Центробежные насосы: устройство, принцип работы, классификация, характеристики, неисправности и ремонт

Первая ступень подкачки, как отмечалось ранее, осуществля­ется центробежными насосными агрегатами с приводом от элек­тродвигателей или гидротурбин, устанавливаемыми в расходных баках, а вторая — центробежны­ми насосными агрегатами, уста­навливаемыми на авиадвигателе, привод которых осуществляется от вала двигателя через редук­тор, расположенный в коробке приводов. Двухступенчатая си­стема подкачки с применением двигательного центробежного насоса (ДЦН) позволяет снизить массу топливной системы благо­даря уменьшению мощности, а соответственно и массы агрега­та первой ступени подкачки, по­высить ее надежность на случай отказа в работе насоса первой ступени подкачки, а также дает возможность поддерживать на участке от расходного бака до ДЦН низкое давление, что упро­щает герметизацию стыков то­пливных магистралей и снижает массу трубопроводов. Режимы работы ДЦН непосредствен­но связаны с режимами работы авиадвигателя при различных условиях полета по частоте вра­щения, подаче и другим параме­трам. В связи с этим ДЦН явля­ется многорежимным насосом, так как он должен обеспечивать оптимальные параметры в широ­ком диапазоне изменения режи­мов работы по частоте вращения и подаче топлива.


В системах подачи топлива к силовым установкам летатель­ных аппаратов баковыми насо­сами с приводом от гидротурбин подача топлива для их питания осуществляется также в боль­шинстве случаев от специаль­ных ДЦН, устанавливаемых на коробке приводов самолетных агрегатов, приводимой во вра­щение также от авиадвигателя.

С целью максимального уменьшения осевых габаритов, снижения массы и повышения на­дежности все шире применяется ДЦН интегральной конструкции. Отличительной особенностью та­кого насоса является то, что его рабочее центробежное и пред­включенное осевое колеса мон­тируются непосредственно на консоли вала приводной шестер­ ни редуктора коробки приводов, а сборник насоса монтируется на фланце корпуса коробки при­водов. Консоль вала уплотняется для предотвращения попадания масла в полость насоса и топли­ва в полость коробки приводов. Таким образом уменьшается в два раза количество подшипни­ков в системе насос — коробка приводов и ликвидируются кор­пус, вал и шлицевая рессора на­соса, во многом определяющая ресурс работы.

В ОКБ «Кристалл» создан целый ряд ДЦН, в автономном и в интегральном конструктив­ном исполнении, обеспечиваю­щих весь диапазон требуемых параметров и успешно эксплу­атирующийся на большинстве отечественных авиадвигателей, самолетов и вертолетов. К их числу относятся ДЦН-58, ДЦН- 64, ДЦН-68, ДЦН-70, ДЦН-72, ДЦН-78, ДЦН-80, ДЦН-82, ДЦН- 94, ДЦН-96, ДЦН-100, ДЦН-102, ДЦН-104 и другие.

Центробежный насос: экскурс в анатомию


Центробежная помпа в разрезеРабочая часть центробежного насоса в самом простом исполнении состоит из корпуса, немного напоминающего спираль или улитку, расположенного внутри него вала и рабочего колеса, закрепленного на этом валу.

Передача вращения от вала колесу осуществляется посредством шпонки.

Рабочее колесо состоит из двух дисков и нескольких закрепленных между ними лопаток. Лопатки имеют изогнутую форму и развернуты выпуклой стороной по направлению вращения.

Корпус насоса изготавливается из стали или чугуна, рабочие колеса во многих моделях, особенно предназначенных для бытового водоснабжения, выполнены из полимеров.

Вал рабочего колеса может быть как двухопорным, так и консольным. В опорных узлах установлены подшипники.

Хвостовик вала выходит из корпуса и связывается посредством муфты с ротором электрического или коленчатым валом дизельного двигателя, выступающего в качестве привода.

Отверстие в корпусе насоса, через которое проходит хвостовик вала, имеет уплотнение, предотвращающее утечки перекачиваемого вещества.

При выборе центробежного насоса лучше отдавать предпочтение моделям с торцевым уплотнением вала. Оно является более надежным, чем сальниковая набивка, считающаяся устаревшей. Кроме того, торцевое уплотнение сможет обеспечить герметичность корпуса даже при смещении вала рабочего колеса или вибрациях.


Вода или другая среда поступает в рабочую камеру насоса через отверстие в центре передней части корпуса. Ее нагнетание осуществляется через плавный отвод в верхней части, который и придает корпусу сходство с улиткой.

Помимо основных частей (корпус и привод), собственно и представляющих насос, в комплект поставки входят элементы, без которых эксплуатация агрегата была бы затруднительной или даже невозможной:

  • сеточный фильтр;
  • обратный клапан для всасывающей магистрали;
  • задвижка (устанавливается перед всасывающим патрубком);
  • вакуумметр (позволяет контролировать степень разрежения на входе в рабочую камеру).

Если приобретаемый насос предполагается использовать для подачи питьевой воды, необходимо убедиться, что все контактирующие с ней детали изготовлены из соответствующих материалов. Корпус в этом случае должен быть выполнен из качественной нержавеющей стали, рабочее колесо – также из нержавейки или пищевой пластмассы.

Довольно востребованными являются модели с корпусом из обычного, «непищевого» материала, внутри которого установлен вкладыш из нержавеющей стали.
Такой агрегат обойдется дешевле, чем полностью нержавеющий. Меньше будет стоить и его ремонт: вместо восстановления корпуса достаточно будет заменить изношенный вкладыш.

Принцип действия


После запуска приводного двигателя вал насоса с установленным на нем колесом начинает вращаться. Лопатки колеса заставляют вращаться и находящееся в рабочей камере вещество.

Как только жидкость начинает двигаться по кругу, она подвергается воздействию центробежной силы, направленной от центра. Причем модуль этой силы тем больше, чем дальше молекулы перекачиваемой среды сместились от центра вращения.

В конце концов жидкость выбрасывается на периферию рабочего колеса, а затем – в изогнутый кверху выходной патрубок. Таким образом, давление или, как еще говорят, напор в линии нагнетания поддерживается за счет центробежной силы.

Классификация

Насосы данного типа можно классифицировать по ряду признаков.

По числу ступеней

  1. Одноступенчатые: имеют только одно рабочее колесо. Эта конструкция, считающаяся классической, была подробно описана выше.
  2. Многоступенчатые: такие насосы применяют в том случае, когда нужно развить значительный напор. В них установлено несколько рабочих колес, посаженных на общий вал. Принцип работы многоступенчатого центробежного насоса: каждое колесо вместе со своей рабочей камерой и образует ступень. Корпус насоса выполнен таким образом, что вода или другая жидкость последовательно переходит из одной ступени в другую, пока не достигает выходного патрубка. При этом напор, с которым она подается, равен сумме напоров, развиваемых каждой ступенью.

По направлению оси вращения

  1. С горизонтальным расположением вала: наиболее популярная разновидность, что объясняется простотой обслуживания.
  2. С вертикальным расположением вала: такие насосы требуют меньше места для монтажа, поскольку двигатель у них расположен над корпусом. К этому же типу относится большинство скважинных насосов, которым приходится работать в довольно стесненных условиях. Недостаток данной конструкции состоит в том, что для ремонта или обслуживания корпуса часто приходится снимать двигатель.

По способу установки

  1. Поверхностные: размещаются возле источника или на некотором отдалении от него. Стоят дешевле всего, постоянно находятся на виду, легкодоступны для визуального контроля и обслуживания. Недостаток: уровень воды в источнике должен находиться не ниже 8-ми м относительно уровня установки насоса, поэтому с глубокими колодцами или скважинами такие агрегаты работать не могут.
  2. Полупогружные: насосы с вертикальным расположением вала. Устанавливаются так, что часть корпуса оказывается погруженной в источник. Чаще всего применяются для выкачивания жидких веществ из приямков.
  3. Погружные: в колодцах с большой глубиной и скважинах применяют насосы, которые, будучи подвешенными на тросе или цепи, полностью погружаются в воду.

Для того чтобы последний способ эксплуатации был возможен, агрегат должен соответствовать нескольким требованиям:

  • все наружные элементы должны быть устойчивыми к коррозии;
  • герметичным должен быть не только корпус, но и электрическая часть;
  • конструкция насоса и качество сборки должны полностью исключать протечки машинного масла, удаление которого из колодца или скважины обходится очень дорого.

Понятно, что при таких условиях погружной насос обходится дороже поверхностного, но поднять воду с большой глубины другим способом нельзя.

Владельцам неглубоких скважин (до 25 – 30 м) можно порекомендовать компромиссный вариант, сочетающий достоинства поверхностных и погружных моделей.
Речь идет о насосах с выносным эжектором. Сам насос устанавливается наверху, что очень удобно, а его часть – эжектор – опускается в скважину на большую глубину.

По способу забора воды

  1. Насосы нормального всасывания: к этому типу относятся все погружные насосы, а также некоторые из поверхностных, в которые вода поступает самотеком (например, при перекачивании воды из резервуара с расположенным внизу краном). Перед первым пуском полость агрегата необходимо залить водой, в дальнейшем об этом можно уже не беспокоиться.
  2. Самовсасывающие: именно так называются насосы, способные поднять воду с некоторой глубины. Теоретически она составляет 10,34 м, но на практике не превышает 8 м. Самовсасывающий насос приходится заливать каждый раз после относительно длинного простоя, причем водой нужно наполнить не только полость агрегата, но и всасывающий шланг. Последний должен иметь армирование, препятствующее его сжатию из-за разрежения.

Запуск самовсасывающего насоса и его работа в прерывистом режиме были бы невозможны без важнейшего элемента – обратного клапана на всасывающей линии. Во время заливки и при коротких паузах в работе агрегата он удерживает воду, предотвращая разрыв водяного столба.

Далеко не все бытовые насосные станции имеют этот механизм в комплекте. Таким образом, заманчивое предложение с ценой «ниже, чем у других», может оказаться с подвохом.

По расположению входного и выходного патрубков

  1. Классические: патрубки всаса и подачи расположены, как было описано выше: первый – спереди (по центру), второй – сверху.
  2. Насосы типа In-Line: отличаются от обычных моделей тем, что оба патрубка (всас и подача) расположены на одной оси.

Для перекачивания токсичных, химически агрессивных и других опасных веществ применяется еще одна разновидность – герметичные центробежные насосы. Они сконструированы так, что утечки перекачиваемого вещества становятся абсолютно невозможными.

Существует два типа исполнения:

  1. Двигатель расположен внутри корпуса, а рабочее колесо установлено на его валу.
  2. Двигатель и абсолютно герметичный корпус выполнены в раздельном виде, а передача крутящего момента рабочему колесу осуществляется посредством магнитной муфты.

Характеристики центробежных насосов

Герметичный насосРабочими параметрами насосов являются:

  • потребляемая мощность (Вт);
  • производительность (куб. м/ч или л/мин);
  • давление на выходе, обычно именуемое напором (измеряется в метрах водного столба, сокр. – м.в.ст.).

Особенность центробежных насосов состоит в том, что их производительность зависит от напора.

Чем больший напор приходится развивать агрегату для подъема воды на большую высоту или ее «проталкивания» через длинный трубопровод с большим гидравлическим сопротивлением, тем меньший объем воды он сможет перекачивать за единицу времени.

Зависимость производительности от напора называется главной или напорной характеристикой насоса. В паспорте агрегата она обычно приводится в виде графика, реже – таблицы. При выборе насоса сначала определяют необходимый напор (гидравлическое сопротивление системы + высота подъема воды + давление, которое нужно получить в наиболее удаленной точке водоразбора), а затем подбирают модель, имеющая при данном напоре достаточную производительность. Модель считается оптимальной, если необходимые напор и производительность находятся в средней части ее главной характеристики.


Leave a Comment

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.