Проектирование центробежного насоса

Замыкатели располагаются на роторе и непосредственно воздействуют на жидкость, аналогично поршню. В отличие от поршня замыкатели имеют непрерывное вращение.

По виду замыкателей роторные насосы делятся на коловратные или шестеренные, поршеньковые и шиберные (пластинчатые).

В коловратных насосах ротор и замыкатели совершают только вращательное движение. Наибольшее распространение из этих насосов получили шестеренные с внешним зацеплением.

В поршеньковых насосах замыкателями являются поршеньки, а в шиберных роль замыкателей выполняют пластины, которые, вращаясь вместе с ротором, совершают возвратно-поступательное перемещение.

Роторные насосы относятся к объемным бесклапанным. Они имеют вращающийся ротор, который обеспечивает вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. Насосы этого типа следует применять для перекачивания жидкостей, не содержащих абразивных частиц и обладающих хорошей смазывающей способностью, так как в противном случае быстро изнашиваются рабочие органы насоса, что создает возможность их заклинивания и приводит к снижению подачи и напора. Роторные насосы обеспечивают достаточно равномерную подачу и не требуют установки воздушных колпаков.

Шестеренчатые насосы благодаря простоте конструкции, компактности и надежности нашли широкое применение в различных областях техники в топливных системах и системах смазки.

Шестеренчатые насосы рис.8 состоят из пары шестерен с внутренним или внешним зацеплением, которые помещены в корпус. При вращении шестерен в месте выхода их из зацепления создается разрежение, и жидкость из приемного трубопровода поступает в корпус насоса. В том месте, где шестерни входят в зацепление, жидкость выдавливается из пространства между зубьями и нагнетается в трубопровод. Шестеренчатые насосы используют для подач от десятых долей м3/ч до 50 м3/ч при давлениях несколько МПа (до 3000 об/мин; число зубьев  z = 8—12, КПД насосов около 0,7). Шестеренные насосы отличаются простотой исполнения, имеют малый вес и небольшие размеры непосредственно соединяются с электродвигателем, просты и надежны в    эксплуатации. Потребная мощность этого насоса при скорости вращения 1430 об/мин и подаче 23 м3/ч составляет 30 кВт. Указанные параметры относятся к условиям работы на масле индустриальном 45  при температуре 30—40° С и высоте всасывания 5 м. Роторные насосы более компактны, чем поршневые, не требуют клапанов (кроме предохранительного), направление подачи может часто реверсироваться (изменяться на противоположное).

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                      

                               

                             

              

 

 

 

 

Рис.8

Шестеренчатый насос

1,2- Зубчатые колеса; 3,4- Всасывающий  и нагнетательный патрубки

Однако и подачи, и напоры ограничены, а объемные потери выше, чем у поршневых. Поршневые насосы могут работать при очень больших противодавлениях и имеют высокий к. п. д., постоянный в широком диапазоне подач. На рис.9. показаны основные схемы объемных насосов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9.

Основные схемы объемных насосов

1.3 Классификация центробежных насосов.

Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов.

 

 

 

 

 

Р

 

 

Рис. 10

 Схема насоса со  спиральным отводом:

а - без направляющего аппарата, б — с направляющим аппаратом

1- спиральный отвод, 2- рабочее колесо, 3- направляющий аппарат, 4- напорный  патрубок

 

В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением и большей скоростью, чем при входе. Выходная скорость преобразуется в корпус насоса в давление перед выходом жидкости из насоса. Преобразование скоростного напора в пьезометрический частично осуществляется в спиральном отводе 1 (рис.10.) или направляющем аппарате 3. Несмотря на то, что жидкость поступает из колеса 2 в канал спирального отвода с постепенно возрастающими сечениями, преобразование скоростного напора в пьезометрический осуществляется главным образом в коническом напорном патрубке 4. Если жидкость из колеса попадает в каналы направляющего аппарата 3, то большая часть указанного преобразования происходит в этих каналах.

 Направляющий  аппарат был введен в конструкцию  насосов на основании опыта  работы гидравлических турбин, где  наличие направляющего аппарата  является обязательным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппаратом назывались турбонасосами.

Насосы типов К, КМ и КМЛ — горизонтальные одноступенчатые машины с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу Они предназначены для перекачивания воды с рН 7 (кроме морской) при температуре от 0 до 85 °С (273—358 К), объемной концентрацией твердых частиц не более 0,1%, содержащей твердые включения размером до 0,2 мм, а также других жидкостей, сходных с водой по плотности и химической активности.

Насосы типов К и КМ с деталями проточной части, изготовленными из серого чугуна, имеют подачу 5—360 м3/ч (1,4— 100 л/с), напор 10—90 м.

Насосы типа К выполнены с горизонтальным валом на отдельной стойке и могут применяться для перекачивания жидкостей при температуре до 378 К (105°С). Насосы этого типа — консольные одноступенчатые с приводом от электродвигателя через упругую муфту. Перекачиваемая жидкость подается горизонтально по оси насоса, а отводится вертикально вверх (в зависимости от условий монтажа и эксплуатации напорный патрубок можно повернуть на угол, кратный 90°).

Конструкция насосов типа К унифицированного ряда показана на рис 11. Корпус насоса прикреплен лапами к фундаментной плите, опорная часть насоса — консольно к корпусу насоса. Насос и электродвигатель установлены на общей фундаментной плите и соединены упругой муфтой с проставком. Эта конструкция имеет преимущества по сравнению с насосами на отдельной стойке. При разборке насоса не нужно отсоединять всасывающий и напорный трубопроводы, сборка не требует дополнительной центровки насоса с электродвигателем. Рабочее колесо 5 выполнено закрытого типа, насажено на вал и закреплено гайкой. Отверстие в крышке служит для подачи затворной жидкости к уплотнению.

Уплотнение насоса изготовлено в двух вариантах мягкий сальник и торцовое уплотнение типа 2В. Смазка подшипников — жидкая или консистентная. Все элементы насоса, кроме рабочего колеса и корпуса, унифицированы.

Насосы типа КМ — моноблочные с горизонтальным валом. В насосах этого типа рабочее колесо насажено непосредственно на вал специального электродвигателя с удлиненным концом вала, а корпус насоса прикреплен к фланцу электродвигателя непосредственно (у насосов мощностью до 10 кВт) или через фонарь (у насосов мощностью 10 кВт и выше). Таким образом, по сравнению с насосом типа К в моноблочных насосах отсутствуют опорная стойка и соединительная муфта. В остальном конструкция насосов этих типов идентична. Корпус насоса, крышка корпуса, уплотняющие кольца, гайка рабочего колеса, детали узла уплотнения вала у насосов типа К и КМ на одинаковые параметры унифицированы.

Осваивается производство консольных моноблочных насосов типа КМЛ (линейных), предназначенных для перекачивания холодной и горячей воды с твердыми включениями размером до 0,1 мм, объемной концентрацией до 0,1%, при температуре до 130° С.

Насосы этого типа — вертикальные, моноблочные, одноступенчатые, с основными деталями проточной части, изготовленными из чугуна, с торцовым уплотнением вала электронасоса. Подача насосов 24 м3/ч, напор 12,5 м.

Вертикальные насосы. Электронасосные агрегаты типа В применяют на водоперекачивающих станциях и водоочистных устройствах. Они предназначены для перекачивания воды и других жидкостей, аналогичных по вязкости и химической активности, с содержанием взвешенных частиц не более 3 г/л, при температуре до 45°С. В зависимости от назначения и требования заказчика насосы могут быть изготовлены в тропическом и морском исполнениях с диапазонах подач от 5500 до 90000 м3/ч и напоров от 25 до 100 м.

Среда подается к рабочему колесу по бетонной всасывающей трубе или всасывающему патрубку и отводится через спиральный корпус по напорному патрубку.

Вкорпусе насоса устанавливается ротор, представляющий собой рабочее колесо с валом. Рабочее колесо, с односторонним входом, отлитое из стали, соединяется с валом насоса шпильками и цилиндрическими штифтами.

Ротор агрегата вращается в трех подшипниках, два из них расположены в крестовинах двигателя, один — на крышке насоса.

Горизонтальные насосы. Насосы типа Д — двухстороннего входа, одноступенчатые, с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу, с горизонтальным разъемом корпуса и выносными подшипниками качения. На насосных станциях их применяют для перекачивания воды и жидкостей, сходных  с водой по вязкости и химической активности, содержащих не более 0,05% (масс.) твердых включений максимальным размером 0,2 мм, при температуре до 358° К (85°С).

Подача насосов — от 100 до 12500 м3/ч, напор — от 11 до 125 м. Привод насоса — от электродвигателя через упругую муфту. Насосы изготовляют в различных климатических исполнениях.

Рабочие колеса одностороннего всасывания  рис.12 подвержены воздействию осевой силы, которая направлена в сторону входа жидкости в рабочее колесо. Осевая сила возникает вследствие разности давления на входе и выходе рабочего колеса. Площадь передней стороны диска находится под действием давления всасывания, а площадь задней стороны этого диска — под давлением нагнетания.

В действительности осевая сила несколько меньше, чем теоретическая. Это объясняется тем, что, во-первых, разность давлений меньше, чем полный напор насоса, так как жидкость за колесом находится во вращении, и, во-вторых, в связи с изменением направления движения жидкости в рабочем колесе от осевого к радиальному возникает противоположно направленное осевое усилие. Однако, разгружающая осевая сила существенно мала по сравнению с той, которая возникает под действием разности давления на задний диск рабочего колеса.

Если в одноступенчатых насосах одностороннего всасывания осевая сила может быть надежно воспринята упорным подшипником, то это будет самым экономичным решением. В противном случае необходимо принять меры для уменьшения осевой силы, действующей на упорный подшипник. Это уменьшение может быть достигнуто только при понижении КПД насоса. В некоторых случаях (рис.12.) разгрузочную камеру 4 с помощью канала 6 сообщают с входным патрубком. Устройство специального канала, соединяющего разгрузочную камеру с входным патрубком, является лучшим решением, чем сверление отверстий в диске колеса, так как струя жидкости, выходящая через эти отверстия, направлена против потока на входе в рабочее колесо и нарушает его.

Однако самым эффективным способом разгрузки ротора одноступенчатого насоса от осевого усилия является применение насосов с колесами двустороннего всасывания — типа Д (рис 13.), у которых благодаря симметрии не возникает осевого усилия.

Насосы центробежные двусторонние выпускаются по ГОСТ 10272—62, который введен в действие с 1965 г.

Насосы типа Д выпускаются следующих марок: 10Д-6, 10Д-9, 12Д-6, 32Д-19 и др. Первые цифры, составляющие марку насоса, означают диаметр входного патрубка в миллиметрах, уменьшенный в 25 раз, например, насос 32Д-19 имеет диаметр входного патрубка 800 мм. Буква Д означает двусторонний вход жидкости в рабочее колесо насоса. Число, стоящее в конце марки насоса, выражает коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный. Для перекачки воды и других чистых жидкостей выпускаются центробежные насосы типа Д. Насосы — одноступенчатые с горизонтальным разъемом корпуса и рабочим колесом двустороннего входа. Подача этих насосов составляет от 160 до 12 000 м3/ч, создаваемый напор от 7 до 100 м. Всасывающий и напорный патрубки насоса типа Д расположены горизонтально в нижней части корпуса и направлены в противоположные стороны под углом 90° к оси насоса.

У этих насосов имеется раздваивающийся полуспиральный подвод 3. В рабочем колесе 1 эти потоки соединяются и выходят в общий спиральный отвод. разъем корпуса насоса горизонтальный, благодаря чему обеспечивается возможность вскрытия, осмотра, ремонта, замены отдельных деталей и всего ротора без демонтажа трубопроводов (напорный и всасывающий патрубки подсоединены к нижней части корпуса). Вал насоса защищен от износа закрепленными на валу сменными втулками. Эти же втулки крепят рабочее колесо в осевом направлении. Сальники, уплотняющие подвод насоса, имеют кольца гидравлического затвора 2. Жидкость подводится к ним под давлением из отвода насоса по трубам. Радиальная нагрузка ротора воспринимается подшипниками скольжения. Для фиксации вала в осевом направлении и восприятия осевого усилия, которое может возникнуть при неодинаковом изготовлении или износе одного из уплотнения рабочего колеса, в левом подшипнике имеются радиально-упорные шарикоподшипники 4. Насосы двухстороннего всасывания имеют большую высоту всасывания, чем насосы одностороннего всасывания при тех же подаче и частоте вращения вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одноступенчатые насосы имеют ограниченный напор. Поэтому когда необходимый напор насоса не может быть создан достаточно экономично одним рабочим колесом, в конструкции многоступенчатого насоса применяют ряд последовательно расположенных колес.