Конструкции центробежных насосов

В центробежных насосах жидкость подается за счет центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса. Перед пуском насоса всасывающую трубу и корпус насоса заполняют водой. Схема центробежного насоса показана на рис. 2.

Рабочее колесо 1 состоит из двух дисков, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют межлопастные каналы колеса (рис. 3). В этих насосах жидкость при входе в рабочее колесо движется в осевом направлении, а затем в самом колесе – в радиальном.

При вращении колеса под действием центробежной силы жидкость непрерывно движется по межлопастным каналам от центра к периферии, приобретая при этом большую скорость.

Вода, выходя из каналов, создает у входа в рабочее колесо разрежение. Жидкость подводится через отверстие в переднем диске рабочего колеса 1 с помощью всасывающего патрубка 2 и всасывающего трубопровода 3 (см. рис. 2). Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит за счет разности давлений над свободной поверхностью жидкости в водоисточнике (атмосферное) и в центральной (входной) части рабочего колеса (разрежение). Отвод жидкости из рабочего колеса осуществляется через спиральный канал 4, который переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок 5, соединяемый обычно с напорным трубопроводом 6 посредством задвижки. При выходе жидкости из рабочего колеса в спиральную камеру происходит уменьшение ее скорости за счет увеличения сечения камеры, причем часть кинетической энергии переходит в потенциальную, увеличивая тем самым первоначальное давление, создаваемое колесом.

 

 

Рис. 2. Схема центробежного насоса:

1 – рабочее колесо; 2 – всасывающий патрубок; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – спиральный канал; 5 − напорный патрубок;

6 – напорный трубопровод.

 

Консольные насосы типа К и КМ. Это насосы горизонтальные одноступенчатые с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для перекачивания воды (кроме морской) с температурой от 0 до 85⁰С, содержащей твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1 %. Они могут быть изготовлены для перекачивания воды с температурой до 105⁰С.

По конструкции насосы типа К (консольные) и типа КМ (консольно-моноблочные) отличаются только тем, что первые соединяются с электродвигателем при помощи муфты, так как имеют собственную станину, вторые с электродвигателем представляют единый блок, т. е. рабочее колесо насоса располагается на консоли вала электродвигателя. Корпус насоса крепится к корпусу двигателя.

Марка этих насосов по ГОСТ 22247−76 следующая: К–Q_ч/Н, где Q_ч и Н – соответственно часовая производительность (в м³/ч) и напор (в м) при максимальном КПД.

Основные детали насосов типа К: корпус насоса 3, крышка корпуса с всасывающим патрубком 2, рабочее колесо 1, вал 4, узел уплотнения вала (сальниковый узел) 6, опорная стойка 9 и соединительная упругая муфта (см. стенд).

 

 

Рис. 3. Рабочее колесо насосов типа К (КМ)

 

В моноблочных насосах типа КМ рабочее колесо 6 насажено непосредственно на вал электродвигателя с удлиненным концом 7, а корпус насоса 1 прикреплен к фланцу электродвигателя (см. стенд). Таким образом, по сравнению с насосом типа К в моноблочных насосах отсутствуют опорная стойка, вал и соединительная муфта.

Корпус насоса представляет собой чугунную отливку, внутренняя полость которой изготовлена в виде спирали, переходящей в напорный патрубок. В нижней части корпуса имеется отверстие, закрытое пробкой 8, для слива жидкости из полости насоса перед длительной остановкой или его разборкой. В верхней части корпуса имеется отверстие, закрытое пробкой 10, для заливки насоса перед его пуском.

Рабочее колесо 1 (см. стенд) – закрытого типа, закреплено на валу насоса при помощи шпонки и гайки с левой резьбой. У насосов мощностью до 10 кВт рабочие колеса неразгруженные, а у насосов мощностью более 10 кВт – разгруженные от осевых усилий. Разгрузка достигается за счет разгрузочных отверстий 11 (см. стенд) в заднем диске рабочего колеса. Благодаря разгрузке снижается давление перед узлом уплотнения вала. Уплотнение вала насоса 4 (см. стенд) осуществляется сальником с мягкой хлопчатобумажной набивкой. Набивка сальника поджимается крышкой 7.

У насосов мощностью 10 кВт и выше между кольцами набивки устанавливается кольцо гидравлического уплотнения 12. Вода на это кольцо поступает по каналу (полости) 13 из корпуса насоса. При вращении вала между ним и этим кольцом образуется водяное кольцо, обеспечивая тем самым гидрозатвор в зоне узла уплотнения вала, который препятствует проникновению воздуха в полость насоса.

Опорная стойка 9 у насосов типа К представляет собой опорный кронштейн, в котором в шарикоподшипниках 5 установлен вал насоса. Направление вращения вала – против часовой стрелки, если смотреть со стороны электродвигателя. Насосы типа К соединяются с электродвигателем упругой муфтой.

Насосы типа Д. Насосы типа Д и НД − центробежные, одноступенчатые, горизонтальные, с закрытым лопастным колесом, двусторонним входом жидкости на него, предназначены для подъема воды и других чистых жидкостей при температуре до 100 ⁰С (373 К). Эти насосы применяются в мелиоративных стационарных, передвижных и плавучих насосных станциях, тепловых электростанциях и предприятиях других отраслей народного хозяйства.

По ГОСТ 22247−76 все насосы с двойным входом имеют одно написание марки Д Q_ч–Н, здесь Q_ч и Н имеют те же значения, что и у консольных насосов.

Основные детали насосов типа Д (см. стенд): корпус 2, крышка корпуса 10, рабочее колесо 1, вал 3.

Корпус насоса 2 представляет собой сложную чугунную отливку с входным патрубком, спиральным отводящим каналом и напорным патрубком. Входной и напорный патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены в противоположные стороны. Такое расположение патрубков, а также горизонтальный разъем корпуса позволяют осматривать, ремонтировать и заменять различные детали без демонтажа насоса.

Рабочее колесо (рис.4) с двусторонним входом жидкости имеет ряд преимуществ по сравнению с колесом одностороннего входа: увеличена подача, уравновешено давление жидкости на колесо. Уплотнение вала в местах его выхода из корпуса осуществляется двумя сальниками

Рис. 4. Рабочее колесо насоса типа Д (НД)

 

6 (см. стенд). Сальники состоят из корпуса, крышки, сальниковой набивки, кольца гидравлического уплотнения и грундбуксы. Торцевая поверхность грундбуксы служит опорой для сальниковой набивки. Кольцо гидравлического уплотнения устанавливается против отверстия в крышке 10 насоса, через которое по трубкам 11 подводится к сальнику вода под давлением. Вал вращается в двух подшипниках 4, корпуса подшипников прикреплены к кронштейнам 12, отлитым за одно целое с корпусом насоса. Корпус подшипников имеет камеру, куда может быть подана вода для их охлаждения.

Насосы с вертикальным валом типа В. Насосы типа В − центробежные, одноступенчатые с осевым входом жидкости в рабочее колесо предназначены для подачи чистой жидкости от 1 до 35 м³/с при напоре 22…110 м и температуре до 35⁰ С (308 К). По конструкции эти насосы аналогичны консольным насосам, но с вертикальным валом (см. стенд). Они применяются для орошения, промышленного водоснабжения и в других отраслях народного хозяйства.

Насосы типа В по ГОСТ 19740 – 74 имеют следующую маркировку: ДнВ – Q/Н (1000–4/40), где Дн – диаметр напорного патрубка, уменьшенный в 25 раз, мм; В – вертикальный; Q – подача (м³/с) и Н – напор (м) при максимальном значении КПД.

Насосы для перекачки загрязненных жидкостей. К ним относятся фекальные (типа Ф), песковые (типа П) и грунтовые (типа Гр). Это центробежные, одноступенчатые консольного типа насосы, которые имеют некоторое отличие от насосов типа К и КМ, предназначенных для перекачки чистой воды. Рабочее колесо этих насосов (см. стенд) имеет более широкую проточную часть и меньшее число лопаток. Изготавливается из износоустойчивых материалов, а иногда и с футеровкой из резины.

В сальниковый узел и гидравлический затвор подается чистая вода из водопровода. Применяются в канализационных насосных станциях (тип Ф), для перекачки водно-песчаной смеси при строительстве намывных дамб (тип П) и в землесосных снарядах (тип Гр).

Маркируются эти насосы так же, как консольные, но с заменой букв К и КМ на Ф, П или Гр.

Многоступенчатые скважинные насосы. К числу многоступенчатых относятся артезианские насосы типа А, НА, АТН, ЦТВ и др.

Наиболее широко применяются насосы типа ЭЦВ с погружным электродвигателем. Обозначаются эти насосы следующим образом: ЭЦВ d_скв – Q_ч – Н, где Э – электрический; Ц – центробежный; В – для воды; d_скв – минимальный диаметр скважины, уменьшенный в 25 раз, мм; Q_ч и Н – соответственно производительность, м³/ч и напор, м (например, ЭЦВ 8-16-85).

В электропогружных насосах типа ЭЦВ для скважин с диаметром до 200 мм рабочие колеса и направляющие аппараты выполняются из полистирола и полипропилена, радиальные подшипники и подпятники – резинометаллические. Привод насосов осуществляется погружными водозатопленными и однофазными (насосы для скважин 100 мм) и трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами. Энергия к электродвигателю, расположенному в скважине ниже насоса, подводится сверху по специальному кабелю. Входное отверстие насоса для воды находится между двигателем и насосом и защищено сеткой 9 (см. стенд).

Насос ЭЦВ состоит из набора секций, ротора, верхнего и нижнего подшипников, головки, стяжек. Рабочие колеса 4 закреплены на валу 5 при помощи шпонки и фиксированы от осевого смещения распорными втулками 3 и гайкой. Отвод воды от рабочего колеса одной ступени и подвод ее к входному отверстию последующей ступени осуществляются с помощью направляющего аппарата 6. Удерживание направляющих аппаратов от проворачивания их в корпусе секций осуществляется выступами на разделительных дисках 10, которые устанавливаются между ступенями и имеют резиновые уплотнительные кольца. Всасывающий 11 и нагнетательный 2 патрубки насоса отлиты из чугуна, одновременно они служат корпусами нижнего и верхнего резинометаллических подшипников вала. В корпусе нагнетательного патрубка расположен обратный клапан. Верхняя часть нагнетательного патрубка имеет внутреннюю резьбу для присоединения насоса к водоподъемной трубе 1. Смазка и охлаждение подшипников осуществляются подаваемой жидкостью. Вал насоса для предохранения от износа в подшипниках защищен гильзами из нержавеющей стали. Частичное уравновешивание силы осевого давления в насосе достигается разгрузочными отверстиями в ведущих дисках рабочих колес. Остальная сила осевого давления, а также масса роторов насоса и двигателя воспринимаются опорной пятой электродвигателя 8. Вал насоса соединяется с валом электродвигателя жесткой муфтой 7.

Насосный агрегат, подвешенный в скважине на колонне водоподъемных труб, опускают на такую глубину, чтобы верхний фланец клапанной коробки находился ниже динамического уровня не менее чем на 1…1,5 м. Автоматизация работы насосной установки осуществляется с помощью специальной аппаратуры в зависимости от уровня воды или давления в напорно-регулирующем баке и от динамического уровня воды в скважине.

Аппаратура поставляется заводами в комплекте с насосами. В нее входят станция автоматического управления, датчики уровня или давления, датчик сухого хода.

Автоматическое включение и выключение насоса производится станцией по сигналам датчиков в зависимости от уровней воды в баке водонапорной башни или скважине (водозаборе). С помощью датчика сухого хода производится автоматическое отключение электродвигателя насоса при понижении динамического уровня воды в скважине сверх допустимого. Станция обеспечивает возможность и ручного управления.