Основные сведения о центробежных насосах

Когда ставится задача организации водоснабжения или перекачки разнообразных жидких сред и коллоидов, чаще всего инструментом для ее решения выступает центробежный насос. Это устройство достаточно простое, надежное, с понятной механикой работы. На современном рынке представлены самые разнообразные модели оборудования данного класса, среди которых можно выбрать вариант, идеально соответствующий потребностям будущего владельца.

Сфера применения

Благодаря своей некоторой универсальности в вопросе характеристик перекачиваемой жидкости, центробежные насосы нашли огромный список вариантов применения. Они используются в нефтегазовой промышленности, устанавливаются в бытовых сетях водоснабжения, работают на автозаправочных станциях.

Без центробежных насосов, компактных и надежных, не может обойтись ни один самолет для борьбы с огнем, набирающий воду в открытых водоемах. Установки такого класса используют пожарные городские службы. Перечислить все сферы применения устройств с центробежным нагнетателем попросту нереально.

Устройство центробежного насоса

Центробежный насос, оптимальное назначение которого заключается в создании постоянного потока жидкости без ее обратного движения — популярное у потребителей устройство. Его конструкция состоит из нескольких крупных функциональных блоков.

1. Узел привода, роль которого состоит в создании крутящего момента. В качестве силового агрегата для решения такой задачи может выступать электродвигатель (с питанием от переменного однофазного, трехфазного напряжения, постоянного тока), двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизель).
2. Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
3. Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
4. Защитный корпус, который может выполнять функции силового элемента для крепления всех частей конструкции.

В оснащение центробежного насоса также входят подшипники, обеспечивающие плавное вращение, снижение потерь на трение, повышение надежности, а также разнообразные уплотнительные устройства. Характер последних может меняться в зависимости от типа жидкости, для работы с которой создавалась установка.

Кроме этого, центробежные насосы могут оснащаться системами вторичного преобразования потока. Это делается для стабилизации выходного давления или в целях обеспечения подъема жидкости на нужную потребителю высоту.

Принцип работы

Принцип работы центробежного насоса — это забор воды в результате снижения давления во входном патрубке и выброс жидкости с напором из выходного патрубка. Это реализовано благодаря физическому явлению центробежной силы. Чтобы понять, как все работает, нужно пошагово проиллюстрировать принцип действия установки и происходящие процессы.

1. При пуске привода начинается вращение рабочего органа — колеса турбины с наклонными лопатками.
2. Входной патрубок подает воду в зону оси турбины.
3. Захватываясь лопастями, жидкость начинает круговое движение вместе с ними.
4. Благодаря наклону лопаток осуществляется быстрый отвод воды к краю круговой области рабочей зоны. Это происходит как под действием центробежной силы вращения, так и из-за силовой механики, обусловленной углом наклона лопасти.
5. При движении жидкости от точки отбора происходит падение давления, что обуславливает естественный забор воды из входного патрубка.
6. Заканчивая свое движение на краю круговой зоны турбинного колеса, вода перемещается с большой скоростью, создает значительное давление и выбрасывается естественным образом через выходной патрубок.

Такая физика процесса позволяет объяснить, почему центробежный насос способен не только перекачивать воду с поверхности, но и поднимать ее из скважин. При определенных соотношениях габаритов колеса, его оборотов, мощности привода достигаются настолько высокие показатели всасывающей силы, что жидкость легко поднимается из глубины в несколько метров.

Дополнительные элементы конструкции

Если приведенная выше функциональная схема содержит малое число значимых узлов, реальное устройство центробежного насоса включает дополнительные конструкционные элементы:

• передающий трубопровод, по которому жидкость поступает к точке отбора;
• фильтры грубой очистки, решающие задачу недопущения присутствия механических взвесей в турбинной камере;
• системы клапанов, блокирующих нештатное обратное движение жидкости;
• измеритель давления, контролирующий показатели внутри рабочей камеры;
• манометр для контроля выходного потока, поступающего в систему водоснабжения.

В оснащение любого бытового и особенно промышленного центробежного насоса входит запорная арматура. Она может быть ручной или автоматической. Задача узлов этого класса, без которых не обходится не один чертеж системы подачи жидкости — не только защищать насос от нештатных и аварийных ситуаций, но и при необходимости управлять входными и выходными потоками перекачиваемого тела. Проиллюстрировать важность работы запорной арматуры легко на примере дозаторов. Центробежные насосы такого типа действуют по следующей схеме:

• сигнал с управляющего устройства инициирует пуск;
• установленный на выходном патрубке датчик считает перекачанный объем;
• при достижении определенного порогового значения, сигнал счетчика поступает на электронно управляемый затвор выходного патрубка, который перекрывает поток;
• рост давления на выходе отслеживается датчиком, который и останавливает работу двигателя по достижении определенного значения параметра.

Вентиль ProFactor запорно-регулировочный

Классификация центробежных насосов

Прежде чем рассматривать принятые классификации, по которым устройства сегментируются на рынке для конечного потребителя, следует определиться с терминологией. Центробежные системы — это динамические машины, один из подклассов насосов. В них происходит воздействие на транспортируемое тело как первичной механической силы, так и возникших вторичных физических процессов. Этим центробежные системы отличаются от мембранных, вибрационных, иных типов установок.

Насосы, представленные на современном рынке, исполняются в нескольких категориях и подвидах. Это делается как в целях повышения и обозначения уровня функциональной пригодности устройства, так и его соответствия определенным условиям эксплуатации.

По конструкции узлов

По данному критерию насосы делятся на:

• одноступенчатые и многоступенчатые по числу рабочих колес;

• по числу выходных потоков;
• одностороннего расположения входного патрубка и двустороннего, при этом конструкция может реализовывать как принцип удобства подключения, так и обеспечивать забор увеличенных объемов воды без роста диаметра подводящих шлангов;
• со спиральным, направленным, кольцевым отводом потока, который формируют лопастные колеса;
• с открытым и закрытым колесом турбины.

Центробежный насос с открытым рабочим колесом

По способу расположения

Виды центробежных насосов делятся по исполнению конструкции. Поверхностные способны поднимать воду из глубокой скважины или открытого источника, выполняются в корпусах без герметизации. В то же время погружные не могут похвастаться силой всасывания, однако создают значительное выходное давление для подачи жидкости на высоту, выполняются в герметичном корпусе.

Поверхностный центробежный насос Elpumps JPP1300F

По типу перекачиваемых сред

Есть классификация по роду перекачиваемой жидкости. Здесь представлены знакомые среднестатистическому пользователю водяные центробежные насосы с минимальными мерами защиты, а также установки для транспортировки горючих жидкостей, масел, коллоидов, среды с механическими примесями. Все типы устройств по данной классификации имеют отличия в конструкции турбины, систем герметизации, изоляции от внешней среды, искровой защиты и многого другого.

Прочие разновидности

Горизонтальный и вертикальный насос показывают различную степень пригодности для решений с критическими требованиями к эффективности. Это обусловлено характером забора жидкости и другими особенностями работы установок. В частности, вертикальные центробежные агрегаты менее эффективны как гидромашины, однако могут быть более удобны в разрезе монтажа внутри разнообразных конструкций.

Вертикальный центробежный насос

Другие деления насосов, представленных на рынке, описывают некоторые особенности примененных инженерных решений.

1. Консольный насос собирается на прочной металлической станине, что позволяет избежать взаимного смещения функциональных блоков, снизить или нейтрализовать осевые нагрузки двигателя и турбины.
   
   

   Насос 2К-6, 2 К-6 консольный центробежный для воды

2. Моноблочный вариант установки реализует принцип уменьшения числа движущихся деталей и потерь на трение путем прямого соединения осей двигателя и лопастного колеса.
   
   

   Насос моноблочный центробежный SPERONI СХМ 60/0,37

Существуют и иные классификационные деления, интересные прежде всего специалистам, перед которыми стоит цель выбрать оптимальный вариант устройства для решения задачи с жесткими, точными рамками условий, требований и ограничений.

Рекомендации по установке центробежных насосов

Правильная установка центробежного насоса — залог его стабильной работы, долговечности, соответствия периодов обслуживания заявленным производителем. Но внимательность и следование нормам обеспечивает не только это. Установленный в соответствии с рекомендациями производителя и требованиями отраслевых норм агрегат избавит от таких нежелательных явлений, как избыточный шум, вибрации и связанные с ними ухудшения параметров соединений, износ, а также устранит возникновение разнообразных нештатных и аварийных режимов работы.

Насосы центробежного типа устанавливаются в соответствии с их параметрами по следующим правилам.

1. Ось двигателя и блока турбины должны размещаться горизонтально, если обратное не заявлено производителем и не обуславливается особенностями конструктивного исполнения насоса.
2. Для установок с непосредственным подключением в разрыв трубопровода, с мощностью до 1 кВт, допускается монтаж с креплением на стену, поверхность пола или иной несущей конструкции.
3. Насосы мощностью до 10кВт в обязательном порядке монтируются на металлическую опорную раму, фиксируемую на поверхности земли, пола, силовой структуры. Допускается установка демпфирующих резиновых прокладок между точками опоры и соответствующими площадками конструкции центробежного агрегата.
4. Устройства с мощностью более 10кВт обязательно устанавливаются на раму, крепящуюся к бетонной подушке-фундаменту. Габариты последней должны превышать размеры корпуса или консоли насоса на 100 мм во все стороны.
5. При установке насоса от крайней точки блока электродвигателя до ближайшей стены или элемента ограждения должно быть не менее полуметра.
6. Не допускается теплоизоляция узла привода, двигателя, если это не декларируется инструкциями производителя для конкретных условий эксплуатации.

Важно! Перед тем, как подключать насос к системе трубопроводов, следует вручную проверить работоспособность устройства, отключив его от питания: провернуть вал и турбину без защитного кожуха. Также все подводные и отводящие шланги и трубы должны быть промыты.

Монтаж и подключение трубопроводной сети должны также подчиняться некоторым правилам.

1. Подводящие и отводящие патрубки должны подходить к соответствующим точкам присоединения свободно, чтобы по окончании монтажа не создавать усилий на конструкцию насоса.
2. При подводе концов трубопровода фланцы должны быть параллельны, для их размещения не допустимо прикладывать значительные усилия, при соединении между поверхностями контактных элементов устанавливаются прокладки (их характер зависит от рода рабочего тела).
3. Установка центробежного нагнетателя должна производиться так, чтобы желаемое направление перекачки жидкости соответствовало стрелке на корпусе устройства.
4. На выходе насоса обязательно монтируется манометр.
5. Механический фильтр на входе установки, если его монтаж не противоречит характеру использования насоса, обязателен.
6. Входной и выходной патрубки оснащаются запорной арматурой.
7. Для обеспечения возможности слива системы, после выходного патрубка, в самой нижней точке трубопроводной сети монтируется запорная арматура с отводом для дренажа.

Отдельный свод правил касается комплексных структур, систем трубопроводов с несколькими установленными насосами. Самое простое из них относится к монтажу двух нагнетателей в одной точке, параллельно, для создания интенсивного потока жидкости. В этом случае каждый из насосов оснащается обратным клапаном на выходном патрубке.

Схема установки центробежного насоса

Среднестатистическому потребителю, который покупает устройство центробежного типа для бытовых нужд, можно дать пару советов. При монтаже нужно точно следовать инструкции производителя оборудования. Если рекомендуется устанавливать насос на ровную горизонтальную поверхность, не стоит думать, что речь идет только о положении осей, и агрегат допустимо закрепить на стене. Это может нарушить работу предохранительных устройств, вызвать повышенный износ комплектующих, снизить рабочие показатели установки.

Основные характеристики центробежных насосов

Чтобы правильно выбрать насос для подачи воды в частный дом из скважины или решения другой задачи, нужно рассматривать не только цифры, приведенные в документации к устройству. Однако для общего ознакомления с параметрами, которые полезны для правильной постановки задачи, разумно привести характеристики устройств для перекачки жидкости.

1. Производительность или подача. Данная цифра характеризует количество жидкости, которое насос выбрасывает из выходного патрубка в случае, когда двигатель развивает номинальную мощность.
2. Напор — разница в давлениях между входным и выходным патрубком.
3. Напорно-расходная характеристика центробежного насоса — данный график показывает зависимость между напором и производительностью установки, позволяет эмпирически проанализировать достаточность подачи на отдельных этажах.
4. Высота всасывания показывает, с какой глубины насос способен забирать воду.
5. Номинальное давление — показатель, при котором насос в сети водоснабжения может работать в постоянном режиме.

Существует целый ряд параметров, которые полезны для профессионального анализа и проектирования сети водоснабжения, к примеру, частного дома. На практике часто применяются упрощенные методики. Примерная схема выбора насоса выглядит так.

1. Делается среднестатистический расчет потребления. Для этого анализируются существующие устройства отбора воды, производится суммирование их показателей. В двух и более этажных домах определяется общая цифра потребления, а также выделяются объемы воды, необходимые для обеспечения комфорта каждого этажа.
2. Определяется характер зоны отбора воды. Для скважины учитывается глубина, анализируется место установки насоса (высота от поверхности земли).
3. Фиксируются высотные параметры сети водоснабжения. Это делается для двух и более этажных домов.

По этим параметрам уже с достаточной точностью можно выбрать подходящий насос. Характер места забора скажет, какой показатель высоты всасывания должен быть у устройства. По этажности (высоте подъема жидкости) делается расчет и выбор модели по характеристике напора.

Самая важная часть анализа — напорно-расходная характеристика, она покажет, способен ли насос обеспечить поставку воды в объемах комфортного пользования на этажи выше первого. Порядок действий при этом следующий:

• для этажа высчитывается падение напора (метраж подъема);
• на графике находится точка, соответствующая сниженному показателю;
• определяется объем подачи по графику.

Если полученная цифра больше нужного объема для конкретного этажа — насос справится с поставленной задачей. Иначе нужно более производительное или мощное устройство.

Но и при тщательном учете всех особенностей точки отбора воды и сети распределения бывают ошибки. Их причина — отсутствие учета гидравлического сопротивления трубопроводной структуры, зависимостей показателей отбора и давления, анализа соответствующих характеристики насосов. Но это уровень проектирования, недоступный среднестатистическим пользователям.

Распространенные поломки центробежных насосов и методы их устранения.

Центробежный насос — достаточно простое оборудование. Часть неисправностей потребует вмешательства специалистов, которые проведут необходимый ремонт. Но определенный список нештатных режимов работы или неполадок можно устранить самостоятельно.

1. При уменьшении напора следует проверить входной патрубок. Если на нем установлены фильтры грубой очистки — провести профилактику. Не лишним будет удаление налета на стенках трубопровода входящего контура.
2. Снижение напора устраняется на насосах, оснащенных регулятором оборотов двигателя. По контрольному манометру определяется давление жидкости на выходе, если оно не соответствует номинальному — увеличивается частота вращения привода.
3. Повышенный шум, биение вала, вибрация прямо показывает на необходимость замены сальников или обслуживание подшипников. Также это может свидетельствовать о разбалтывании соединений на корпусе. Перед затяжкой следует обязательно отключить устройство и дать двигателю остыть.
4. Появление протечек, поток жидкости из кранов под большим давлением свидетельствует о превышении насосом потребностей системы. Снижение подачи производится установкой регулировочной арматуры на входе или гидроаккумулятора с датчиком на выходе.
5. Прекращение подачи воды чаще всего связано с попаданием воздуха в систему. Это может свидетельствовать как об отсутствии жидкости на входе, так и превышении номинальной высоты кавитации. В этом случае требуется тщательно проверить состояние источника воды.
6. Избыточное выделение тепла — сигнал о том, что пора провести профилактику. Осмотреть подшипники, проверить затяжку сальников, заменить смазку, очистить контактные и клеммные элементы.

Сразу стоит отметить: при аккуратной, внимательной, соответствующей общим правилам и рекомендациям производителя установке неисправности центробежных насосов крайне редко беспокоят владельцев таких агрегатов.

Однако никто не застрахован от неожиданностей. Поэтому разумно проводить периодические осмотры оборудования и профилактику.