Фото центробежного насоса

Оборудование, с помощью которого накачивают воду, называется насосным, оно делится на несколько групп: объемные и динамические. В этой статье мы поговорим о динамических насосах, к которым относится центробежный агрегат, и что такое рабочее колесо центробежного насоса.

Итак, что же такое центробежный насос ? Как уже говорилось раньше, это оборудование, с помощью которого накачивается вода.
Как работает конструкция:

• Это происходит с помощью центробежной силы. Проще говоря, внутри насоса находится вода, которая с помощью лопастей и центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса.
• После чего вода под действием давления начинает поступать к напорному и всасывающему трубопроводу.

Таким образом, вода непрерывно начинает качаться. Чтобы лучше понять, каким образом это происходит, необходимо разобраться из чего состоит насос.

Для чего используется насос

Каким образом происходит накачивание воды через насос в теории уже понятно, а вот какие его части помогают в этом деле — нет.
Поговорим о том, из каких частей он состоит:

• Рабочее колесо центробежного насоса.
• Насосный вал, также важная его часть.
• Сальники.
• Подшипники.
• Корпус.
• Насосный аппарат.
• Уплотняющие кольца.

Примечание. Центробежные насосы используются не только для добычи воды, так же ими добывают химические жидкости, поэтому, составные насосов могут различаться в зависимости от способа их применения.

Рабочее колесо

Одна из важнейших деталей насоса это рабочее колесо, так как именно оно создает центробежную силу, вода под действием давления, начинает накачивать.
Итак, давайте подробнее разберем, из чего оно состоит, и как происходит его работа, оно состоит из:

• Переднего диска.
• Заднего диска.
• Лопасти, которые находятся между ними.
• Когда колесо начинает вращаться, вода, находящаяся внутри лопастей, тоже начинает свое вращение, из-за чего возникает центробежная сила, появляется давление, вода примыкает к периферии и ищет выход наружу.

Так как насосы качают не только воду, но и химические жидкости, поэтому рабочие колеса и корпус центробежного насоса изготавливаются из разнообразных материалов:

• Так, например, для работы с водой используется бронза или чугун.
• Для улучшения износостойкость при работе с водой, в которой содержатся механические примеси, можно использовать рабочее колесо сделанного из хромистого чугуна.

А если насос предназначен для работы с химикатами, необходимо использовать стальное рабочее колесо.

Характеристики рабочего колеса

Ниже будет представлена таблица классификаций рабочих колес:

Классификация рабочего колеса центробежного насоса
Кол-во рабочих колес	Одноступенчатый насос
Ось	Вертикально Горизонтально
Давление	Низко, < 0,2 МПа Средне, 0,2 — 0,6 МПа Высоко, > 0,6 МПа
Подвод жидкости	односторонний двусторонний открытый закрытый
Способ разъема корпуса	горизонтально вертикально
Способ отвода жидкости	спиральный лопаточный
Быстроходность	тихоходный нормальный быстроходный
Назначение	водопровод канализация щелочь нефть другие
Соединение с двигателем	приводной муфта
Расположен по отношению к воде	поверхностный глубинный погруженный

Причины поломок рабочего колеса

Зачастую основной причиной поломки рабочего колеса является кавитация, то есть — парообразование и образование пузырьков пара в жидкости, которое влечет за собой эрозию металла, так как в пузырьках жидкости имеется химическая агрессивность газа.
Основными причинами возникновения кавитации является:

• Высокая, более 60 градусов температура
• Не плотные соединения на всасывающем напоре.
• Большая протяженность и малый диаметр всасывающего напора.
• Засорение всасывающего напора.

Совет. Все эти факторы влекут за собой поломку рабочего колеса насоса, поэтому, нужно внимательно следить за соблюдением условий работы вашего оборудования. Ведь не зря для каждого вида техники существуют свои условия эксплуатации, которые созданы для большей износостойкости.

Признаки поломки рабочего колеса

Поломка рабочего колеса центробежного насоса может быть заметна не сразу, однако, есть общие признаки, которые указывают на то, что с вашей техникой что-то не так:

• Потрескивания при всасывании.
• Шумы.
• Вибрация.

Совет. Если вы заметили в работе своего насоса вышесказанные признаки, необходимо прекратить его работу. Так как кавитация уменьшает КПД насоса, его напор и соответственно производительность.

Более того, она влияет не только на работу колеса, но и на другие его детали. При длительном воздействии кавитации, детали становятся шероховатыми, и единственное что им поможет — это ремонт или покупка нового оборудования.

Ремонт рабочего колеса

Если рабочее колесо все же сломалось, или сломался насос, его можно отремонтировать своими руками.

Совет. Но, лучше обратиться в специализированный ремонт, так как для этого необходимы специальные инструменты.

Все же, вот небольшая инструкция, каким образом производится ремонт рабочих колес центробежного насоса самостоятельно.
Разборка:

• С помощью съемщика полумуфту.
• До упора разгрузочного диска подают ротор в ту сторону, где производится всасывание.
• Помечают положение стрелки сдвига оси.
• Разбирают подшипники.
• Вынимают вкладыши.
• С помощью специального съемщика вытаскивают разгрузочный диск.
• С помощью отжимный винтов поочередно, не допуская задания, снимают рабочее колесо с вала.

Ремонт рабочего колеса:

Для того, чтобы произвести ремонт делается расчет рабочего колеса центробежного насоса.
Сталь:

• Если колесо стерлось, то сначала его направляют, после чего вытачивают на токарном станке.
• Если колесо сильно изношено, то его удаляют, а затем приваривают новое.

Чугун:

• Чугунные колеса, как правило, просто меняют, если можно обойтись заточкой, то необходимые места заливают медью, а потом протачивают.

После того как колесо отремонтировано или заменено, насос собирают обратно:

• Протирают делать центробежного насоса.
• Проверяют наличие заусенцев и забоин, если он есть, их устраняют.
• Рабочее колесо собирают на валу.
• Возвращают разгрузочный диск.
• Устанавливают мягкую набивку сальников.
• Заворачивают гайки.
• Обкатывают сальник.
• До упора разгрузочного диска в пятку подают ротор.

Для большего понимания процесса ремонта вы можете посмотреть видео в этой статье.

Цены

Цена на рабочее колесо в разных магазинах своя, все зависит от материала самого насоса. Начальная стоимость 1800 рублей, конечная — 49 т.р. Все зависит от того, какой у вас центробежный косо, для чего вы его используете, и какого он размера, а также, сколько в нем колес.
Поэтому, для того чтобы избежать расходов за ремонт, необходимо внимательно следить за его работой. А также, при возникновении каких-либо признаков, указывающих на его неисправность, не нужно использовать его до того момента, пока он не прекратит работу, его следует отнести специалисту, который заменит или отремонтирует вам те детали, которые подверглись поломке.

Рабочее колесо центробежного насоса является основной деталью устройства. Это элемент, который преобразует энергию вращения, в давление в корпусе, где перекачивается жидкость.
Какая роль рабочего колеса в центробежном насосе, как правильно его рассчитать и заменить в устройстве своими руками предлагает познакомиться эта статья.

Как работает центробежный насос

Внутри корпуса насоса, имеющего форму спирали, на валу жестко крепится рабочее колесо, состоящее из двух дисков:

• Заднего.
• Переднего.
• Лопастей, между дисками.

От радиального направления лопасти отогнуты в противоположную от вращения колеса сторону. Корпус насоса, с помощью патрубков, соединяется с напорным и всасывающим трубопроводами.
При полном наполнении жидкостью корпуса насоса из всасывающего трубопровода, при вращении рабочего колеса от электродвигателя, жидкость, находящаяся между лопастями, в каналах рабочего колеса, от центра, под действием на нее центробежной силы, отбрасывается к периферии. В этом случае создается разрежение в центральной части колеса, а на периферии давление повышается.
При повышении давления жидкость начнет из насоса поступать в напорный трубопровод. Это вызовет образование разрежения внутри корпуса.
Под его действием жидкость начнет одновременно поступать из всасывающего трубопровода в насос. Так жидкость непрерывно подается в напорный трубопровод из всасывающего.
Центробежные насосы бывают:

• Одноступенчатые, у который одно рабочее колесо.
• Многоступенчатые, имеют несколько рабочих колес.

При этом принцип работы во всех случаях одинаков. Жидкость, под действием на нее центробежной силы, развивающейся за счет вращающегося рабочего колеса, начинает движение.

Как классифицируются центробежные насосы

Инструкция по классификации центробежных насосов включает:

• Количество ступеней или рабочих колес:

1. одноступенчатые насосы;
2. многоступенчатые, с несколькими колесами.

• Расположение оси колес в пространстве:

1. горизонтальное;
2. вертикальное.

• Давление:

1. низкое давление, до 0,2 МПа;
2. среднее, от 0,2 до 0,6 МПа;
3. высокое, более 0,6 МПа.

• Способ подвода жидкости к рабочему элементу:

1. с односторонним входом;
2. двухсторонним входом или двойным всасыванием;
3. закрытые;
4. полузакрытые.

• Способ разъема корпуса:

1. горизонтальный;
2. вертикальный разъем.

• Способ отвода жидкости из рабочей зоны в канал корпуса:

1. спиральный. Здесь жидкость сразу отводится в спиральный канал;
2. лопаточный. В этом случае жидкость проходит сначала через специальное устройство, которое называется направляющим аппаратом и представляет собой неподвижное колесо с лопатками.

• Коэффициент быстроходности:

1. тихоходные насосы;
2. нормальные;
3. быстроходные.

• Функциональное назначение:

1. для водопроводов;
2. канализации;
3. щелочные;
4. нефтяные;
5. терморегулирующие и многие другие.

• Способ соединения с двигателем:

1. приводные, в системе имеются редуктор или шкив;
2. соединение с электродвигателем при помощи муфты.

• КПД насоса.
• Способ расположения насоса по отношению к поверхности воды:

1. поверхностные;
2. глубинные;
3. погружные.

Особенности рабочего колеса устройства

Совет: Своевременная замена изношенного рабочего колеса, увеличит срок эксплуатации центробежного насоса.

Рабочее колесо преобразует энергию вращения вала в давление, которое создается внутри корпуса устройства, где перекачивается жидкость. Гидродинамический расчет рабочего колеса центробежного насоса по заданным требованиям производится для определения размера проточной или внутренней и внешней части колеса, формы и количество лопаток.
Подробно как выполняется расчет элемента можно узнать на видео в этой статье.

Форма колеса и его конструктивные размеры обеспечивают элементу необходимую механическую прочность и технологичность изготовления:

• Возможность получить качественную отливку.
• Обеспечить дальнейшее соблюдение техпроцесса механической обработки.

При выборе материала к нему должны предъявляться такие требования:

• Стойкость к действию коррозии.
• Химическая стойкость к воздействию элементов прокачиваемой жидкости.
• Стойкость к требуемому режиму работы устройства.
• Длительный срок эксплуатации, согласно паспортным характеристикам.

Чаще всего для изготовления рабочего колеса берется чугун марок СЧ20 – СЧ40.
При работе с вредными химическими веществами и коррозионно-агрессивными средами, рабочее колесо и корпус центробежного насоса изготавливаются из нержавеющей стали. Для работы устройства в напряженных режимах, которые включают: длительный срок включения; жидкость для перекачивания содержит механические примеси; высокий напор, для изготовления колес берется хромистый чугун ИЧХ, как показано на фото.

Как выполнить обточку рабочего колеса

При эксплуатации, иногда, приходится к конкретным условиям приспосабливать характеристики насосов. В этом случае лучше всего уменьшить наружный диаметр D 2 колеса сделав его подрезку. (рис. 1) .

Рис. 1. Схемы доработки рабочего колеса устройства
а) центробежного
б) осевого
При подрезке рабочих элементов центробежных насосов перемену параметров насоса приближенно можно рассчитать по уравнениям подобия:

• где Q — номинальные подача;
• H – напор;
• N – мощность;
• D 2 — наружный диаметр (до обрезки колеса);
• Q’, H’, N’, D’ 2 те же обозначения, после обрезки.

На рис. 2 указаны рабочие размеры колеса после окончания его обточки. Как видно, после этого процесса существенно расширяется подача и напор для насосов этого типа.

На КПД практически не сказывается уменьшение диаметра от первоначального на 10…15 % для устройств с n s = 60…120. При более повышении n s снижение КПД будет существенным, что видно по рис. 3.

Как изменяются параметры при подрезке элемента для осевых насосов можно рассчитать по формулам:

• где Q — номинальные подача;
• H – напор;
• D 2 — наружный диаметр элемента;
• d — диаметр втулки (до обрезки колеса);
• Q’, H’, D’ 2 — те же обозначения, после обрезки.

Подачу осевого насоса уменьшить можно и заменой рабочего колеса другим, с теми же лопатками и большим диаметром втулки. В этом случае напорная характеристика насоса пересчитывается по формулам: где d’ — больший диаметр втулки.
У центробежных насосов(см.

Рис. 5. Схема изменения лопаток рабочего колеса насоса

Совет: При выполнении таких операций цена центробежного насоса будет значительно снижена, чем при покупке нового устройства.

Использование центробежных насосов в исправном состоянии увеличивает их срок эксплуатации, что значительно снижает затраты при перекачке жидкости.

Насосы уже давно вошли в нашу жизнь, причем отказ от них не представляется возможным в большинстве отраслей. Существует большое количество разновидностей этих устройств: у каждого свои особенности, конструкция, назначение и возможности.

Наиболее распространенные — центробежные - агрегаты оснащены рабочим колесом, которое является главной деталью, передающей энергию, поступающую от двигателя. Диаметр (внутренний и наружный), форма лопаток, ширина колеса – все эти данные являются расчетными.

Типы и особенности

Большинство насосов осуществляют свою работу с использованием одного или нескольких зубчатых или плоских колес. Передача движения происходит за счет вращения по змеевику или трубе, после чего жидкость выдается в отопительную или водопроводную систему.

Можно выделить такие типы рабочих колес центробежных насосов:

• Открытые – обладают низкой производительностью: КПД составляет до 40 процентов. Конечно, некоторые землесосные снаряды до сих пор используют такие агрегаты. Ведь они обладают высокой стойкостью к засорению, при этом их легко защитить, используя стальные накладки. Добавляется к этому еще и упрощенный ремонт рабочих колес насосов.
• Полузакрытые – используются для перекачки или передачи жидкости с низкой кислотностью и содержанием небольшого количества абразива в крупных грунтовых агрегатах. Такие элементы оснащены диском со стороны, противоположной всасыванию.
• Закрытые – современный и наиболее оптимальный вид насосов. Используется для подачи или перекачки сточных или чистых вод, продуктов нефтепереработки . Особенность такого типа колес в том, что на них может быть разное количество лопаток, находящихся под разными углами. Такие элементы имеют самый высокий КПД, этим и объясняется высокая востребованность. Колеса сложнее защитить от износа и ремонтировать, однако они имеют высокую прочность.

Чтобы было удобнее выбирать и различать, на каждом насосе имеется маркировка, позволяющая правильно подобрать для него рабочее колесо. Во многом тип определяется объемом передаваемых жидкостей, при этом используются и разные двигатели.

Что касается количества рабочих лопаток в колесе, то это число колеблется от двух до пяти, реже используется шесть штук. Иногда на внешней части дисков закрытых колес делаются выступы, которые могут быть радиальными или повторяющими очертания лопаток.

Рабочее колесо насоса зачастую производится цельнолитым. Хотя, например, в Соединенных Штатах этот элемент крупного грунтового агрегата делается сварным из литых составляющих. Иногда рабочие колеса изготавливаются с отъемной ступицей, создаваемой из мягкого материала.

В этом элементе может быть сквозное отверстие для обработки.

Отверстие в ступице для посадки на вал может быть коническим или цилиндрическим. Последний вариант позволяет более точно закреплять положение рабочего колеса. Но при этом поверхности нуждаются в очень тщательной обработке, да и снять колесо при цилиндрической посадке сложнее.

При конической посадке высокая точность обработки не требуется. Важно лишь соблюсти конусность, которая в основном находится в границах от 1:10 до 1:20.

Но есть и недостаток такого подхода в закреплении: отмечается значительное биение колеса, что вызывает повышенный износ, особенно при сальниковом уплотнении. При этом положение колеса относительно улитки в продольном направлении является менее точным – еще один минус.

Хотя, конечно, некоторые конструкции позволяют устранить этот недостаток путем перемещения вала в продольном направлении.

Рабочее колесо водяного насоса соединяется с валом при помощи шпонки призматической формы, изготовленной из углеродистой стали.

Современные землесосы все чаще использует другой вид фиксации рабочего колеса с валом – винтовой. Конечно, есть определенные сложности в создании, однако эксплуатация намного упрощается.

Такое решение применяется в крупных грунтовых насосах серии Гр (отечественного производства), а также в агрегатах американского и голландского происхождения.

На рабочее колесо центробежного насоса действуют большие силы – результат:

• изменения давления на зону колеса против ступицы;
• изменения направления потока внутри колеса;
• разности давлений на задний и передний диски.

Если в ступице есть сквозные отверстия, осевая сила больше всего воздействует на хвостовик вала. Если же отверстия несквозные, сила направлена больше на болты, которые используются для фиксации с кольцом валом.

• Вихревые и центробежно-вихревые насосы. Колесо центробежного насоса – диск с радиально расположенными лопатками, число которых находится в пределах 48-50 штук, имеющий высверленные отверстия. Рабочего колесо может изменять направление вращения, однако при этом требуется изменение назначения патрубков.
• Лабиринтные насосы. По принципу действия такие агрегаты схожи с вихревыми. В этом случае рабочее колесо изготавливается в виде цилиндра. На внутренней и внешней поверхности имеются винтовые каналы противоположного направления. Между гильзой корпуса и колесом есть зазор в размере 0,3-0,4 мм. Когда колесо вращается, с гребня канала образуются вихри.

Обточка колеса

Обточка рабочего колеса центробежного насоса позволяет уменьшить диаметр для снижения напора, при этом эффективность гидравлики насоса не ухудшается. При малом снижении КПД довольно существенно увеличивается подача и напор.

Обточка применяется тогда, когда характеристика насоса не отвечает текущим условиям функционирования в определенных пределах, при этом параметры системы остаются неизменными, а выбрать агрегат по каталогу не удается.

Количество обточек, которые создаются производителем, не превышает двух.

Размер обточки находится в диапазоне 8-15% от диаметра колеса. И только в крайних случаях этот показатель может быть увеличен до двадцати.

В турбинных насосах обтачиваются лопатки, а в спиральных – еще и диски колеса. Данные производительности, напора, мощности и коэффициента быстроходности при процедуре определяются так:

• G 2 = G 1 D 2 /D 1 ;
• H 2 = H 1 (D 2 /D 1) 2 ;
• N 2 = N 1 (D 2 /D 1) 3 ;
• n s2 = n s1 D 1 /D 2 ,

где индексами обозначены данные до (1) и после (2) обточки.

При этом происходят такие изменения в зависимости от изменения коэффициента быстроходности колеса: 60-120; 120-200; 200-300:

• снижение КПД на каждые десять процентов обточки: 1-1,5; 1,5-2, 2-2,5 процентов;
• уменьшение нормального диаметра колеса: 15-20; 11-15; 7-11 процентов.

Расчет колеса центробежного насоса позволяет определить коэффициент быстроходности по формуле:

1. (√Q 0 / i) / (H 0 / j)¾.
2. n s = 3.65 n * (результат первого пункта).

где j – число ступеней; i – коэффициент, зависящий от вида рабочего колеса (с двухсторонним входом жидкости – 2, с односторонним входом жидкости — 1); H 0 – оптимальный напор, м; Q 0 – оптимальная подача, м 3 /с; n – частота вращения вала, об/мин.

Расчет рабочего колеса центробежного насоса выполнять самостоятельно не рекомендуется — работа это ответственная и требует внимания специалистов.

Ремонт и замена

При некачественно изготовленном элементе создается неравномерная нагрузка, что провоцирует нарушение равновесия проточных частей. А это, в свою очередь, приводит к дисбалансу ротора. Если возникла подобная проблема, необходима замена рабочего колеса.

Эта процедура включает такие действия:

1. Разборка насосной части.
2. Выпрессовка, замена колеса или нескольких колес (в зависимости от конструкции).
3. Проверка остальных элементов насоса.
4. Сборка агрегата.
5. Тестирование характеристик устройства при нагрузке.

Процедура ремонта элемента может стоить от 2000 рублей. Купить рабочее колесо центробежного насоса можно от 500 рублей — само собой, за самый небольшой вариант.

Устройство в работе (видео)

2.1. Устройство рабочего колеса

На рисунке 4 приведен продольный разрез (вдоль оси вала) рабочего колеса центробежного насоса. Межлопастные каналы колеса образуются двумя фасонными дисками 1, 2 и несколькими лопастями 3. Диск 2 называется основным (ведущим) и составляет одно единое целое со ступицей 4. Ступица служит для жесткой посадки колеса на вал 5 насоса. Диск 1 называется покрывающим или передним. Он составляет единое целое с лопастями в насосах.

Рабочее колесо характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром входа D 0 потока жидкости в колесо, диаметрами входаD 1 и выходаD 2 с лопатки, диаметрами валаd в и ступицыd ст , длиной ступицыl ст , шириной лопатки на входеb 1 и выходеb 2 .

d стd в

l ст

Рисунок 4

2.2. Кинематика потока жидкости в колесе. Треугольники скоростей

Жидкость подводится к рабочему колесу в осевом направлении. Каждая частица жидкости движется с абсолютной скоростью с .

Попав в межлопастное пространство, частицы принимают участие в сложном движении.

Движение частицы, вращающейся вместе с колесом, характеризуется вектором окружной (переносной) скорости u . Эта скорость направлена по касательной к окружности вращения либо перпендикулярно к радиусу вращения.

Частицы перемещаются также относительно колеса, и это движение характеризуется вектором относительной скорости w , направленной по касательной к поверхности лопатки. Эта скорость характеризует движение жидкости относительно лопатки.

Абсолютная скорость движения частиц жидкости равна геометрической сумме векторов окружной и относительнойr скоростей

c = w+ u.

Эти три скорости образуют треугольники скоростей, которые можно построить в любом месте межлопастного канала.

Для рассмотрения кинематики потока жидкости в рабочем колесе принято строить треугольники скоростей на входной и выходной кромках лопатки. На рисунке 5 приведен поперечный разрез колеса насоса, на котором построены треугольники скоростей на входе и выходе межлопастных каналов.

w 2β 2

Рисунок 5

В треугольниках скоростей угол α – это угол между векторами абсолютной и окружной скоростей, β – угол между вектором относительной и обратным продолжением вектора окружной скорости. Углы β1 и β2 называются углами входа и выхода с лопатки.

Окружная скорость жидкости равна

u = π 60 Dn,

где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин.

Для описания потока жидкости используются также проекции скоростей с u ис r . Проекцияс u – это проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости,с r – проекция абсолютной скорости на направление радиуса (меридиональная скорость).

Из треугольников скоростей следует
с1 u = с1 cos α 1 ,	с2 u = с2 cos α 2 ,
с 1r= с 1sin α 1,	с 2r= с 2sin α 2.

Треугольники скоростей удобнее строить вне рабочего колеса. Для этого выбирается система координат, в которой вертикальное направление совпадает с направлением радиуса, а горизонтальное – с направлением окружной скорости. Тогда в выбранной системе координат треугольники входа (а) и выхода (б) имеют вид, показанный на рисунке 6.

			с 2r

Рисунок 6

Треугольники скоростей позволяют определить величины скоростей и проекций скоростей, необходимых для расчета теоретического напора жидкости на выходе колеса нагнетателя

H т = u2 c2 u g − u1 c1 u .

Данное выражение называется уравнением Эйлера. Действительный напор определяется выражением

Н = µ ηг Н т ,

где µ – коэффициент, учитывающий конечное число лопастей, ηг – гидравлический КПД. В приближенных расчетах µ ≈ 0,9. Более точное его значение рассчитывается по формуле Стодолы.

2.3. Типы рабочих колес

Конструкция рабочего колеса определяется коэффициентом быстроходности n s , который является критерием подобия для нагнетательных устройств и равен

n Q n s = 3,65 H 3 4 .

В зависимости от величины коэффициента быстроходности рабочие колеса разделяют на пять основных типов, которые показаны на рисунке 7. Каждому из приведенного типа колеса соответствуют определенные форма колеса и соотношение D 2 /D 0 . При малыхQ и большихH , соответствующих малым значениямn s , колеса имеют узкую проточную полость и самое большое отношениеD 2 /D 0 . С увеличениемQ и уменьшениемH (n s возрастает) пропускная способность колеса должна расти, и поэтому его ширина увеличивается. Коэффициенты быстроходности и соотношенияD 2 /D 0 для различных типов колес приведены в табл. 3.

Рисунок 7

		Таблица 3
Коэффициенты быстроходности и соотношения D 2 /D 0 для колес
	различной быстроходности
Тип колеса	Коэффициент бы-	Соотношение D 2 /D 0
	строходности n s
Тихоходное	40÷ 80
Нормальной	80÷ 150
быстроходности
Быстроходное	150÷ 300	1,8 ÷ 1,4
Диагональное	300÷ 500	1,2 ÷ 1,1
	500 ÷ 1500

2.4. Упрощенный способ расчета рабочего колеса центробежного насоса

Заданы производительность насоса, давления на поверхностях всасываемой и нагнетаемой жидкости, параметры подключенных к насосу трубопроводов. Задача состоит в расчете колеса центробежного насоса, и включает в себя расчет основных его геометрических размеров и скоростей в проточной полости. Необходимо также определить предельную высоту всасывания, обеспечивающую бескавитационный режим работы насоса.

Начинается расчет с выбора конструктивного типа насоса. Для подбора насоса необходимо рассчитать его напор Н . По известнымН иQ , используя полные индивидуальные либо универсальные характеристики, приведенные в каталогах или литературных источниках (например , подбирается насос. Выбирается частота вращенияn вала насоса.

Для определения конструктивного типа рабочего колеса насоса рассчитывается коэффициент быстроходности n s .

Определяется полный КПД насоса η =η м η г η о . Механический КПД принимается в пределах 0,92-0,96. У современных насосов значенияη о лежат в пределах 0,85-0,98, аη г – в пределах 0,8- 0,96.

Коэффициент полезного действия η о можно рассчитать по ориентировочному выражению

d в = 3 М (0,2 τ доп ) ,

				η0 =
						1 + аn − 0.66
	Для расчета гидравлического КПД можно использовать фор-
				ηг =1 −
					(lnD			− 0,172) 2
где D 1п – приведенный диаметр на входе, соответствующий живому
				рабочее колесо и				определяемый выражением
		D 2 − d		D 0 иd ст – соответственно диаметр входа жид-

кости в рабочее колесо и диаметр ступицы колеса. Приведенный диаметр связан с подачей Q иn соотношениемD 1п = 4,25 3 Q n .

Потребляемая мощность насоса равна N в = ρ QgH η . Она связана с крутящим моментом, действующим на вал, соотношениемM = 9,6 N в / n . В данном выражении единицы измеренияn –

На вал насоса в основном действует скручивающее усилие, обусловленное моментом М, а также поперечные и центробежные силы. По условиям скручивания диаметр вала рассчитывается по формуле

где τ - напряжение кручения. Его величина может задаваться в диа-

пазоне от 1,2·107 до 2,0·107 Н/м2 .

Диаметр ступицы принимается равным d ст = (1,2÷ 1,4)d в , ее длина определяется из соотношенияl ст = (1÷ 1,5)d ст .

Диаметр входа в колесо насоса определяется по приведенному

диаметру D 0 = D 1п = D 1п + d ст (D 02 − d ст2 ) η о.

Угол входа находится из треугольника скоростей входа. Предполагая, что скорость входа потока жидкости в рабочее колесо равна скорости входа на лопатку, а также при условии радиального входа, т.е. с0 = с1 = с1 r , можно определить тангенс угла входа на лопатку

tg β1 =c 1 . u 1

С учетом угла атаки i угол лопасти на входеβ 1 л =β 1 + i . Потери

энергии в рабочем колесе зависят от угла атаки. Для отогнутых назад лопаток оптимальный угол атаки лежит в диапазоне от -3 ÷ +4o .

Ширина лопасти на входе определяется на основании закона сохранения массы

b 1 = πQ µ,

D 1c 1 1

где µ 1 – коэффициент стеснения входного сечения колеса кромками лопастей. В ориентировочных расчетах принимаетсяµ 1 ≈ 0,9.

При радиальном входе в межлопастные каналы (c1u = 0) из уравнения Эйлера для напора можно получить выражение для окружной скорости на выходе колеса

ctgβ

ctgβ

Центробежный насос для воды, как один из видов динамических гидравлических устройств, применяется в водоснабжении, энергетической промышленности, водоотведении, автомобилестроении, теплоснабжении и других областях при перекачивании любых жидкостей, таких как вода, агрессивные химические реагенты, кислоты, топливо, сточные воды.

Устройство центробежного насоса представляет собой герметичный спиральный корпус, являющийся рабочей камерой, внутри которой жестко закреплен вал с рабочим колесом. Собранное устройство способно осуществлять работу, только если все его полости заполнены водой еще до запуска.

Центробежные насосы имеют такие основные узлы, как:

• корпус;
• всасывающий патрубок;
• нагнетательный патрубок;
• рабочее колесо;
• рабочий вал;
• подшипники;
• сальники;
• направляющее устройство;
• кожух.

Читайте также:

Корпус (статор), всасывающий и нагнетательный патрубки

Корпус центробежного насоса является несущим элементом всей конструкции, он представляет собой стальную или чугунную чашу, внутри которой будет помещаться крыльчатка. Корпус имеет два отверстия: всасывающее с нижней стороны и выбрасывающее сбоку на ребре корпуса. На него крепятся все остальные детали. Чаще всего он бывает литым, спиральной формы, обусловленной гидродинамическими особенностями, необходимыми для придания жидкости правильного направления в ходе работы насоса. Корпус бывает как отдельным элементом конструкции с присоединяемыми патрубками, так и литым (в этом случае патрубки и корпус могут представлять собой единый блок). Кронштейн, с помощью которого вся конструкция крепится к какой-либо плоскости, является частью корпуса.

В нижнюю часть корпуса насоса ввинчивается всасывающий (принимающий) патрубок, необходимый для подачи воды внутрь рабочей камеры. Через этот патрубок насос соединяется с трубопроводом, погруженным в водоем либо другой источник жидкости, из которого будет происходить забор. В зависимости от конструкции, всасывающий патрубок может быть как литой частью корпуса насоса, так и отделяющейся.

На боковой стороне корпуса находится нагнетательный (отдающий) патрубок, осуществляющий выброс воды из рабочей камеры насоса. К нагнетательному патрубку будет подсоединяться напорный трубопровод, идущий к потребителю. Патрубок является литой частью корпуса.

Рабочее колесо (ротор)

Основным элементом, совершающим полезную работу в насосе, является рабочее колесо (крыльчатка).

Крыльчатка изготавливается из чугуна, меди или стали. Ротор состоит из двух соединенных дисков, между которых от центра к краям располагаются лопатки, изогнутые против оси вращения колеса. Центральная часть конструкции, имея отверстие (горловину) на одной из его сторон, равное по диаметру всасывающему патрубку, плотно прилегает к его входу для осуществления непосредственного контакта лопаток со всасываемой водой. Колесо помещено внутрь чаши корпуса и полностью «заполняет» собой рабочую камеру, что исключает щелевой переток жидкости, оставляя свободное пространство только в желобах диска.

Большая часть воды во время работы скапливается между лопастей, что позволяет ей при вращении колеса разбегаться от центра к краям под действием возникающей центробежной силы, без снижения напора. Отброшенная от центра вода образует у периферии повышенное давление и вытесняется через нагнетательный патрубок наружу, в то время как возникающее у центра диска разрежение всасывает жидкость через входной трубопровод, и поэтому перекачивание воды происходит постоянно. В некоторых моделях высокопроизводительных центробежных насосов на валу крепится несколько колес. Насосы этого типа называются многоступенчатыми. Для перекачки агрессивных химических веществ рабочее колесо может изготавливаться из керамики, каучука или других устойчивых материалов.

Рабочие колеса бывают нескольких видов:

• закрытого типа;
• открытого типа (где лопасти открыты и располагаются на одном диске);
• штампованные;
• литые;
• клепаные.

Открытые крыльчатки отличаются от закрытых расположением лопастей только на одном диске, без покрывающего. Эти крыльчатки применяются при низких давлениях и при перекачивании чрезмерно густых и загрязненных суспензий, что позволяет иметь свободный доступ к лопаткам для их очистки. В простых насосах колесо закрытое, при этом оба диска с лопатками изготавливаются в виде монолитной детали. Для больших, тяжелых насосов колесо изготавливается методом штамповки из стали. В зависимости от скоростей вращения, предусмотренная форма лопаток может быть как прямой, так и под углом. Для высокоскоростных насосов, для повышения производительности, лопатки начинаются от втулки. На вал такое колесо крепится шпонками. Клепаные же крыльчатки применяются в бытовых водяных насосах малой мощности.

Вал рабочего колеса

Вращательный момент передается рабочему колесу через вал, на котором колесо жестко закреплено.

Вал изготавливается из кованой стали, а для повышенной нагрузки — из легированной, со сплавом ванадия, хрома или никеля. Для работы с кислотами вал делается из нержавеющей стали. Сам вал устанавливается на подшипниках, это необходимо во избежание перекосов и вибраций насоса во время работы.

Вал рабочего колеса является едва ли не самой восприимчивой к повреждениям деталью. Вибрации, появляющиеся в результате неправильной балансировки вала, могут привести к неустойчивой работе или даже к разрушению насоса. Из-за большой скорости вращения рабочие валы агрегата изготавливаются с учетом критических оборотов.

Рабочие валы бывают следующих видов:

• жесткие;
• гибкие;
• слитные (рабочий вал насоса является одновременно валом двигателя).

Жесткий вал делается для спокойных режимов работы, когда не предъявляется высоких требований к эксплуатации и нет скоростей, превышающих допустимые. Гибкие валы применяются там, где необходима стабильность при возможном частом превышении критических оборотов. Небольшая разбалансировка масс при вращении способна привести к колебаниям и вызвать прогиб, разрушительный для вала. Вал должен быть хорошо сбалансирован статически, а в некоторых случаях динамически при помощи специальных станков. Слитный вал применяется в бытовых насосах, в этом случае крыльчатка крепится прямо на ротор электродвигателя.

Остальные составляющие центробежных насосов

Подшипники рабочего вала — необходимый элемент конструкции. Подшипники для насосов изготавливаются со вкладышами из чугуна, залитыми баббитом. Смазываются густой либо жидкой смазкой. В некоторых случаях в подшипниках предусмотрено водяное охлаждение масла. Охлаждение смазочного материала осуществляется как с помощью водяной рубашки, так и через змеевик.

В насосах могут применяться не только роликовые и шариковые, но и резиновые, текстолитовые и другие подшипники. Это тип подшипников на водяной смазке.

Задняя стенка (кожух) относится к корпусу. Она устанавливается непосредственно на корпус. Герметизация кожуха осуществляется путем прокладывания между стенкой и корпусом насоса резиновой прокладки, которая предотвратит проникновение внутрь воздуха, что может нарушить нормальную работу конструкции и снизить производительность насоса из-за падения разрежения. Чтобы в двигатель из рабочей камеры не проникла вода, на валу в месте его стыка с задней стенкой, в гнезде посажено уплотнение (сальник).

Направляющий аппарат представляет собой статичный диск с бороздками, направленными в противоположную сторону от вращения ротора. Направляющий аппарат необходим для уменьшения скорости воды на выходе из колеса и частичной трансформации энергии этой скорости в давление. В большинстве обычных насосов направляющий аппарат отлит из чугуна, а в специализированных — из бронзы или стали. Для бытовых насосов он может быть изготовлен из алюминия или пластмассы.

Сальники изготавливаются с мягкой набивкой из асбестового шнура, бумаги или хлопка. Набивка пропитывается салом на графите. Со стороны всасывания сальник делается с водяным затвором. Устройство такого сальника представляет собой муфту с уплотняющим кольцом, к которому подводится жидкость из нагнетательного трубопровода, предотвращая попадание воздуха внутрь рабочей камеры. В химических насосах затвор осуществляется жидкостью, подводящейся извне. Для перекачивания высокотемпературных жидкостей сальники должны иметь охлаждаемую конструкцию.