Центробежные насосы

Центробежные  насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.

Рис. 1 Принципиальная схема  центробежного насоса: 
1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал;  
5 - лопатка рабочего колеса; 
6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок;  
8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 
10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 
11 - всасывающий патрубок.

На рабочем  колесе имеются лопатки (лопасти), которые  имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его  вращения, затем направляется в межлопаточный  канал и попадает в отвод. Отвод  предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и  преобразования кинетической энергии  потока жидкости в потенциальную  энергию, в частности в энергию  давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с  минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной  формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов  насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического  взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся  в межлопаточном канале, лопатками  отбрасывается к периферии, выходит  в отвод и далее в напорный трубопровод.

Рис. 2 Схема многоступенчатого  центробежного насоса

В центральной  части насоса, т. е. на входе жидкости в рабочее колесо насоса, возникает  разрежение, и жидкая среда под  действием давления в расходной  емкости направляется от источников водоснабжения по всасывающему трубопроводу в насос. 
Частоту вращения рабочего колеса насоса обозначают через n (об/мин), а угловую скорость - через ω .  
Связь между ω и n определяется выражением 
ω = π n / 30

В настоящее  время промышленностью выпускается  большое количество различных типов  центробежных насосов, которые можно  классифицировать по следующим признакам:

Рис. 3 Схема двухпоточного центробежного насоса

по числу ступеней (колес): одноступенчатые (рис. 1), двухступенчатые, многоступенчатые (рис. 2); 
по числу потоков: однопоточные, двухпоточные (рис. 3), многопоточные; 
по условиям подвода жидкости к рабочему колесу: одностороннего входа (рис. 1), двустороннего входа (рис. 4); 
по условиям отвода жидкости из рабочего колеса: со спиральным отводом (рис. 1), с кольцевым отводом, с направляющим аппаратом; по конструкции рабочего колеса: с закрытым рабочим колесом, с открытым рабочим колесом (рис. 5); 
по способу привода: с приводом через соединительную муфту, с приводом через редуктор и др.; 
по расположению вала: горизонтальные, вертикальные; 
с мокрым ротором, с сухим ротором.

Рис. 4. Схема центробежного  насоса с двусторонним входом

Насос с сухим ротором - это насос, в котором ротор электродвигателя не соприкасается с перекачиваемой жидкой средой. Насосы с большой подачей жидкости Q, как правило, изготовляются с сухим ротором.

Насос с мокрым ротором - это насос, в котором ротор двигателя непосредственно работает в жидкой среде. Статор двигателя (находящийся под напряжением) отделен от ротора гильзой (толщиной 0,1 - 0,3 мм), изготовленной, например, из ненамагничивающейся нержавеющей стали. Смазка подшипников ротора осуществляется жидкой средой, которая и выполняет функцию охлаждения ротора. Вал насоса обычно располагается горизонтально.

Укажем преимущества центробежных насосов по сравнению с насосами других типов: 
пологие характеристики Н = f(Q) и η = η (Q), в результате чего высокие значения напоров Н и высокие значения КПД сохраняются в широком диапазоне подач Q; 
большая частота вращения, что позволяет в качестве привода для насосов использовать электродвигатели и турбины; 
плавная форма изменения мощности N, что позволяет выполнить пуск насоса при закрытой выходной задвижке (или при закрытом обратном клапане); 
устойчивость в работе насосов и расширение технических показателей Н и Q при последовательном и параллельном соединении насосов при работе на один трубопровод; 
плавное протекание переходных процессов при изменении режима работы гидросистемы; 
расположение насоса выше уровня жидкости в расходной емкости; 
изменение показателей насосов H, Q, η за счет различных факторов: обточки диаметра рабочего колеса, изменения частоты вращения, изменения частоты электроснабжения и др.; 
невысокая стоимость насоса из-за использования в конструкции насоса сравнительно дешевых конструкционных материалов: сталь, чугун, полимерные материалы; 
простота технического обслуживания и эксплуатации; 
высокая надежность в работе; 
большие подачи жидкости Q ; 
равномерный с малыми пульсациями давления поток жидкости; 
возможность успешной работы на "загрязненных" жидкостях.

Рис. 5 Схемы различных  рабочих колес:  
а - открытого типа; б - полузакрытого типа; в - закрытого типа;  
г - рабочее колесо закрытого типа с двусторонним входом;  
1 - втулка; 2 - лопатка; 3 - несущий диск; 4 - покрывающий диск

Но центробежные насосы обладают и рядом недостатков: 
требуют заливки перед пуском; 
имеют склонность к кавитации; 
имеют пониженное значение КПД при перекачивании вязких жидкостей; 
имеют небольшое значение КПД при малой подаче жидкости Q и большое значение напора Н и др. 
Центробежные насосы целесообразно использовать в области больших подач жидкости Q и низких и средних напоров жидкости Н.