Центробежный насос для воды, жидкости, его устройство и виды

08.01.202214.01.2022 Виктор Потехин

Центробежный насос, характеристики, преимущества, применение, конструкция, устройство, принцип действия, виды.

Поделиться в:

Центробежный насос – это динамический насос, который перемещает жидкости, газы или газожидкостные смеси по системе с помощью одного или нескольких рабочих колес (роторов).

Центробежный насос, его характеристики и особенности

Преимущества, недостатки и применение центробежных насосов

Конструкция и устройство центробежного насоса

Принцип действия центробежного насоса

Классификация, типы и виды центробежных насосов

Иные виды насосов

Центробежный насос, его характеристики и особенности:

Центробежный насос – это динамический насос, который перемещает жидкости, газы или газожидкостные смеси по системе с помощью одного или нескольких рабочих колес (роторов).

Центробежный насос — динамический лопастной насос, перемещение рабочего среды в котором происходит непрерывным потоком за счёт взаимодействия этого потока с подвижными вращающимися лопастями рабочего колеса (ротора) и неподвижным корпусом.

Центробежный насос — это лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии (см. ГОСТ 17398-72. Насосы. Термины и определения).

Центробежные насосы используются для транспортировки жидкостей, газов или газожидкостных смеси путем преобразования кинетической энергии вращения привода в гидродинамическую энергию потока рабочей среды. Энергия вращения обычно создается от электрического или иного двигателя.

При этом транспортировка рабочей среды происходит за счёт центробежной силы и (или) за счет движущего действия лопастей рабочего колеса (ротора), и протекает либо в радиальном направлении, то есть перпендикулярно оси вращения рабочего колеса (ротора), либо в направлении, параллельном валу рабочего колеса (ротора), либо под углом, превышающим 90 ° от оси вала рабочего колеса (ротора).

Как правило, когда говорят о центробежном насосе, то подразумевают, что он используется для транспортировки жидкости или газожидкостных смесей, хотя он так же может применяться для перекачки газов. Однако центробежные насосы для перекачивания газов обычно называют центробежными компрессорами или центробежными вентиляторами.

Центробежный насос является распространенным типом насосов из-за своей простой конструкции, упрощенной эксплуатации и высокой эффективности.

Центробежные насосы имеют следующие характеристики:

скорость потока/движения (расход) рабочей среды от 0,00001 до 60 м³/с,
высота подачи от 1 до 5000 м,
скорость вращения от 1000 до 30000 оборотов в минуту.

Центробежные насосы изготавливаются из различных материалов: чугуна, стали и сплавов, бронзы, латуни, никелевых сплавов, алюминия, керамики, пластмассы и пр. При этом материалы должны обладать высокой устойчивостью к коррозии, химическому воздействию агрессивной рабочей среды, стойкостью к истиранию, высокой прочностью на растяжение, долговечностью и химической совместимостью.

Взрывозащищенные центробежные насосы соответственно должны изготавливаться материалов, исключающих образование искр. Химические и пищевые центробежные насосы – из химически совместимых и безопасных материалов. Износостойкие центробежные насосы, которые перемещают абразивную рабочую среду, требуют использование материалов, имеющих повышенную устойчивость к длительному и интенсивному износу.

Преимущества, недостатки и применение центробежных насосов:

Основные преимущества центробежных насосов:

простое исполнение конструкции;
относительная легкость технического обслуживания;
высокая эффективность (высота подачи жидкости до 5000 метров) и энергоэффективность (при оптимальном режиме работы КПД крупных центробежных насосов может достигать 0,92, а малых — около 0,6—0,75. КПД центробежного насоса зависит от коэффициента быстроходности n_s, режима работы, конструктивного исполнения);
применимость для перемещения как жидкости, так и газов или газожидкостных смесей;
возможность создавать высокое, среднее или низкое давление;
характеризуются соответственно низким, средним или высоким расходом (скоростью потока/движения) рабочей среды;
универсальность применения.

Благодаря своей простой и прочной конструкции центробежные насосы используются во многих отраслях промышленности. Они применяются в машиностроении, для водоснабжения и водоотведения на гидротехнических сооружениях, и системах орошения, для очистки воды в бассейнах, для дренажа шахт, в качестве циркуляционного насоса для систем отопления и систем охлаждения, для транспортировки нефти, дизельного топлива и пр.

В тоже время центробежный насос не лишен недостатков, включая следующие:

образование кавитации из-за чего в свою очередь может происходить разрушение лопаток и рабочего колеса;
необходимость заполнения области насоса рабочей средой до начала его запуска (невозможно работа в случае сухого старта);
контакт рабочих органов насоса с рабочей средой, вследствие чего создается повышенный износ рабочего колеса и лопаток;
возможен перегрев в случае низкого расхода (скорости потока/движения) рабочей среды;
утечка рабочей среды вдоль вращающегося вала;
крупные твердые частицы или мусор могут засорить насос;
снижение эффективности в случае перекачивания вязких жидкостей.

Конструкция и устройство центробежного насоса:

Центробежный насос состоит из двух основных частей: вращающейся части, включающей рабочее колесо (ротор) и вал, и неподвижной части, состоящей из корпуса, как правило, в форме улиткообразной спирали, сальников и подшипников.

На рабочее колесо смонтированы вращающиеся лопасти, называемые крыльчаткой. Вращающиеся лопасти, как правило, но не обязательно, заключены в корпус или кожух и используются для передачи механической энергии рабочей среде с помощью центробежной силы.

Форма рабочего колеса определяет, как поток выходит из насоса. Различают соответственно радиальные, полуосевые и осевые рабочие колеса. По форме вращающихся лопастей различаются также рабочие колеса с простыми, с пространственно-изогнутыми, осевыми, полуосевыми или регулируемыми лопастями. Что касается конструкции рабочего колеса, то дополнительно различают закрытые, полуоткрытые и открытые формы рабочих колес соответственно.

Основными особенностями корпуса являются формы подачи и отвода рабочей среды к рабочему колесу. Важным для функционирования насоса при этом является отвод потока рабочей среды от рабочего колеса. Для этого есть две основные формы: направляющее рабочее колесо с диффузором и спиральный корпус. Эти формы служат для преобразования кинетической энергии вращающегося в рабочей среде рабочего колеса в статическое давление рабочей среды.

Рабочее колесо закрепляется на валу, которое проходит через корпус, выходит наружу и подсоединяется к приводу, например, к электродвигателю через муфту, редуктор или напрямую. На обоих концах вала располагаются подшипники. Для герметизации стыков вала и корпуса используются сальники.

Принцип действия центробежного насоса:

Описание общего принципа действия на примере классического типа (радиального насоса):

Рабочее колесо при нахождении в рабочей среде, которое смонтировано таким образом, что соблюдается небольшой зазор между крайними частями крыльчатки и корпусом насоса, начинает вращаться, из-за чего образуется разряженная область в его центральной части;
Рабочая среда начинает всасываться через входное отверстие, поступая в центральную область колеса, где впоследствии подвергается воздействию центробежной силы;
Благодаря определенной конструкции корпуса насоса и колеса с необходимой направленностью рабочая среда устремляется к его крайним областям вдоль поверхностей лопастей за счет влияния центробежной силы (при этом давление среды может повышаться из-за действия центробежной силы и движения рабочего колеса);
После взаимодействия с колесом рабочая среда передвигается относительно контуров внутренней конструкции корпуса и со временем достигает выходного отверстия, что способствует её выходу из насоса с определенной скоростью и под давлением.

Классификация, типы и виды центробежных насосов:

Центробежные насосы генерируют поток рабочей среды с помощью одного из трех действий: радиального потока, смешанного потока или осевого потока. Соответственно этому различаются радиальные центробежные насосы, полуосевые центробежные насосы и осевые центробежные насосы.

Радиальный центробежный насос является самым простым и классическим типом центробежного насоса. Он ускоряет рабочую среду в направлении от центра рабочего колеса за счет центробежной силы и направляет ее (рабочую среду) среду вдоль лопастей рабочего колеса под прямым углом (радиально) к валу насоса. В радиальном центробежном насосе давление полностью создается центробежной силой. Насосы с радиальным потоком рабочей среды характеризуются высоким давлением и низким расходом (скоростью потока/движения) рабочей среды.

Осевой центробежный насос ускоряет рабочую среду в направлении параллельном валу рабочего колеса, работая по существу так же, как гребной винт лодки. В осевом центробежном насосе давление создается полностью за счет движущего действия лопастей рабочего колеса. Насосы с осевым потоком рабочей среды характеризуются низким давлением и высоким расходом (скоростью потока/движения) рабочей среды.

Полуосевой центробежный насос (центробежный насос смешанного потока) ускоряет рабочую среду под углом, превышающим 90 ° от оси вала рабочего колеса. Он имеет характеристики как осевых, так и радиальных насосов. В полуосевом центробежном насосе давление создается частично за счет центробежной силы и частично за счет движущего действия лопастей рабочего колеса. Такие насосы характеризуются средним давлением и средним расходом (скоростью потока/движения) рабочей среды.

Центробежные насосы классифицируют по:

– давлению:

низкого давления — до 0,2 МПа,
среднего — от 0,2 до 0,6 МПа,
высокого давления — более 0,6 МПа;

– способу подвода жидкости к рабочему колесу:

с односторонним,
с двухсторонним входом — двойного всасывания;

– коэффициенту быстроходности n_s:

тихоходные,
нормальные,
быстроходные;

– функциональному назначению (водопроводные, канализационные, пожарные, химические, щелочные, нефтяные, землесосные, терморегулирующие космические и т. д.);

– способу расположения насоса относительно поверхности жидкости: