Конструкции центробежных и осевых насосов. Горизонтальные насосы Центробежный консольный одноступенчатый насос может быть многопоточным

В данной статье приведены описания конструкций насосов, применяемых в системах водоснабжения и канализации, а также в основных отраслях промышленности и коммунального хозяйства.

Осевые насосы. Осевыми называются лопастные насосы, в которых жидкость движется через рабочее колесо в направлении его оси. Основные технические характеристики осевых насосов указаны в ГОСТ 9366—80 «Насосы осевые. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу, осевые насосы изготовляют двух типов: с жестко закрепленными лопастями колеса — жестколопастные насосы (типа О) и с поворотными лопастями колеса — поворотно-лопастные насосы (типа ОП). Возможность изменения угла установки лопастей в насосах типа ОП позволяет регулировать подачу и напор насоса в гораздо более широких пределах, чем в насосах типа О с жестко закрепленными лопастями колеса. Высокий КПД насоса типа ОП при этом сохраняется.

Рабочее колесо осевого насоса состоит из втулки обтекаемой формы, на которой укреплены лопасти. Втулки и лопасти осевого насоса в основном исполнении отливаются из чугуна или стали, а в морском- исполнении — из бронзы. Жидкость поступает в насос через входной патрубок. Во входных патрубках насосов некоторых типов имеются направляющие аппараты в виде неподвижных лопастей обтекаемой формы. Непосредственно за рабочим колесом (по ходу жидкости) расположен выправляющий аппарат для устранения вращательного движения жидкости.
В осевых насосах типа О и ОП в основном исполнении (рис. 2.19) жидкость отводится под углом 60° к вертикали. В малогабаритных осевых насосах жидкость отводится под углом" 90°. Вал осевых насосов типа ОП полый, внутри него проходит шток механизма разворота лопастей. Механизм разворота лопастей может иметь ручной, электрический или гидравлический привод. Следует иметь в виду, что в случае ручного привода угол установки лопастей можно изменять только при неработающем насосе. Конструкция рабочего колеса осевого насоса предопределяет особенности его работы: такие насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140 тыс. м3/ч) при относительно небольших напорах (4—20 м). Большой коэффициент быстроходности обусловливает и другую особенность осевых насосов — в большинстве случаев они рассчитаны на работу под заливом. Поэтому при проектировании насосных установок осевые насосы устанавливаются так, чтобы рабочее колесо размещалось ниже уровня воды в приемной камере.
Осевые насосы отличаются простотой конструкции и компактностью, меньшей по сравнению с центробежными насосами массой, возможностью подачи загрязненных жидкостей. Компактность конструкции особенно ценна при подаче больших расходов жидкости, так как позволяет значительно сократить размеры насосной станции. Осевые насосы применяют в оросительных установках и насосных станциях первого подъема систем водоснабжения, а также для перекачки сточной жидкости и активного ила на канализационных очистных сооружениях.
Насосы для сточных жидкостей (фекальные) и грунтовые насосы. Фекальные насосы предназначены для перекачивания сточных вод, илов и жидкостей, загрязненных механическими примесями, находящимися во взвешенном состоянии. Поэтому такие насосы должны им"еть достаточно большие проходные каналы, гарантирующие бесперебойную работу. С этой целью рабочие колеса фекальных насосов изготовляют с небольшим числом (2—4) лопастей обтекаемой формы. Кроме того, в корпусе устраивают специальные люки для осмотра и чистки насосов.
Основные параметры выпускаемых до настоящего времени центробежных фекальных насосов указаны в ГОСТ 11379—73 «Насосы центробежные фекальные. Основные параметры». По этому ГОСТу предусмотрен выпуск фекальных насосов четырех основных типов: горизонтальные типа ФГ, вертикальные типа ФВ, одноступенчатые и Двухступенчатые.

Рис. 2.21. Вертикальный фекальный насос
/ — корпус насоса; 2— опорная плита; 3—электродвигатель

Горизонтальный фекальный одноступенчатый консольный насос с осевым подводом жидкости показан на рис. 2.20. Опора насоса выполнена в виде кронштейна, к фланцу которого прикреплен корпус упрощенной формы со всасывающим и нагнетательным патрубками. Всасывающий патрубок снабжен люком для прочистки. Второй люк для прочистки устроен в верхней части корпуса насоса.

Напорный патрубок обычно расположен вертикально, при необходимости он может быть повернут на 90° в любую сторону. Вал насоса вращается в подшипниках качения, а у крупных насосов — Б подшипниках скольжения. Уплотнением вала является сальниковая набивка. Для охлаждения и промывки сальникового уплотнения, а также для создания гидравлического затвора во время работы насоса к сальнику подается техническая вода под давлением, на 0,03—0,05 МПа (0,3—0,5 кгс/см2) превышающим давление в напорном патрубке насоса.
Широкое распространение получили вертикальные фекальные насосы. Вертикальные насосные агрегаты с небольшой подачей конструктивно решены в виде блока с электродвигателем (рис. 2.21). Вал насоса имеет верхнюю и нижнюю опоры. В верхней опоре, укрепленной на плите, расположена пята, воспринимающая осевую силу вращающихся деталей насоса. Нижняя опора расположена в насосе и состоит из двух подшипников — радиального шарикового и текстолитового упорного. Корпус насоса с помощью трубы соединен с опорной плитой. Внутри трубы проходит вал насоса. Для смазки текстолитового подшипника к нему должна быть подведена чистая (техническая) вода.
Крупные вертикальные фекальные насосы выпускают с осевым подводом. Корпус насоса выполняется с разъемом в горизонтальной плоскости (рис. 2.22). Как видно из рисунка, насос и электродвигатель устанавливаются на раздельных фундаментах. Осевые силы и нагрузку от действия веса вращающихся частей в таких насосах воспринимает пята электродвигателя, находящаяся в масля-ной ванне.
С 1 января 1983 г. введен новый ГОСТ на насосы для сточных жидкостей —ГОСТ 11379—80Е «Насосы динамические для сточных жидкостей. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу должны изготовляться насосы типов СД—центробежные и СДС — свободно-вихревые. Насосы типа СД должны изготовляться в горизонтальном и вертикальном исполнении, а также полупогружные. Эта серия насосов должна обеспечивать подачу от 7 до 10800 м3/ч с напорами от 5,5 до ПО м при перекачивании жидкости, содержащей не более 1 % абразивных частиц размером до 5 юл. Основные технические характеристики насосов СД (подача, напор) близки к характеристикам фекальных насосов типа Ф.
В обозначениях насосов для сточных вод первые буквы означают тип насоса, первая группа цифр — подачу, м3/ч, вторая группа цифр — напор, м; далее ставят обозначение климатического исполнения и номер ГОСТа. Например, горизонтальный насос типа СД с подачей 100 м3/ч и напором 40 м, климатического исполнения У4 (по ГОСТ 15150—69) обозначается так: СД 100/40-У4-ГОСТ 11379—80Е. Сопоставление обозначений насосов, изготовляемых по ГОСТ 11379—73 и 11379—80Е, приведено в табл. 2.3.
За последнее время в нашей стране и за рубежом для упрощения эксплуатации насосов для перекачки сточных вод и других жидкостей, содержащих крупные взвешенные и плавающие включения, разрабатывается ряд насосов новых типов.

Таблица 2.3

Центробежные фекальные насосы изготовляют с колесами, снабженными устройствами (ножами) для измельчения крупных включений.
Такой насос одновременно с перекачиванием жидкости выполняет функцию дробилки, т. е. является насосом-дробилкой. Применение таких насосов упрощает эксплуатацию насосных установок. Это в первую очередь касается автоматизированных насосных станций , на которых отпадает или существенно сокращается необходимость эксплуатации дробилок и устройств для удаления твердых включений, задержанных на решетках. В нашей стране такой насос разработан НИКТИ МКХ УССР (г. Киев).

Для перекачки сточных вод, содержащих включения больших размеров, используют свободно-вихревые насосы (СВН), которые по принципу действия относятся к лопастным насосам трения. От центробежных эти насосы отличаются тем, что открытое рабочее колесо размещено в кармане задней стенки корпуса насоса (рис. 2.23). При этом между торцом колеса образуется камера, свободная от вращающихся частей. Ширина этой камеры равна диаметру напорного патрубка на уровне языка створа. Через рабочее колесо проходит только часть общего потока поступающей в насос жидкости— так называемый циркуляционный поток, составляющий 15— 25 % подачи насоса. Остальной части жидкости, поступающей в насос, энергия передается путем вихревого энергообмена с циркуляционным потоком. Широкая проточная полость, свободная от движущихся деталей, и открытое рабочее колесо способствуют тому, что насос практически не засоряется, а следовательно, существенно снижаются трудовые затраты на его эксплуатацию. Однако КПД у свободно-вихревых насосов ниже, чем у центробежных, и составляет 45—55 %. В настоящее время промышленность выпускает свободно-вихревой насос ФГС 81/31 с номинальной подачей 81 м3/с и погружной центробежный моноблочный фекальный элек-тронасос марки ЦМФ 160-10-У5 с рабочим колесом свободно-вихревого типа.
Для перекачивания пульп, а также производственных сточных вод некоторых видов с большим количеством тяжелых механических примесей, в том числе абразивных (песок, окалина, шлак и т. п.), применяют грунтовые и песковые насосы.
Грунтовые насосы типа Гр одноступенчатые консольного типа с четырехлопастным рабочим колесом одностороннего входа изготовляются согласно ГОСТ 9075—75.
Корпусы таких насосов имеют разъем в вертикальной плоскости. Эти насосы предназначены для перекачивания пульп с плотностью до 1,3 кг/л.
Основные параметры Песковых центробежных насосов установлены ГОСТ 8388—77 «Насосы центробежные песковые. Типы и основные параметры». В настоящее время промышленность выпускает песковые насосы типа Пс с подачей от 50 до 200 м3/ч для перекачивания пульпы с плотностью до 2—3 кг/л (в зависимости от марки насоса). Конструкция пескового насоса типа Пр приведена на рис. 2.24. Как видно из рисунка, корпус насоса, входной и выходной патрубки гуммированы, что предотвращает быстрый износ насоса.
К сальниковым уплотнениям насосов типа Пр (так же, как и насосов типа Гр) необходимо подводить чистую воду под давлением, равным 0,8—1 рабочего давления насоса.

В последнее время получают распространение погружные канализационные электронасосы небольшой мощности. Разработана и освоена серия погружных электронасосов типа ЦМК (рис. 2.25). Это погружной моноблочный агрегат со встроенным электродвигателем, герметизированным от попадания сточной жидкости во внутреннюю полость. Насосная часть — одноступенчатый центробежный насос с двухлопастным рабочим колесом, закрепленным на консольной части вала электродвигателя. Отвод насоса — спиральный. Полости всасывания и нагнетания разделены с помощью лабиринтного уплотнения.
Канализационный электронасос комплектуется специальным приспособлением для автоматической стыковки его с напорным трубопроводом без использования обычных крепежных средств, что позволяет демонтировать насос без опорожнения колодца (резервуара), где он установлен.
При производстве строительных работ для открытого водослива, а также для перекачивания загрязненных, в том числе сточных, вод получили распространение погружные моноблочные центробежные электронасосы типа ГНОМ (рис. 2.26). Согласно ГОСТ 20763—75 эти насосы должны изготовляться с подачей от 10 до 400 м3/ч при напорах от 10 до 40 м.

Рис. 2.25. Погружной канализационный электронасос типа ЦМК
1 — рабочее колесо; 2— спиральный отвод; 3 — подшипниковый щит; 4 — электродвигатель; 5 — крышка; 6 — ручка; 7 — кабель электродвигателя

Рабочее колесо электронасоса типа ГНОМ полуоткрытого типа, литое, из износостойкого материала, закреплено на валу электродвигателя. Электродвигатель специального исполнения асинхронный с короткозамкнутым ротором. Ротор вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в верхней и нижней крышках. Между рабочим колесом и нижним подшипником размещена масляная камера с расположенным в ней узлом уплотнения. Масло в камере предназначено для смазки и охлаждения пар трения торцевых уплотнений. Оно же служит гидравлическим затвором для предотвращения проникновения перекачиваемой жидкости в полость электродвигателя. Наличие масляной камеры несколько усложняет эксплуатацию насосов типа ГНОМ по сравнению с эксплуатацией насосов типа ЦМК. Перекачиваемая жидкость засасывается рабочим колесом и подается в кольцевую щель между электродвигателем и кожухом. Далее жидкость попадает в напорный патрубок и нагнетается через резиновый рукав. Насосы типа ГНОМ способны перекачивать жидкость плотностью до 1250 кг/м3 при содержании твердых механических примесей максимальным размером до 5 мм до 10 % по массе.
За рубежом погружные электронасосы для перекачивания сточных вод получили большое распространение. Шведская фирма «Флюгт» выпускает большой ряд типоразмеров погружных насосов для сточных вод, включая и крупные насосы с подачей до 4000м3/ч. На рис. 2.27 показан один из таких насосов. Применение погружных насосов для перекачки сточных вод позволяет существенно уменьшить размеры насосных станций, а следовательно, снизить их стоимость.

Насосы для химически активных жидкостей. Насосы этого класса предназначены главным образом для химической промышленности. В системах водного хозяйства такие насосы применяют для перекачивания растворов различных реагентов, в первую очередь раствора коагулянта. Применяют их и для перекачивания агрессивных по отношению к черным металлам сточных вод промышленных производств. Типы и основные параметры центробежных насосов для химических производств указаны в ГОСТ 10168—75. Основные технические требования к таким насосам приведены в ГОСТ 15110—79Е. Согласно этим ГОСТам, насосы для химических производств изготовляются следующих типов:
X, АХ, ТХ — горизонтальные, консольные на отдельной стойке; ХБ — горизонтальные, межопорные, одноступенчатые и многоступенчатые, с рабочими колесами одностороннего входа;
ХД — горизонтальные, межопорные, с рабочими колесами двустороннего входа;
ХИ, АХИ, ТХИ — погружные, вертикальные, с опорами вне перекачиваемой жидкости;
ХП, АХП — погружные, с опорами в перекачиваемой жидкости.
Насосы указанных типов должны изготовляться следующих конструктивных исполнений: М — моноблочные; Р — с повышенным (избыточным) давлением на входе; О — обогреваемые или охлаждаемые; С — самовсасывающие.

Для особо химически активных жидкостей изготовляют центробежные одноступенчатые насосы из керамических материалов и эпоксидных смол. Типы и основные параметры таких насосов регламентированы ГОСТ 22570—77. Согласно этому ГОСТу насосы Должны изготовляться с подачей от 3 до 460 м3/ч и напором от 6 До 95 м. Наибольшее распространение имеют насосы типа X, АХ и ГХ. Эти насосы изготовляют на унифицированных опорных стойках и подшипниках. На рис. 2.28 показан разрез насоса X 20/31.

1 — рабочее колесо; 2 — сальник; 3 — защитная втулка; 4 — вал насоса; 5 — кронштейн

Материал проточной части насоса — высококремнистый сплав. Из такого же материала выполнена и защитная втулка вала.
Ранее в обозначения насосов для химических производств входили диаметр входного патрубка и число быстроходности. В ГОСТ 10168—75 приведена таблица замены устаревших обозначений насосов. Например, насос X 20/31 ранее обозначался 2Х-6, а насос АХ 90/19—5АХ-9.

проектируется для насосных станций. На водопроводных установках чаще всего используется оборудование общего назначения. Большей частью на станциях установлены двухсторонние насосы типа Д, а при необходимости подачи больших объемов используются консольные устройства.

Вертикальные насосы

Насос вертикальный центробежный одноступенчатый применяется на заглубленных станциях, сооружение которых затрудняется в условиях слишком близкого уровня воды. Это дает возможность удешевить строительство, уменьшить размеры машинного зала, повысить качество условий эксплуатации электродвигателей, которые можно вынести на первый этаж.

Осевые насосы

Такие установки чаще всего используются при больших подачах воды. Сточные динамические насосы большей частью устанавливаются на станциях систем выведения бытовых отходов. Предусмотрена температура воды до 80 градусов и возможное содержание до одного процента абразивных частиц. В системах водоотведения также могут использоваться установки типов Гр и ГрУ.

Центробежный одноступенчатый насос и его свойства

Эксплуатационные свойства таких насосов определяются их главными параметрами: мощностью, напором, кавитационным запасом, подачей, высотой всасывания. Важными качествами работы агрегатов являются напряжение электродвигателя и частота вращения колеса.

Нужно понимать, что параметры осевых и центробежных насосов переменны даже при непрерывном действии рабочего колеса и будут зависеть от подачи. На чертежах принято приводить характеристики для уменьшенных диаметров колеса. Характеристики оптимальных режимных точек соответствуют максимальному КПД. Соответствующий набор и подача являются приемлемыми показателями насоса. Эти характеристики вносятся в обозначение установок.

Рабочая точка

Рабочей точкой называют позицию, соответствующую текущему режиму действия. Она не всегда совпадает с приемлемым показателем, но обязательно должна быть приближенной к ним. Одноступенчатый центробежный насос для воды всегда функционирует в пределах рабочей части, которая определяется в соответствии с допустимым снижением КПД. Рабочие точки должны быть только в этих пределах. Характеристики каждого устройства описывает завод-изготовитель с расчетом на чистую воду с температурой двадцать градусов при оптимальном атмосферном давлении на уровне океана.

Насосы типов К и КМ

Центробежный одноступенчатый типа функционирует с односторонним рабочим колесом, расположенным на краю вала насоса. Напорные патрубки поворачиваются на 90, 180, 270 градусов. Это зависит от конкретных условий компоновки. Подшипники в механизмах смазываются жидким веществом. Консольный одноступенчатый центробежный насос может иметь несколько модификаций: установка без двигателя (К) и в моноблочном исполнении (КМ). После этих букв на маркировке указываются подача и напор.

Установки с двусторонним подводом

На рынке доступны одноступенчатые горизонтальные насосы класса Д с полуспиральным подводом. Горизонтальный подъем чугунного корпуса осуществляется в плоскости размещения оси вала. Эта особенность дает возможность разбирать и ремонтировать устройство без необходимости демонтировать трубопровод. Каждый двусторонний насос маркируется символом "Д". После этой буквы указываются две цифры: подача и напор.

Из чего состоит консольная установка?

Одноступенчатый центробежный насос для воды состоит из таких деталей: спиральный отвод корпуса, опора, передняя крышка, рабочее колесо, всасывающий патрубок, гайка, вал, втулка сальника, шариковый подшипник.

Принцип соединения комплектующих

При помощи разгрузочных отверстий частично уравновешивается осевое давление. Также колесо снабжается с тыльной стороны осевым уплотнителем. Трубка с патрубком соединяется с камерой разгрузки Второй шариковый подшипник установлен для фиксации ротора и лучшего восприятия неуравновешенного осевого усилия. На сальниках насоса предусмотрен гидравлический уплотнитель.

Такие установки имеют производительность от 28 до 100 литров в секунду с напором от 12 до 98 метров. Высокопроизводительные одноступенчатые насосы большей частью имеют возможность двустороннего подвода. При нормальном осевом давлении хорошее двухпоточное колесо имеет достаточно высокие кавитационные показатели.

Корпус и сальники

В насосах, предназначенных для перекачки чистой жидкости с температурой до 80 градусов, предусмотрен чугунный корпус с горизонтальными разъемами вдоль оси вала. Сменные уплотнительные кольца сделаны из чугуна. Вал насоса выполнен из стали и вращается на одном упорном и радиальных подшипниках с кольцевой смазкой.

Сальники оснащены который осуществляется при помощи трубок, которые подводят жидкость из спиральных камер. Такой одноступенчатый центробежный насос консольного типа имеет производительность от 30 до 1800 литров в секунду и напор от 10 до 100 метров.

Установки с вертикальным валом

Выпускаются две марки одноступенчатых устройств для чистой воды: 20 НВ и 28 НВ. Они предназначены для установки в заглубленных станциях. В этой установке пята электродвигателя воспринимает осевые усилия. На сальнике насоса предусмотрен гидравлический затвор с мягкой набивкой. Установки типа НВ напрямую соединяются с электродвигателями или посредством твердых фальцевых муфт через промежуточный вал. Насос вертикальный центробежный одноступенчатый имеет производительность от 3240 до 10 800 кубических метров в час и напор от 29 до 40 метров.

Особенности канализационных насосов

Центробежный одноступенчатый насос используется для перекачки канализационной жидкости, сточных вод и шлама. Одной из главных причин остановки насосов в процессе использования является их засорение. Для предохранения от попадания мусора в механизмы предусмотрены специальные решетки. Их монтаж обуславливает необходимость изменения формы установки.

Такие насосы уплотняются стальными кольцами с острой кромкой, разрезающей волокна, попадающие в уплотнения. Установки укомплектованы крышками, обеспечивающими простоту доступа для очистки всасывающей части лопастного колеса. Число лопаток сведено к минимуму для снижения возможности засорения. Проходы между ними, таким образом, увеличиваются. Довольно часто количество лопаток сокращают до двух.

Консольный одноступенчатый центробежный насос канализационного типа создается из материалов, не подверженных коррозии. В его корпусе предусмотрены несколько разъемов, необходимых для частичной разборки в процессе очистки. Входные кромки лопаток закругляются очень сильно. Благодаря этому волокнистые тела на них не будут застревать.

Насосы марок НФ, НФуВ и ФВ. Открытые и диагональные устройства

Предусмотрены такие типоразмеры установок: 2НФ, 4НФ, 6НФ, 8НФ. Их производительность колеблется от 36 до 864 кубических литров в час при напоре от 6,5 до 50 метров. Аналогично таким установкам могут применяться канализационные насосы с открытым рабочим колесом с двумя толстыми лопатками. В таких устройствах все волокна перерезаются острой кромкой лопатки.

Для работы со сточными водами довольно часто применяется одноступенчатый центробежный насос диагонального типа. Рабочее колесо в этих установках, а также в моделях марок ФВ и НФуВ оснащено двумя лопатками. Их производительность варьируется в пределах от 43 до 150 кубических метров в час, а напор достигает 63 м.

Землесосы

Землесосы используются во время перекачки по трубам смесей взрыхленной массы грунта и жидкости на необходимое расстояние. Сегодня на рынке производятся насосы с дальностью транспортирования до 5 км и производительностью от 40 до 1200 кубических метров в час. При помощи землесосов можно разрабатывать выемки глубиной до 15 м ниже водного горизонта. Эти установки имеют ряд особенностей, обусловленных большой концентрацией крупных частиц в перекачиваемой водной массе. По этой причине создается износоустойчивое колесо из марганцовистой твердой стали.

Насос вертикальный центробежный одноступенчатый защищается броней на внутренней части корпуса для предотвращения быстрого износа. Чтобы механизм не так быстро приходил в негодность, между колесом в левую полость и к сальнику по специальным сверлениям подается очищенная вода для вымывания из этих мест твердых фрагментов.

На наружной части рабочего и покрывающего дисков колеса установлены радиальные лопатки. Они подбираются так, чтобы осевой усилитель приходил в равновесие в процессе вращения.

Вакуумные насосы

Одноступенчатый центробежный насос с вакуумным устройством создается в двух основных вариантах: сухом, отсасывающем только газ, и мокром, работающим еще и с жидкостью. Различие может быть определено только по распределительным узлам. У мокрых насосов размеры мертвого пространства намного больше, поэтому у них более высокое предельное давление по сравнению с сухими. Наибольшая частота вращения во время работы достигается образцами с вертикальным расположением вала.

Несамовсасывающее устройство

Несамовсасывающий одноступенчатый центробежный насос используется для перекачки молока или другой вязкой пищевой продукции, температура которой не превышает 90 градусов. Рабочие лопасти колеса закрыты и каждая деталь такой установки, соприкасающаяся с жидкостью, сделана из хорошей нержавеющей стали и других материалов, допускаемых к использованию в пищевой промышленности. Двигатель от попадания воды защищает специальный облицовочный кожух.

Заключение

Центробежный одноступенчатый насос, схема которого описывается в этой статье, может использоваться в самых различных областях. От способа применения и перекачиваемых материалов будут зависеть рабочие характеристики таких установок, а также материал, из которого изготовлены детали и способ их размещения в механизмах. Насосы можно использовать для перегонки чистой воды, смеси жидкости и грязи, канализационных отходов и пищевой массы различной вязкости.

Механизмы, предназначенные для перекачивания жидкостей, употребляемых в пищу, выполнены из качественных материалов, использование которых допускает Министерство здравоохранения. Насосы, которые используются для отведения канализационных жидкостей, содержащих крупные волокна, устроены таким образом, чтобы большие части рассекались и не препятствовали нормальной работе механизмов.

Наиболее распространенная разновидность водяных насосов — центробежные агрегаты, в зависимости от конструктивных особенностей классифицируется на две группы: насосы одноступенчатого и многоступенчатого типа.

В данной статье мы поговорим об их различиях, устройстве, принципе действия, преимуществах и недостатках. Также будет рассмотрен ассортимент продукции ведущих производителей центробежных насосов, компаний Grundfos и Lowara.

1 Принцип действия и конструктивные различия

Центробежные насос — оборудование, перекачивающее рабочую жидкость за счет центробежной силы, которая создается в результате вращения лопастного барабана. Такие агрегаты имеют металлический либо стальной корпус, внутри которого расположен электропривод и вал вращения. На валу жестко зафиксирован барабан, который может быть открытым (состоит из одного диска и боковых лопастей) либо закрытым (два диска, между которым размещены лопасти).

Лопасти барабана располагаются под углом, они направлены в обратную к направлению его движения сторону, что нужно для обеспечения максимально эффективного захвата воды. На корпусе агрегата имеют два патрубка — всасывающий и подающий (напорный), через которые циркулирует перекачиваемая жидкость.

При заполнении корпуса насоса водой начинает вращаться барабан, вода попадает в лопасти и в результате движения колеса под напором отбрасывается к напорному патрубку. В результате этого в зоне выпускного патрубка создается зона высокого давления, тогда как в центральной части барабана — зона разрежения, под воздействием которой вода начнет поступать через всасывающий патрубок насоса. Данный принцип обеспечивает непрерывную подачу жидкости циркуляционными насосами любого типа. В отличие от поршневых агрегатов, они не имеют проблем с неравномерным, пульсирующим напором, что значительно расширяет сферу применения такой техники.

Рассмотрим устройство одноступенчатого агрегата:

1. Корпус, также именуемый улиткой (на схеме представлен горизонтальный тип корпуса).
2. Лопастное колесо.
3. Уплотнение рабочего вала.
4. Вал вращения.
5. Уплотнение камеры с масляной ванной.
6. Подшипниковая опора.
7. Несущая опора.
8. Отверстия для контроля за уровнем масла в камере.

Одноступенчатые центробежные насосы имеют одно рабочее колесо, тогда как многоступенчатый насос — два и более. При этом их принцип действия остается идентичным, улучшаются лишь эксплуатационные характеристики оборудования — производительность (количество перекачиваемой воды в минуту) и напор (максимальное расстояние, на которое может быть перекачана жидкость). Напор указывается в метрах, которые свидетельствуют о расстоянии перекачки по высоте, чтобы узнать максимальную длину транспортировки жидкости напор необходимо умножить на 10.

В зависимости от конструктивного устройства многоступенчатый центробежный насос может быть секционным либо спиральным. Секционный агрегат отличается тем, что перекачка жидкости осуществляется последовательно — из первого барабана в следующий. Максимальная производительность, которую может развить секционный насос на сегодняшний день составляет 900 м 3 /ч при напоре 1900 м.

1.1 Устройство центробежного насоса (видео)

1.2 Преимущества и недостатки центробежных агрегатов

Широкое распространение насосного оборудования, работающего по принципу центробежной силы, объясняется наличием у данной техники ряда эксплуатационных преимуществ, к которым относится:

• компактные размеры и небольшой вес за счет прямого соединения вала вращения с двигателем, конструкция не предполагает наличие каких-либо передаточных механизмов;
• надежность и долговечность, отсутствие необходимости в регулярном техническом обслуживании;
• плавная подача рабочей среды, нулевой риск возникновения гидравлических ударов;
• возможность работать с загрязненными жидкостями, содержащими в составе механические частицы, что достигается за счет отсутствия в конструкции клапанов;
• доступная стоимость за счет простоты конструкций.

Единственным недостатком данных агрегатов является сравнительно низкий КПД при работе в режиме малой производительности. Особенно критичной данная проблема стает при необходимости перекачки небольшого объема воды под высоким давлением.

Также как недостаток можно рассматривать невозможность быстрого запуска оборудования, поскольку перед началом перекачки корпус насоса необходимо заполнить водой. В целом же, для производительной работы центробежные насосы являются лучшим выбором.

2 Классификация оборудования

Как многоступенчатые, так и одноступенчатые агрегаты, в зависимости от положения оси рабочих колес в пространстве, классифицируются на:

• горизонтальные;
• вертикальные.

В горизонтальной конфигурации, как правило, выполняются крупногабаритные промышленные агрегаты для стационарной установки, также горизонтальные агрегаты используются в насосных станциях автоматического водоснабжения, в которых они сопряжены с корпусом гидроаккумулятора. Вертикальное оборудование более распространено в сфере бытовой эксплуатации, в таком корпусе делаются все разновидности скважинных насосов, дренажные и фекальные агрегаты.

Также одним из основных факторов классификации центробежного оборудования является его разделение на типы в зависимости от положения корпуса агрегата относительно перекачиваемой жидкости, согласно которой насосы бывают поверхностные и погружные.

Конструктивно погружное оборудование может обеспечить перекачку до 16 м3 жидкости в час при напоре до 200 метров. Практически все скважинные насосы погружные, так как они могут поднимать воду с большой глубины (40 метров и более), тогда как поверхностные агрегаты в принципе не способы высасывать воду с глубины более 10 метров.

Среди отличий также выделим то, что погружные установки значительно тише, чем поверхностные, что важно при монтаже насосной станции внутри жилого помещения. Однако поверхностный насос проще в обслуживании и ремонте, так как он не обладает полностью герметичным корпусом.

Рассмотрим оставшиеся классы центробежного оборудования:

• в зависимости от развиваемого давления подачи: до 0.2 МПа — низкого, до 0.6 МПа — среднего и свыше 0.6 МПа — высокого давления;
• по коэффициенту быстроходности — тихо, нормально и быстроходные;
• по функциональному назначению — водяные, пожарные, нефтяные, дренажные, фекальные;
• по типу соединения колеса с двигателем — консольные, приводные, муфтовые.

КПД работы таких агрегатов непосредственно зависит от их быстроходности, скорости вращения колеса и конструктивного исполнения. Так, компактные одноступенчатые насосы имеют КПД 0.6-0.7, крупногабаритные — 0.9-0.92.

2.1 Производители и популярные модели

Ведущими мировыми производителями центробежного оборудования являются компании Lowara (Италия) и Grundfos (Дания). Оба производителя поставляют на рынок агрегаты как для бытовой, так и для промышленной эксплуатации. В ассортименте итальянцев представлены пять линеек насосной техники:

Тогда как итальянская компания специализируется на многоступенчатой технике, лидирующие позиции в сегменте одноступенчатых агрегатов занимают насосы производства фирмы Grundos. В ассортименте компании горизонтальные агрегаты представлены серией JP (в которую входит популярный одноступенчатый насос Grundfos JP 5), вертикальные — сериями TP (оборудование в стандартном исполнении) и TPD (насосы типа ин-лайн).

Центробежные насосы представляют собой огромную группу оборудования, используемого для перекачки различных жидкостей, подачи и отвода воды в условиях частных домовладений и больших производств. Горизонтальные центробежные насосы имеют свою классификацию и особенности конструкции. Они надежны и сравнительно недороги, поэтому получили широкое распространение во многих сферах и областях деятельности человека.

Как работает центробежный насос

Само название насоса говорит о том, что необходимый напор перемещаемая жидкость получает под действием центробежной силы, появляющейся в результате вращения внутреннего рабочего колеса при взаимодействии с ним жидкой среды.

Вода через всасывающий патрубок поступает внутрь корпуса, имеющего, обычно, спиралевидную форму. В нем располагается установленное на валу рабочее колесо, представляющее собой пару соединенных дисков и имеющее лопасти, отогнутые в обратную от направления вращения сторону. При движении лопастей вода, находящаяся между ними, отбрасывается за счет центробежной силы к стенкам внутреннего корпуса.

При движении колеса, в центре создается разряжение с повышением давления на периферии (у стенок), под действием которого жидкость выдавливается в сторону напорного трубопровода. Одновременно из всасывающего трубопровода внутрь корпуса насоса поступает следующая партия воды благодаря образовавшемуся в центре корпуса разряжению. В результате происходит ее постоянная циркуляция из подающего трубопровода через обратный клапан в напорную трубу.

Чем быстрее вращается рабочее колесо и больше его диаметр, тем сильнее будет центробежная сила и, как следствие, напор выходящей из насоса воды.

В многоступенчатых агрегатах жидкость из первой ступени поступает во вторую, затем в третью и т.д. Такое оборудование имеет более одного рабочего колеса, что сказывается на высоких мощностных характеристиках насосов.

Самовсасывающие насосы для начала работы не требуют предварительного заполнения водой всасывающего патрубка. Нормальновсасывающие агрегаты до включения должны быть залиты водой.

Основные узлы насоса центробежного типа

Ключевыми конструктивными элементами насоса считаются:

• корпус;
• приемный обратный клапан с сеткой, служащей для фильтрации каких-либо примесей;
• рабочие колеса (от 1 до 6);
• предохранительный клапан, оберегающий насос от возможного гидравлического удара
• задвижка;
• манометр;
• вакуумметр.

Особенности горизонтальных насосов

Основным отличием рассматриваемых насосных агрегатов является горизонтальное расположение рабочего вала (оси колес) и горизонтальный разъем корпуса, что относится к классическому варианту исполнения. Центробежные горизонтальные установки подразделяются по нескольким признакам и параметрам:

• по количеству ступеней и рабочих колес. Конструкция центробежных насосов предусматривает одноступенчатое или многоступенчатое устройство агрегатов. В свою очередь, горизонтальные одноступенчатые модели насосного оборудования могут изготавливаться с консольным валом;
• по производительности, или выходящему объему воды в секунду (час);
• по напору перекачиваемой жидкости – бывают низкого, высокого или среднего давления;
• по способу подачи жидкости. К рабочему колесу подвод воды осуществляется через односторонний вход, либо путем двойного всасывания;
• по варианту соединения с электродвигателем. Подсоединение производится при помощи муфт, клиноременной передачи со шкивом, через мультипликатор или редуктор;
• по типу двигателя. Горизонтальный центробежный насос может быть укомплектован дизельным или работающим от электрической сети переменного тока двигателем. Его модель и мощность во многом зависит от характеристик оборудования, а также от параметров и предназначения помещения, в котором предполагается установка агрегата;
• по типу всасывания – нормально- и самовсасывающие;
• по вакуумметрической высоте всасывания, определяющей глубину забора воды;
• по быстроте хода – тихо-, быстроходные и нормальные.

Производители стараются изготавливать центробежное насосное оборудование максимально бесшумным, чтобы работающий агрегат, установленный внутри помещения, доставлял как можно меньше неудобств обитателям дома. КПД крупных агрегатов достигает показателя 0,9, а небольших моделей – 0,6-0,7.

Виды горизонтальных насосов

Конструктивно, рассматриваемые насосные агрегаты подразделяются на:

• одноступенчатые, укомплектованные одним рабочим колесом. Используются в обычных условиях для перемещения воды;
• многоступенчатые, имеющие свое рабочее колесо в каждой ступени. В агрегатах они подсоединяются последовательно. Причем каждое последующее «отделение» отвечает за поднятие давления воды на более высокий уровень. Применяются многоступенчатые насосы в случае, когда подачу жидкости необходимо производить под большим напором.

Насосы двойного всасывания

Горизонтальный центробежный насос двухстороннего входа имеет нагнетательные и всасывающие патрубки, располагающиеся на одной оси в корпусе, называемом «in-line». Данный вид насосов отличается хорошей всасывающей способностью, благодаря расположенному в нем двойному колесу, а также двухстороннему подводу жидкости.

Оборудование обладает улучшенными, по сравнению с консольными насосами, кавитационными качествами, позволяющими закачивать жидкость с отметок, расположенных ниже нулевых уровней. С валом насоса электродвигатель соединяется посредством втулочно-пальцевой муфты.

Герметичные насосы

Агрегаты изготавливаются в герметичном корпусе в двух разных исполнениях:

• колесо устанавливается непосредственно на валу электродвигателя;
• для соединения насоса и двигателя используется магнитная муфта.

Герметичным насосам не требуется внешняя смазка и уплотнение вала, а их корпус исключает какие-либо протечки. Поэтому они предназначаются, в первую очередь, для перекачивания опасных жидкостей, в основном, в химической промышленности. Существует несколько видов агрегатов с герметичным корпусом:

• с обратной циркуляцией;
• с водяным охлаждением;
• с переходным фитингом или уплотнением.

Наиболее популярное насосное оборудование, имеющееся практически на каждом подворье. Оно предназначается для полива садово-огородных участков и водоснабжения дома в условиях отсутствия централизованных водопроводных сетей. Поверхностные насосы устанавливают на поверхности земли, что следует из их названия, либо внутри помещения.

При выборе оборудования следует обращать внимание на его производительность и напор, а также на тип всасывания (самовсасывающий, нормальновсасывающий).

Самовсасывающие насосы

Обладают высокой всасывающей мощностью в сочетании с экономичностью. Они имеют широкие возможности для использования и удобны в обслуживании. Отличительной особенностью самовсасывающих насосов является высокий показатель КПД, а также возможность регулирования мощности и простота обслуживания. Недостатком насосов подобного типа является необходимость их заливки до пуска, но к этому требованию всегда можно приспособиться.

Кроме традиционной и наиболее распространенной модели центробежного самовсасывающего насоса, оборудование изготавливают в нескольких модификациях, в зависимости от предполагаемых условий работы.

Несколько из них:

• для горячей воды – комплектуются камерами охлаждения;
• для воды с высоким процентом минерализации – используются в угольных шахтах;
• для трансформаторного масла – предназначаются для турбогенераторов.

Другие виды горизонтальных насосов

Центробежные насосы представляют наиболее многочисленную группу насосного оборудования, к одной из подгрупп которой относятся горизонтальные насосы. Они имеют различное функциональное предназначение и область применения. Некоторые перекачивают чистую воду, другие – слегка загрязненную, а специально изготовленные агрегаты используют для транспортировки агрессивных или слишком горячих жидкостей.

Кроме вышеперечисленных, горизонтальные насосы бывают:

• со спиральным корпусом;
• взрывозащищенные;
• высокооборотные;
• с открытым рабочим колесом и др.

Перечислить все возможные модификации горизонтальных центробежных насосов вряд ли получится. Их слишком много, чтобы можно было упомянуть обо всех в нашей статье.

Горизонтальное исполнение - слишком обобщенный параметр, чтобы соответствующие ему насосы различных типов можно было бы охарактеризовать набором общих свойств и выделить ряд общих областей применения. В пределах одного типа насосов исполнение может в различной степени влиять как на конструкцию, так и на выполняемые машиной функции.

Ниже будут рассмотрены наиболее часто встречающиеся типы насосного оборудования, конкретные представители которых могут иметь горизонтальное исполнение.

Центробежные насосы

Как одни из наиболее широко распространенных типов, центробежные насосы встречаются как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении, причем разнообразие конкретных разновидностей велико. Центробежные насосы часто используются для перекачивания большого объема жидкостей на различных производствах и предприятиях, где, как правило, проблема свободного пространства не является критичной. По этой причине виды центробежных насосов в горизонтальном исполнении многочисленны и разнообразны.

Горизонтальное размещение позволяет легко подключать насос к приводу посредством соединения вала двигателя и вала насоса с помощью муфты. В большинстве случаев насос и двигатель монтируются сразу на общей раме и представляют собой отдельную технологическую единицу. Также на одной раме может быть расположено несколько насосов и приводов, объединенных в единый насосный агрегат.

Поршневые насосы

Поршневые насосы достаточно компактны в сравнении с другими типами. Кроме того, принцип их действия не накладывает жестких требований к положению рабочих камер и поршней. Более того, конструкция насоса чаще всего позволяет без нарушения работоспособности перемещать насос из горизонтального положения в вертикальное, оставляя лишь проблему крепления. Поршневые и плунжерные насосы часто применяются в установках (в том числе мобильных) высокого давления, в которых они крепятся горизонтально вместе с приводом на одной платформе или раме.

Поршневые насосы, работающие с большим числом оборотов или создающие значительный напор, обычно стараются изготавливать в горизонтальном исполнении, так как в этом случае проще обеспечить устойчивость и жесткость крепления насоса и привода. Возвратно-поступательный характер работы поршневых насосов обуславливает различного рода пульсационные нагрузки на детали и соединения агрегата, которые могут негативно влиять насос вплоть до поломки.

Винтовые насосы

Используемые для перекачивания вязких сред, винтовые насосы получили широкое распространение в самых разных областях промышленности. Обычно винтовые насосы монтируются на раме вместе приводом в горизонтальном положении, что облегчает как сам монтаж и доступ к насосу для его дальнейшего обслуживания, так и присоединение входного вала к выходному валу двигателя. Различные по конструкции, горизонтальные винтовые насосы могут иметь патрубки, оси которых будут лежать в одной плоскости или в перпендикулярных плоскостях.

Изготовление винтового насоса в вертикальном исполнении не является оправданным, если доступное для его размещения пространство не является лимитирующим фактором, так как в подобном случае возникает необходимость решения проблем, связанных с креплением насоса, обычно имеющего значительную длину в сравнении с остальными габаритными размерами.

Для выполнения некоторых задач горизонтальное расположение винтового насоса является обязательным, если входной патрубок имеет вид приемного бункера, со дна которого перекачиваемая среда захватывается винтом и нагнетается в выходной патрубок. Такой вариант загрузки можно встретить в пищевой промышленности, процессах с использованием или получением пластических масс и т.д.

Свойства горизонтальных насосов:

Сварной стальной скид:
Модульная конструкция

Двигатели

Корпус камеры сгорания:
Стандартный и усиленный
Доступная мощность

Впускной коллектор:
Конструкция из нержавеющей стали 316 Многоступенчатый центробежный насос

Фланцевый нагнетательный патрубок насоса

Двойная гибкая муфта двигателя

Настраиваемая в эксплуатационных условиях фундаментная рама насоса

Технические характеристики горизонтальных насосов

Производительность от 11 до 3240 м³/ч
Напор от 10 м до 2000 м

Область применения горизонтальных насосов

Горнодобывающая промышленность
Закачивание жидкости на месторождении
Трубопроводы
Откачка воды
Удаление окалин на сталелитейных заводах