Принцип действия центробежного (динамического) нагнетателя.

Центробежные насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.

Рис. 1 Принципиальная схема центробежного насоса:

1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал;

5 - лопатка рабочего колеса;

6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок;

8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка);

10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник);

11 - всасывающий патрубок.

На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

Рис. 2 Схема многоступенчатого центробежного насоса

 

В центральной части насоса, т. е. на входе жидкости в рабочее колесо насоса, возникает разрежение, и жидкая среда под действием давления в расходной емкости направляется от источников водоснабжения по всасывающему трубопроводу в насос.
Частоту вращения рабочего колеса насоса обозначают через n (об/мин), а угловую скорость - через ω.

Связь между ω и n определяется выражением
ω = π n / 30

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество различных типов центробежных насосов, которые можно классифицировать по следующим признакам:

Рис. 3 Схема двухпоточного центробежного насоса

по числу ступеней (колес): одноступенчатые (рис. 1), двухступенчатые, многоступенчатые (рис. 2);

по числу потоков: однопоточные, двухпоточные (рис. 3), многопоточные;
по условиям подвода жидкости к рабочему колесу: одностороннего входа (рис. 1), двустороннего входа (рис. 4);

по условиям отвода жидкости из рабочего колеса: со спиральным отводом (рис. 1), с кольцевым отводом, с направляющим аппаратом; по конструкции рабочего колеса: с закрытым рабочим колесом, с открытым рабочим колесом (рис. 5);
по способу привода: с приводом через соединительную муфту, с приводом через редуктор и др.;

по расположению вала: горизонтальные, вертикальные;
с мокрым ротором, с сухим ротором.

Рис. 4. Схема центробежного насоса с двусторонним входом

 

Насос с сухим ротором - это насос, в котором ротор электродвигателя не соприкасается с перекачиваемой жидкой средой. Насосы с большой подачей жидкости Q, как правило, изготовляются с сухим ротором.

Насос с мокрым ротором - это насос, в котором ротор двигателя непосредственно работает в жидкой среде. Статор двигателя (находящийся под напряжением) отделен от ротора гильзой (толщиной 0,1 - 0,3 мм), изготовленной, например, из ненамагничивающейся нержавеющей стали. Смазка подшипников ротора осуществляется жидкой средой, которая и выполняет функцию охлаждения ротора. Вал насоса обычно располагается горизонтально.

Укажем преимущества центробежных насосов по сравнению с насосами других типов:
пологие характеристики Н = f(Q) и η = η (Q), в результате чего высокие значения напоров Н и высокие значения КПД сохраняются в широком диапазоне подач Q;
большая частота вращения, что позволяет в качестве привода для насосов использовать электродвигатели и турбины;
плавная форма изменения мощности N, что позволяет выполнить пуск насоса при закрытой выходной задвижке (или при закрытом обратном клапане);
устойчивость в работе насосов и расширение технических показателей Н и Q при последовательном и параллельном соединении насосов при работе на один трубопровод;
плавное протекание переходных процессов при изменении режима работы гидросистемы;
расположение насоса выше уровня жидкости в расходной емкости;
изменение показателей насосов H, Q, η за счет различных факторов: обточки диаметра рабочего колеса, изменения частоты вращения, изменения частоты электроснабжения и др.;
невысокая стоимость насоса из-за использования в конструкции насоса сравнительно дешевых конструкционных материалов: сталь, чугун, полимерные материалы;
простота технического обслуживания и эксплуатации;
высокая надежность в работе;
большие подачи жидкости Q;
равномерный с малыми пульсациями давления поток жидкости;
возможность успешной работы на "загрязненных" жидкостях.

Рис. 5 Схемы различных рабочих колес:

а - открытого типа; б - полузакрытого типа; в - закрытого типа;

г - рабочее колесо закрытого типа с двусторонним входом;

1 - втулка; 2 - лопатка; 3 - несущий диск; 4 - покрывающий диск

 

Но центробежные насосы обладают и рядом недостатков:

требуют заливки перед пуском;

имеют склонность к кавитации;

имеют пониженное значение КПД при перекачивании вязких жидкостей;

имеют небольшое значение КПД при малой подаче жидкости Q и большое значение напора Н и др.

Центробежные насосы целесообразно использовать в области больших подач жидкости Q и низких и средних напоров жидкости Н.