Основные технические характеристики центробежных насосов

Среди всего разнообразия водяных насосов, именно центробежные агрегаты пользуются самой высокой популярностью. Центробежный принцип позволяет создавать мощные, выносливые и недорогие устройства, которые находят своё применение, как в быту, так и в разнообразных сферах промышленности.

При этом технические характеристики центробежного насоса на порядок выше, чем у любого другого устройства из аналогичной ценовой категории.

Поверхностный центробежный насос для скважины

В этой статье будут рассмотрены все особенности данных агрегатов, даны рекомендации по выбору, проведен расчет центробежного насоса, а также указаны основные проблемы, которые могут возникнуть во время его эксплуатации и способы их решения.

1 Особенности конструкции и принцип работы

Главным функциональным элементом центробежного насоса выступает рабочее колесо, которое зафиксировано на вале силового агрегата, посредством шпонки. Схема его работы предусматривает центральное использование этого элемента.

Рабочее колесо выполняется из двух отдельных дисков – переднего и заднего, которые расположены друг к другу на расстоянии в несколько сантиметров. Между собой колеса соединены специальными лопастями, которые направлены в противоположную к движению колеса сторону.

Элементы ротора силового агрегата, на который насажены колеса, имеют множество уплотнений – сальников, которые способствуют правильной циркуляции жидкости внутри насоса, во время его работы, и снижают утечки воды из рабочей камеры.

Схема действия колеса описывается несколькими простейшими принципами. Когда насос включается в работу, он полностью заполняется водой из скважины, которая, после начала вращения рабочего колеса, попадает в межлопастные ячейки, и под влиянием созданной движением колеса центробежной силы выбрасывается к выводящему патрубку.

Дальнейшая прокачка воды происходит из-за разницы давления рабочей камеры – в которой давление уменьшилось, и выводящего патрубка – где давление повышено.

Данный принцип работы полностью нарушается, когда в корпус центробежного насоса вместе с перекачиваемой жидкостью попадает воздух.

Наличие воздушных пробок чаще всего приводит к остановке работы устройства, так как разница в перепаде давления полностью теряется. Поэтому, все виды современных центробежных насосов комплектуются дополнительными воздухоотводящими устройствами.

Схема конструкции центробежного насоса

Основные элементы конструкции центробежных насосов:

• Обратный клапан – выполняет функцию удержания воды в корпусе насоса (перед каждым стартом агрегата необходимо предварительно заполнить его водой);
• Механический фильтр на входном патрубке – для фильтрации основных нерастворимых загрязнений;
• Кран для залива воды в корпус агрегата;
• Обратный клапан на выводящем патрубке – препятствует обратному движению перекачиваемой из скважины жидкости;
• Предохранительный клапан – защищает устройство от гидроударов;
• Разнообразная автоматика – манометры, вакуумметры, пульты управления.

1.1 Виды и отличия

Сами по себе эти устройства уже являются одной из разновидностей насосного оборудования, однако и их можно разделить по нескольким основным параметрам. Классификация центробежных насосов выполняется по целому ряду факторов, основные из которых мы рассмотрим:

1. В зависимости от количества рабочих колёс: одноступенчатые (с одним колесом) и консольные (с множеством колес);
2. Схема расположения рабочих колес: вертикальное, либо горизонтальное расположение;
3. Производящееся насосом давление: до 0.2 МПа – устройства низкого давления, 0.2 – 0.6 МПа – среднего давления, и высокого давления – свыше 0.6 МПа;
4. Принцип расположения насоса в пространстве – погружной, либо поверхностный;
5. Особенности подвода воды к агрегату – насосы с двухсторонним, либо односторонним входом;
6. Принцип транспортировки жидкости внутри корпуса – существуют спиральные насосы, в которых вода от рабочего колеса сразу подается к выводящему патрубку и лопаточные агрегаты, где вода после рабочего колеса попадает в направляющий блок – неподвижно зафиксированное колесо с лопастями;
7. Функциональное назначение – скважинные, дренажные, фекальные, пожарные, нефтяные, циркуляционные насосы;
8. Способ соединения силового агрегата и рабочего колеса – приводные (где колесо неподвижно закреплено на вале привода) и муфтовые (колесо смонтировано посредством съемных соединений).

Популярные модели погружных центробежных насосов

2 Нюансы выбора и расчета центробежного насоса

Выбор центробежного насоса для скважины выполняется, исходя из его основных технических характеристик – напора и продуктивности. Вам необходимо сопоставить характеристики рассматриваемого агрегата и данные, которые показал расчет центробежного насоса

Определить требуемую производительность (Q = куб.м/сек) устройства можно по следующей формуле:

Q = b1 (p * D1 – f *Z) *c1 = b2 * (p * D2 – f * Z) * c2, в которой:

• b1, b2 — ширина прохода рабочего колеса при диаметрах D1 и D2 (м);
• D1, D2 — диаметр внешней стороны входного отверстия (D1), и колеса (D2);
• f – толщина лопаток рабочего колеса насоса (м);
• Z – количество лопаток;
• c1, c2 – максимальная скорость перекачиваемой жидкости на входе и выходе в колесо (мсек);

Требуемый напор (Н = метры) центробежного насоса определяет по формуле:

H = (p2-p1)/(p*g) + H1 + h2, в которой:

• p1, p2 – показатели давления в заборной и приемной емкости, Па;
• p – плотность перекачиваемой жидкости (если насос используется для перекачивания воды из скважины берется число 999,97 кг/м3);
• g – ускорение свободного падения перекачиваемой жидкости (для воды – 9.8 м/с2);
• H1 – высота, на которую необходимо поднять воду из скважины;
• H2 – совокупность всех потерь напора, которыми обладает схема водоснабжения (учитывается, если центробежный агрегат подключен к автономной насосной станции, с гидроаккумулятором, реле давления, и трубопроводной арматурой);

Схема действия центробежного насоса и рабочего колеса

Если вашим требованиям соответствуют несколько агрегатов, для бытовой работы лучше всего отдать предпочтение модели с меньшей мощностью, но с более высоким КПД. Важно помнить, что схема сборки устройства тоже имеет определенное значение.

Если центробежный насос будет работать в системе водоснабжения с постоянно изменяющимся расходом воды (в большинстве случаев бытового водоснабжения из скважины так и есть), то лучше остановится на центробежном насосе с электродвигателем, обладающим умеренным напором, и широким диапазоном подачи воды.
к меню ↑

2.1 Основные неисправности и особенности их устранения

В этом разделе статьи мы рассмотрим основные проблемы, с которыми вы можете столкнуться в процессе работы центробежных насосов.

1. Неисправность: после двух-трех недель уменьшился номинальный напор насоса, теперь он соответствует указанным в технической документации параметрам;

Действия по устранению: не расстраивайтесь, с самой техникой, скорее всего ничего не случилось, основная причина уменьшения напора воды – засорение всасывающего рукава (если речь идет о поверхностных агрегатах), либо засорение лопастей самого насоса (у погружной техники).

Чтобы выполнить ремонт необходимо прочистить шланг – можно использовать компрессор для его продувки, и разобрав насос, выполнить чистку основных элементов его проточной части.

Схематическое изображение внутренностей многоступенчатого погружного насоса, центробежного типа

Чтобы во время дальнейшей работы насоса такие засорения не повторялись, не забывайте выполнять периодическую очистку (прокачку) скважины, и установите на насос сетчатый фильтр, который будет отфильтровывать основные виды механических загрязнений.

1. Неисправность: во время работы насоса наблюдается неестественный шум;

Действия по устранению: вероятнее всего причиной этого является ослабления резьбовых соединений корпуса – перепроверьте их, затяните все болты, и по необходимости замените поврежденные болты нормальными. Если это не помогло – значит, насос выработал всё залитое в него масло либо само масло в нём очень низкого качества – долейте, либо замените смазочную жидкость.

1. Неисправность: после кратковременной работы насос отключается;

Действия по устранению: скорее всего тут проблема с сальниками, либо с всасывающим воду из скважины рукавом.

При потере их герметичности воздух, попадающий в перекачиваемую среду, препятствует образованию сплошного потока перекачиваемой жидкости, при этом принцип работы центробежных насосов позволяет им нормально работать только при полном отсутствии воздуха.

Вам необходимо подтянуть разболтавшиеся сальники, в случае полного выхода из строя – заменить их. Если проблема с всасывающим шлангом – можете попытаться заклеить его. Это временная мера, которой хватит на пару недель, после чего все равно придется менять шланг.

1. Неисправность: насос включается, но начинает работать в холостую, не качая жидкость;

Действия по устранению: причин этому может быть множество, рассмотрим основные из них. Возможно, вы неправильно выполнили заливку насоса – сделайте это повторно либо забыли закрыть воздухосбрасывающий клапан на корпусе устройства. Если у вас погружной насос, опущенный внутрь скважины, проверьте, не забился ли принимающий клапан.

1. Неисправность: погружной насос не хочет включаться;

Действия по устранению: возможны две проблемы – хорошая и плохая. Хорошая – неисправность кабеля подключения устройства к электросети, либо с самим источником электроэнергии. Плохая – поломка насоса вследствие работы «на сухую».

Погружной насос очень чувствителен к холостому ходу, порой достаточно пяти минут работы без воды, чтобы агрегат перегрелся, расплавились уплотнительные элементы, и разрушилась изоляция. Принцип «постучать молотком, чтобы заработало» в таком случае не работает, нужно нести погружной насос в сервисный центр.
к меню ↑

Графическая зависимость основных технических показателей (напора, мощности, КПД, допустимой высоты всасывания) от подачи при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос называется характеристикой насоса.
Характеристика зависит от типа насоса, его конструкции и соотношения размеров его основных узлов и деталей. Различают теоретические и экспериментальные характеристики насосов.

В некоторых случаях насосы испытывают на месте их установки (например, в насосной станции). Это прежде всего относится к крупным насосам, а также к тем случаям, когда характеристики насоса существенно изменяются под влиянием условий эксплуатации.
Полученные в результате экспериментальных измерений значения подачи Q, напора Я и мощности JV, а также вычисленные по этим величинам значения КПД наносят на график и соединяют плавными кривыми. Обычно все три кривые наносят на один график с разными масштабами по оси ординат (рис. 3.1).

Характеристика центробежного насоса

Характеристики насоса имеют несколько отличительных точек или областей. Начальная точка характеристики соответствует работе насоса при закрытой задвижке на напорном патрубке (Q = 0). В этом- случае насос развивает напор H и потребляет мощность N. Потребляемая мощность (около 30 % номинальной) расходуется на механические потери и нагрев воды в насосе. Работа насоса при закрытой задвижке возможна лишь непродолжительное время (несколько минут).
Оптимальная точка характеристики т соответствует максимальному значению КПД. Так как кривая Q—n имеет в зоне оптимальнои точки пологий характер, то на практике пользуются рабочей частью характеристики насоса (зона между точками а и b на рис. 3.1), в пределах которой рекомендуется его эксплуатация. Рабочая часть характеристики зависит от допустимого снижения КПД, которое принимают, как правило, не более 2—3 % максимального его значения.
Максимальная точка характеристики (конечная точка кривой Q—H) соответствует тому значению подачи, после достижения которого насос может войти в кавитапионный режим.
На заводских характеристиках многих насосов наносят еще одну кривую Q—h_доп или Q—H_доп. Эта кривая дает значения допустимой высоты всасывания в зависимости от подачи насоса. Кривую Q—h_доп получают при испытании насоса на стенде, позволяющем создавать различные значения полной высоты всасывания при заданной подаче насоса. Кривой Q—h_доп пользуются при проектировании насосных установок и насосных станций.
Основной кривой, характеризующей работу насоса, является кривая зависимости напора от подачи Q—H. В зависимости от конструкции насосов форма кривой Q—H может быть разной. Для разных насосов существуют кривые, непрерывно снижающиеся, и кривые с возрастающим участком (имеющие максимум). Первые называют стабильными, а вторые нестабильными (лабильными) характеристиками. В свою очередь кривые обоих типов могут быть пологими, нормальными и крутопадающими.
Вид характеристики насоса в значительной степени зависит от его коэффициента быстроходности.

2.3 Основные достоинства электропривода по схеме АВК:

Относительная простота схемотехнической реализации, достигаемая за счет работы с пониженным по сравнению со статорным напряжением роторных цепей АД и связанная с этим высокая степень надежности;

высокий К.П.Д. установки, достигаемый за счет рекуперации энергии скольжения АД в питающую сеть. Достаточно короткий срок окупаемости при модернизации существующих установок, использующих для пуска АД роторные станции;

возможность снижения необходимой мощности преобразователя и высоковольтного трансформатора при ограничении диапазона регулирования скорости. Например, при пуске АД с помощью роторной станции (или иным способом) установленная мощность АВК снижается пропорционально диапазону регулирования скорости;

возможность использования существующих систем регулирования, использующих роторные станции, в качестве резервного оборудования.

2.4 Регулирование подачи насоса задвижкой

Наиболее распростаненным, простым и надежным способом регулирования в эксплуатации является дросселирование. Дроссельное регулирование производиться задвижкой, расположенной на напорной линии насоса, обычно вблизи от него. По мере закрытия задвижки происходит искусственное увеличение сопротивления и соответствующее уменьшение подачи. Каждому положению дроссельной задвижки соответствует новая характеристика сети. Равновесие системы наступит, когда

где hwx — переменное сопротивление дроссельной задвижки.

Изменяя положение дроссельного органа, а следовательно, и hwx, можно получить любую подачу от Qa, соответствующую полному открытию, до нуля, когда задвижка полностью закрыта. Это неэкономичный способ регулирования, так как сопровождается потерей в дроссельном органе части напора, создаваемого насосом. Поскольку при таком способе регулирования полезно используется в сети только напор Нс, то к.п.д. установки будет меньше к.п.д. насоса.

Чтобы повысить к.п.д. насосной установки, напорная характеристика насоса должна быть при таком способе регулирования наиболее пологой. Чем больше величина статического напора в общем значении напора сети, тем меньше потери напора в дроссельной задвижке для данной подачи и тем выше к.п.д. насосной установки.

Следует отметить, что при дроссельном регулировании из-за больших значений местной скорости изнашивется регулирующий орган (дроссельный клапана) и возникает опасность неплотного закрытия задвижки при останове насоса. Дросселирование может быть осуществлено и на всасывающей линии, однако такой способ регулирования не нашел практического применения из-за опасности возникновения кавитации и небольшой возможной величины дросселируемого напора.

2.5 Эффективность схем с преобразователем частоты

При наличии других способов управления скорости вращения исполняющих механизмов (речь идет о механических вариаторах, резисторных группах, вводимыми в ротор/статор, электромеханических частотных преобразователях, гидравлике) наиболее эффективным является использование статических частотных преобразователей, который экономическим выгоднее других вариантов в виду дешевизны монтажа, эксплуатации и высокого КПД. Неприхотливость преобразователей также обусловлена отсутствием подвижных частей в виду того, что регуляция осуществляется на этапе подачи тока и основана на изменении параметров питания, а не на контроле за скоростью вращения при помощи средств механического управления.

Каков принцип частотных методов регулирования? Наглядное объяснение можно вывести из следующей формулы

Из выражения видно, что путем изменения частоты входного питающего напряжения (f1) изменяется угловая скорость статора, точнее его магнитного поля, но этом взаимозависимые характеристики. Эффект достигается при постоянном числе пар полюсов (p). Что это дает? В первую очередь, плавность регулирования (в особенности при пиковых нагрузках в момент пуска двигателя) скорости при очень высокой жесткости механических характеристик. Также достигается повышенное скольжение асинхронного двигателя, что существенно снижает потери мощности и увеличивает коэффициент полезного действия.

Высокие показатели КПД, коэффициента мощности, перегрузочной способности достигаются при одновременном изменении частоты и напряжения. Законы изменения этих параметров напрямую зависят от момента нагрузки, который может иметь статичный, вентиляторный и обратно пропорциональный скорости вращения характер.

2.6 Классификация способов регулирования подачи в насосах

Широко применяют следующие способы регулирования подачи:дросселированием — изменением открытия клинкета или клапана у насоса; перепуском части расхода из напорного трубопровода во всасывающий по обводному трубопроводу; изменением частоты вращения вала насоса.

Дросселирование — самый простой и самый неэффективный способ регулирования подачи центробежного насоса. Чтобы дросселировать поток, увеличивают гидравлическое сопротивление на общем для всей системы напорном участке трубопровода, например, сразу за насосом.

Для дросселирования потока можно применить автоматическую или ручную регулирующую арматуру, либо установить дроссельную шайбу.

Во время дросселирования подачи насоса, рабочая точка перемещается по напорно-расходной характеристике вверх, при этом увеличивается напор, а подача и КПД уменьшаются.

Перепуск — для регулирования производительности насоса на перемычке между его входным и выходным патрубком устанавливают регулятор поддерживающий постоянный перепад давлений на насосе (постоянный напор насоса). При уменьшении подачи насоса возрастает создаваемый им напор — регулятор реагирует на отклонение перепада от заданной отметки и открывается перепуская воду из напорного патрубка во всасывающий. Таким образом, подача насоса остаётся неизменной, а расход воды в сети может колебаться в широких пределах.

Преимуществом данного метода регулирования является то, что насос всегда работает с постоянной подачей и напором в зоне оптимального КПД, а недостатком, является то, что со снижением нагрузки в сети потребление электроэнергии остаётся прежним.

Регулирование подачи насоса перепуском применяют в системах отопления с автоматическими регулирующими клапанами, изменяющими расход в зависимости от потребности здания в тепле, а также для включения насосов, которые не допускают сильных колебаний подачи, в системы с динамическим гидравлическим режимом.

Частотное управление — установка регулятора частоты вращения рабочего колеса, является наиболее эффективным и наиболее дорогим методом управления подачей насоса, так как стоимость регулятора частоты соизмерима со стоимостью насоса.

Физика данного метода проста: снизив в двое частоту вращения рабочего колеса насоса, в два раза уменьшается его подача, в четыре раза уменьшается напор и в восемь раз уменьшается потребление электроэнергии.

Современные регуляторы частоты вращения могут поддерживать постоянную подачу, или напор насоса, а могу изменять их в зависимости от потребности системы в разное время суток или дни недели.

Программное изменение частоты вращения рабочего колеса, не только обеспечит работу насоса с максимальным КПД, но и позволит снизить шумы возникающие во время работы, осуществлять мягкий пуск, снижать пусковые токи и исключить гидравлические удары.

Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения двигателя целесообразно в системах с частыми и сильными колебаниями расхода воды, а также в случае высокой стоимости электроэнергии. В таких системах затраты на регулятор частоты вращения могут окупиться за несколько месяцев.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9148 — | 7235 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Основные характеристики центробежных насосов типов АК, АЦКМ (фирмы «Линас» и «EBARA»)

В настоящее время широким спросом пользуются одноступенчатые консольные насосы АК (табл. 7) фирмы «Линас» для подачи чистой и технической воды, растворов гликоля и других жидкостей, сходных с водой по вязкости, плотности и химической активности. Их область применения — водоснабжение, теплоснабжение, отопление, горячее водоснабжение, системы охлаждения, кондиционирования, системы орошения и ирригации, системы пожаротушения.

Общие технические характеристики: подача (расход) — до 270 м 3 /ч; напор — до 79 м; температура жидкости — от –10 до +140 °С; температуры окружающей среды — до 40 °С.

Конструктивные данные — одноступенчатый насос с горизонтальным расположением вала, осевым всасывающим и радиальным напорными патрубками; уплотнение вала торцевое, соединение вала электродвигателя и насоса через эластичную муфту; насос и электродвигатель смонтированы на общей стальной раме.

Центробежные насосы этой серии изготовлены из нержавеющей стали AISI 304. Предназначены для использования в системах отопления, холодного и горячего водоснабжения, кондиционирования, а также для других промышленных применений; максимальное рабочее давление — 1 МПа, температура перекачиваемой жидкости от –20 до +110 °С.

Таблица 7. Основные характеристики насосов серии AК (при n = 2900 мин –1 )