Принцип работы многоступенчатого центробежного насоса

Принцип работы центробежного многоступенчатого насоса ЦНС

Перед изучением статьи рекомендуем вам изучить устройство насоса ЦНС в данной статье.

Работа насоса основана на взаимодействии лопаток вращающегося ко­леса и перекачиваемой жидкости.

Вращаясь, рабочее колесо сообщает круговое движение жидкости находя­щейся между лопатками. Вследствие возникающей центробежной силы, жидкость от центра колеса перемещается к внешнему выходу, а освобождающееся простран­ство вновь заполняется жидкостью, поступающей из всасывающей трубы под дей­ствием атмосферного или избыточного давления.

Выйдя из рабочего колеса, жидкость поступает в каналы направляющего ап­парата и затем во второе рабочее колесо с давлением, созданным в первой секции, откуда жидкость поступает в третье рабочее колесо с увеличенным давлением, соз­данным второй секцией и т.д. Выйдя из последнего рабочего колеса, жидкость че­рез направляющий аппарат на выходе проходит в крышку нагнетания, откуда поступает в нагнетательный трубопровод.

Благодаря тому, что корпус насоса состоит из отдельных секций, имеется возможность, не меняя подачи, менять напор путем установки нужного числа сек­ций. При этом меняется только длина вала и стяжных шпилек.

Во время работы насоса, вследствие давления жидкости на неравные по пло­щади боковые поверхности рабочих колес, возникает усилие, которое стремиться сместить ротор насоса в сторону всасывания.

Для уравновешивания указанного осевого усилия в насосе применяется гидравличе­ская пята, состоящая из диска гидравлической пяты, кольца гидравлической пяты и втулки.

Во время работы насоса жидкость проходит через кольцевой зазор, образо­ванный отверстием крышки нагнетания и втулкой и давит на диск гидравличе­ской пяты с усилием, которое по величине равно сумме усилий, действующих на рабочее колесо, но направленным в сторону нагнетания. Таким образом, ротор насоса оказывается уравновешенным. Равенство усилий устанавливается автома­тически, благодаря возможности осевого перемещения ротора насоса. Часть жидко­сти из разгрузочной камеры гидравлической пяты проходит между втулкой и сальниковой набивкой, чем достигается жидкостная смазка трущихся поверхно­стей и их охлаждение. Другая (основная) часть жидкости из разгрузочной камеры гидравлической пяты в насосах типа ЦНС, ЦНСМ, ЦНС(н) отводится че­рез резьбовое отверстие и штуцер в дренаж.

При работе насоса с давлением на входе до 0,З МПа, вытекающую из шту­цера жидкость можно направить во всасывающий трубопровод.

В насосах типа ЦНСГ вода из разгрузочной камеры гидропяты отводится наружу или во всасывающий трубопровод.

Между втулкой и сальником всегда должна протекать перекачиваемая жидкость в количестве 15-30 л/ч. Излишнее затягивание сальников ускоряет износ втулок и увеличивает потери на трение.

В крышке всасывания и кольца направляющего аппарата имеется отвер­стие через которое вода под давлением созданным первым рабочим колесом, прохо­дит к втулке гидрозатвора, в которой имеется отверстие для подвода воды к ру­башке вала, при этом болт должен быть вывинчен из крайнего ниж­него положения на 8-12 оборотов.

Конструкция насосов ЦНСГ предусматривает охлаждение подшипни­ков водой от постороннего источника. Охлаждаемая вода должна подаваться с дав­лением не выше 0,З МПа (З кгс/см 2 ). В насосах ЦНСГ отсутствует резиновое коль­цо, устройство для выпуска воздуха и обводная система.

В насосах ЦНС(Г) для возможности работы с холодной и горячей водой име­ется резиновое кольцо и предусмотрено охлаждение подшипников аналогично насосам типа ЦНСГ.

Привод насоса — от электродвигателя через упругую втулочнопальце­вую муфту. Вращение ротора насоса правое (по направлению движения часовой стрелки), если смотреть со стороны электродвигателя.

Многоступенчатые центробежные насосы: принцип действия, разновидности, преимущества и недостатки

Центробежные насосы активно используются как в быту, так и в промышленности. В зависимости от конструктивного исполнения их относят к многоступенчатым насосам или одноступенчатым. Насосное оборудование, принадлежащее к каждой из этих категорий, не только имеет особенное внутреннее устройство, но и отличается специфическими техническими характеристиками и, соответственно, сферами применения.

Центробежные насосы могут быть частью технологических систем повышения давления или подачи воды на предприятиях и в частных домах

Конструктивные отличия

Насос центробежный, что становится понятно уже из его названия, является устройством, которое перекачивает жидкие среды за счет действующей на них центробежной силы. Основным рабочим органом насосного оборудования данного типа, который и обеспечивает формирование такой силы, является колесо (или барабан), на внешней цилиндрической поверхности которого зафиксированы специальные лопасти.

Корпус насосов рассматриваемого типа может быть выполнен из чугуна или стального сплава. Внутри такого корпуса размещаются приводной электродвигатель и соединенный с ним вал вращения, на котором и фиксируется колесо с лопастями. По своему конструктивному исполнению рабочее колесо насоса может быть открытым или закрытым. Открытые рабочие колеса состоят из одного диска, на внешней поверхности которого зафиксированы лопасти, закрытые – из двух дисков, соединенных между собой рабочими лопастями.

Принцип работы центробежного насоса

Лопасти располагаются под определенным углом, их изгиб направлен в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. Такое расположение лопаток обеспечивает более эффективную работу насосного оборудования. Всасывание перекачиваемой жидкой среды во внутреннюю камеру насоса, а также ее выталкивание в напорную магистраль осуществляется через патрубки.

Принцип, по которому работают как одноступенчатые устройства, так и насосы многоступенчатые, заключается в следующем.

• Жидкость, находящаяся во внутренней части насоса перед его запуском, при вращении рабочего колеса захватывается лопастями и начинает перемещаться вместе с ними.
• Под воздействием центробежной силы жидкость отбрасывается к стенкам внутренней камеры, за счет чего возле них создается высокое давление.
• При перемещении через область напорного патрубка жидкость, находящаяся под высоким давлением, выталкивается в него.
• При откидывании перекачиваемой насосом жидкости к стенкам рабочей камеры в центральной части последней создается разрежение воздуха, что способствует всасыванию жидкой среды через входной патрубок.

За счет вышеописанного принципа работы в насосах как одноступенчатого, так и многоступенчатого типа обеспечивается непрерывность процесса всасывания и выталкивания перекачиваемой жидкости при вращении рабочего колеса. Сферу применения насосного оборудования данного типа значительно расширяет тот факт, что, в отличие от поршневых устройств, оно не создает пульсаций напора жидкости в обслуживаемой им трубопроводной системе.

Как уже говорилось выше, одноступенчатые и многоступенчатые центробежные насосы имеют конструктивные особенности, которые и определяют различия в их технических характеристиках. Так, основными элементами конструкции одноступенчатого насоса являются:

1. корпус, который часто называют «улиткой»;
2. рабочее колесо с лопастями;
3. уплотнительные элементы вала;
4. вал, соединенный с приводным электродвигателем и обеспечивающий вращение рабочего колеса;
5. уплотнительные элементы камеры с масляной ванной;
6. опора для подшипникового узла;
7. несущая опора;
8. отверстие, при помощи которого осуществляется контроль уровня масла в камере.

Схема одноступенчатого моноблочного насоса

Одноступенчатый центробежный насос, в отличие от многоступенчатых моделей, оснащается одним рабочим колесом. Центробежный многоступенчатый насос может иметь в своем оснащении два и более рабочих колеса с лопатками, что позволяет значительно повысить эффективность такого оборудования.

Благодаря наличию нескольких рабочих колес центробежные многоступенчатые устройства, если сравнивать их с одноступенчатыми, обладают определенными преимуществами.

• С помощью многоступенчатых насосов можно осуществлять перекачивание жидкости с более высокой производительностью, характеризующей количество жидкой среды, которую гидромашина пропускает через себя в единицу времени.
• Многоступенчатые насосы способны формировать поток жидкости с более высокими показателями напора, измеряемого в метрах водяного столба. Фактически напор жидкости, который создают электронасосы многоступенчатого типа, складывается из суммы напоров, создаваемых каждой его ступенью. Такое качество многоступенчатых гидромашин позволяет добиваться более высокого давления жидкости в обслуживаемых ими трубопроводных системах и перемещать ее по ним на более дальние расстояния и более значительные высоты.

Схема многоступенчатого секционного насоса

Многоступенчатый центробежный насос в зависимости от своего конструктивного исполнения может быть секционным или спиральным. В устройствах секционного типа жидкая среда в процессе перекачивания последовательно перемещается от первой секции насоса к последней, при этом напор жидкости увеличивается также последовательно. Современные модели многоступенчатых насосов секционного типа способны обеспечить производительность процесса перекачивания жидкости, значение которой доходит до 900 м 3 , при этом напор рабочей среды, создаваемый такими устройствами, может доходить до 1900 метров водяного столба.

Достоинства и недостатки насосов центробежного типа

Как многоступенчатый, так и одноступенчатый насос отличается целым рядом достоинств, которые и делают данные устройства такими популярными среди потребителей. К преимуществам рассматриваемых гидромашин относятся:

1. компактные габариты и небольшой вес (поскольку рабочий вал насосного оборудования напрямую соединен с приводным электродвигателем, что исключает необходимость использования дополнительных передаточных механизмов);
2. высокая надежность и длительный эксплуатационный срок, отсутствие необходимости в осуществлении регулярного технического обслуживания;
3. минимизация риска возникновения скачков давления (жидкая среда, перекачиваемая насосами данного типа, подается в напорную магистраль в плавном режиме);
4. отсутствие клапанных элементов (это дает возможность перекачивать загрязненные жидкие среды, содержащие в своем составе нерастворимые твердые включения);
5. простота конструкции (именно поэтому любой многоступенчатый или одноступенчатый насос доступен по цене).

Простота конструкции центробежных насосов обеспечивает их ремонтопригодность, модернизацию и переоборудование

Среди недостатков одно- и многоступенчатых насосов выделяют:

• достаточно низкий КПД при работе в режиме малой производительности (это становится проблемой в том случае, когда требуется под высоким давлением перекачать маленький объем жидкой среды);
• невозможность быстрого запуска (чтобы такие устройства начали работать, их рабочую камеру необходимо предварительно заполнить жидкостью).

Основания классификации

Центробежные насосы (как многоступенчатые, так и одноступенчатые) делятся на различные категории по ряду своих параметров и вариантов конструктивного исполнения. Так, в зависимости от пространственного положения оси рабочего вала они могут относиться к одному из следующих типов:

• насосы горизонтальные центробежные;
• устройства с вертикальным расположением рабочей оси.

Горизонтальный многоступенчатый центробежный насос с двойным подшипником

Центробежный горизонтальный насос, ось вращения вала и рабочего колеса которого располагаются строго в горизонтальной плоскости, – это, как правило, крупногабаритная установка, используемая в промышленных целях. Центробежные горизонтальные насосы применяют для оснащения насосных станций, обеспечивающих работу систем автономного водоснабжения, в которых подобные устройства используются совместно с гидроаккумулятором. Таким образом, горизонтальный насос требует больше места для своей установки.

Центробежные насосы с вертикальным расположением оси вала и рабочего колеса нашли большее распространение в бытовой сфере. В таком конструктивном исполнении может быть представлен как поверхностный многоступенчатый насос, используемый для обслуживания системы автономного водоснабжения, так и дренажный или фекальный.

Бытовой центробежный насос вертикального типа

Еще одним критерием, по которому среди одно- и многоступенчатых насосов выделяют различные категории, является расположение такого оборудования по отношению к перекачиваемой жидкой среде. Так, в зависимости от данного параметра насосы могут быть поверхностными (или наземными), погружными и полупогружными. Поверхностные устройства, в качестве которых может выступать вертикальный многоступенчатый и одноступенчатый или горизонтальный многоступенчатый и одноступенчатый насос, располагаются на поверхности земли, вне скважины, но поблизости от нее.

Помещают такое оборудование, надежно защищенное от попадания влаги, в приямке, на специально подготовленной площадке или в отдельном помещении. Одним из наиболее значимых недостатков насосного оборудования данного типа является то, что при работе оно издает достаточно много шума. Следует учитывать и то, что поверхностные центробежные насосы можно выбирать лишь в том случае, если глубина скважины, из которой планируется откачивать воду с их помощью, не превышает десяти метров.

Центробежные полупогружные насосы вертикального типа

Центробежные насосы погружного типа в процессе эксплуатации полностью погружаются в перекачиваемую среду. Отдельные модели вертикальных центробежных насосов погружного типа могут размещаться даже в трубе, по которой осуществляется откачивание жидкой среды. При использовании погружных насосов воду из обслуживаемой скважины можно поднимать с глубины 40 метров и более. Насосы погружного типа способны обеспечить перекачивание жидкой среды с производительностью до 16 м 3 /час, при этом ее напор может достигать 200 метров водяного столба. Погружные насосы практически не издают шума при своей работе, поскольку полностью находятся в жидкой среде.

Погружной центробежный многоступенчатый насос для скважин

Классификация одноступенчатых и многоступенчатых насосов осуществляется также по ряду других параметров:

• развиваемому давлению подачи жидкой среды (устройства низкого (до двух десятых мегапаскаля), среднего (до шести десятых мегапаскаля) и высокого (свыше шести десятых мегапаскаля) давления);
• быстроходности (нормальные, тихо- и быстроходные);
• назначению (водопроводные, пожарные, производственно-технические, грунтовые и др.);
• типу соединения крыльчатки с электродвигателем (прямоприводные, консольные, муфтовые, шкивные).

КПД центробежных насосов зависит от модели и конструктивного исполнения и может находиться в диапазоне 60–92%.

Центробежные Многоступенчатые Насосы Для Дачи: Схема Работы

Бытовой насос центробежный многоступенчатый

Повседневная жизнь часто складывается так, что нам приходится использовать дополнительное оборудование для получения максимального комфорта. Не только на загородных участках, но и в квартирах находят себе применение многоступенчатые насосы.
За короткие сроки они позволяют получить большое количество воды, небольшая мощность становится отличительным свойством для этих устройств. Её потребление тоже сохраняет низкий уровень.

Как работают центробежные насосы?

Центробежный многоступенчатый насос, это оборудование, которое сразу привлекает к себе внимание. В зависимости от условий применения в этой группе выпускаются разные устройства. Особенности использования во многом обуславливают и конструктивную разработку.

Примечание. К примеру, отдельные модели работают с фекальными отходами и химически активными жидкостями, водой и отоплением.

Как работает агрегат:

• Работа колёс, вернее, сила, с которой они работают, становится в данном случае основой действия для всего механизма.
• Когда они вращаются, создаётся давление внутри системы, жидкость перекачивается из одного места в другое.

В корпусе прибора на воду воздействует определённая величина давления, когда жидкость попадает внутрь. Сначала напор является скоростным, но потом он переходит к разряду пьезометрического. Это происходит уже после того, как этап колёс пройден.

Оборудование и его схема

Габаритный чертеж центробежного многоступенчатого оборудования

Из следующих нескольких элементов состоит конструкция такого изделия, как насос центробежный многоступенчатый:

• Есть напорный патрубок.
• Аппарат направляющего типа.
• Не обойтись без колёс.
• Имеется и спиральный отвод.

• Есть часть со специальными изгибами на лопастях, при вращении колёс они наполняются жидкостью.
• После этого из части с колесом вода попадает в канал, который есть в спиральном отводе. По мере прохождения через систему в данном случае увеличивается диаметр детали.

Примечание. Такое строение позволяет придать дополнительное усиление напору. Вода выход к приёмному шлангу, проходя через пространство патрубка, после того, как оказывается в направляющем аппарате.

Конструкция сборки – главное отличие между разными моделями этих устройств. Расположение вала, форма патрубков и количество рабочих колёс становятся главными направлениями, которых касаются любые изменения.
Мощность и размеры изделий тоже могут быть разными, это в том числе влияет на конечный выбор пользователей.

Центробежные приборы. Конструкция

Корпус уплотняется специальными сменными кольцами для того, чтобы предотвратить утечку жидкости, обеспечить герметичную работу.
Любой насос многоступенчатый центробежный устроен подобным образом:

• Между уплотнительными кольцами и поясом рабочего колеса всё равно появляется зазор, но он такой маленький, что перекачиваемая жидкость не возвращается к низкому давлению из области с высоким.
• Именно поэтому устройства данного типа обладают высоким КПД. Сальниковая набивка использовалась раньше для решения проблемы с уплотнением.
• Но поставленную задачу можно решить более качественно, используя современные уплотнители торцевого типа.

Вывод. Насос работает при минимальных показателях трения, за счёт чего заметно снижаются теплопотери.

• Конструкция изделия может быть одно, либо многоступенчатой. Схема многосекционного центробежного насоса лишний раз подтверждает это.
• Самым распространённым считается именно одноступенчатый вариант. Но в нём показатели напора жидкости остаются довольно низкими, потому как само устройство начинает работать в широком диапазоне по отношению к забору воды.

Внутри инженерных систем чаще всего можно увидеть вторую разновидность, ведь в данном случае важно сохранять высокий уровень давления, а подача должна быть небольшой. Сила ускорения создаётся за счёт определённого, последовательного расположения части с рабочими колёсами.

Положительные свойства оборудования, обеспечивающие популярность

Если верить потребителям, то подобные изделия обладают следующими характеристиками:

• За всё время обслуживания никаких сложностей с эксплуатацией не возникает.
• Цена всегда остаётся низкой.
• Перепады давления есть, но тоже сохраняют низкий уровень.
• А вот давление и напор вообще, наоборот, могут похвастаться высокими параметрами.
• Показатели КПД тоже устраивают практически всех.
• Долговечность использования.
• Надёжность гарантируется производителем.

Вот поэтому большинство выбирает многоступенчатый центробежный насос:

• Схема его устройства без проблем читается даже неподготовленным пользователем. Основная функция приборов заключается в перекачке жидкостей, но возможна работа и с составами, которые химической агрессивностью не обладают.
• Глубина всасывания жидкости может обуславливать широту применения той или иной модели. Вода такими устройствами достаётся иногда и с глубины до девяти метров.

Вывод. Насосы не дают сбоев, даже если где-то появляется воздушная пробка. Но остановить подачу можно в любой удобный момент.

Успешная эксплуатация. Какие параметры имеют значение?

Условия эксплуатации – параметр, с которым необходимо определиться, в первую очередь. Кроме того, важно заранее получить информацию о свойствах откачиваемой жидкости.
Некоторые приборы могут работать с водой без примесей, а другим, наоборот, нужна грязная. В зависимости от этого будет отличаться прибор для скважины. Откачиваемая вода может содержать, в том числе, частицы песка и ила.

Совет. Если планируется эксплуатация в домашних условиях, то лучше выбирать изделия, которые предназначены для работы с разными типами воды.

Схема многоступенчатого центробежного насоса даёт понять, что грязная вода обрабатывается в системах поверхностного или погружного типа:

• Целый ряд задач способны выполнять устройства погружного типа. Они перекачивают сточные воды, могут осуществлять поливочные работы, осушают бассейны или ямы, погреба, удаляют воду из подтопленных подвалов, помещений.
  Видео в этой статье поможет понять основные принципы работы. Для загородных участков именно такое оборудование считается идеальным вариантом. Оно всегда отличается высокой производительностью, надёжностью и простотой применения, доступной ценой.
• Принцип работы делает довольно популярными поверхностные типы насосов. В жидкость погружается специальная разновидность шланга, которая заранее прикрепляется к части с всасывающим патрубком. В таких случаях временное водоснабжение работает без перебоев, очень качественно.

• Небольшие габариты устройства позволяют организовать качественную работу, речь, в том числе о весе и размерах. Если есть необходимость, то насос способен выполнять и другие функции, фото показывает, как легко произвести демонтаж.

Классификация и узлы

• С рекомендациями по эксплуатации лучше ознакомиться заранее, они обычно излагаются в инструкциях по применению. Прибор будет служить долго без всяких проблем, если точно запомнить его основные характеристики и параметры.
• Производитель и параметры могут довольно сильно определять цену. Итальянские и российские приборы получили у нас наибольшее распространение. Своими руками при желании такую конструкцию тоже легко собрать, но это только для любителей.

Надёжностью на рынке выделяются следующие производители:

• Именно технические характеристики должны стать основой для выбора, но полезно будет знать, что цена может варьироваться в пределах от 60 до 500 у.е.>
• Например, оценку примерно в 200 у.е. имеет модель Водолей БЦПЭ. Инструкция к устройству всегда прилагается. Он рассчитан на выкачивание воды из скважин. 60 лмин – в таких пределах рассчитывается показатель его производительности.
• Для водоснабжения загородного участка или дома не найти лучшего варианта. Станция от этого производителя может опускаться на глубину до 40 метров, если присоединить бак к насосу.

Широкое применение в быту способна получить разработка из Китая WerkJSW10 М. При правильной эксплуатации срок службы в этом случае может быть действительно длительным. 60 у.е. – доступная цена, которая устроит потребителей с разным уровнем финансовой обеспеченности.
При невысокой производительности напор достаточно хороший, да и габариты делают устройство применимым в совершенно разных условиях.

Центробежный насос

Центробежным называют насос, в котором энергия от рабочего колеса жидкости передается путем динамического взаимодействия лопастей с обтекающей их жидкостью, в результате этого взаимодействия жидкость движется от центра к периферии.

Центробежный насос — гидравлическая машина динамического типа, движение жидкости в нем осуществляется за счет сил инерции.

Принцип работы центробежного насоса

Схема центробежного насоса показана на рисунке.

1. Входной патрубок
2. Спиральный отвод
3. Рабочее колесо
4. Уплотнение рабочей камеры
5. Вал
6. Подшипник
7. Картер со смазывающей жидкостью
8. Манжета
9. Диффузор
10. Обтекатель

При вращении рабочего колеса, лопатки воздействуют на жидкость, передавай ей энергию, в результате действия центробежной силы жидкость перемещается ее от центра к периферии колеса. В центральной части колеса создается разряжение, и туда поступает жидкость из всасывающего патрубка.

Жидкость с периферии рабочего колеса поступает в спиральный отвод, а затем в диффузор, где часть скоростного напора преобразовывается в статический.

Рабочее колесо центробежного насоса

Основными элементами рабочего колеса являются:

Рабочее колесо имеет 5 — 8 лопаток, толщина которых назначается конструктивно. Лопатки, как правило, изогнуты в сторону, противоположную направлению вращения колеса.

Типы рабочих колес

Различают три типа рабочих колес:

• открытого
• полузакрытого
• закрытого

Самым распространенными являются колеса закрытого типа. Колеса этого типа состоят из ведущего диска, обода, лопаток и обладают самым высоким КПД.

В колесах полузакрытого (полуоткрытого) типа обод отсутствует. Это позволяет избежать засорения колеса, повышает надежность насоса. Однако отсутствие обода отрицательно сказывается на КПД насоса, и снижает прочность колеса.

В колесах открытого типа диск и обод отсутствуют, а ведущий вал соединяется непосредственно с лопастями. Большие зазоры между лопастями позволяют перекачивать жидкости с крупными включениями. КПД насосов с открытым рабочим колесом не превышает 40%, по этой причине такие колеса практически не встречаются в составе современных насосов.

Расчет подачи и напора центробежного насоса

Напор насоса определяется как разница между полным напором на всасывании насоса и полным напором в линии нагнетания, согласно уравнению Бернулли, напор насоса можно определить используя зависимость.

Подачей центробежного насоса называют расход жидкости через напорный патрубок.

Зависимость напора насоса от подачи называют основной характеристикой насоса.

Многоступенчатые центробежные насосы

Для увеличения напора используют многоступенчатые насосы, в которых жидкость от рабочего колеса поступает не в напорный патрубок, а в центральную часть следующего рабочего колеса, которое вновь передает энергию рабочей жидкости, что позволяет увеличить напор.

Таких ступеней может быть несколько.

Принципиальная схема центробежного насоса показана на рисунке.

Применение центробежных насосов

Центробежные насосы применяют для подачи жидкости в системах водоснабжения, водоотведения в системах канализации, транспортировки нефти, для осуществления циркуляции теплоносителя в системах отопления и охлаждения, для перекачивания жидкости в пищевой промышленности.