Раздел 2. «гидравлика» тема 2. 3 «гидравлические машины»

 

20.02.02.ОП.03 Термодинамика, теплопередача и гидравлика

Раздел 2. «Гидравлика» Тема 2.3 «Гидравлические машины»

Занятие №28 «Центробежные насосы»

 

Центробежные насосы в зависимости от конструктивных осо­бенностей, напора, подачи, рода перекачиваемой жидкости клас­сифицируются по следующим признакам:

1) по числу ступеней или последовательности расположения колес: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые (высоконапорные);

2) по числу потоков (параллельно расположенных колес): од­нопоточные, двухпоточные и многопоточные;

3) по условиям подвода жидкости к рабочему колесу: с одно­сторонним и двусторонним входом;

4) по условиям отвода жидкости от рабочего колеса: со спи­ральным отводом, с кольцевым отводом, с направляющим аппа­ратом;

5) по конструкции рабочего колеса: с закрытым рабочим ко­лесом (с двумя дисками), с полуоткрытым рабочим колесом (с од­ним диском), с открытым колесом (без дисков);

6) по расположению вала: горизонтальные и вертикальные;

7) по способу соединения с двигателем: приводные со шки­вом или редуктором, соединенные с двигателем муфтой, имею­щие общий вал с электродвигателем (насосы-моноблоки);

8) по создаваемому напору: низконапорные (до 0,2 МПа), средненапорные (от 0,2 до 0,6 МПа), высоконапорные (свыше 6 МПа);

9) по степени быстроходности рабочего колеса: тихоходные, нормальные и быстроходные;

10) по роду перекачиваемой жидкости: водопроводные, канали­зационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и др.

Центробежные насосы для перекачки чистой воды (водопро­водные) имеют закрытые рабочие колеса, а для перекачки воды, содержащей взвешенные в ней вещества, — рабочие колеса от­крытого типа. Для подъема воды из шахтных или трубчатых ко­лодцев служат погружные центробежные насосы специальных марок или насосы-моноблоки.

Рассмотрим наиболее простой по конструкции одноколесный центробежный насос с односторонним входом (рис. 28.1). В корпу­се 4, выполненном в виде улитки, на валу 9 вращается рабочее ко­лесо 5 с криволинейными лопатками. Вал с колесом приводится во вращение от электродвигателя. Корпус насоса состоит из рабо­чей камеры и двух патрубков: всасывающего 8 и 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.

Рис. 28.1. Схема одноступенчатого центробежного насоса с односторонним вхо­дом

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, когда 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. 28.2).

Рис. 3.3. Схема многоступенчатого центробежного насоса с односторонним входом: 1 – рабочее колесо; 2 – направляющий аппарат; 3 – гидравлическая пята

Основными частями этого насоса являются: рабочее колесо 1, направляющий аппарат 2, гидравлическая пята 3. Число колес на одном валу такого цен­тробежного насоса не превышает 12.

Если в поршневых насосах развиваемое давление ограничи­вается только прочностью конструкции и мощностью двигателя, то в центробежных насосах оно ограничено числом рабочих колес на одном валу и частотой вращения вала насоса. Поэтому центробежные насосы приме-

 

няют 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 изготавливают из легиро­ванных хромом и никелем сталей. Коле­са в насосах, используемых в химической промышленности, изготавливают из специальных сплавов, керамики, пластмасс.

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. 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 производствах. Насосы для чистой воды обеспечивают хо­зяйственное, техническое и противопожарное водоснабжение. 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.

Часто насосы поставляются в виде насосного агрегата, т. е. на единой раме смонтированы насос и электродвигатель. Насосная установка представляет собой насосный агрегат с комплектующим оборудованием (фильтры, клапаны, вентили и т. д.), собранным по определенной схеме.

Каждый насос имеет свою маркировку по основным техниче­ским показателям (подаче в м³/ч и напору в 1 м). Например, К 125-30 (или К 125/30) означает — насос консольный, подача V— 125 м³/ч, напор Н = 30 м.

Рабочей характеристикой насоса называется графическая за­висимость его основных параметров (напора Н, потребляемой мощности N, КПД η, допустимой высоты всасывания Н_вс) от по­дачи V при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса п. Характеристика насоса зависит от его типа, конструк­ции, соотношения рабочих органов.

В паспорте насоса обычно приводятся его параметры при η_max. Реальные условия работы часто отличаются от рекомендо­ванных. Истинные зависимости основных параметров Н = f(V), N = f(V)η = f(V) в различных условиях работы насоса определя­ются по результатам заводских стендовых испытаний.

Из характеристик насоса следует, что напор Н, развиваемый насосом (при п = const), не постоянен, а изменяется в зависимо­сти от подачи насоса V (рис. 28.3).

С увеличением подачи (свыше 40 м³/ч) напор Н уменьшается. Если на нагнетательном трубопро­воде полностью закрыть задвижку, то подача жидкости прекра­щается полностью (V = 0). При этом, как показывают кривые ха­рактеристик, напор Н несколько снизится.

В зависимости от подачи меняется и мощность, и КПД. Мак­симальная мощность, потребляемая насосом при полностью за­крытой задвижке на нагнетательном трубопроводе, соответствует так называемому холостому ходу насоса, т. е. работе насоса при V = 0.

Рис. 28.3. Рабочая характеристика центробежного насоса

При V= 0 η = 0, поскольку полезной работы по перемеще­нию жидкости насос не совершает, а затрачиваемая мощность хо­лостого целиком расходуется лишь на преодоление механических потерь от всех видов трения в насосе (в подшипниках, уплотне­ниях вала, трение жидкости о лопатки колеса и т. д.).

Увеличение или уменьшение подачи жидкости приводит к изменению КПД насоса. По характеристике насоса можно выбрать режимы, когда насос работает при максимальном КПД, т. е. с наибольшей эко­номичностью. Наличие рабочих характеристик облегчает выбор насоса и определение его режимных параметров.

На пожарных автомобилях устанавливаются, как правило, насосы центробежного типа. Это обусловлено тем, что центробежные насосы обладают рядом важных достоинств: равномерностью подачи огнетушащих средств (подачей без пульсаций); способностью работать «на себя» (т.е. при перекрытии пожарного ствола, засорении или заломе пожарного рукава в системе подачи воды не повышается чрезмерно давление), простотой управления насосом и его обслуживания при эксплуатации на пожарах.

Для пожарных автомобилей важно, что центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, а их габариты и массы относительно невелики.

В то же время, центробежные насосы имеют и ряд недостатков, важнейший из которых тот, что они не являются самовсасывающими — работают только после предварительного заполнения всасывающей линии и насоса водой. Этот недостаток компенсируют устройствами, позволяющими заполнять всасывающие тракты и полость насоса из цистерн. Кроме того, на пожарных автомобилях устанавливают вспомогательные насосы для заполнения полости всасывающего рукава и корпуса насоса водой. Для этой цели используют газоструйные, ротационные, поршневые и другие насосы. Вспомогательные насосы работают кратковременно, только при включении центробежного насоса в работу. Установка таких насосов усложняет конструкцию насосной установки, требует устройства дополнительного привода для их работы.