Центробежный насос принцип работы, устройство и классификация по характерным признакам

Принцип действия

Центробежные насосы – одни из наиболее распространенных машин промышленности. По количеству они уступают только электрическим двигателям. Т.к. электрические двигатели используются для приведения в действие насосов, то, можно сказать, что львиная доля электроэнергии мира расходуется на транспортировку жидкости центробежными насосами.

Центробежные насосы получили своё название от способа, в котором жидкость передаётся энергии.

Когда жидкость подводится к насосу, она соприкасается с вращающимся колесом и выталкивается в напорный патрубок с центробежной силой через полость специальной формы, называемой спиральным кожухом. Все центробежные насосы работают по такому принципу, но среди них могут быть конструктивные различия.

Насос передает кинетическую энергию жидкости. Кинетическая энергия подразумевает скорость жидкости. Скорость – это всего лишь половина уравнения.

Рис.1 – Центробежный насос

Жидкость входит в насос по центру колеса через всасывающее отверстие. Трение между частицами жидкости и рабочим колесом заставляет жидкость вращаться. Например, как трение между дорогой и резиной шины заставляет машину двигаться.

Рабочее колесо тянет частички жидкости, поэтому они вращаются при контакте с ними. Жидкость выталкивается наружу колеса с помощью центробежной силы – явление, которое выталкивает прочь любой объект из центра круга к его границам. Вот так жидкость получает кинетическую энергию от колеса.

Поэтому эти насосы называются центробежными.

Количество энергии, передаваемое жидкости зависит от трех факторов:

плотности жидкости:
частоты вращения рабочего колеса:
диаметра рабочего колеса:

После рабочего колеса жидкость попадает в полость спирального корпуса, откуда попадает в напорный патрубок.

Давление. Насос также должен создавать избыточное давление, чтобы отвечать требованиям системы. Обычно это преодоление гравитации при подъёме жидкости из низшего уровня на высший, и сопротивление трения трубопроводов.

Проще говоря, давление – это возможность выполнить задание. А скорость жидкости – это то, как скоро оно будет выполнено.

Насосы должны превращать динамическое давление в статическое.

По мере прохождения жидкости по спиральному корпусу она замедляется, так как площадь прохода увеличивается, потому что производительность или количество жидкости, перекачиваемое за какое-то время, зависит от двух факторов: первое – это скорость жидкости, второе – размеры полости, через которую она продвигается.

Если поток постоянный, то увеличение проходного сечения ведёт к уменьшению скорости и росту давления. Достигая напорного патрубка, большая часть кинетической энергии превращается в давление.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Перистальтический (шланговый) насос принцип работы

Если скорость падает, то увеличивается давление.

Как работает циркуляционный насос

Частные дома, в которых живут наши родители, строились своими руками, что заметно по неграмотным планировкам помещения, не всегда ровным окнам и дверям, заваленным стенам. Отопление каждый монтировал как понимал, принцип был один: должен быть выдержан уклон, чтобы вода могла непрестанно циркулировать по системе.

Работа циркуляционного насоса переносит нас в новую эру систем отопления. Его присутствие в системе делает ее намного экономней. Диаметр трубы может быть значительно меньше, что существенно сокращает объем теплоносителя. Жидкость передвигается по системе отопления с определенной скоростью, что позволяет равномерно отапливать помещения, поддерживать в них наиболее комфортную температуру, да и нагревается оно, в случае необходимости, довольно быстро. Автоматический режим работы циркуляционного насоса дает возможность аппарату моментально реагировать на различные изменения в системе, изменяя настройки прибора и делая работу отопительного оборудования более экономной. Отопление дома, имеющего несколько этажей немыслимо без такого насоса, а непрерывная циркуляция теплоносителя, помимо всех указанных преимуществ, еще и предохраняет отопительный котел от эрозии.

Конструкция

Насос – это машина, которая превращает механическую энергию в кинетическую энергию, перекачиваемую жидкость с электро-транспортировки ее из одной точки в другую.

Центробежный насос состоит из двух основных компонентов.

Первый – это вращающийся диск с изогнутыми лопастями. Он называется рабочим колесом.
Второй – это труба специальной формы, называемая спиральным корпусом, в котором содержится рабочее колесо и транспортная жидкость.

Есть 5 элементов конструкции, которые могут различаться:

вид колеса;
вид подшипника;
расположение корпуса;
крепление двигателя;
число ступеней.

Сферы применения

Трудно сегодня найти отрасль быта или промышленности, в которой использовались бы жидкие среды и не применялись центробежные насосы. Самыми популярными областями применения стали:

Водоснабжение всех уровней и масштабов — от водозаборных станций до промышленных предприятий и от жилых домов до станций очистки стоков.
Перекачка технологических жидкостей на промышленных установках и между объектами производства.
Циркуляция теплоносителя в системах отопления, централизованных или локальных.
Циркуляция воды в стиральных и посудомоечных машинах.
Орошение сельскохозяйственных посадок.
Подача воды в поилки и перекачивание молока на продуктивных фермах.
Циркуляция антифриза в системе охлаждения автомобильного двигателя и климатических установках.
Заполнение и осушение балластных цистерн на надводных судах и подводных лодках.
Транспортировка сырья на предприятиях пищевой промышленности и при массовом производстве напитков.

Центробежные насосы в промышленности

Использование центробежного насоса в садоводстве

Циркуляционные насосы применяются везде, где используются жидкости и не требуется сверхвысокий напор или усилие всасывания. Для специальных приложений служат устройства других типов — вибрационные, роторные, поршневые или индукционные.

Корпус

Он сделан в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожим на раковину улитки.Полость этого корпуса не остается одной и той же везде. Площадь проходного сечения увеличивается при приближении к напорному патрубку.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается напорный патрубок, есть выступающий клин, называемый водорезом.

Он физически разделяет спиральный корпус и напорный патрубок и гарантирует, что жидкость будет покидать насос, а не просто крутиться по кругу в спиральном корпусе.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, т. к. с помощью неё насос создает давление.

Ремонт и обслуживание помпы

Перед приобретением ремкомплекта для проведения ревизии насоса обратите внимание на конструкцию уплотнения и размер подшипников вращения вала, так как в зависимости от года выпуска насоса размеры деталей отличаются. Виды ремкомплектов водяного насоса МТЗ 80

Виды ремкомплектов водяного насоса МТЗ 80

Демонтаж узла

Не комфортность процесса демонтажа помпы заключается в узком расстоянии между блоком и радиатором трактора МТЗ 80. Успех быстрого отсоединения зависит от наличия арсенала торцевых ключей и воротков к ним соответствующих конструктивным особенностям размещения узла, а также профессионализма слесаря.

Для отсоединения узла от блока производят операции в следующей последовательности:

Поднять капот трактора
Отпустить крепление натяжного и крепёжного кронштейна генератора
Снять приводной ремень
Открутить диффузор радиатора
Отсоединить патрубки от помпы
Отпустить три болта крепления насоса к блоку и снять узел.

Разборка помпы

Наличие слесарных тесов для фиксации и винтового съёмника для отпрессовки ступицы шкива и вала с подшипниками обеспечит быструю и комфортную разборку узла.

Насос разбирают в следующем порядке:

Отпускают крепёжный болт и снимают с вала крыльчатку с уплотнителями
Откручиваются болты крепления на ступице приводного шкива, отсоединяя вентилятор
Отворачивается центральная гайка, фиксирующая шкив на валу
Зафиксировав корпус помпы в тесках, с помощью винтового съёмника или аккуратными ударами по окружности внутреннего венца шкива — снимают деталь со шпоночного соединения вала
Демонтируют стопорное кольцо, фиксирующее вал с подшипниками в расточке корпуса
Отпрессовывают вал с подшипниками с помощью винтового съёмника или осторожными ударами в торец вала со стороны крыльчатки, предварительно ввернув крепёжный болт в вал, чтобы не расплескать конец детали с внутренней резьбой.

Выпрессовка вала помпы
После разборки очищают корпус и крыльчатку от грязи и накипи

Особое внимание уделяют поверхностям прилегания уплотнителей и прокладок. С помощью наждачной бумаги зачищают наплывы накипи и мелкие раковины на контактных плоскостях с уплотнителями, особенно в корпусе насоса вокруг отверстия для вала

Демонтаж шкива и стопорного кольца

В случае выявления больших выбоин или раковин, которые невозможно зачистить корпус узла подлежит замене. Вал с недопустимой выработкой в посадочных метах, подшипники с осевым люфтом в обоймах также меняют. Для достижения положительного результата при устранении течи помпы вторичное использование уплотнений и сальников недопустимо.

Сборка и установка

Процесс сборки осуществляют в обратном порядке. Все детали помпы должны занять свои посадочные места. Результатом правильной сборки есть свободное вращение от руки крыльчатки без перекосов и зацепов о корпус, без осевых люфтов в посадочных местах вала и крыльчатки. Ответственным моментом в сборке узла является посадка ступицы шкива на шпонку вала

Важно при запрессовке детали на вал не сместить шпонку с посадочной канавки и обеспечить надёжное соединение без радиального и осевого люфта. Присоединение осуществляется при тщательно зачищенных контактных поверхностях блока и насоса через новую прокладку

Опытные трактористы для комфортной будущей ревизии узла вместо крепёжного штатного болта крыльчатки устанавливают аналогичную деталь из латуни, таким образом, предотвращая образование коррозии, затрудняющую разборку.

Обслуживание

В операции по обслуживанию насоса входят контроль натяжения ремня привода и своевременная смазка подшипников узла. Регламентную смазку осуществляют нагнетанием через тавотницу при проведении ТО 1. Натяжение ремня изменяется положением генератора при повороте крепёжного кронштейна.

Правильное натяжение обеспечивает ход ремня с минимальным проскальзыванием и контролируется прогибом середины большой ветви привода « шкив генератора – шкив коленвала» при нажатии с усилием 30…50 Н на 10…15 мм. Контроль осуществляют через каждые 60 часов работы. При вводе в эксплуатацию нового двигателя натяжение проверяют не позже чем через 2 – 3 рабочие смены. Чрезмерное натяжение увеличивает нагрузку на опорные подшипники приводных узлов и ускоряет их износ.

Рабочее колесо

Есть 3 вида рабочих колёс:

открытые,
полузакрытые
закрытые

Самая простая конструкция у открытого колеса, которая состоит из острых, как лезвие, лопастей, равномерно расположенных на втулке.

Открытое колесо

Большой неограниченный подвод жидкости позволяет этому виду колес транспортировать жидкости содержащие грязь, пыль, осадки, твёрдые примеси, что делает их идеальными для мусорных насосов.

Применяется на водоочистных заводах, где перекачиваются сточные воды для обработки грубых шламов с твердыми примесями. Поэтому он имеет режущие лопатки спереди колеса, чтобы резать очень большие примеси.

Если лопасти размещены на задней пластине, то такое колесо называется полузакрытым.

Полузакрытое колесо

Если лопасти находятся между двумя пластинами, то оно называется закрытым.

Закрытое колесо

Закрытые колеса более эффективны, чем полузакрытые и открытые колеса. Потому что поток жидкости идет по строго заданному пути. Значит, больше жидкости выходит из насоса и меньше просто циркулирует внутри колеса.

Их недостаток это то, что они могут легко загрязниться мусором.

Очень популярное заблуждение, будто закрученные лопасти помогают толкать жидкость. Но на самом деле это не то, для чего они предназначены.

Назначение лопаток – это проводить жидкость по наиболее плавному пути. Закрученные назад лопасти помогают стабилизировать условия течения жидкости на высоких скоростях и уменьшить нагрузку на двигатель.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Типы и конструкция подшипников

Правильное направление вращения для этого колеса – противочасовое. Поэтому по направлению сгибов лопастей можно сказать направление движения колеса.

Как самостоятельно диагностировать неполадки и устранять?

В этом разделе описаны самые распространенные сбои в производительности насоса и принципы действий их исправлений.

Когда возникает кавитация и как от нее избавиться?

Забилась труба вентиляции или ее диаметр слишком мал. В этом случае стоит прочистить или купить более широкую трубу и заменить.
Попали частицы воздуха или газа в жидкость. При этой проблеме необходимо совершить полное погружение помпы в воду или установить специальные отбойные щитки.
Забился или зашлаковался трубопровод. Для устранения неполадки необходимо очистить его и гидравлический участок.
Чрезмерно высокая температура перекачки – найти другой насос.

В чем причина нехватки мощности?

Вращение помпы имеет неправильное направление. В этом случае необходимо поменять фазы местами.

Внимание! Это касается только трехфазных насосов.

Износ или повреждение колеса. Необходимо сменить сломанную или непригодную деталь.
Забилась линия насоса или колеса, тогда нужно их почистить;
Засорился обратный клапан – просто отфильтруйте его;
Задвижка может быть негерметичной. Тогда нужно плотней закрыть ее.
Засорилась вентиляция. Осмотреть и при надобности почистить.

В каких случаях прибор управления показывает Перегрузка?

Упало сетевое напряжение. В этом случае проверьте напряжение.
Высокая плотность жидкости переутомляет мотор. Необходимо сменить мотор или поставить колесо меньшего размера.
Повышение температуры устройства. Если это произошло, то сразу необходимо при помощи запорной арматуры снизить генерированность.
Если одна фаза выпала, то нужно проверить контакты, при нужде сменить предохранители.

Почему возникает шум у обратного клапана и как с ним бороться?

Причина этому может быть одна – это то, что очень медленно закрывается клапан и может ударяться. В этом случаи необходимо сменить его на быстрозапорный.

Если само оборудование работает громко, как решить шумовые неудобства?

Несоответствующий курс движения колеса. В этом случае мы меняем жилы питания кабеля.
Порча рабочего колеса. Решением будет смена запчасти.
Забита линия аппарата или вентиляции. При любом загрязнении мы производим очистку.
Низкий показатель уровня жидкости в резервуаре. Тогда мы проверяем уровень и, если нужно, перенастраиваем устройство.
Причиной шума может стать колыхание трубопроводов. Мы проверяем эластичность соединений и туго фиксируем с помощью анкеров трубы.

Вывод: этот раздел создан для контроля, за правильной эксплуатацией водных помп. Если вы будете правильно ухаживать за ним и сможете устранять самостоятельно, и по первому сигналу, поломки, ваши помпы прослужат вам качественно и стабильно не один десяток лет.

Вал и подшипники

Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

Консольно
Симметрично

Консольное закрепление

При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.

Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Объёмные насосы: классификация и принцип действия

Центробежные и вибрационные

Для домашнего пользования больше подходят центробежные насосы, схема работы которых проще и эффективнее. В его конструкции присутствует вал, на котором находятся лопасти. При этом вся сила напора концентрируется на краях лопастей. Но для использования этого оборудования необходимо ставить фильтр, потому что оно недостаточно хорошо реагирует на загрязнения и теряет из-за них мощность.

Хорошо зная назначение и устройство центробежного насоса для воды, можно выбрать подходящую модель. Вы можете уточнить наличие дополнительных компонентов в конструкции у продавца.

Вибрационные не теряют эффективности из-за некачественной и загрязненной песком водой, но постоянные вибрации приводят к заиливанию источника. В итоге производительность данных приборов меньше, чем у вихревых.

Расположение вала

Центробежные насосы обычно расположены горизонтально. Но иногда вертикально.

Вертикальные насосы применяются для уменьшения места под установку. Вы можете встретить их на дне скважины или колодца, соединенными длинным-длинным валом с двигателем сверху. Это подводит нас к соединению с двигателем. Обычно электрического.

Как работает тепловой насос

В основе работы теплового насоса лежит уникальный цикл Карно, со своим круговым процессом. По этой схеме тепловой насос способен перекачивать по кругу рассеянное тепло, взятое с грунта, воды или воздуха.

Подобный подход даёт возможность сбора почти, что 75% тепловой энергии тепловым насосом, однако 25% энергии требуется для работы самого оборудования. По этой причине, тепловой насос, не может обойтись без потребления электроэнергии, которая нужна для его эффективной работы. При этом, потребляя всего 1 кВт электроэнергии, тепловой насос способен отдать в 5-7 раз больше.

Принцип работы теплового насоса сильно напоминает обычный холодильник или кондиционер, которыми мы привыкли пользоваться ежедневно. К примеру, глубоко под землей (ниже промерзания уровня грунта) или на дне водоёма, уложены по схеме теплых полов трубы, по которым все время циркулирует теплоноситель.

Температура под землей, на глубине которой уложены трубы, всегда постоянная, с плюсовой отметкой. Поэтому теплоноситель нагревается не слишком сильно, всего лишь на несколько градусов. Затем, попадая в испаритель теплового насоса, он отдает собранное тепло внутреннему контуру, и вот здесь начинается самое интересное.

Во внутреннем контуре теплового насоса имеется фреон (хладагент), который под высоким давлением попадает в испаритель, и отбирает часть тепла отданного теплоносителем, стенкам испарителя. Затем хладагент попадает в компрессор теплового насоса, где происходит процесс его сжатия, разогрева и выталкивания в конденсатор.

Уже в конденсаторе теплового насоса, тепло отбирается непосредственно в систему отопления или горячего водоснабжения дома (через теплообменник). Затем цикл передачи тепла повторяется снова и снова, именно так и работает тепловой насос.

Виды тепловых насосов

На сегодняшнее время бывают различные виды тепловых насосов, например, тепловой насос грунт-вода, или воздух-воздух. Рассмотрим вкратце существующие разновидности тепловых насосов:

Тепловой насос грунт-вода: это геотермальные тепловые насосы, которые призваны отбирать тепло из грунта и переносить его в дом, передавая через теплоноситель, который циркулирует в системе отопления.

Тепловой насос вода-вода: тепло, при использовании теплового насоса вода-вода, отбирается в данном случае из скважины или колодца. Для этого специальный гидравлический блок, установленный в тепловом насосе, перекачивает грунтовую воду, отбирает тепло и сбрасывает ее обратно в колодец-скважину. Данный вид теплового насоса, примечателен тем, что возможно использовать уже существующий колодец на участке, для того, чтобы сделать у себя в доме геотермальное отопление.

Тепловой насос воздух-вода: источником тепла в данной разновидности теплового насоса выступает окружающий воздух. Потребляя всего 1 кВт электроэнергии, воздушный тепловой насос способен увеличить ее до 5 кВт, на нужды отопления и нагрев горячей воды.

Тепловой насос воздух-воздух: принцип работы теплового насоса воздух-воздух аналогичен работе домашнего кондиционера, который функционирует на обогрев помещений. Отличие заключается лишь в эффективности работы, поскольку тепловые насосы воздух-воздух, почти в 3 раза эффективнее любых кондиционеров с функцией обогрева.

Безусловно, за тепловыми насосами, как и за другими источниками альтернативной энергии, будущее. Когда то, запасы нефти и газа на Земле будут опустошены, нужна будет перезагрузка, и вот тогда на помощь придёт энергия солнца, земли и ветра, позволив выжить всему человечеству.

Тип присоединения вала

Есть 2 способа предать вращения от двигателя к насосу: через муфту или напрямую.

Если насос и двигатель – это две отдельные машины, то они должны быть соединены муфтой.

Соединение муфтой

Муфты бывают разных форм, размеров и исполнений. И одно общее требование к ним – обеспечение правильной целостности валов, иначе без них обеспечение целостности было бы очень изощренным процессом.

Для облегчения и поддержания целостности, двигатель и насос установлены на общей опоре – опорной плите.

Или, в случае с вертикальными установками, двигатель расположен на раме.

Такой вид соединения двигателя и насоса называется муфтовым. Для больших мощных установок и насосов с разборным корпусом соединение через муфту единственно возможное.

Второй способ соединения – прямой. Двигатель и насос находятся на общем валу с колесом, расположенном консольно на другой стороне вала двигателя. В этом случае установка не требует муфты или сложных процедур по поддержанию целостности.

Тем не менее, из-за того, что двигатель и насос расположены на одном валу, поддерживаемые лишь подшипниками двигателя, этот способ подходит только для маленьких и средних насосов с торцевым всасыванием.

Материальное исполнение насосов

Универсальность конструкции центробежных агрегатов предопределяет широкое распространение установок. Оборудование используется для перекачки очищенной воды, нефтепродуктов и жидкостей, смешанных с агрессивными или абразивными веществами. Для изготовления корпусов и роторов используются материалы, устойчивые к воздействию тех реагентов, для перекачки которых создана помпа. Дополнительно учитываются условия работы и длительность непрерывных рабочих циклов.

Металлическое исполнение

Стандартные устройства, используемые для перекачки воды и водных растворов, оснащаются корпусами из серого чугуна. В конструкции узлов применяются нержавеющая сталь и цветные металлы (для подшипниковых опор), роторы изготовлены из чугуна или углеродистой стали. Изредка используются установки, выполненные из титановых сплавов.

Футерованные и пластиковые исполнения

Если насос используется для перекачки агрессивных веществ (например, кислот или щелочей), то металлические компоненты разрушаются в результате коррозии. Применение нержавеющих или специальных сталей снижает степень износа, но приводит к росту стоимости конструкции. В этом случае целесообразно использовать компоненты, изготовленные из пластика или композитов. Тип материала, применяемого для производства деталей, указывается в технической документации (например, поливинилхлорид обозначается как PVC).

Встречается оборудование с корпусами из пластика, который проходит дополнительную механическую обработку. Но из-за сниженной механической прочности подобная конструкция используется для малогабаритных установок. Промышленные насосы для кислоты изготовлены из металла, который футерован слоем полимерного материала, предотвращающего коррозию. При изготовлении деталей важно обеспечить адгезию разнородных веществ и избежать трещин, через которые агрессивные растворы проникнут под слой пластика.

Материалы уплотнительных колец

В зависимости от того, для чего планируется применение помпы, используются различные материалы для уплотнительных элементов. Наиболее часто встречаются детали, изготовленные из каучука на этилен-пропиленовой основе (код EPDM) и бутадиен-нитрильного типа (NBR). Каучук с фтором (Viton или FPM) или материал перфторированного типа используется в нагруженных установках для перекачки жидкостей с абразивной взвесью.

Количество ступеней

Насос классифицируется по количеству ступеней, которое он имеет. Большинство насосов имеет одну ступень с одним рабочим колесом и одним спиральным кожухом. Тем не менее, некоторые насосы имеют дополнительные ступени, соединённые последовательно для увеличения давления.

Ротор многоступенчатого насоса

Суть в том, что одно колесо придает энергию жидкости, а затем направляет его в следующее колесо, которое добавляет еще энергии жидкости, а затем направляет ее к следующему колесу, и так далее, пока, в конце концов, жидкость не попадает в напорный патрубок.

Технология установки центробежных насосов

Остановимся на принципе монтажа центробежных насосов для подачи воды.

Принцип их установки аналогичен другим видам.

Глубинные агрегаты полностью подсоединятся ко всем коммуникациям, прикрепляется к тросу и помещается непосредственно в водоём. Незабываем накануне смонтировать выключатель поплавкового типа. Сложности в установке глубинных насосов нет, но это трудоёмкая работа, которая занимает немало времени.
Агрегаты поверхностного типа размещают недалеко от водоёма. Предварительно необходимо побеспокоиться об обустройстве его защиты от неблагоприятных климатических условий. Данный прибор не сможет выдержать резких перепадов температуры, особенно в зимнее время. Аналогично глубинному агрегату, поверхностный насос предварительно монтируют со всеми коммуникациями, а затем к нему подключают шланг с обратным клапаном, второй конец которого погружают в водоём. Затем вручную заполняют камеру, это делается единожды при начале работы, и запускают работу насоса.

Как видим все работы по установке и обслуживанию агрегатов по водоснабжению не сложны. Что касается выбора изделия по принципу его действия и других характеристик, то выбор остаётся за потребителями.

Какие бывают типы водяных центробежных насосов

Выбираем центробежный насос для скважины

Насосы: история и принцип работы разных типов насосных агрегатов

Сегодня мы постараемся рассказать, что такое насос, принцип работы разных типов насосных агрегатов, как они приводятся в движение, какие функции выполняют.

Некоторые люди, которые использовали или используют насосные агрегаты, не всегда понимают принцип работы агрегата, знают только какую задачу решает данный насос. В данной статье мы постараемся объяснить принцип работы тех или иных насосов. И это будет не просто удовлетворение любопытства. Если Вы столкнетесь с потребностью в насосном агрегате, Вы уже будете «подкованы» для правильного выбора насоса.

Сначала немного истории…

Первые методы перекачивания воды известны с очень далеких времен. Воду черпали ковшиками или другой емкостью. Было физически тяжело обеспечить объём и скорость подачи воды, добывая жидкость из водоема. Первое, что придумали наши предки – это водочерпательное колесо. Согласно археологическим источникам, это было устройство в виде колеса со спицами, в конце которого, на стыке обода и спиц крепились ковши. Нижний сосуд был помещен в воду. Когда колесо начинало вращаться вокруг оси, ковши зачерпывали воду из водоема, а потом в самой верхней точке колеса, с высотой подъема равной диаметру колеса, вода выливалась из ковшей в желоб, расположенный сбоку, с определенной длиной и уклоном (самотеком), так сказать до потребителя. Колесо вращали физической силой с помощью быков, волов или просто руками. Ковш свисал набок, затрудняя вращение колеса, это также приводило к потере воды. Избавиться от потерь помогла конструкция, основанная на использовании пустого пространства между внешним и внутренним ободами колеса, где сбоку имелись отверстия для черпания воды. Это уменьшало потери воды при выливании, т. к. скорость вращения водочерпального колеса была постоянной. Уже с третьего века до н.э. в качестве силы вращения колеса водочерпальных системах использовали напор воды. Ниже мы покажем самые распространенные варианты добычи и подачи воды, которые придумали наши далекие предки.

На первом рисунке колесо с «ручным приводом» (емкости в ободе колеса).

На втором рисунке «ножной привод» – приводился в движение человеком, переступавшим с одной перекладины на другую, и уже водочерпальные сосуды находились сбоку.

Третий рисунок самое «прогрессивное» решение того времени – самодвижущееся колесо с лопастями в виде ложек. Колесо с ложковидными лопастями вращает нижний барабан, который, в свою очередь, жестко соединяется цепью с верхним барабаном. На цепи укреплялись ведра, при движении вверх, они наполнялись водой, которая выливалась в сточный желоб, находившийся в верхней точке конструкции. Таким образом, вниз ведра спускались уже пустыми, чтобы вновь зачерпнуть воду из реки.

Следующий шаг в цивилизационной спирали развития «насосостроения» стал так называемый «Архимедов винт»

Архимед — древнегреческий ученый-мыслитель, известно о нем из трудов античных историков, изобрел винтовое водоподъемное устройство, названное позже в его честь. Это устройство представляло собой наклонную деревянную трубу с винтом, установленным внутри. Вращался винт, с помощью ветряного колеса или вручную. В то время как поворачивается нижний конец винта, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по трубе во время вращения вала, пока наконец вода не выльется из вершины трубы. Однако потери были неизбежны, так как какое-то количество воды стекало обратно, т.е. эффективность оставляла желать лучшего. Чем больше угол наклона винта, тем больше высота подачи, при уменьшении производительности. Кстати, к примеру, такого типа конструкция использовалась для осушения затопленных трюмов кораблей и шахт.

Следующий вид изобретенного вида насоса — это поршневые насосы.

Поршневой насос — детище греческого изобретателя Ктезибия Александрийского, который жил в III веке до н. э. Поршневые насосы использовались для подъема воды из колодцев. В основе работы подобных насосов базовые принципы пневматики и гидравлики. Кстати он же изобрел прототип такого музыкального инструмента, как орган, с помощью двух поршневых насосов. Звуки извлеченные из этого инструмента были на удивления очень «чистыми». Принято считать, что эти насосы пионеры в истории человечества, так как надолго вперед, вплоть до наших дней, определи компоновку устройства. Произошел переход на замену материала конструкции от дерева на бронзу. Но базовые элементы устройства теже, что и современных насосах: плунжер, цилиндры, клапаны.

Появление парового двигателя и гидроприводов, подтолкнуло к технической революции в промышленности. В 1712 году английский изобретатель Томас Ньюкомен создал поршневой насос с паровым приводом, для откачки воды. В современное время, поршневые насосы все также используются для подъема воды из скважин и колодцев.

Сильфонный насос

Сильфонные насосы представляют собой сильфон типа вертикальной гармошки, сжимая которую производят перекачивание жидкости. Простейшая конструкция насоса состоит всего из нескольких деталей, которые, как правило, изготавливаются из пластика, соответственно они не подвержены коррозии. Применяются для выкачивания жидкостей, в том числе агрессивных из бочек, бутылей, канистр и т.п.

Пластинчато-роторный насос

Пластинчато-роторные насосы – это самовсасывающие насосы объемного типа – перемещение жидкости происходит за счет изменения объема в рабочей камере насоса. Используются для перекачивания вязких жидкостей, масел.

Конструкция насоса представляет собой эксцентрично расположенный ротор, имеющий продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины, они выходят из пазов и прижимаются к цилиндрической поверхности расточки корпуса. В результате перекачиваемая вязкая жидкость заполняет пространство между пластинами, а дальше выталкивается в нагнетательный патрубок. Пластинчато-роторные насосы нашли широкое применение в различных сферах, где в рабочем процессе применяется вакуумное масло.

Шестеренный насос

Шестеренные насосы – устройство настолько простое, что в очередной раз подтверждает, гениальность в самой простоте изобретения. Шестеренные насосы предназначены для перекачки вязких сред маслянистого типа. Агрегат представляет собой сцепленные между собой шестерни, которые приводятся в движение под принудительным изменением полости между шестернями. Ведущая шестерня находится в постоянном сцеплении с ведомой и приводит её в движение, вращает в противоположное направление. Жидкость поступает во впадины между зубьев, перемещаясь вдоль стенки насоса с внутренней части и выталкивает через выходной патрубок в трубопровод.

Импеллерный насос

Импеллерные насосы (ламельные, насосы с мягким ротором) являются подвидом пластинчато-роторных насосов. Насосы с гибким рабочим колесом (импеллером) благодаря своей особой конструкции позволяют бережно и эффективно перекачивать определенные среды с различной вязкостью и плотностью. Рабочим органом насоса является мягкий импеллер, выполненный из эластомера. Ось ротора расположена эксцентрично к корпусу. Ротор вращается, лопасти изгибаются и распрямляются, создают вакуум и всасывают среду. Движение лопаток переносит среду к выходному отверстию насоса насоса.

Синусный (синусоидальный) насос

Важнейшим элементом конструкции синусоидального насоса является ротор, имеющий форму с синусоидной структурой (отсюда и название всего устройства). Синусоидальные насосы имеют четыре камеры, которые открываются и закрываются по очереди, что позволяет перекачивать даже очень нежные структуры, например, измельченные помидоры.

Конструкция насоса обеспечивает высокую мощность всасывания, но в отличие от традиционных насосов, оснащенных рабочим колесом, которое «режет» транспортируемую жидкость, синусное рабочее колесо мягко проталкивает жидкость через насос. Максимально допустимый размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.

Насос не имеет клапанов. Конструкция насоса очень простая, что гарантирует долгую и безотказную работу устройства.

Винтовой насос

Винтовые насосные агрегаты объемного типа предназначены для перекачивания жидких сред с повышенной вязкостью, допустимо перекачивание жидкостей с включением твердых фракций. Благодаря особенностям конструкции, винтовые насосы отлично всасывают и перекачивают жидкости различной вязкости и консистенции. Перекачиваемые жидкости не подвергаются центробежным или пульсирующим усилиям, благодаря этому винтовые насосы очень аккуратно перекачивают даже самые чувствительные среды. Условием правильной работы насоса является выбор подходящей скорости для данной среды. Винтовые насосы обладают высокой надёжностью, они экономичны и просты в эксплуатации, обладают высокой ремонтопригодностью.

Преимущества винтовых насосов:

простота конструкции, хорошая ремонтопригодность
высокая мощность всасывания
жидкости не подвергаются центробежным или пульсирующим усилиям, поэтому нет необходимости использовать гасители пульсации или компенсаторы в трубопроводах
возможность перекачивания жидкостей, содержащих твердые включения
большой диапазон применения по подаче за счет возможности ее изменения, изменением частоты вращения

Винтовые насосы нашли широкое применение в нефтехимической и пищевой промышленности.

Перистальтический (шланговый) насос

Перистальтические насосы часто называют линейными или шланговыми насосами. Первый патент, защищающий изобретение, был подан в конце 19-го века в Соединенных Штатах, и устройство первоначально предназначалось для переливания крови во время операции. Транспортировка жидкости с использованием перистальтического насоса возможна благодаря движению роликов или башмаков, скользящих по шлангу. Эти насосы позволяют перекачивать жидкость без загрязнения, обеспечивая при этом относительно низкие эксплуатационные расходы. Благодаря этим характеристикам дозирующие насосы на основе перистальтических насосов играют огромную роль в различных отраслях промышленности и медицины. Принцип работы здесь прост — он включает перемещение среды, расположенной в специальном толстостенном шланге. Это возможно благодаря вращающейся головке с роликами (башмаками), которые пережимают сливной шланг, расположенный по окружности внутри корпуса, ролики проталкивают жидкость на выход насоса.

Вихревой насос

Вихревые насосы, по большей части, предназначены для перекачки жидкости, но также могут использоваться и для перекачивания газообразных сред, движение жидкости в нем осуществляется за счет сил инерции и трения. Существует несколько подвидов вихревых насосов, но аналогичным компонентом у всех является рабочее колесо в виде стального диска, где на внешнем диаметре находятся ямки, которые формируют лопасти различного вида. Колесо с лопастями вращается внутри корпуса, имеющего форму цилиндра, при этом расстояние от торца лопатки до стенки минимальное. Принцип действия вихревого насоса заключается в том, что вода всасывается во входное отверстие и закручивается в вихрь благодаря крыльчатке. При малых энергозатратах, мощность потока многократно увеличивается, и жидкость с большим давлением выбрасывается из выходного патрубка. Большим преимуществом вихревых насосов является возможность работы с небольшими объемами жидкости, при этом насосы могут обеспечить достаточно сильный напор. Учитывая вышеописанные особенности, вихревые насосы, нашли применение в системах, где есть необходимость создать высокий напор при, относительно небольшой подаче. Например, в небольших автоматических насосных станциях водоснабжения. Способность перекачивать жидкостно газовую смесь дает возможность эксплуатировать вихревые насосы для перекачивания летучих жидкостей (бензины, керосины и т.д.), что является основанием для использования подобных насосов в системах заправки топливом.

Насос газлифт

Газлифтные насосы — это один из методов принудительного подъёма капельной жидкости за счёт энергии, которая содержится в смешиваемом с ней сжатом газе. Чаще всего, применяются при добыче нефтепродуктов. Принцип работы газлифта заключается в нагнетании газа под давлением по затрубному пространству между наружной и внутренней трубами. Газ снижает перепад давления в насосно-компрессорных трубах, тем самым способствуя вытеснению нефтепродукта по стволу скважины на поверхность за счет естественной энергии.

Мембранные (диафрагменные) насосы

Диафрагменный насос является одним из наиболее универсальных типов насосов благодаря простоте эксплуатации, а также относительно низкой частоте отказов. Диафрагменные насосы принадлежат к семейству объемных насосов, в большинстве случаев они приводятся в действие сжатым воздухом, реже с помощью электродвигателя.

Принцип работы диафрагменных насосов заключается в следующем: сжатый воздух, проникающий за одну из диафрагм, заставляет её сжиматься и продвигать жидкость в отверстие выхода. В это время вторая диафрагма напротив создаёт вакуум, всасывая жидкость. После прохождения импульса пневматический коаксиальный обменник меняет направление сжатого воздуха за вторую мембрану и процесс повторяется с другой стороны. Давление нагнетания на стороне среды равно давлению выше по потоку от диафрагмы, поэтому диафрагменные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы диафрагмы. Диафрагменные насосы не требуют охлаждения или смазки во время работы, что обеспечивает бесперебойную работу всухую.

Шнековый (оседиагональный насос)

Шнековый (оседиагональный насос) – погружное насосное оборудование винтового типа. Перекачка жидкой среды шнековым насосом основана на работе специфического архимедового винта определенной длины. Исключительным преимуществом этого агрегата является возможность осуществлять перекачку жидкостей с сильным загрязнением (абразивными веществами небольших размеров).

Оседиагональные насосы обладают хорошей всасывающей способностью и более высокой производительностью, по сравнению с другими типами лопастных насосов. Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, дизельного топлива и т.д.

Центробежный насос

Констукция насоса представляет собой спиральный корпус и установленное внутри рабочее колесо с лопастями, вращающемся с постоянной скоростью. Жидкость, постоянно протекающая через рабочее колесо, подвергается центробежной силе. Таким образом, энергия двигателя передается жидкости через рабочее колесо, в результате чего увеличивается давление и кинетическая энергия. После того как жидкость выходит из ротора, ее кинетическая энергия далее преобразуется в энергию давления. Увеличение кинетической энергии и давления в насосе зависит от конструкции ротора и скорости его вращения. Центробежные насосы идеально подойдут для наполнения емкостей и заполнения бассейнов, подачи воды в частные дома, коттеджи и орошения приусадебных участков.

Многосекционный насос

Многосекционными называют центробежные насосы, оснащенные двумя и более последовательно размещенными рабочими колесами, по сути, это серия последовательно размещенных центробежных насосов. Подобная конструкция оборудования позволяет создать на выходе значительное давление: выйдя под давлением из первого рабочего колеса, жидкость поступает во второе рабочее, где в свою очередь тоже повышается давление, затем в третье и т.д.

Основное применение насосы многосекционные нашли в системах холодного и горячего водоснабжения. Также могут применяться и в других областях промышленности и хозяйства, гражданских объектах.

Струйные насосы

Струйные насосы бывают двух основных типов:

Эжектор – насос отсасывающий среду и создающий разряжение
Инжектор – насосы нагнетающие среду под давлением.

Работа струйного насоса заключается в создании разности давлений между давлением во всасывающем баке и давлением в нагнетательной камере.

Рабочая жидкость, подаваемая насосом подачи через впуск, попадает в сопло, где скорость жидкости увеличивается за счет падения давления, согласно закону Бернулли. Перепад давления во всасывающей камере достаточен для подъема жидкости или суспензии из всасывающего бака.

Преимущество струйных насосов – отсутствие движущихся частей и, следовательно, высокая надежность. Недостатком является низкая энергоэффективность (30 — 40%). Для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.

Гидротаранный насос

Гидротаран качает воду без бензина, тока и газа, ему не требуется источник питания и при отсутствии двигателя, способен поднимать жидкость на высоту до нескольких десятков метров. Такой насос способен долгое время непрерывно работать, обеспечивая водой экопоселения деревенские дома сельскохозяйственные угодья и т.д. Принцип работы гидротарана заключается в использовании энергии гидроудара.

Гидротаран получает энергию непосредственно от проточной воды, перетекающей под действием силы тяжести по напорному трубопроводу в сток, который находится на более низком уровне.

Пропуская через себя большую часть воды с небольшой высоты h (разница высот между стоком и уровнем воды в питающем резервуаре) гидротаран поднимает меньшую часть воды на большую высоту H (разница высот между верхней точкой отводящей трубы и уровнем воды в питающем резервуаре).

Это устройство с довольно низкой энергоэффективностью, потому что только небольшая часть энергии, протекающей по водопроводу, преобразуется в работу по подъему воды в резервуар.

Спиральный вакуумный насос

Вакуумные насосы создают вакуум с помощью простого механизма, состоящего из двух спиральных частей, которые перекрывают друг друга. Одна часть является статором насоса и остается неподвижной, другая часть представляет собой ротор и эксцентрично вращается, создавая подвижные зоны захваченного газа.

Когда перекачиваемый газ поступает в спиральный механизм, он затем перемещается по периферии, сжимается и направляется к выходному отверстию насоса. Сухие спиральные вакуумные насосы отличаются исключительной надежностью.

Ламинарный 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.