Устройство и принцип действия центробежных насосов

Рассмотрим наиболее простой по конструкции одноколесный центробежный насос с односторонним входом (рис. 1). В кор­пусе 4, выполненном в виде улитки, на валу 9вращается рабо­чее колесо 5с криволинейными лопатками. Вал с колесом при­водится во вращение от электродвигателя. Корпус насоса состоит из рабочей камеры и двух патрубков: всасывающего 8и нагне­тательного 3. Всасывающий патрубок подходит к центру корпуса насоса, а нагнетательный расположен на периферии и является как бы продолжением улитки.

Всасывающий патрубок насоса соединен с подводящим трубо­проводом 6, на конце которого обычно устанавливается фильтр 7, предохраняющий насос от попадания в него посторонних предме­тов и загрязнения, а также обратный клапан, предупреждающий обратное движение жидкости. Нагнетательный патрубок присоеди­нен к напорному трубопроводу 2, отводящему жидкость от насоса к месту назначения, например к резервуару 1.

Центробежные насосы не обладают свойством самовсасывания, поэтому перед пуском насос и весь подводящий трубопровод запол­няют жидкостью. Обратный клапан при этом должен быть закрыт. В крупных центробежных насосах для этих целей служат специаль­ные вакуумные насосы, отсасывающие воздух из подводящего пат­рубка и создающие в насосе разрежение, необходимое для поступления в него жидкости перед запуском. После заполнения на­соса жидкостью включают дви­гатель, и рабочее колесо начи­нает вращаться с большой ча­стотой. При этом жидкость, заполняющая межлопастные пространства, перемещается по профилю лопаток от центра насоса к периферии, в нагне­тательный патрубок. В резуль­тате такого перемещения в центре насоса образуется ва­куум, и под действием атмос­ферного давления, действую­щего на свободную поверх­ность жидкости, открывается обратный клапан и жидкость по всасывающему трубопро­воду поступает в насос.

Таким образом, во всей си­стеме создается непрерывное движение жидкости, которое при постоянной частоте вра­щения рабочего колеса можно считать установившимся.

Одноколесные насосы с од­носторонним входом применяют в том случае, если требуются небольшие подачи и мощности, так как с увеличением подачи возрастают аксиальные усилия, смещающие рабочее колесо в направ­лении всасывания. Это отрицательно сказывается на работе под­шипников, уменьшает срок службы насоса. Поэтому насосы повы­шенной мощности изготавливают с двусторонним входом, что устра­няет возможность аксиального сдвига ротора.

Одноколесные насосы относятся к группе низконапорных. Они способны создавать давление не выше 1,0 МПа. Чтобы увеличить напор, на валу устанавливают два, три и более колес. Жидкость, проходя последовательно через каждое колесо, увеличивает дав­ление примерно на одну и ту же величину. Такие насосы называ­ются многоступенчатыми (рис. 2). Основными частями насоса являются рабочее колесо 1, направляющий аппарат 2, гидравли­ческая пята 3.

Если в поршневых насосах развиваемое давление ограничи­валось только прочностью конструкции и мощностью двигателя, то в центробежных насосах оно ограничено числом рабочих колес на одном валу и частотой вращения вала насоса. Однако увеличение числа рабочих колес более 10-12 требует большой длины вала, что вызывает недопустимые прогибы и биения при вращении. Увеличение частоты вращения ограничивается условиями проч­ности рабочих колес на разрыв из-за значительного возрастания центробежных сил.

Поэтому центробежные насосы применяют там, где требуют­ся большие подачи при сравнительно небольших давлениях.

Рабочие колеса в зависимости от условий работы и рода при­меняемой жидкости изготавливают из чугуна различных сортов, углеродистых и легированных сталей, сплавов цветных металлов и керамических материалов. Например, колеса насосов небольшой мощности для чистых неагрессивных жидкостей отливают из се­рого чугуна. Рабочие колеса центробежных насосов высокого давления для питания паровых котлов, имеющие значительные размеры и высокую частоту вращения, изготавливают из легиро­ванных хромом и никелем сталей. Колеса насосов, предназначен­ных для перемещения смесей жидкости и твердых частиц, отли­вают из белого чугуна, хорошо противостоящего истиранию. Ко­леса в насосах, используемых в химической промышленности, изготавливают из специальных сплавов, керамики, пластмасс.

Литые поверхности насосов (особенно колес) должны иметь минимальную шероховатость для уменьшения внутренних потерь.

Корпуса центробежных насосов выполняют в виде двух основ­ных конструктивных форм: секционные и с горизонтальным разъемом.

Секционный корпус состоит из нескольких одинаковых основ­ных секций и двух замыкающих, несущих всасывающий и напор­ный патрубки. Каждая основная секция представляет собой литую цилиндрическую толстостенную оболочку, включающую диафраг­му, прямой и обратный направляющие аппараты. Достоинст­во секционной конструкции корпуса - возможность создания из одинаковых секций насосов различных давлений; недостаток - сложность монтажа и малая доступность рабочих колес для осмотра.

Корпус с горизонтальным разъемом состоит из двух цельно­литых частей; нижняя часть несет всасывающий и напорный па­трубки, что создает удобство при разборке и ремонте насоса.

Центробежные насосы применяют в различных областях на­родного хозяйства. Насосы для чистой воды обеспечивают хозяй­ственное, техническое и противопожарное водоснабжение. Особен­но возросло их использование в сельском хозяйстве для мелиора­ции и орошения земель. Выпускаются многоступенчатые насосы секционного типа для чистой воды с подачей от 6 до 1000 м³/ч и напором от 40 до 2000 м.

На тепловых и атомных электростанциях для перекачивания конденсата с температурой до 393 К (120 °С) применяют конденсатные насосы, а для подачи питательной воды в паровые котлы - питательные. В большинстве своем это многоступенчатые центро­бежные насосы, приспособленные к подаче воды с высокой тем­пературой.

Насосы для кислых и щелочных сред изготавливают из спе­циальных нержавеющих сталей и неметаллических материалов (специальная резина, пластикаты, особенно фторопласт, керамика, стекло). Они обеспечивают подачу от 5 до 300 м³/ч при напорах от 7 до 500 м.

Насосы для подачи смесей жидкостей и твердых частиц име­ют свои особенности. Поток жидкости, содержащей твердые ча­стицы, проходя с большой скоростью через проточную часть насоса, истирает его внутренние поверхности. Поэтому рабочее колесо из­готавливается из материалов повышенной стойкости к истиранию и имеет особую конструкцию смесепроводящих каналов, рассчи­танных на прохождение крупных твердых частиц. Песковые на­сосы с диаметром напорного патрубка до 200 мм могут пропускать смеси с твердыми частицами размером до 25 мм и развивать по­дачу до 500 м³/ч.