Знакомимся с устройством центробежных насосов

Принцип работы

В конструктивную схему центробежного насоса входит рабочее колесо с изогнутыми лопатками, установленное на подшипниках качения или скольжения. Корпус имеет спиральную конфигурацию, предусмотрен подводящий патрубок и фланец напорной магистрали. Перед пуском в полость корпуса заливается порция жидкости, обеспечивающая дальнейшее функционирование помпы.

При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в картере насоса, отбрасывается центробежным ускорением к периферии кожуха. За счет возникающей разницы давлений часть жидкости уходит в напорную магистраль. Из-за снижения объема жидкости в корпусе происходит падение давления, что способствует затягиванию воды из емкости или скважины во всасывающий канал. От частоты вращения ротора зависит производительность помпы и давление воды в напорной магистрали.

Устройство помпы двигателя
Насос (помпа) системы охлаждения двигателя

Конструктивно помпа представляет собой классический центробежный насос для перекачки воды и неагрессивных жидкостей. Она состоит из следующих деталей:

  • Герметичный корпус. Он имеет сложную форму и чаще всего изготавливается из алюминиевых сплавов. Для подключения в систему в корпусе выполнены два патрубка — всасывающий и напорный. Первый подключается к магистрали, идущей от радиатора, а второй к магистрали рубашки охлаждения двигателя.
  • Вал — осуществляет передачу вращения от привода к крыльчатке помпы.
  • Крыльчатка, или рабочее колесо. Имеет лопасти специальной формы, с помощью которых осуществляет нагнетание охлаждающей жидкости в систему.
  • Приводной шкив.
  • Уплотнители (сальники) — предотвращает утечку охлаждающей жидкости в местах крепления насоса к магистралям.
  • Подшипники.

Располагается помпа в системе охлаждения двигателя между радиатором и рубашкой. Чаще всего — это передняя часть мотора.

Где находиться помпа двигателя
Расположение помпы системы охлаждения

Главной задачей насоса системы охлаждения является создание избыточного давления для обеспечения принудительной циркуляции жидкости в контурах. С практической стороны это ускоряет процесс теплообмена между узлами двигателя и охлаждающей жидкостью.

При запуске двигателя автомобиля привод насоса через ременную передачу и вал передает вращательное движение рабочему колесу. В этот момент на входе (всасывающем патрубке) создается разрежение, способствующее всасыванию жидкости в помпу. Жидкость при этом находится в охлажденном состоянии, так как поступает из радиатора системы охлаждения.

Попадая в центральную часть помпы, жидкость движется по лопастям крыльчатки и под действием центробежной силы нагнетается через выходной патрубок в рубашку системы охлаждения двигателя (к головке блока цилиндров). Под действием высокого давления охлаждающая жидкость проходит по контуру через основные узлы и выполняет отвод тепла. После этого она вновь возвращается к радиатору, где остужается и всасывается насосом для нового цикла охлаждения.

Поломка насоса охлаждающей жидкости может привести к остановке всей системы. Это может серьезно отразиться на состоянии двигателя. Наиболее частыми проблемами помпы являются:

  • Износ уплотнителя (сальника). В этом случае происходит утечка охлаждающей жидкости.
  • Поломка рабочего колеса. При разрушении крыльчатки нагнетание жидкости становится хуже (падает давление) или вовсе прекращается.
  • Заклинивание подшипников. Если смазка насоса ухудшается, что также может быть следствием подтекания жидкости охлаждения, помпа начинает работать с перебоями.
  • Увеличение люфта между крыльчаткой и валом насоса. В процессе работы рабочее колесо, закрепленное на валу, может разболтаться, что приводит к нестабильной работе помпы и другим поломкам.
  • Химическая коррозия. Чаще всего эта проблема затрагивает рабочее колесо насоса и возникает, если используются жидкости низкого качества.
  • Разрушение под действием кавитации. Пузырьки воздуха, которые могут возникать при работе насоса, интенсивно разрушают его изнутри, что приводит к ломкости деталей и их поражению коррозией.
  • Загрязнение системы. Химические отложения и просто грязь, попадающая внутрь насоса, со временем образуют твердый налет на его деталях, что затрудняет вращение рабочего колеса и прохождение жидкости.
  • Разрушение подшипников. В этом случае при работе насоса появляется характерный свист. Заменить такие подшипники сложно, а потому в этом случае насос просто меняют.
  • Обрыв ремня привода. При использовании некачественного ремня или несвоевременной его замене может произойти разрыв или проскальзывание.

При остановке работы системы охлаждения двигателя всего на 5-6 минут может произойти перегрев двигателя. Действие высоких температур нарушает геометрию головки блока цилиндров и ведет к повреждениям кривошипно-шатунного механизма. Не стоит игнорировать мелкие неисправности системы охлаждения, так как в дальнейшем они могут привести к серьезному ремонту.

Конструкция центробежных насосов

Корпус помпы изготовляется из металла или ударопрочного пластика, на внешней части предусмотрены ушки для крепления на раме и имеются проушины для перемещения изделия кран-балкой. Вал силового привода соединяется с валом насоса с помощью муфты с демпфирующими элементами. Рабочее колесо может иметь открытые лопатки или лопасти, размещенные между 2 дисками.

Корпус насоса собирается из нескольких секций, соединяемых винтами или болтами. Между деталями располагаются уплотнительные прокладки, для обеспечения герметичности линии стыка требуется обеспечить параллельность поверхностей. Магистральные трубопроводы подсоединяются через фланцевые стыки, оснащенные уплотнительными кольцами. Коэффициент полезного действия оборудования зависит от габаритов.

Конструкция центробежной помпы предусматривает установку дополнительных компонентов:

  • сетчатого фильтра, задерживающего песок и ржавчину;
  • обратного клапана, не допускающего нагнетание жидкости во всасывающий канал;
  • предохранительной задвижки, перекрывающей подачу воды во время простоя установки;
  • дроссельного узла, позволяющего изменять сечение входного канала и производительность помпы;
  • частотного преобразователя, изменяющего рабочие обороты электрического двигателя;
  • манометров, определяющих степень разрежения на входе или давления в канале напора.

Допускается автоматическое управление насосной станцией центробежного типа. В нагнетательном канале устанавливается датчик, учитывающий объем прошедшей жидкости. Дополнительный сенсор уровня размещается в заполняемой емкости. После достижения необходимого значения датчики подают сигнал, который поступает в блок управления.

Классификация центробежных насосов

Классификация насосов для воды

Насос для воды

Объемные насосы

Очень распространенный тип, который включает в себя несколько подвидов. Принцип действия основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры, к их общим признакам относят:

  • Герметичность;
  • Цикличность – в данном случае подача жидкости осуществляется порциями, а не равномерно;
  • Способность к самовсасыванию.

А теперь разберем самые распространенные виды объемных насосов, а также поговорим про их преимущества и недостатки.

Выбирая тип водяного насоса, очень важно учитывать тип его энергопитания, так как могут возникнуть условия, когда потребуется автономная работа этого агрегата вне зависимости от наличия электрической сети. Такая самостоятельная деятельность обеспечивается наличием ДВС.

Электрические модели источником энергии для двигателя используют, соответственно, электросеть, что делает их зависимыми от нее, но позволяет не заботиться о постоянном пополнении топливных ресурсов. Их выбор логичен при наличии на месте работы агрегата постоянных действующих точек токораздачи. Обязательно учитывайте размер возможного рабочего напряжения. По фазности они бывают одно- и трехфазные.

Жидкотопливные (мотопомпы) работают на двигателе внутреннего сгорания.

  • Бензиновые – используется бензиново-масляная смесь, составляемая с соблюдением определенных пропорций. В отличие от дизельных, работают тише и стоят меньше.
  • Дизельные – в качестве энергоносителя применяют солярку. Отличаются экономией топлива, но и высоким уровнем шума.

Мотопомпы имеют ряд достоинств. Они мобильны, просты в эксплуатации. Такие насосы выбираются для использования в условиях полного или переменного отсутствия электрического тока. Например, если к Вашему дачному участку нет возможности подведения токонесущих линий или для использования в полевых условиях строительными и геологоразведочными партиями, службой спасения и пожарными частями.

Самостоятельно степень загрязненности можно определить лишь ориентировочно, визуально оценив перекачиваемую жидкость, наличие в ней мутного осадка, взвеси крупных твердых частиц и т.д. Наиболее чистыми считаются артезианские скважинные воды и жидкость из централизованных водопроводных сетей, подвергшаяся предварительной фильтрации и отстаиванию.

Неправильный подбор насоса по степени загрязненности воды приводит к повышенному износу его внутренних деталей и скоротечному выходу из строя.

Основным же принципом разделением насосов принято считать их место расположения относительно источника воды:

  • Поверхностные – располагаются в некотором удалении от водного объекта, не имея непосредственного контакта с ним, а сообщаясь только через водозаборный шланг. Чем дальше от водоисточника располагается перекачивающее устройство, тем более мощным оно должно быть.
  • Погружные – располагаются в месте самого водозабора. Погружение корпуса насоса может быть полным или частичным.

Они получили особую популярность в быту – в загородных домах, коттеджах или на дачах. Такие устройства используются для полива, орошения и повышения давления в водопроводной сети. Они устанавливаются рядом с источником воды, сообщаясь с ним посредством водозаборного шланга.

Эти агрегаты компактны, просты в эксплуатации и экономичны. При наличии дополнительной специальной автоматики они способны работать как полноценные станции, а с эжектором, создающим дополнительное давление, способны добывать воду с больших глубин.

По внутреннему устройству и способу перекачивания воды они подразделяются:

  • Центробежные – попадая на лопасти быстро вращающегося колеса, вода разбрасывается от него по стенкам рабочей камеры. Такие насосы массивнее, чем вихревые, но выгодно отличаются бесшумностью работы.
  • Вихревые – в них лопасти крутящегося колеса имеют специальную форму, которая способствует локальному вращению жидкости в межлопастном пространстве. Такие завихрения объединяются в общем канале и придают водяному потоку мощное вращательное движение. Это устройство дает возможность получать напор в 2-5 раз больший, чем центробежное. Также они компактнее и обладают меньшей стоимостью. Но следует учитывать их высокие требования к чистоте перекачиваемой воды.

В целом, согласно нормативным документам по внутреннему устройству различают более 150 видов поверхностных насосов и насосных агрегатов.

Самовсасывающие

Этот вид весьма популярен в различных сферах использования благодаря простоте устройства, неприхотливости и доступности эксплуатации. По наличию эжектора различают:

  • Эжекторные – всасывание воды происходит за счет создания вакуума в эжекторном устройстве.
  • Безэжекторные – жидкость забирается благодаря специальным гидравлическим конструкциям насоса.

Применяются для полива садов и огородов, в организации питьевого и технического водоснабжения, при подаче воды из чистых и среднезагрязненных поверхностных водоемов и неглубоких скважин и колодцев.

Недостатком их использования является малая высота подъема (до 9 метров), но применение эжекторов существенно поднимает эту планку. Также эти насосы не удобно использовать в холодное время года, так как все водоподающие части находятся на поверхности и нужно обеспечивать их защиту от перемерзания.

Фонтанные

Данный вид оборудования известен сравнительно недолго и находит широчайшее применение в ландшафтном дизайне. Они делают возможными организацию эксклюзивных единичных минипрудов или их взаимосвязанной системы, небольших декоративных водоемов, ручьев, каскадных водопадов и фонтанов.

Некоторые модели имеют возможности фильтрации жидкости и работы с морской водой. Использование разных насадок позволяет получать красивые и оригинальные виды фонтанных струй. Также возможно применение таких насосов для локального орошения близлежащих территорий.

Корпус агрегата выполняется из ударопрочного пластика и погружается полностью на дно водоема, над поверхностью остается только насадка. Реже встречаются фонтанные насосы, устанавливаемые вне источника воды.

Существуют насосы, способные перекачивать внушительные объемы воды для создания значительных водных объектов и масштабных композиций, но есть и небольшие маломощные устройства для маленьких фонтанных ансамблей.

Насосные станции

Полезны как для водоснабжения загородных домов, так и для полива и орошения садово-огородных участков. Преимуществом их использования является возможность водоснабжения при перебоях с подачей электричества, небольшой износ насосного двигателя, доступность использования сразу несколькими водоразборными точками.

Принцип действия насоса обусловлен особенностью строения бака. В полости последнего имеется емкость из синтетического эластичного материала типа пищевой резины. При пустом баке эта емкость сжата воздухом под давлением (при объеме бака 50 литров в нем депонируется 20-25 литров воды).

Включенный двигатель нагнетает воду в эластичную емкость, жидкость в которой находится под давлением. Ее вытеканию препятствует обратный клапан. Достижение определенного давления в баке, отключает мотор и наступает режим ожидания. Активация водоразборной точки приводит к подаче воды в кран и постепенному снижению давления внутри гидроаккумулятора. Достижение определенного барометрического показателя приводит к автоматическому включению мотора и новому нагнетанию воды в бак.

Проследите, чтоб насос на входе был оснащен фильтром, это продлит срок его службы.

Погружные насосы

Располагаются непосредственно в месте водозабора. В воду помещается весь корпус вместе с мотором, либо двигатель остается над уровнем воды.

Эти насосы способны поднимать воду с больших глубин, высокопроизводительны, имеют качественное и эффективное охлаждение.

Они различаются по внутреннему устройству:

  • Центробежные – вода, попадая на лопасти вращающегося колеса, отбрасывается к стенкам рабочей полости и под высоким давлением подается наружу.
  • Вибрационные – всасывание жидкости происходит за счет электромагнитного и вибрационного механизма. Наличие такого принципа водопоглощения требует соблюдения определенных условий установки. Эти модели необходимо располагать на некотором расстоянии от дна водоема или емкости с жидкостью, так как за счет вибрационных колебаний всасывающего устройства возможно поднятие осадка, песка, ила и загрязнение всасываемой воды.

Скважинные

Они используются для поднятия воды из скважин, отличаются вытянутой цилиндрической формой корпуса и небольшим диаметром, способностью работать на внушительной глубине, используя межпластовые артезианские источники воды. Характеризуются большой мощностью. Могут работать с водой, содержащей различные мелкие взвеси известняка или песка, но в минимальных концентрациях.

Обычно в скважину вставляется металлическая труба, Следите, чтоб диаметр насоса был уже ее отверстия не менее чем на 10-15 мм. Извлечь его наружу будет возможно только с помощью фиксационного троса зацепляемого за ушко на корпусе агрегата.

Дренажные

Применяются для откачивания загрязненной воды из водоемов, затопленных подвалов, погребов, канав, рвов и ям. Но существуют и модели для работы с водой, содержащей малое количество мелких твердых частиц.

Дренажным насосам не помеха большое содержание песка, иловой взвеси, травы и щепок. На некоторых аппаратах устанавливаются измельчительные ножи, как на канализационных аналогах. Добываемая ими вода пригодна для полива и орошения, для некоторых технических нужд.

Колодезные

Применяются для поднятия из водоносных колодцев воды малой степени загрязнения (в виде взвеси песка и ила). В отличие от скважинных насосов, они эксплуатируются на меньшей глубине, и основным их назначением является перекачка питьевой качественной воды высокой степени чистоты.

Материальное исполнение насосов

Знакомимся с устройством центробежных насосов

Универсальность конструкции центробежных агрегатов предопределяет широкое распространение установок. Оборудование используется для перекачки очищенной воды, нефтепродуктов и жидкостей, смешанных с агрессивными или абразивными веществами. Для изготовления корпусов и роторов используются материалы, устойчивые к воздействию тех реагентов, для перекачки которых создана помпа. Дополнительно учитываются условия работы и длительность непрерывных рабочих циклов.

Стандартные устройства, используемые для перекачки воды и водных растворов, оснащаются корпусами из серого чугуна. В конструкции узлов применяются нержавеющая сталь и цветные металлы (для подшипниковых опор), роторы изготовлены из чугуна или углеродистой стали. Изредка используются установки, выполненные из титановых сплавов.

Если насос используется для перекачки агрессивных веществ (например, кислот или щелочей), то металлические компоненты разрушаются в результате коррозии. Применение нержавеющих или специальных сталей снижает степень износа, но приводит к росту стоимости конструкции. В этом случае целесообразно использовать компоненты, изготовленные из пластика или композитов. Тип материала, применяемого для производства деталей, указывается в технической документации (например, поливинилхлорид обозначается как PVC).

Встречается оборудование с корпусами из пластика, который проходит дополнительную механическую обработку. Но из-за сниженной механической прочности подобная конструкция используется для малогабаритных установок. Промышленные насосы для кислоты изготовлены из металла, который футерован слоем полимерного материала, предотвращающего коррозию.

В зависимости от того, для чего планируется применение помпы, используются различные материалы для уплотнительных элементов. Наиболее часто встречаются детали, изготовленные из каучука на этилен-пропиленовой основе (код EPDM) и бутадиен-нитрильного типа (NBR). Каучук с фтором (Viton или FPM) или материал перфторированного типа используется в нагруженных установках для перекачки жидкостей с абразивной взвесью.

Центробежные насосы применяются практически во всех отраслях промышленности, перекачивают самые различные  жидкости, начиная с воды и заканчивая высоко агрессивными и абразивными суспензиями.

Поэтому выбор материалов для основных элементов центробежных насосов очень широкий и чаще всего он основывается на стойкости данного  материала к свойствам перекачиваемой жидкости (ссылка на таблице хим. стойкости) и условиям работы самого насоса.

Можно выделить следующие основные материалы:

  • Чугун
  • Бронза
  • Углеродистая сталь
  • Нержавеющая сталь
  • Дуплекс
  • Супер-дуплекс
  • Титан
  • И.т.д

Преимущества и недостатки центробежных насосов

Преимущества:

  • Простая конструкция
  • Немного движущихся частей, большой срок службы
  • Высокий КПД
  • Высокие показатели производительности
  • Постоянная подача, без пульсаций
  • Регулировка производительности с помощью дроссельного клапана на линии нагнетания или частотного преобразователя

Недостатки

  • Невозможность «самовсасывания»
  • Большой риск кавитации
  • Производительность сильно зависит от напора
  • Наиболее эффективны только в одной заданной рабочей точке. При регулировании подачи с помощью частотного преобразователя эффективность понижается
  • Не может работать с мультифазными жидкостями с содержанием воздуха или газа
  • При перекачки абразивных жидкостей возможный быстрый износ основных элементов из-за высокой скорости вращения рабочего колеса (около 1500 об/мин).
  • Не может работать с высоковязкими жидкостями (макс. 150 сСт)

Достоинства оборудования:

  • высокие эксплуатационные характеристики центробежных насосов;
  • стабильность параметров (давление и объем в единицу времени) потока жидкости;
  • небольшие габариты и масса, что позволяет устанавливать оборудование в тесных помещениях;
  • техническое обслуживание не требует специального инструмента и навыков;
  • отсутствие трущихся элементов (кроме подшипников) увеличивает срок эксплуатации изделия;
  • повышенный КПД оборудования из-за отсутствия дополнительных механизмов;
  • возможно регулирование производительности с помощью дроссельной заслонки или частотного преобразователя, корректирующего обороты электропривода.

Одновременно отмечаются и недостатки насосов:

  • устройство и принцип работы центробежного насоса позволяют начать работу только после заливки в корпус порции жидкости;
  • при появлении воздушных пробок происходит падение производительности помпы;
  • для достижения повышенного давления в магистрали требуется использовать многоступенчатые установки;
  • кавитационный износ ротора и поверхности рабочей камеры;
  • при перекачке жидкостей с абразивными включениями возрастает износ рабочих элементов;
  • конструкция помпы не позволяет перекачивать жидкости с вязкостью более 150 сСт;
  • турбина обладает повышенными параметрами при расчетных оборотах, увеличение или уменьшение частоты приводит к ухудшению характеристик насоса.

Области применения

Центробежные насосы применяются практически во всех отраслях промышленности.

Водоснабжение и водоотведение

Водоочистные сооружения

Энергетика

Нефтяная и газовая промышленность

Химическая промышленность

Целлюлозно-бумажная промышленность

Знакомимся с устройством центробежных насосов

Горнодобывающая промышленность

Пищевая

Фармацевтическая

Краткое описание сфер применения насосов центробежного типа:

  1. Обеспечение питьевой водой жилых зданий и промышленных помещений. Специальные устройства погружного типа оборудованы контроллером, не допускающим вращения ротора без подачи жидкости.
  2. Перекачка нефтепродуктов или иных жидкостей в промышленных условиях или на складах.
  3. Подача смеси воды и специального пенообразователя к пожарному стволу. Установки монтируются на шасси пожарных автомобилей, привод осуществляется от основного двигателя через коробку отбора мощности.
  4. Обеспечение циркуляции теплоносителя в отопительных системах.
  5. Подача воды или моющего раствора в стиральных машинах и посудомоечных установках.
  6. Обеспечение напора воды в оросительных установках сельскохозяйственного назначения.
  7. Центробежные насосы используются для подачи охлаждающей жидкости в тепловых машинах (например, в двигателях внутреннего сгорания).
  8. Заполнение и слив воды из цистерн на грузовых кораблях (балластная нагрузка для обеспечения остойчивости).
  9. Перекачивание жидкостей, использующихся при производстве пищевых продуктов.

Лучшие производители центробежных насосов для подачи воды

Для систем водоснабжения или откачки грунтовых вод используется оборудование, разработанное компаниями Grundfos, Wilo, KSB. Например, помпа NL 40/200B-11/2 от компании Wilo оборудована 3-фазным электрическим двигателем, соответствует классу защиты IP55.

Оборудование комплектуется переходными фланцами, позволяющими подключать трубопроводы диаметром от 32 до 150 мм. Давление в напорной магистрали достигает 16 атмосфер. Приобрести в Москве насос для воды производства Wilo можно у официальных представителей, стоимость зависит от состава комплекта.

Производитель Grundfos поставляет самовсасывающие помпы центробежного типа, примером установки является насос JP PT-H для бытового водоснабжения. Корпус изделия выполнен из нержавеющей стали, для изготовления ротора применены композитные материалы.

Знакомимся с устройством центробежных насосов

За счет установки эжекторного блока допускается подача воды из скважин глубиной до 8 м. Для привода ротора используется 1-фазный электродвигатель, предусмотрен термический защитный предохранитель. Перед пуском владелец заливает рабочую полость и всасывающий рукав водой.

Оборудование для нефтехимических предприятий производится компаниями Sulzer, Ruhrpumpen. Установки подбираются специалистами заводов в зависимости от требований заказчика. Предприятия поставляют помпы с различными типами двигателей, предусмотрено автоматическое управление с защитными блоками.

Аналогичным образом поставляются насосные станции для химических предприятий и горнодобывающей отрасли. Выпуском изделий занимаются заводы компаний Munsch, Warman, Krebs и ряда других европейских и американских фирм.