В этой статье мы постарались собрать все возможные принципы работы насосов. Часто, в большом разнообразии марок и типов насосов достаточно трудно разобраться не зная как работает тот или иной агрегат. Мы постарались сделать это наглядным, так как лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.
В большинстве описаний работы насосов в интернете есть только разрезы проточной части (в лучшем случае схемы работы по фазам). Это не всегда помогает разобраться в том как именно функционирует насос. Тем более, что не все обладают инженерным образованием.
Надеемся, что этот раздел нашего сайта не только поможет вам в правильном выборе оборудования, но и расширит ваш кругозор.
С давних времен стояла задача подъема и транспортировки воды. Самыми первыми устройствами такого типа были водоподъемные колеса. Считается, что их изобрели Египтяне.
Водоподъемная машина представляла собой колесо, по окружности которого были прикреплены кувшины. Нижник край колеса был опущен в воду. При вращении колеса вокруг оси, кувшины зачерпывали воду из водоема, а затем в верхней точке колеса, вода выливалась из кувшинов в специальный приемный лоток. для вращения устройства применялать мускульная сила человека или животных.
Архимед (287–212 гг. до н. э.), великий ученый древности, изобрел винтовое водоподъемное устройство, позже названное в его честь. Это устройство поднимало воду с помощью вращающегося внутри трубы винта, но некоторое количество воды всегда стекало обратно, т. к. в те времена эффективные уплотнения были неизвестны. В результате, была выведена зависимость между наклоном винта и подачей. При работе можно было выбрать между большим объемом поднимаемой воды или большей высотой подъема. Чем больше наклон винта, тем больше высота подачи при уменьшении производительности.
Первый поршневой насос для тушения пожаров, изобратенный древнегреческим механиком Ктесибием, был описан еще в 1 веке до н. э. Эти насосы, по праву, можно считать самыми первыми насосами. До начала 18 века насосы этого типа использовались довольно редко, т.к. изготовленные из дерева они часто ломались. Развитие эти насосы получили после того, как их начали изготавливать из металла.
С началом промышленной революции и появлением паровых машин, поршневые насосы стали использовать для откачки воды из шахт и рудников.
В настоящее время, поршневые насосы используются в быту для подъема воды из скважин и колодцев, в промышленности - в дозировочных насосах и насосах высокого давления.
Существуют и поршневые насосы, объединенные в группы: двухплунжерные, трехплунжерные, пятиплунжерные и т.п.
Принципиально отличаются количеством насосов и их взаимным расположением относительно привода.
На картинке вы можете увидеть трехплунжерный насос.
Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века.
Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода.
Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев.
Конструкция:
Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении
Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон ("гармошку"), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей.
Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена).
Основное применение - выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п.
Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса.
Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость "на сухую", т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью.
Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой.
Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.
Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.
Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность.
Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров).
Принцип действия:
Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.
Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления.
Принцип действия:
Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается.
При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разряжение на входе, обеспечивая всасывание жидкости.
Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания.
При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса.
Кулачковые (коловратные или роторные) насосы предназначены для бережной перекачки вызких продуктов, содержащих частицы.
Различная форма роторов, устанавливаемая в этих насосах, позволяет перекачивать жидкости с большими включениями (например, шоколад с цельными орехами и т.п.)
Частота вращения роторов, обычно, не превышает 200...400 оборотов, что позволяет производить перекачивание продуктов не разрушая их структуру.
Применяются в пищевой и химической промышленности.
На картинке можно посмотреть роторный насос с трехлепестковыми роторами.
Насосы такой конструкции применяются в пищевом производстве для бережной перекачки сливок, сметаны, майонеза и тому подобны жидкостей, которые при перекачивании насосами других типов могут повреждать свою структуру.
Например, при перекачке центробежным насосом (у которого частота вращения колеса 2900 об/мин) сливок, они взбиваются в масло.
Импеллерный насос (ламельный, насос с мягким ротором) является разновидностью пластинчато-роторного насоса.
Рабочим органом насоса является мягкий импеллер, посаженый с эксцентриситетом относительно центра корпуса насоса. За счет этого при вращении рабочего колеса изменяется объем между лопастями и создается разряжение на всасывании.
Что происходит дальше видно на картинке.
Насосы являются самовсасывающими (до 5 метров).
Преимущество - простота конструкции.
Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения.
Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание).
Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.
Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу.
Принцип работы:
На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок).
При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок.
Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.
Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).
Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.
Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.
Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.
Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц.
Преимущества винтовых насосов:
- самовсасывание (до 7...9 метров),
- бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта,
- возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы,
- возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости.
Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности.
Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг.
Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание.
Принцип работы:
При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга.
Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью).
Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры.
Принцип действия:
Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.
При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора.
Газлифт (от газ и англ. lift - поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами.
В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них - буровая скважина или резервуар, а другой - труба, в которой находится газожидкостная смесь.
Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос.
Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц.
Принцип работы:
Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.
Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.
Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны
Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек.
Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека).
Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п.
Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга)
Центробежный насос
Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы.
Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок.
Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов - износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины.
Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления.
Многосекционный насос
Многосекционные насосы - это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе.
Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм.
По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес.
(по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов).
Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления.
Трехвинтовой насос
Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта - до 1500 сСт. Тип насоса объемный.
Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка.
Насосы этого типа применяются:
- на судах морского и речного флота, в машинных отделениях,
- в системах гидравлики,
- в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов.
Струйный насос
Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса.
Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей.
Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения).
для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.
Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды - водоструйными насосами.
Насосы, отсасывающие вещество и создающие разряжение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением - инжекторами.
Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении.
Принцип работы гидротаранного насоса:
По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды.
Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию.
Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется.
Спиральный вакуумный насос
Спиральный вакуумный насос представляет собой объёмный насос внутреннего сжатия и перемещения газа.
Каждый насос состоит из двух высокоточных спиралей Архимеда (серповидные полости) расположенных со смещением в 180° друг относительно друга. Одна спираль неподвижна, а другая крутится двигателем.
Подвижная спираль совершает орбитальное вращение, что приводит к последовательному уменьшению газовых полостей, по цепочке сжимая и перемещая газ от периферии к центру.
Спиральные вакуумные насосы относятся к категории «сухих» форвакуумных насосов, в которых не используются вакуумные масла для уплотнения сопряженных деталей (нет трения - не нужно масло).
Одной из сфер применения данного вида насосов являются ускорители частиц и синхротроны, что само по себе уже говорит о качестве создаваемого вакуума.
Ламинарный (дисковый) насос
Ламинарный (дисковый) насос является разновидностью центробежного насоса, но может выполнять работу не только центробежных, но и прогрессивных полостных насосов, лопастных и шестеренчатых насосов, т.е. перекачивать вязкие жидкости.
Рабочее колесо ламинарного насоса представляет собой два и более параллельных диска. Чем больше расстояние между дисками, тем более вязкую жидкость может перекачивать насос. Теория физики процесса: в условиях ламинарного течения слои жидкости движутся с различной скоростью по трубе: слой, наиболее близкий к неподвижной трубе (так называемый пограничный слой), течёт медленнее, чем более глубокие (близкие к центру трубы) слои текущей среды.
Аналогично, когда жидкость поступает в дисковый насос, на вращающихся поверхностях параллельных дисков рабочего колеса образуется пограничный слой. По мере вращения дисков энергия переносится в последовательные слои молекул в жидкости между дисками, создавая градиенты скорости и давления по ширине условного прохода. Эта комбинация граничного слоя и вязкого перетаскивания приводит к возникновению перекачивающего момента, который «тянет» продукт через насос в плавном, почти не пульсирующем потоке.
*Информация взята из открытых источников.
Насосы – это машины, в которых производится преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, в результате чего происходит ее перемещение.
В пищевых производствах насосы являются одними из самых распространенных видов оборудования, надежная работа которых обеспечивает непрерывность технологического процесса. Насосы используют для перекачивания жидкостей с разными физико-химическими свойствами (молочных продуктов, пасты, сыворотки, спирта и.т.п.) при различных температурах.
От параметров перекачиваемой жидкости во многом зависит тип и надежность работы насоса.
По принципу действия все насосы (рис. 2.23) делят на две большие группы – объемные, динамические, а также эрлифты и монтежю, в которых для перемещения жидкости используется энергия сжатого воздуха.
Объемные насосы. Для транспортировки жидкостей при высоких давлениях применяют объемные насосы. На рис. 2.24 показаны схемы объемных насосов. К объемным насосам с возвратно-поступательным движением рабочего органа относятся поршневые, плунжерные, диафрагменные. С вращательным движением рабочего органа - ротационные, одно-, двух- и трехвинтовые, шестеренчатые.
Принцип действия объемных насосов состоит в вытеснении некоторого количества жидкости из рабочего объема машины. Энергия жидкости в них повышается в результате увеличения давления. В объемных насосах подача (производительность) не зависит от напора. Подача пропорциональна скорости перемещения рабочего органа или числу циклов в единицу времени. Объемные насосы являются самовсасывающими в отличие от динамических насосов. Их используют для перекачивания высоковязких жидкостей, жидкостей с большим содержанием газов и плохо текучих продуктов.
Динамические насосы. В насосах этого типа энергия жидкости увеличивается благодаря взаимодействию лопаток рабочего колеса и перемещающегося потока. Под действием вращающихся лопаток жидкость приводится во вращательное и поступательное движение. При этом ее давление и скорость возрастают по мере движения в рабочем колесе.
В динамическом насосе увеличивается доля кинетической энергии в связи с увеличением скорости потока на выходе из рабочего колеса.
К динамическим насосам относятся вихревые, центробежные, диагональные, осевые насосы. Именно в таком порядке возрастают подачи насосов и уменьшаются создаваемые напоры.
Рис. 2.23. Классификация насосов
Рис. 2.24. Схемы конструкций объемных насосов:
а) плунжерный; б) диафрагменный; в) ротационный; г) шестеренчатый;
д) винтовой
Центробежные насосы . Принципиальная схема центробежного насоса приведена на рис. 2.25.
Центробежный насос (или ступень многоступенчатого насоса) состоит из подвода 1, рабочего колеса 2, ротора 3, отвода 4. Жидкость подается во входной патрубок насоса и затем в рабочее колесо, откуда под действием вращающихся лопаток нагнетается в отвод. Давление жидкости на выходе из отвода при этом становится больше, чем на входе за счет торможения потока и преобразования кинетической энергии в потенциальную энергию давления.
Рис. 2.25. Схема конструкции центробежного насоса
К достоинствам центробежных насосов можно отнести отсутствие пульсаций потока жидкости и высокую приспособляемость к различным условиям работы, благодаря применению соответствующих типов колес.
Недостатками центробежных насосов являются: ограниченный диапазон подач и напоров; низкий КПД при отклонении от номинальных режимов работы; снижение КПД с ростом вязкости перекачиваемой жидкости; зависимость подачи от противодавления и сопротивления системы; невозможность обеспечения работы с самовсасыванием жидкости в пусковой период без специальных устройств.
Вихревые насосы. Отличительная особенность этого типа насосов – вихревое движение жидкости (рис. 2.26). Многократное контактирование потока жидкости с рабочим колесом сопровождается повышенными потерями энергии, в результате чего КПД насосов не превышает 40 - 50%. Вихревые насосы в сравнении с центробежными могут удалять газы из всасывающей линии, т.е. перекачивать газожидкостные смеси, и обеспечивают самовсасывание в пусковой период.
Осевые насосы используют для создания больших подач при перекачивании загрязненной воды, вязких и мало- вязких продуктов, подпиточной и оборотной воды. По сравнению с центробежными осевые насосы (рис. 2.27) имеют большие подачи и меньшие напоры.
В пищевой промышленности широкое распространение получили, в основном, поршневые, плунжерные, ротационные и центробежные насосы.
Поршневые и плунжерные насосы отличаются более высокими КПД и создаваемыми давлениями, но ограничены производительностью.
Широкое применение для целей энергосбережения получили струйные насосы , которые успешно конкурируют с лопастными насосами при наличии сбросных высокопотенциальных потоков газа, пара и жидкостей.
Рис. 2.26. Схема конструкции вихревого насоса:
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – окно всасывания; 5 – нагнетательный патрубок; 6 – вал
Рис. 2.27. Схема конструкции осевого насоса:
1 – входной направляющий аппарат; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо;
4 – диффузор
Параметры насосов
Работа насоса и насосной установки характеризуется рядом параметров, наиболее важными из которых являются:
Подача насоса . Различают объемную и массовую подачу насоса. Объемная (массовая `M ) подача - объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в напорный патрубок в единицу времени. Объемная и массовая подачи связаны соотношением
где r - плотность жидкости.
Напор насоса - представляет собой энергию, сообщаемую насосом единице веса перемещаемой жидкости. Напор, в соответствии с уравнением Бернулли, равен разности полных напоров за насосом на линии нагнетания и на линии всасывания:
где p н и p вс - абсолютные давления на выходе и входе насоса; w н и w вс -скорости жидкости на выходе и входе насоса; z н и z вс - высоты точек замера давления, отсчитанные от произвольной горизонтальной плоскости сравнения.
Полезная мощность - мощность, сообщаемая насосом, перемещаемой жидкости:
Мощность на валу (эффективная) :
Коэффициент полезного действия представляет произведение трех коэффициентов, характеризующих отдельные виды потерь энергии в насосе :
,
где - гидравлический, объемный и механический КПД насоса, соответственно.
Таким образом, потери энергии в насосе подразделяются на гидравлические, объемные и механические.
Гидравлические потери энергии связаны с трением жидкости и вихреобразованием в проточной части. Для лопастных насосов это сопротивление подвода, рабочего колеса и отвода.
Теоретический напор H т , создаваемый насосом, больше напора действительного H на величину гидравлических потерь h г :
.
Гидравлический КПД представляет собой отношение действительного напора к теоретическому:
Объемные потери связаны с перетеканием жидкости через зазоры из области повышенного в область пониженного давления, а также утечками через уплотнения. Часть теряемой энергии учитывается объемным КПД:
где Q т - теоретическая производительность насоса; Q ут - перетечки внутри и утечки из насоса.
К механическим потерям относят трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости о нерабочие поверхности рабочих колес (дисковое трение). Величина механических потерь оценивается механическим КПД:
.
Обычно для современных центробежных насосов h г = 0,90-0,96; h об = 0,96-0,98; h мех = 0,80-0,94. Значения КПД насосов, таким образом, находятся в пределах 0,6-0,9.
Для оценки насосного агрегата в целом используется КПД агрегата (насосной установки) - h а , вычисляемый как отношение полезной мощности насоса к мощности агрегата (в случае электрического привода насоса мощность агрегата - электрическая мощность на клеммах двигателя).
Таким образом, мощность насоса при электрическом приводе
Мощность приводного двигателя выбирают с учетом возможного отклонения режима работы насоса от его номинального (паспортного) режима. Чтобы не перегружать двигатель при любых отклонениях от номинального режима и при пуске, его мощность выбирают с запасом
где коэффициент запаса мощности k =1,1-1,5 (принимается большим с уменьшением мощности насоса).
Насосная установка включает в себя насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, системы регулирования, контроля и защиты.
На рис. 2.28 приведена насосная установка на основе лопастной машины. К насосу 1 жидкость поступает из приемной емкости 2 по всасывающему трубопроводу 3. Жидкость насосом нагнетается в напорный резервуар 4 по напорному трубопроводу 5. На нагнетании насоса имеется задвижка 6, при помощи которой можно менять подачу насоса. Иногда на трубопроводе 5 устанавливают обратный клапан 7, перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий обратному току жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на всасывающем трубопроводе устанавливают задвижку 8, которую перекрывают при остановке или ремонте.
В начале всасывающего трубопровода устанавливают фильтровальную сетку 9, предохраняющую насос от попадания в него твердых частиц, и клапан 10, позволяющий залить всасывающий трубопровод и насос перед пуском.
Рис. 2.28. Насосная установка
Работа насоса может контролироваться расходомером, измеряющим производительность насоса, манометром 11, установленным на напорном трубопроводе, и мановакууметром 12, установленным на всасывающем трубопроводе, позволяющим определять напор насоса.
Рассмотрим случай, когда жидкость необходимо подавать на высоту h г из приемной емкости с давлением p 1 в напорную емкость с давлением p 2 . Запишем уравнения Бернулли для сечений 1 - 1 и 0 - 0 (сторона всасывания):
и 0 - 0 и 2 - 2 (сторона нагнетания):
Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений на всасывании и нагнетании равны:
, 
.
В связи с тем, что приемная и напорная емкости имеют большие объемы и площади резервуаров много больше площади трубопроводов, принимается, что w 1 = w 2 = 0 .
Тогда напор насоса равен:
Таким образом, напор насоса затрачивается на преодоление разности давлений в напорном и приемном резервуарах, сообщение кинетической энергии потоку жидкости на выходе из насоса (при равенстве диаметров трубопроводов на всасывании и нагнетании насосов d вс =d н , скорости на всасывании и нагнетании одинаковы w вс =w н , в этом случае второе слагаемое равно нулю), подъем жидкости на высоту и преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
Если давления в емкостях равны и трубопровод горизонтальный, напор, создаваемый насосом, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.
Напор насоса экспериментально можно определить по показаниям манометра и мановакууметра на выходе и входе насоса:
где Dh – разность в высотах расположения манометра и мановакууметра.
Характерным параметром, определяющим работу насоса на стороне всасывания, является допускаемая вакуумметрическая высота всасывания , которая определяется из уравнения Бернулли для сечений 1 – 1 и 0 – 0:
где р п – давление насыщенного пара при температуре перекачиваемой жидкости; Dp вс – потери давления во всасывающем трубопроводе.
Величина допускаемой вакуумметрической высоты всасывания связана с геометрической высотой всасывания, которая представляет собой разность высот уровня жидкости в приемном резервуаре и осью всасывающего трубопровода насоса. Если уровень жидкости в приемном резервуаре расположен выше оси всасывающего трубопровода насоса, то эту величину называют подпором (представляет отрицательную геометрическую высоту всасывания).
Классификация насосов
В рубрике «О сайте» поговорим о классификации насосного оборудования. Насосное оборудование широко используется в различных сферах промышленности и быта, исходя из этого, заводы производители насосного оборудования постоянно расширяют и совершенствуют свой ассортимент, разрабатывая и предлагая на рынок новые типы насосов различного функционального назначения и технических характеристик. Основными параметрами любого насоса не зависящими от его типа или вида, является расход и напор. Расход – это объем перекачиваемой среды в единицу времени. Измеряется в метрах кубических в час (м3/час). Напор – это максимальное давление, которое может создать насос на напорном патрубке, Напор измеряется в метрах водяного столба (м). Очень важными характеристиками насосного оборудования являются также его коэффициент полезной мощности (КПД) и потребляемая мощность (кВт). Как и всякое оборудование, насосное также имеет свои технические параметры, определяющие его класс, вид и, в конечном итоге, его стоимость.
Эта классификация будет не полной
, так как на сегодня существует много других способов классификации насосного оборудования. Мы рассмотрим наиболее часто используемые способы классификации.
Виды классификации
насосного оборудования
Как известно насосное оборудование состоит непосредственно из самого насоса и привода. На данный момент в странах СНГ нет единой межгосударственной системы для классификации и кодирования насосного оборудования. В единой системе конструкторской документации (ЕСКД) класс 6 предусматривает классификацию насосного оборудования по конструктивным и потребительским признакам. ГОСТ 17398-72 «НАСОСЫ термины и определения», который действует сейчас в России и других странах СНГ, устанавливает термины и определения на насосное оборудование и на их основные технические показатели и характеристики. Данный стандарт в рекомендательном порядке определяет виды насосов по конструктивным признакам, а также в рекомендательном порядке включает схему классификации насосов по видам, по принципу действия и по конструкции.
В связи с тем, что отсутствует единая система классификации насосного оборудования и запасных частей, традиционно на заводах производителях насосного оборудования сложились самые различные способы их классификации. В качестве примера можно выделить классификацию центробежных насосов:
по функциональному назначению в зависимости от способов эксплуатации: (подпиточные, конденсатные, циркуляционные, сетевые, судовые и т. п.);
по виду перекачиваемой среды (водяные, нефтяные, химические и др.);
по количеству рабочих колёс (одно ступенчатые насосы, двухступенчатые и многоступенчатые):
по расположению оси вала в пространстве (горизонтальные и вертикальные):
по давлению (насосы для низкого давления, среднего и высокого давления);
по способу подвода жидкости к рабочему колесу (с односторонним или двухсторонним (двойным всасыванием));
по способу соединения с приводом (с редуктором, со шкивом или соединения с помощью муфты):
по способу монтажа насоса относительно поверхности жидкости (поверхностные и погружные).
В ГОСТ 17398-72 «НАСОСЫ термины и определения» можно найти определения используемых типов насосов:
Насос – это изделие, применяемое для создания потока жидкости. В работу насос приводится при помощи приводов.
Центробежный – это лопастный насос, в котором жидкость перемещается через рабочее колесо от его центра к периферии. Данный вид насосного оборудования являются самым распространенным видом динамических машин. Они очень широко используются: в системах водоснабжения, теплоснабжения, водоотведения, в химической, в атомной, в авиационной промышленностях.
– это насос, в котором жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении. Вихревые насосы по устройству аналогичны центробежным насосам. Корпус изделия герметичен, внутри корпуса находится вал с зафиксированным на нем рабочим колесом. У колеса имеются лопатки, установленные перпендикулярно оси вращения вала, передающие жидкости механическую энергию. В результате перекачиваемая жидкость попадает в гнезда и перебрасывается в напорный патрубок насоса.
– это насос, у которого вал с рабочим колесом (колесами) расположен горизонтально, вне зависимости от расположения вала привода или передачи.
– это насос, у которого вал с рабочим колесом (колесами) расположен вертикально, вне зависимости от расположения оси привода или передачи. Горизонтальные и вертикальные насосы применяются в установках повышения давления воды для промышленного, городского или сельского водоснабжения, в автоматических насосных станциях, а также в системах полива и орошения полей.
насос – это насос, у которого рабочие органы расположены на консольной части его вала. Этот вид центробежного насоса с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, расположенному на конце вала (консоли), установленного в подшипниках корпуса насоса, удаленном от привода. Изделия комплектуются приводом устанавливаемым, как правило, на общую платформу. Консольные насосы используются для перекачки воды, химически не агрессивных жидкостей, жидкостей включающих примеси.
– это насос, у которого рабочее колесо (колеса) расположены на валу привода (двигателя). Этот вид центробежного насоса характеризуются осевым всасывающим патрубком и радиальным напорным. Жидкость поступает в насос по направлению, совпадающему с продольной осью вала, а отводится (подается) перпендикулярно (радиально) ей. Данный вид насосов имеет достаточно широкий спектр использования от воды в системах водоснабжения и пожаротушения до обеспечения циркуляции теплоносителя в системах отопления и кондиционирования.
Насос с боковым входом – это насос, к которому жидкость подводится в направлении, перпендикулярном оси рабочих колес.
Насос с осевым входом – это насос, у которого жидкость подводится в направлении оси рабочих колес.
Одноступенчатый – это насос, в котором жидкость перемещается одним комплектом рабочих колес. Благодаря высокой их надежности и простоте при эксплуатации, а также бесшумной работе и отсутствию необходимости в регулярном техническом обслуживании, эти насосы нашли свое широкое применение в промышленности и бытовом хозяйстве. Максимальная глубина всасывания таких насосов 7 метров
Двухступенчатый – это насос, в котором жидкость перемещается последовательно двумя комплектами рабочих колес.
Многоступенчатый – это насос, в котором жидкость перемещается последовательно несколькими комплектами рабочих колес. Центробежный многоступенчатый насос отличаются от обычного центробежного насоса количеством рабочих колёс: три или более, установленных на одном валу. Колеса вращаются внутри диффузоров, которые обеспечивают продвижение жидкости с выхода каждого рабочего колеса по направлению к всасывающему патрубку последующего рабочего колеса. После прохождения жидкости через все последовательно установленные рабочие колёса, она выталкивается через напорный патрубок из насоса.
Поверхностный – это насос, который монтируется над уровнем перекачиваемой жидкости. Данное насосное оборудование устанавливается возле источника водоснабжения. Забор жидкости осуществляется методом всасывания. У данного вида насосов есть определенные ограничения по глубине всасывания жидкости из источника водоснабжения. Глубина всасывания составляет 8-9 метров. При больших глубинах всасывания необходимо монтировать насосы либо с выносным эжектором, либо погружные насосы.
Погружной – это насос, который монтируется под уровнем перекачиваемой жидкости. Этот вид насосного оборудования монтируется в случаях, когда применение поверхностного насоса либо нецелесообразно, либо невозможно. Это оборудование погружаются непосредственно в перекачиваемую жидкость. Погружные насосы предназначены для подачи жидкости из глубоких колодцев, котлованов, открытых водоемов, где расстояние по глубине составляет более 9 м
– это один из видов погружных насосов, которые монтируются в скважинах.
Дозировочный – это насос, обеспечивающий подачу жидкости или химического раствора с заданной точностью.
Ручной – это насос, в котором движение жидкости осуществляется за счет мускульной силы человека.
– это насос, позволяющий самостоятельно заполнить подводящий трубопровод перекачиваемой жидкостью.
– это насос, у которого эжектор монтируется в скважине или глубоком колодце. Сам же насос находится на поверхности. От эжектора к насосу подходят две трубы, по которым осуществляется подача и рециркуляция перекачиваемой жидкости.
Взрывозащищенный – это насос, конструкция которого обеспечивает взрывобезопасную эксплуатацию в заданных условиях.
Электронасос это насос с приводом от электрического двигателя, конструктивно узлы которого входят в конструкцию насоса
Отсутствие единого и системного подхода к классификации насосного оборудования в странах СНГ привело к появлению значительного многообразия их типов. Насосное оборудование близкое или даже однотипное по параметрам, конструкции и функциональному назначению – практически не унифицировано и выпускаются по различной конструкторской и технологической документации, в т. ч. и по своим стандартам. В насосах, которые относятся к одной конструкции, повторяемость инженерных решений практически отсутствует, не говоря уже об унификации запасных частей и деталей в насосном оборудовании различного конструктивного исполнения, например, вертикальных и горизонтальных. Несовершенство способов классификации насосного оборудования и запасных частей к ним, а также отсутствие рычагов воздействия, которые были бы направлены на обеспечение уровня унификации и стандартизации изделий при проектировании и производстве, привело к тому, что разработка и модернизация насосов осуществляется в отрыве от унифицированных международно признанных зарубежных изделий.
В основу системы классификации «EUROPUMP», положен национальный стандарт Германии VD MA 24261 «Классификация центробежных, (часть 1) объемных плунжерных (часть 2) и ротационных насосов» (часть 3), а также основные положения стандарта использованы при разработке систем классификации в национальных стандартах США, например API610. Эта система классификации насосного оборудования позволяет относить их к классам и группам на основании основных функциональных и конструктивных признаков с поэтапным переходом к второстепенным признакам. Данные принципы классификации насосного оборудования используются в ведущих странах ЕС, и признаны также подавляющим большинством зарубежных государств, где производится насосное оборудование. Стандарты наименований и кодирования «EUROPUMP». DIN 24250 «Насосы центробежные, наименование и нумерация изделий», DIN 676 «Классификация. Кодирование. Основные понятия», которые разработанные на основе европейской системы, Международная «Гармонизированная система описания и кодирования товаров» – согласуются между собой и способствуют установлению унификации терминов, определений и наименований.
В заключение следует отметить, что такую работу следует проводить и в межгосударственном совете (МГС) по стандартизации, метрологии и сертификации СНГ по внедрению международных стандартов и изданий «EUROPUMP» в России и странах СНГ.
Насос – это гидравлическое устройство , которое обеспечивает всасывание воды, ее нагнетание и перемещение. В своей работе они используют принцип передачи жидкости кинетической и потенциальной энергии. Насосы бывают нескольких видов, и деление происходит исходя из их технических параметров. Основные отличия между разными типами насосов для воды является разный КПД, мощность, производительность, напор и давление выходящего потока.
В настоящее время существует более трех тысяч видов насосов. Они отличаются строением и назначением, а также подходят разных сфер использования. Все это многообразие можно разделить на две большие группы: динамические и объемные насосы.
Объемные насосы — это устройства, в которых вещество перемещается за счет постоянного изменения объема камеры, при этом она поочередно совмещается с входным и выходным отверстием. Их, в свою очередь, можно поделить на:
- мембранные;
- роторные;
- поршневые.
Динамические – это модели, в которых вода перемещается вместе с камерой за счет гидродинамических сил, при этом присутствует постоянное сообщение с входным и выходным патрубком насоса. Динамические насосы бывают струйные и лопастные, при этом последние в свою очередь делятся на центробежные, осевые и вихревые.
Ниже все эти виды насосов, а также их классификация будут рассмотрены более подробно.
Роторные устройства
Обзор водяных насосов открывают роторные устройства. Их принципиальное отличие — отсутствие клапана . Иными словами, роторный насос для воды перемещает воду путем ее выталкивания. Осуществляет этот процесс специальный рабочий элемент — ротор. Это реализуется следующим образом: вода поступает в рабочую камеру. Движение ротора вдоль внутренних стенок рабочей камеры образует изменение объема замкнутого пространства, и вода по законам физики выталкивается.
Достоинства роторных насосов:
- высокий КПД;
- самовсасывание воды;
- возможность обратной подачи воды;
- перекачивание веществ любой вязкости и температуры;
- низкий уровень шума;
- отсутствие вибрации.
Из минусов стоит отметить, что должна быть обеспечена чистота перекачиваемых жидкостей (без твердых вкраплений). Кроме того, сложная конструкция требует дорогостоящего ремонта.
За счет возможности работы с агрессивными и вязкими веществами роторные насосы используются в химической, нефтяной, пищевой, морской промышленности. Подвид роторных насосов – шнековые – активно применяют при добыче нефти. Еще одна сфера применения – коммунальный хозяйства, где с их помощью поддерживают давление в системе отопления, при этом насос не нуждается в смазке и охлаждении.
Поршневые модели
Устройство поршневого насоса основано на вытеснении воды механическим способом. Это один из самых старых типов насосов для воды, но в современном виде его устройство гораздо сложнее, чем раньше. В частности, данные насосы имеют эргономичный и прочный корпус, развитую базу входящих в него элементов, а также гибкие возможности подключения к водопроводу. В связи с этим они широко распространены, как в промышленности, так и в быту.
Насос представляет собой металлический полый цилиндр, который, по сути, является корпусом — в нем осуществляется перемещение жидкости. Физическое воздействие на нее осуществляет поршень плунжерного типа , работа которого может напоминать гидравлический пресс. Работа данного устройства основана на возвратно-поступательных движениях. При движении вверх (поступательное движение) в камере создается разрежение воздуха, что обеспечивает всасывание воды. Вода в камеру поступает через входное отверстие с клапаном, который в этот момент открывает отверстие. При возвратном движении этот клапан возвращается на место, и открывается заслонка выходного отверстия. При этом поршень выдавливает воду. Почти по такому же принципу работает самый обычный шприц.
В такой работе есть один недостаток – жидкость поступает неравномерно. Чтобы устранить это явление, используется сразу несколько поршней, которые двигаются с определенной периодичностью, что и обеспечивает ровный поток.
Существуют поршневые насосы двойного действия . Здесь клапаны расположены с двух сторон, и вода несколько раз проходит по всему цилиндру, то есть поршень при движении перегоняет воду внутри рабочего пространства и некоторую ее часть выталкивает из насоса. За счет этого удалось добиться снижения пульсации в трубопроводе. У конструкции двойного типа есть минус – более сложная система, что делает ее менее надежной.
Основное преимущество поршневых насосов – простота и прочность, основной недостаток – низкая производительность . В целом, подобный тип насосов можно сделать более эффективным, но в этом нет смысла, так как большие мощности с меньшими затратами могут обеспечить другие виды насосов для перекачки воды.
Область применения подобного насосного оборудования достаточно широка. Они позволяют работать не только с водой, но и агрессивной химической средой, а также взрывоопасными смесями. По причине того, что такие устройства не могут перекачивать большие объемы жидкости, они не используются для крупных задач. Тем не менее, подобные насосы часто встречаются в химической промышленности. Также с их помощью можно обеспечить автономную систему подачи воды для дома или для полива. Еще одно место, где такие устройства успешно себя зарекомендовали — пищевая промышленность. Это объясняется тем, что поршневые модели деликатно относятся к пропускаемым через них веществам.
Мембранные устройства
Мембранный насос – это относительно новый вид оборудования для перекачивания жидкостей и прочих веществ. Данный тип оборудования способен работать с газообразной средой и делает это за счет специальной мембранный или диафрагмы. Она совершает возвратно-поступательные движения и с заданной цикличностью меняет объем рабочей камеры.
Конструкция устройства включает:
- мембрану;
- рабочую камеру;
- шток для соединения диафрагмы с валом привода;
- кривошипно — шатунный механизм;
- клапаны для защиты от поступления вещества назад;
- входной и выходной патрубок.
Подобные насосы могут иметь одну или две рабочих камеры. Устройства с одной камерой более распространены, с двумя используются в тех местах, где требуется более высокая производительность.
Работа осуществляется следующим образом: при запуске шток выгибает мембрану, что увеличивает объем камеры и создает в ней эффект вакуума. Это явление обеспечивает всасывание перекачиваемой среды. После заполнения камеры шток возвращает мембрану на место, объем резко уменьшается, и вещество выталкивается через выходной патрубок. При этом для того, чтобы жидкость или газ не попали обратно в момент возвратного движения, вход автоматически перекрывается специальным клапаном.
Существуют модели с двумя клапанами , расположенными параллельно друг другу. Здесь процесс осуществляется аналогично, только рабочих камеры две, и при каждом движении из одного вода выходит, а в другой входит. Такие устройства считаются более эффективными.
Преимущества мембранных насосов:
- могут работать с любой средой;
- небольшой размер;
- тихая работа;
- отсутствие вибрации;
- простота и надежность конструкции;
- экономичность по энергопотреблению;
- поддержание высокой чистоты перекачиваемого вещества;
- невысокая цена;
- длительный срок службы;
- не требуют особого или частого ухода, им не нужна смазка;
- заменить испорченные детали сможет человек без специального образования;
- обладают высокой универсальностью.
При таком обилии плюсов существенных минусов не выявлено.
Мембранный насос широко применяется в медицине и фармацевтике, в фермерских хозяйствах (в доильных аппаратах). Их используют для производства продуктов питания, в атомной сфере. С их помощью делают насосы-дозаторы для использования на производстве лаков и красок, они применяются в полиграфии и в различных местах, где есть потребность работы с ядовитыми и опасными веществами. Работать с последними можно безопасно, так как мембранные насосы имеют высокую герметичность .
Струйные насосы
Струйные модели – это самые простые из всех возможных устройств. Были созданы еще в 19 веке, тогда использовались для откачки воды или воздуха из медицинских пробирок, позже их стали применять в шахтах. В настоящее время сфера применения еще более широка.
Конструкция струйного насоса очень проста, благодаря этому они практически не требуют какого-либо обслуживания . Она состоит из четырех частей: всасывающая камера, сопло, диффузор и смесительный резервуар. Вся работа устройства основана на передаче кинетической энергии, при этом здесь не используется механическая сила. Струйный насос обладает вакуумной камерой, в которую всасывается вода. Затем она двигается по специальной трубе, на конце которой находится сопло. За счет уменьшения диаметра скорость потока увеличивается, он поступает в диффузор, а из него в камеру смешивания. Здесь вода смешивается с функциональной жидкостью, за счет чего снижается скорость, но сохраняется напор.
Струйные насосы бывают нескольких типов: эжектор, инжектор, элеватор.
- Эжекторный только перекачивает вещество. Работает с водой.
- Принцип работы инжекторного насоса — нагнетание вещества. Используется для выкачивания пара.
- Элеваторный применяется с целью понизить температуру носителя, что достигается смешиванием с функциональной жидкостью.
Таким образом, струйные насосы используются для работы с водой, парой или газом. Также они могут выступать для смешивания разных веществ или для поднятия жидкостей (аэролифтовая функция).
Данный вид насосов распространен в различных областях промышленности. Их можно использовать отдельно или в комплексе с другими. Простота конструкция позволяет их использовать в аварийных ситуациях с отключением воды, а также для пожаротушения. Также они популярны в системах кондиционирования и канализации. Многие модели струйного типа продаются с различными соплами.
- надежность;
- нет необходимости постоянного технического обслуживания;
- простая конструкция;
- широкая сфера применения.
Минус — низкий КПД (не более 30%).
Центробежные насосы
В данном виде устройств основным рабочим элементом является диск, на котором зафиксированы лопатки . Они имеют наклон в сторону, противоположную направлению движения. Лопатка закрепляется на валу, который приводится в движение электрическим двигателем. В конструкции может быть использовано одно или два колеса. Во втором случае лопатки соединяют их между собой.
Принцип действия центробежного насоса основан на том, что вода через входной патрубок поступает в рабочую камеру. Среда, захваченная вращающимися лопатками, начинает двигаться вмести с ними. Центробежная сила перемещает воду от центра колеса к стенкам камеры, где создается повышенное давление. За счет него вода выбрасывается через выходное отверстие. Благодаря тому, что вода движется постоянно, насосы такого типа не создают пульсацию в водопроводе.
Использование центробежных насосов в бытовых целях позволяет выполнить различные задачи. Часто они используются для добычи воды из скважины или колодца. Откачанную таким образом воду можно использовать для обустройства водоснабжения дома, а также применить для полива участка. С помощью моделей центробежного типа можно обеспечить циркуляцию теплой воды в отопительной системе : благодаря тому, что перекачивающий центробежный насос не дает пульсации, в системе не будет появляться воздух. Различные подвиды подобных насосов можно использовать для откачивания воды из подвалов или бассейна, для удаления фекальных масс, а также в качестве дренажных машин.
Стоит отметить, что простые насосы с центробежной системой предназначены для чистой воды без твердых элементов. Различные подвиды позволяют работать и с загрязненной средой.
Осевые модели
В устройствах такого типа полностью отсутствуют центробежные силы , и весь процесс происходит путем передачи кинетической энергии. В рабочей камере, которая имеет изгиб, лопасти находятся на оси. Она расположена по ходу движения потока. Вода двигается через камеру, ось усиливает ее скорость движения и напор. За счет такой конструкции требования к их производству довольно серьезные. Чаще всего подобные насосы используют в качестве системы балласта и управления в кораблях, плавучих доках и подобной технике.
Основная задача подобных насосов – перекачивание пресной и соленой воды. Используются для отвода, снабжения и очистки воды. Осевые насосы могут иметь очень компактные размеры и устанавливаться внутри водопровода.
Вихревые насосы
Вихревые насосы имеют сходное строение с центробежными, только в них подвод воды осуществляется таким образом, что вода при попадании в камеру двигается по касательной относительно периферии и смещается к центру колеса, откуда под давлением и за счет движения лопастей вновь уходит на периферию, и уже оттуда выбрасывается через выходной патрубок. Основное отличие заключается в том, что при одном обороте колеса с лопастями (крыльчатки) цикл всасывания и выталкивания воды происходит много раз.
Такая конструкция позволяет увеличить напор в 7 раз даже при небольшом количестве воды — в этом заключается принципиальное отличие вихревых насосов от центробежных. Так же, как центробежные насосы, данные модели не терпят содержание в воде твердых вкраплений, а также не могут работать с вязкими жидкостями. Однако с их помощью можно перекачивать бензин, различные жидкости с содержанием газа или воздуха и агрессивные вещества. Минус – низкий КПД.
Подобные насосы применяются в разных целях и сферах, но их установка целесообразна в том случае, если количество вещества, с которым нужно работать, небольшое, но на выходе нужно высокое давление. В сравнении с центробежными моделями данные устройства тише, меньше и дешевле.
Классификация по типу питания
Все водяные насосы имеют определенный способ питания – от электричества или за счет жидкого топлива. В последнем случае они обязательно оснащены двигателем внутреннего сгорания. В качестве жидкого топлива используется смесь бензина и масла или дизельное топливо.
Бензиновые модели стоят дешевле и работают более тихо. Дизельные устройства заправляются соляркой. Цена у них дороже, но топливо стоит дешевле. Кроме того, они более шумные.
Насосы на жидком топливе иначе называют мотопомпой. Основное их преимущество заключается в простоте использования и мобильности, то есть использовать можно в любом месте, если нет электричества.
Электрические модели используют для работы переменный ток. Владельцу такого насоса нет необходимости переживать о наличии топлива, однако следует позаботиться о постоянном наличии электроэнергии, что не всегда удобно.
Классификация по качеству жидкости
Разные типы насосов предъявляют те или иные требования к чистоте воды. Все устройства можно делить на три типа.
- Для чистой воды . Содержание в ней твердых частиц не должно превышать 150 грамм на кубический метр. К таким моделям относятся поверхностные насосы, а также колодезные и скважинные.
- Для среднезагрязненной воды . Нерастворимых вкраплений от 150 до 200 грамм на кубометр. Дренажные, циркуляционные и самовсасывающие виды. Также некоторые фонтанные модели.
- Для грязной воды. Твердых веществ от 200 грамм на метр в кубе. Дренажные и поверхностные канализационные модели.
Классификация по месту расположения
Все насосы также делятся на погружные и внешние (более распространенное название – поверхностные). Первый тип находится непосредственно в воде или частично в ней. Модели, которые погружаются не полностью, именуются полупогружными.
Стоит отметить, что есть несколько видов погружных насосов.
- Вибрационные – здесь работа основана на электромагнитном поле и вибрации специального механизма, подобные виды насосов требуют определенных правил установки. В частности, существуют строго заданные расстояния до дна.
- Центробежные аппараты , которые были рассмотрены выше.
Все погружные насосы могут иметь двигатель, который уже встроен в корпус, то есть он находится под водой. У некоторых моделей он располагается на поверхности.
Расположен непосредственно около водоема. В данном случае всасывающий механизм осуществляет свою работу через специальный шланг. Чем дальше насос расположен от воды, тем мощнее он должен быть.
Чаще всего поверхностные насосы используют на дачах и загородных участках. Они имеют высокую экономичность и небольшие размеры, что делает их популярными для использования в быту. Могут быть оснащены автоматикой , что делает их полностью автономными.
Совет! При использовании выносного эжектора можно осуществлять добычу воды с внушительной глубины.
Погружные насосы
Погружные насосы, помимо прочего, делятся по назначению:
- скважинные;
- колодезные;
- дренажные;
- фекальные.
Скважинные имеют вытянутую форму и используются для добычи воды из скважин. Компактные габариты позволяют опускать в небольшие по диаметру скважины, однако добычу можно вести с очень большой глубины. Отличаются высокой мощностью работы. Используются только для воды со слабым загрязнением или полностью чистой.
Колодезные используются для выкачивания воды из шахт и колодцев. Основное отличие от скважинных – больший размер и меньшая глубина погружения. Являются достаточно мощными, могут работать с водой, в которой содержится ил, песок или глина. Достаточно тихие и не вибрируют.
Основной задачей дренажников является откачивание загрязненной воды из подвалов, траншей, котлованов и прочих мест. Есть разновидности с ножами для измельчения, а также для работы со слабозагрязненными средами.
Не имеет значительных отличий от дренажных, кроме того, что они рассчитаны на сильнозагрязненную воду с твердыми веществами большого размера (порядка 35 мм в диаметре).Также в них устанавливаются ножи для измельчения мусора. Подобные насосы могут быть как погружными, так и наружными.
Поверхностные насосы
Основным отличием поверхностных насосов является их расположение недалеко от воды. Их можно разделить на несколько типов:
- самовсасывающие;
- автоматические;
- насосные станции.
Самовсасывающие насосы бывают безэжекторные и эжекторные. В первом случае втягивание воды обеспечивается самой конструкцией, во втором с помощью создания вакуума в камере. Применяются для полива, доставки питьевой воды или для бытовых нужд, а также для забора воды из водоемов на поверхности (реки, пруда). Вода должна быть чистой или с небольшим загрязнением.
Автоматические насосы обеспечиваются автоматикой, которая упрощает процесс использования. За насосом не нужно следить. Насосы с автоматикой питаются от электричества. Сам автомат может быть установлен непосредственно в модели или же в качестве отдельной системы. Основная задача – оптимизация использования, а также защитная функция. Например, устройство перестанет работать при резком обмелении водоема, повышении температуры перекачиваемого вещества или при перепадах напряжений в сети.
Состоит из самого насоса, обратного клапана, системы управления и аккумулятора. Подобное устройство имеет резиновую грушу, установленную внутри металлического корпуса. В грушу закачивается вода, а вокруг нее воздух. Специальный датчик реагирует на изменения в давлении окружающей среды, которые происходят по мере наполнения груши водой. Когда давление достигает максимума, датчик останавливает подачу воды.
Удобство пользования таким агрегатов в простоте и функциональности, возможности использовать при перебоях с подачей электроэнергии. Также им можно обеспечить водой сразу несколько точек.
Центробежные насосы являются самыми распространённым насосами в мире. Благодаря своей конструкции и стабильной работе этот тип насосов нашел широкое применение, как для решения бытовых задач, так и для основных технологических процессов в самых различных отраслях промышленности. В данной статье будет дано полное описание центробежных насосов, рассказано как работает центробежный насос, его классификация и основные области использования.
Основным элементом центробежного насоса является рабочее колесо (импеллер), расположенное внутри спирального корпуса (улитка), которое имеет лопасти, направленные в обратную сторону относительно вращению самого колеса. Импеллер устанавливается на вал, который соединен с приводом насоса. При старте работы агрегата рабочее колесо начинает вращаться, и жидкость через всасывающий патрубок поступает вдоль оси вращения колеса.
Под действием центробежной силы, жидкость перемещается по каналам между лопастями в радиальном направлении (от центра импеллера к его периферии) в спиральную камеру корпуса насоса, а затем и в нагнетательный патрубок насоса. На периферии рабочего колеса располагается зона повышенного давления. В центре же давление понижено, что обеспечивает постоянное поступление жидкости в насос.
Конструкция центробежных насосов
Центробежный насос состоит из следующих основных частей:
- Всасывающий патрубок
- Нагнетательный патрубок
- Спиральный корпус (проточная часть насоса)
- Рабочее колесо (импеллер)
- Уплотнение вала
- Картер насос
Классификация центробежных насосов
Центробежные насосы можно классифицировать по конструктивным исполнениям его основных элементов, по типу установки и назначению.
По расположению патрубков насосов
- Насос «ин-лайн» типа. У данного типа насоса всасывающий и нагнетательный патрубок находятся на одной линии друг напротив друга. Перекачиваемая жидкость проходит сквозь насос. Насос устанавливается на прямых участках трубопровода.
- Консольные насосы. Жидкость поступает в центр рабочего колеса (импеллера). Патрубки расположены под 90˚С относительно друг друга.
По количеству ступеней насоса
- Многоступенчатый насос имеет на валу более одного последовательно соединённых колес. Такой тип насосов используется для обеспечения высокого напора при сравнительно небольшом расходе. Высокий напор создается благодаря сумме напоров, создаваемых каждым отдельным колесом. Перекачиваемая жидкость переходит последовательно от одной ступени к другой.
По типу уплотнения вала
Для защиты от попадания перекачиваемой жидкости в окружающую среду и в механическую часть центробежного насоса используются различные уплотнительные системы. По типу применяемой системы насосы можно разделить на:
- Центробежные насосы с сальниковым уплотнением (ссылка на сальниковое уплотнение)
- Центробежные насосы с торцевым уплотнением (одинарным или двойным) (ссылка на торцевое уплотнение)
- Центробежные насосы с магнитной муфтой (ссылка на магнитную муфту)
- Центробежные насосы герметичные с мокрым ротором (ссылка на мокрый ротор)
- Центробежные насосы с динамическим уплотнением (ссылка на динамическое уплотнение)
По типу соединения с электродвигателем
Центробежные насосы разделяются также по типу соединения гидравлической части насоса с электродвигателем. Выделяют типы:
- Насос с соединительной муфтой. Упругая муфта — это элемент, позволяющий соединить вал электродвигателя и вал, на котором крепится рабочее колесо. Для этого используется, как обычная муфта, так и муфта с промежуточным элементом. Использование промежуточного элемента позволяет не отсоединять электродвигатель при техническом обслуживании насоса, например при замене торцевого уплотнения.
- Моноблочный насос. У данного типа насосов рабочее колесо крепится либо сразу на удлиненном валу электродвигателя, либо для соединения вала двигателя и насоса используется неподвижная постоянная глухая муфта.
По назначению
Благодаря своим конструкционным возможностям назначение центробежного насоса может быть самым различным. По данному показателю выделяют следующие типы центробежных насосов:
- Дренажные
- Скважинные
- Фекальные
- Шламовые
- Пищевые
- Санитарные
- Пожарные
- Самовсасывающие
Материальное исполнение центробежных насосов
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:
Металлическое исполнение
- Чугун
- Бронза
- Углеродистая сталь
- Нержавеющая сталь
- Дуплекс
- Супер-дуплекс
- Титан
- И.т.д
Футерованные и пластиковые исполнения
При работе с высоко агрессивными жидкостями, например с кислотами, металлическое исполнение не всегда может обеспечить необходимой коррозионной защиты. Либо применения сверхстойких сплавов может привести к значительному удорожанию всей конструкции.
Поэтому широкое распространение приобрело использования самых различных пластиков, в качестве основного материала контактирующего со средой в центробежных насосах.
Можно выделить два основных типа:
- Футерованные насосы. Футеровка – это процесс нанесения пластикового покрытия на металлический корпус насоса. Все элементы контактирующие с перекачиваемой средой покрыты слоем полимера, что значительно увеличивает коррозионною устойчивость всей проточной части. Современные технологии обеспечивают отличное сцепление между покрытием и корпусом, т.к при отливке полимер заполняет все полости и зазоры.
- Пластиковые центробежные насосы. Основные элементы насоса, контактирующие со средой, выполнены из цельного пластика, обработанного на специальных станках.
Материалы для футерованных и пластиковых насосов:
- PP — полипропилен
- PVDF- поливинилденефлуорид
- PE – полиэтилен
- PVC – поливинилхлорид
- PFA – перфторалкоксил
- PTFE – политетрафторэтилен
- ETFE – этилентетрафторэтилен (Tefzel)
- FEP – фторэтиленпропилен
Материалы уплотнительных колец
В качестве уплотнительных колец в центробежных насосах чаще всего используют следующие эластомеры:
- EPDM — Этилен-пропиленовые каучук
- NBR — Бутадиен-нитрильный каучук
- FPM/FKM/Viton — Фторкаучук
- FFKM — Каучук перфторированный
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)
Области применения
Центробежные насосы применяются практически во всех отраслях промышленности.
Основные из них:
Водоснабжение и водоотведение
Водоочистные сооружения
Энергетика
Нефтяная и газовая промышленность
Химическая промышленность
Целлюлозно-бумажная промышленность
Горнодобывающая промышленность
Фармацевтическая
Основные производители
Крупных игроков на рынке центробежных насосов можно также разбить по отраслям в которых они наиболее сильны:
Водоснабжение, водоотведение, водоочистка
- Grundfos: grundfos.com
- Wilo:wilo.ru
- Группа компаний Xylem. Насосы Lowara, Goulds, Flygt, Vogel и.т.д: http://xylem.ru
- KSB: https://www.ksb.com/ksb-ru/
- Pentair: www.pentair.com
- Ebara: http://www.ebaraeurope.ru/
- Caprari: www.caprari.it
Нефтехимическая отрасль
- Flowserve www.flowserve.com
- ITT www.itt.com/
- Sulzer www.sulzer.com
- Hermetic Pumpen www.hermetic-pumpen.com
- Kirloskar pumps www.kirloskarpumps.com/
- Ruhrpumpen www.ruhrpumpen.com
Химическая промышленность
- Munsch munsch.de/
- Pompe Travaini www.pompetravaini.it/
- Someflu pump www.someflu.com/
- Rutschi Gruppe www.grupperutschi.com
Горнодобывающая отрасль
- Warman . Группа компания Weir mineral https://www.global.weir/brands/
- Krebs . Группа компаний flsSmidt http://www.flsmidth.com/en-US/Krebs
- Habermann pumpen www.aurumpumpen.de/ru/