Конструкция центробежных насосов

В химической промышленности, помимо обычных водяных центро­бежных насосов, широко применяют центробежные насосы для пере­качки жидкостей, отличающихся большой вязкостью, химической агрес­сивностью или содержанием твердых взвешенных частиц. Поэтому к кон­струкциям центробежных насосов для химических производств предъяв­ляются требования долговечности и надежности работы, простоты эк­сплуатации. Детали насосов должны быть массивны и иметь простую форму, облегчающую их отливку и обработку.

Типы насосов. Весьма распространенным типом насоса в химиче­ской промышленности является одноступенчатый горизонтальный насос с односторонним всасыванием, изготовленный из химически стойкого материала. В качестве конструкционных материалов для изготовления таких насосов широко применяют кислотоупорные чугуны (ферросилид), нержавеющие стали, сурьмянистый свинец, а также керамику, диабаз и другие химически стойкие материалы. Внутренние части насосов для защиты от коррозии обкладывают эбонитом и резиной (гуммируют).

Рис. III-14. Кислотоупорный центробежный насос:

1—гайка; 2—крыльчатка; 3—фланец, 4—корпус; 5—станина, 5—вал; 7—сальник; 8—втулка;

9—шарикоподшипники.

На чугунной станине кислотоупорного насоса (рис.III-14) при помощи чугунного фланца 3 укреплен на болтах корпус 4 насоса, изготовленный из ферросилида. Массивный консольный вал 6 надежно центрируется на шарикоподшипниках 9. Роль добавочного подшипника для вала, в непосредственной близости от рабочего колеса насоса, выполняет сальник 7. Часть вала, соприкасающаяся с кислотой, защищена ферросилидовой втулкой 8. Рабочее колесо закреплено на валу при помощи шпонки и натяжной гайки 1, запрессованной в головку из ферросилида. С другой стороны оно пришлифовано к соприкасающейся с ним торцо­вой поверхности втулки 8. Насос имеет развитый сальник с мягкой набив­кой (обычно – асбестовый шнур, пропитанный кислотостойким соста­вом). Для разгрузки сальника на втулке рабочего колеса имеется крыльчатка 2, при помощи которой кислота отводится от сальника к всасы­вающему патрубку насоса. Сальник и весь корпус насоса вынесены за пределы фундаментной плиты, с тем, чтобы предотвратить попадание на нее капель кислоты. Привод насоса осуществляется непосредственно от электродвигателя через эластичную муфту; двигатель монтируется с насосом на одной плите.

Насосы такого типа изготовляют производительностью от 1 до 110 м³/час.

Рис.III-15. Типы сальников:

I – сальник с гидравлическим затвором: 1 – фонарь; 2 – сальник.

II – сальник для кислот: 1, 2 – кольцевые полости; 3, 4 – отводные отверстия. III – сальник пружинный: 1 – прокладка; 2 – пружина.

Для насосов с сальниками большое значение имеет надежность их конструкции, так как неудовлетворительная работа сальников влечет за собой повышенный износ вала, длительные простои насоса, резкое увеличение эксплуатационных расходов. Для увеличения срока службы эластичной набивки сальника не следует допускать вибрации (биения) вала насоса и сальник необходимо разгружать от воздействия давления рабочей жидкости. Это достигается устройством сальника с гидравличе­ским затвором (рис.III-15, I). Жидкость (вода или смазка, нерастворимая в рабочей жидкости) подводится через фонарь 1 в среднюю часть саль­ника 2 с давлением, большим давления перекачиваемой жидкости, и идет по валу в обе стороны — внутрь насоса и наружу, с понижением давле­ния до атмосферного. Вследствие такого устройства набивка испыты­вает значительно меньшее давление. Так как абсолютной герметичности набивки нельзя достичь, часто применяют сальники (рис. III-15, II), имеющие втулку с кольцевыми полостями 1, 2, в которых скапливается кислота; просачивающаяся через набивку кислота отводится наружу через отвер­стия 3, 4. Иногда в качестве дополнительной меры, для предупреждения утечки кислоты по валу насоса, устраивают сальник насоса с двойным уплотнением.

В некоторых конструкциях насосов применяют также пружин­ные сальники (рис. III-15, III).

Сальники насосов требуют внимательного надзора и частой смены набивки, неправильная затяжка сальника вызывает его перекос, что приводит к одностороннему и носу вала насоса.

Поэтому для перекачки кислот применяют также бессальнико­вые насосы, в которых кислота, попадающая за рабочее колесо через зазор между колесом и корпусом отсасывается ко входу на лопатки в специаль­ные эжекторные каналы, отлитые в колесе. Отсасывание происходит вследствие того, что давление кислоты за колесом, равное давлению на его окружности, всегда больше, чем у основания лопаток.

Рис.III-16. Безсальниковый насос

1 корпус, 2 – крышка, 3 – рабочее колесо, 4 – втулка корпуса,

5 – фасонная втулка, 6 – втулка, 7 – левый диск, 8 – шпилька,

9 – правый диск, 10 – стяжная шпилька, 11 – пружина, 12 – вал,

13, 14 – кольца.

Во время остановки насоса уплотнение достигается металлическими пришлифованными плоскостями, прижимаемыми при помощи пружин.

При пуске насоса в ход вал автоматически передвигается, и истирание уплотняющих деталей устраняется вследствие образующегося зазора.

На рис. III-16 изображен бессальниковый насос, изготовляемый из ферросилида или сурьмянистого свинца. Особенностью конструкции наcoca является разгрузочное приспособление, состоящее из левого диска 7 и правого диска 9, соединенных стяжными шпильками 10 с пружинами 11. Если насос не работает, то пружины удерживают вал 12 в положении, изображенном на рисунке, т.е. сдвинутым вправо. При этом между гай­ками двух противолежащих шпилек 8, не имеющих пружин, и левым диском имеется зазор 0.5 мм; фасонная втулка 5, служащая для защи­ты вала от кислоты, просачивающейся через отверстие корпуса, укреп­лена неподвижно на валу и пришлифована к втулке 4 корпуса. При останов­ке насоса втулка 5 зажимается между втулками 4 и 6, создавая необходимое уплотнение. При пуске насоса в ход вал вследствие действия осевого давления перемещается влево, сжимает пружины 11 и на 0.5 мм перемещает влево втулку 4, создавая зазор между ней и кольцами 13 и 14 корпуса. Этим предотвращается быстрый износ втулки 4. Однако из­нос втулки все же довольно велик, а ее замена сложней перенабивки сальника. Это является существенным недостатком данной кон­струкции насоса. Кроме того, сборка насоса должна быть выполнена исключительно тщательно и точно.

Разновидностью бессальникового насоса являет­ся центробежный насос с вертикальным валом (рис.III-17).

Корпус насоса состоит из нижней части 1 и верх­ней 2, на которой укреплен вертикальный вал 3. На нижнем конце вала находится рабочее колесо 4, по­груженное в кислоту. Кислота поступает через шту­цер 5 и находится все время на некоторой высоте, не достигая, однако, места расположения подшипни­ков. На случай внезапной остановки насоса корпус снабжен переливным штуцером 6, соединенным с пи­тающим сборником кислоты. Через этот штуцер при остановке насоса избыток кислоты, поступающей обратно в насос через штуцер 7 нагнетательного трубопровода, сливается в сборник.

Производительность насоса 10-15 м³/час, высота подачи ~22 м. Насос приводится в действие непо­средственно от двигателя, установленного на крышке. Достоинства конструкции—отсутствие сальников, что устраняет возможность попадания кислой жидкости в подшипники; недостатки – малый к. п. д. и значитель­ная длина вала.

Для перекачки соляной, азотной и других кис­лот, за исключением плавиковой, применяют кера­миковые насосы.

Вследствие низкой механической прочности кера­мики корпус насоса заключают в стальной кожух или скрепляют обоймами. Производительность керамиковых насосов равна 450-730 л/мин при высоте напора 10.5-35 м.

Имеются также самовсасывающие центробежные насосы, которые не требуют заливки жидкостью перед пуском и установки обрат­ного клапана на входе во всасывающий трубопровод. Такие насосы снаб­жаются вспомогательным вакуум-насосом, приводимым в движение от вала рабочего колеса.

На рис. III-18 показана конструкция пропеллерного насоса завода "Борец", предназначенного для циркуляции горячих щелоков в выпарных аппаратах. Ввиду агрессивности перекачиваемой жидкости и высокой ее температуры (140 °С) подшипники и сальники насоса вынесены наружу и для них предусмотрено специальное охлажде­ние. Щелок подводится к насосу под напором ~5 м для того, чтобы избежать парообразования внутри насоса.

Рис. III-18. Горизонтальный пропеллерный насос

1—корпус, 2—вал, 3—рабочее колесо

Сравнительная оценка центробежных и поршневых насосов. Не­смотря на то, что центробежные насосы обладают несколько меньшим (на 10-15% ниже) к. п. д., чем поршневые, они имеют перед последними ряд неоспоримых преимуществ.

Центробежные насосы компактны и имеют непосредственный привод от двигателя. Стоимость их изготовления и установки, а также эксплуатационные расходы значительно ниже, чем поршневых.

Центробежные насосы наиболее пригодны во всех случаях, когда требуется большая производительность при относительно небольшом напоре, т.е. для большинства химических производств.

Центробежные насосы лучше приспособлены для перекачки жидкостей, содержащих твердые взвешенные вещества, так как в этих насосах отсутствуют легко засоряющиеся клапаны.

Вследствие больших зазоров, допускаемых в конструкциях центро­бежных насосов по сравнению с поршневыми, они подвержены мень­шему износу от абразивных взвесей, находящихся в перекачиваемых жидкостях. Специальные конструкции центробежных насосов допускают проход через насос крупных твердых частиц, что исключается у поршне­вых насосов.

Центробежные насосы особенно эффективны для проведения некоторых операций в химических производствах, например для подачи жидкости на фильтрпрессы. С ростом толщины осадка на фильтрпрессе центробежные насосы автоматически уменьшают подачу и одновременно повышают напор. В то же время вследствие ограниченности максимального напора уменьшается опасность прорыва ткани и поломки центробежного насоса во время фильтрации.

Простота конструкции центробежных насосов позволяет более легко изготавливать их из химически стойких, но плохо отливающихся и трудно обрабатываемых материалов, например ферросилида и др.

Вследствие этих особенностей центробежные насосы получили ши­рокое распространение в химической промышленности.

Вместе с этим в ряде случаев поршневые насосы обладают преиму­ществами перед центробежными. В тех случаях, когда, прежде всего, требуется экономия энергии, а стоимость установки и удобства эксплуа­тации имеют второстепенное значение, отдают предпочтение поршне­вым насосам, как обладающим более высоким к. п. д.

Наконец, поршневые насосы применяют во многих случаях, когда требуются: небольшие подачи жидкости при высоких давлениях, напри­мер в гидравлических прессах, или небольшие подачи сильно колеблю­щихся количеств жидкости, или для перекачивания пожароопасных и взрывоопасных жидкостей.