше будет КПД на выходе. Каждая последующая ступень будет давать новый толчок кинетической энергии и ее небольшой прирост.

Из чего состоит оборудование

Конструктивно подобное оборудование особо-сложным назвать не получится. При наличии базовой комплектации, насосное оборудование будет состоять из набора таких элементов:

1. уплотнители, расположенные на торцевых элементах агрегата (способствуют предотвращению возможных протечек из камеры);
2. подшипники, которые самостоятельно себя смазывают в процессе функционирования;
3. колесо рабочее;
4. вал основной;
5. патрубок нагнетания (именно через него вода и будет попадать внутрь системы);
6. патрубок всасывающий, он отвечает за подъем жидкости;
7. при изготовлении корпуса используются материалы, которые устойчивы к коррозии.

Самое простое устройство обеспечит упрощенное использование и сократит необходимое обслуживание, доводя его к минимуму. Это поможет существенно сэкономить на регулярных вызовах специалистов.

Принцип работы оборудования

Насос многоступенчатый центробежного типа относится к категории секционного оборудования, который будет функционировать с соблюдением определенной последовательности. Для начала используемая рабочая среда будет проходить через всасывающий патрубок и попадать в первую секцию. В ней находится рабочее колесо. При достижении напором определенного показателя, вода пройдет во вторую секцию посредством нагнетательного патрубка.

Там на нее окажет воздействие центробежная сила, которая будет образовываться вторым колесом. После жидкость пройдет в выходной шланг прямиком из насоса. Так, при прохождении каждой из секций, на рабочую среду будет оказывать давление имеющийся напор, посредством воздействия рабочего колеса. Таким образом, можно прийти к выводу, что общий показатель напора будет являться суммой всех напоров, которые будут создаваться в каждой из секций. Стоит обратить внимание на то, что при увеличении диаметра самого колеса, скорость его вращения и мощность напора также возрастут.

Недостатки и преимущества агрегатов

Наибольшее распространение оборудования насосного типа, которое работает по принципу центробежной силы, было обусловлено наличием таких положительных аспектов его эксплуатирования:

1. Приемлемая стоимость оборудования и его отдельных комплектующих, во многом благодаря конструктивным особенностям.
2. Возможность эксплуатации оборудования при наличии загрязненных жидкостей, которые нередко встречаются в виде твердых частиц. Это обусловлено тем, что клапаны в конструкции отсутствуют.
3. Рабочая среда подается максимально плавно, что препятствует создания мощных гидравлических ударов, практически сводя шанс их возникновения к нулю.
4. Высокий показатель долговечности и надежности. И регулярное обслуживание проводить необходимости нет.
5. Небольшой вес устройства и его достаточно компактные размеры. Никаких передаточных механизмов не понадобится.

А вот показатель КПД далек от оптимального, при условии функционирования в режиме небольшой производительности. В особенности это касается ситуаций, когда необходимо перекачать небольшое количество среды под большим давлением. Быстро запустить устройство также не получится, так как для начала его необходимо будет заполнить водой. Однако даже при наличии подобных негативных аспектов, такой механизм признан лучшим.

Выбор и последующее использование

В значительной степени повлиять на эксплуатационный срок изделия центробежного типа, и обеспечить необходимую бесперебойную работу оборудования можно путем соблюдения основных правил и своевременного технического обслуживания. Для минимизации воздействия внешних, которые нередко являются причиной поломки насосов центробежного типа, следует установить ряд вспомогательных комплектующих. К таким следует отнести:

1. манометр, при помощи которого осуществляется контроль над показателем давления внутри системы;
2. манометр, монтируемый на патрубок, по нему вода будет всасываться оборудованием;
3. клапан обратного типа, не позволит рабочей среде вернуться внутрь источника после отключения оборудования (простоя не будет, как и существенного перегрева);
4. задвижки и фильтр, оснащенный сеточкой, не позволят посторонним элементам попасть внутрь корпуса и системы в целом.

Показатель эффективности

Эффективность функционирования всей систему будет во многом зависеть от правильности выбора основного оборудования. При выборе агрегата следует ориентироваться на такие основные показатели:

1. материалы, которые использовались при изготовлении отдельных элементов (они контактируют с рабочей средой);
2. габариты самого корпуса;
3. мощность струи создается насосом;
4. показатель производительности;
5. показатель мощности, который потребляется устройством.

К основным правилам использования центробежных насосов многоступенчатых вертикальных следует отнести:

Центробежные насосы: устройство и принцип работы

В любой технологической линии, содержащей жидкость, не обойтись без самовсасывающих насосов, способных перекачивать её через себя. При устройстве автономного водоснабжения частного дома такой агрегат входит в состав насосной станции, подающей воду из скважины или колодца до водоразборных точек внутри дома. Самым распространённым типом насосов для выполнения такой работы является центробежный. К ним относятся 75% всех гидравлических машин для перекачки воды, нефтепродуктов, химикатов, смесей воды с твёрдыми частицами и других жидких материалов.

Принцип работы

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.

Возникающая при этом центробежная сила относит её из центральной части корпуса, расположенной в районе оси вращения рабочего колеса к его периферии, и дальше — в отводящую трубу. В результате действия центробежной силы в центре корпуса создаётся разреженная область пониженного гидравлического давления, которая заполняется новой партией жидкости из подающего патрубка. Необходимый напор в трубопроводе создаётся разницей давлений: атмосферного и внутреннего, в центральной части рабочего колеса. Работа насоса возможна только при полном заполнении корпуса водой, в «сухом» состоянии колесо будет вращаться, но необходимой разницы давления не возникнет и перемещения жидкости из подающего трубопровода не будет.

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.

Приборы и арматура

Для нормальной работы центробежного насоса нужны дополнительные узлы и приборы:

• Приёмный обратный клапан. Способствует сохранению воды в проточной части, если перекачивается вода — оснащается сеткой для грубой очистки.
• Задвижка на всасывающем патрубке.
• Кран для выпуска воздуха при наполнении водой рабочей камеры.
• Обратный клапан на напорной трубе, препятствующий ходу воды в корпус при работе другого агрегата.
• Задвижка на выходной трубе для запуска и контроля напора воды.
• Вакуумметр, измеряющий степень разрежения на входе в проточную камеру.
• Манометр для измерения напора.
• Предохранительный клапан для защиты от гидроудара.
• Приборы автоматического контроля (комплектуются при работе в составе производственного комплекса оборудования различного назначения)

Классификация

В промышленности и в быту применяются тысячи центробежных насосов. Чётко классифицировать их без привязки к узкой области применения сложно, можно разделить их по типам относительно только самых общих свойств:

• Число ступеней (рабочих роторов): одноступенчатые, двухступенчатые,многоступенчатые. Общая мощность напора складывается из давления создаваемого одной крыльчаткой.
• Ось вращения: горизонтальный рабочий вал, вертикальное расположение вала (скважинные).
• Способ установки: поверхностные, полупогружные (помпы центробежного типа для выкачивания жидкостей из углублений), погружные (для работы в глубоких колодцах и скважинах, с подвесом на тросе).
• Забор воды: нормальное всасывание (вода заполняет рабочую камеру самотёком), самовсасывающие (для подъёма жидкости с глубины через подающий шланг, требуется заливка всей системы)
• Расположение входного и выходного патрубка: классическое (входной — по центру, по оси рабочего вала, выходной — сверху), расположение In-Line (всасывающая и напорная труба расположены по одной оси).

Преимущества и применение

Центробежные насосы, принцип работы которых отличается простотой, нашли повсеместное применение во многом благодаря именно логичности своего устройства. Общий подход сохраняется в конструировании микроскопических устройств, перекачивающих растворы в точных медицинских приборах и для многотонных помп, качающих в шахтах смесь воды с кусками тяжёлых горных пород. Общие преимущества использования таких агрегатов: надёжность, компактность, простота, долговечность, лёгкость монтажа, простой пуск и наладка, плавная подача жидкости, экономичность и низкая стоимость.

Погружной насос центробежного типа — главный элемент системы водоснабжения во многих частных домах. Без него трудно обойтись на всех этапах устройства такой системы. После бурения скважины только такое устройство способно выкачать без повреждений для себя взвесь воды с частицами грунта. В дальнейшем на основе его монтируется насосная станция для удобного и надёжного водоснабжения дома.

Устройство и принцип работы центробежных насосов

Широкое распространение центробежных насосов в быту и промышленности обусловлено их высокими эксплуатационными характеристиками и простотой конструкции. Для правильного выбора установки рассмотрим устройство центробежного насоса и основные типы.

Устройство насоса

В спиралевидном корпусе агрегата на валу находится рабочее колесо (или несколько у многоступенчатых насосов). Оно представляет собой передний и задний диски (или только задний), между которыми находятся лопасти.

Прокачиваемая жидкость с помощью всасывающего (принимающего) патрубка подается в центральную часть колеса. Вал приводится во вращение электродвигателем. Вода за счет центробежной силы выталкивается от центра рабочего колеса к его периферии. Тем самым в центре колеса создается разреженное пространство, область низкого давления. Это способствует притоку новой воды.

На периферии рабочего колеса наоборот: вода, находясь под давлением, стремится выйти через нагнетающий (отдающий) патрубок в трубопровод.

Типы центробежных насосов

1. По количеству рабочих колес (ступеней) центробежные различают:
   • одноступенчатые – модели с одной рабочей ступенью (колесом);
   • многоступенчатые – с несколькими колесами на валу.

1. По количеству дисков рабочего колеса :
   • с передним и задним дисками – они используются для сетей низкого давления или перекачки густых жидкостей;
   • только с задним диском.

1. По расположению установки во время работы :
   • горизонтальные;
   • вертикальные.

1. По величине создаваемого давления воды центробежные насосы бывают:
   • низкого (до 0,2 МПа) давления;
   • среднего (0,2-0,6 Мпа) давления;
   • высокого (от 0,6 Мпа давления).

1. По количеству и расположению всасывающих патрубков :
   • с односторонним всасыванием;
   • с двухсторонним всасыванием.

1. По скорости вращения установки :
   • быстроходные (высокоскоростные) – в этих моделях крыльчатка находится на втулке;
   • нормального хода;
   • тихоходные.

1. По способу вывода жидкости :
   • модели со спиральным выходом – в них водные массы выводятся непосредственно с периферии лопаток;
   • с лопастным выходом – жидкость выходит через направляющий аппарат с лопастями.

1. По своему назначению :
   • канализационные;
   • водопроводные и т.д.

1. По способу соединения установки с приводящим электродвигателем :
   • с помощью привода шкива или редуктора;
   • с помощью муфт.

1. По расположению установки во время работы :
   • поверхностные (наружные) насосы – при работе они располагаются на поверхности земли, а в резервуар (выгребную яму, приямок и т.д.) опускается водозаборный рукав;
   • погружные центробежные модели – такие устройства рассчитаны на погружение в перекачиваемую жидкость;

Виды рабочих колес центробежного насоса

Рабочее колесо – одно из важных частей центробежного насоса. В зависимости от мощности агрегата и места его работы они различаются:

1. по материалу :
   • чугун, сталь, медь применяется для изготовления колес, работающих в неагрессивных средах;
   • керамика и подобные материалы – при работе насоса в химически активных средах;

1. по способу изготовления :
   • клепаные (используются для маломощных насосов);
   • литые;
   • штампованные;

1. по форме лопастей :
   • с прямыми лопастями;
   • загнутые в сторону, противоположную направлению вращению рабочего колеса;
   • загнутые в сторону вращения рабочего колеса.

Форма лопастей влияет на напор воды, создаваемый агрегатом.

Рабочий вал

Это наиболее восприимчивая к повреждениям во время работы часть установки. Он нуждается в точной балансировке и центровке. Материалы, из которых изготавливается вал:

• кованая сталь;
• легированная сталь (для установок, работающих с повышенными нагрузками);
• нержавеющая сталь (для использования в агрессивных средах).

• жесткие (для нормальных режимов работы);
• гибкие (для повышенных оборотов);
• соединенные с валом приводящего электродвигателя (применяются для бытовых моделей насосов).

Принцип действия центробежного насоса, а также схема центробежного насоса одинакова для всех видов агрегатов. Он основан на силовом воздействии вращающихся лопастей на поток перекачиваемой жидкости с передачей ей механической энергии от рабочего механизма. Различия типов установок заключаются в их мощности, создаваемом напоре воды и исполнении.