Рабочее колесо насоса: типы, материал и конструкция

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:

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).

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.

Рабочее колесо

Работа колеса центробежного насоса

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

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

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

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

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

Характеристики рабочего колеса

Насос с открытым рабочим колесом

Ниже будет представлена таблица классификаций рабочих колес:

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

Схема центробежного самовсасывающего насоса НЦС-1

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.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа. На рисунке 2 показана насосная установка, состоящая из центробежного насоса 3 типа НЦС, электродвигателя 5, служащего приводом для насоса и смонтированного вместе с ним на раме 6.

Устройство центробежного насоса

Центробежный насос, оптимальное назначение которого заключается в создании постоянного потока жидкости без ее обратного движения — популярное у потребителей устройство. Его конструкция состоит из нескольких крупных функциональных блоков.

Узел привода, роль которого состоит в создании крутящего момента. В качестве силового агрегата для решения такой задачи может выступать электродвигатель (с питанием от переменного однофазного, трехфазного напряжения, постоянного тока), двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизель).
Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
Защитный корпус, который может выполнять функции силового элемента для крепления всех частей конструкции.

В оснащение центробежного насоса также входят подшипники, обеспечивающие плавное вращение, снижение потерь на трение, повышение надежности, а также разнообразные уплотнительные устройства. Характер последних может меняться в зависимости от типа жидкости, для работы с которой создавалась установка.

Принцип работы

Принцип работы центробежного насоса — это забор воды в результате снижения давления во входном патрубке и выброс жидкости с напором из выходного патрубка. Это реализовано благодаря физическому явлению центробежной силы. Чтобы понять, как все работает, нужно пошагово проиллюстрировать принцип действия установки и происходящие процессы.

При пуске привода начинается вращение рабочего органа — колеса турбины с наклонными лопатками.
Входной патрубок подает воду в зону оси турбины.
Захватываясь лопастями, жидкость начинает круговое движение вместе с ними.
Благодаря наклону лопаток осуществляется быстрый отвод воды к краю круговой области рабочей зоны. Это происходит как под действием центробежной силы вращения, так и из-за силовой механики, обусловленной углом наклона лопасти.
При движении жидкости от точки отбора происходит падение давления, что обуславливает естественный забор воды из входного патрубка.
Заканчивая свое движение на краю круговой зоны турбинного колеса, вода перемещается с большой скоростью, создает значительное давление и выбрасывается естественным образом через выходной патрубок.

Такая физика процесса позволяет объяснить, почему центробежный насос способен не только перекачивать воду с поверхности, но и поднимать ее из скважин. При определенных соотношениях габаритов колеса, его оборотов, мощности привода достигаются настолько высокие показатели всасывающей силы, что жидкость легко поднимается из глубины в несколько метров.

Дополнительные элементы конструкции

Если приведенная выше функциональная схема содержит малое число значимых узлов, реальное устройство центробежного насоса включает дополнительные конструкционные элементы:

передающий трубопровод, по которому жидкость поступает к точке отбора;
фильтры грубой очистки, решающие задачу недопущения присутствия механических взвесей в турбинной камере;
системы клапанов, блокирующих нештатное обратное движение жидкости;
измеритель давления, контролирующий показатели внутри рабочей камеры;
манометр для контроля выходного потока, поступающего в систему водоснабжения.

В оснащение любого бытового и особенно промышленного центробежного насоса входит запорная арматура. Она может быть ручной или автоматической. Задача узлов этого класса, без которых не обходится не один чертеж системы подачи жидкости — не только защищать насос от нештатных и аварийных ситуаций, но и при необходимости управлять входными и выходными потоками перекачиваемого тела

Проиллюстрировать важность работы запорной арматуры легко на примере дозаторов. Центробежные насосы такого типа действуют по следующей схеме:

сигнал с управляющего устройства инициирует пуск;
установленный на выходном патрубке датчик считает перекачанный объем;
при достижении определенного порогового значения, сигнал счетчика поступает на электронно управляемый затвор выходного патрубка, который перекрывает поток;
рост давления на выходе отслеживается датчиком, который и останавливает работу двигателя по достижении определенного значения параметра.

Вентиль ProFactor запорно-регулировочный

Назначение и устройство

Конструктивные элементы рабочего колеса. (Для увеличения нажмите)Рабочее колесо является важнейшим узлом в конструкции центробежного насоса.

Основное его назначение заключается в передаче энергии от вращающего вала к жидкости.

Иначе говоря, рабочее колесо является генератором центробежной силы, с помощью которой и создается давление, двигающее поток жидкости.

Как правило, рабочее колесо состоит из следующих основных элементов:

передний или ведущий диск;
задний или ведомый диск;
крыльчатка, состоящая из лопастей, которые находятся между дисками.

Замечание специалиста: лопасти крыльчатки насоса, как правило, имеют изогнутость в сторону, которая противоположна направлению движения рабочего колеса.

Конструкция крепления

От этого показателя будет зависеть производительность и способность перерабатывать большие количества жидкости. Существует всего два типа расположения основных элементов в корпусе центробежного насоса. Чтобы разобраться во всех нюансах, стоит рассмотреть их по отдельности.

Консольное закрепление

Этот вариант исполнения предполагает наличие подшипников на одной стороне, а рабочее колесо на другой. Всасывающее и напорное отверстие располагаются перпендикулярно, зачастую конструкции такого плана имеют торцовый элемент для всасывания, который устанавливается под 90 градусов.

Конструкция имеет зону, где давление повышается до максимума, после чего жидкость с полученной энергией проникает в кожух спирального образца. Осевая сила возникает при разрушении баланса давлений в момент, когда вода достигнет задней пластины и полуоткрытого колеса.

Симметричное крепление

Довольно неплохое крепление Вал на подшипниках с обеих сторон, появляется возможность установки колес с двойным всасыванием.

За счет баланса давления нагрузка равномерно распределяется по корпусу насоса, что создает высокую надежность.

Обслуживание агрегата также облегчается, для произведения работ мастеру необходимо лишь открутить два болта и снять крышку, чтобы разобраться в причине поломки или устранить засорение.

Насосы с симметричным расположением профессиональные слесари между собой называют разборным корпусом, это обусловлено простотой демонтажа без необходимости извлечения всей системы.

Правила эксплуатации центробежных насосов

Благодаря надежности центробежных устройств потребность в ремонте и техническом обслуживании возникает редко. Поломки возникают из-за не соблюдений правил обслуживания. К таким правилам относятся:

аппарат эксплуатируется только с жидкостью. Сухой ход изнашивает уплотнение вала;
отсутствие простоев механизма. При отсутствии потребности в работе аппарата, его необходимо запустить один раз в месяц. При длительном простое вал окисляется;
агрегат используется при плюсовой температуре. Работа при морозе приводит к замораживанию жидкости и поломке агрегата;
эксплуатация в паспортном режиме. Работа происходит при средней подаче не превышая максимального показателя КПД;
своевременное обслуживание сальников. При отсутствии смазки вал аппарата выходит из строя.

Неисправности центробежных насосов и их устранение

По признакам неисправности определяют причину поломки.

Устройство центробежного насоса

Признаки неисправности и их устранение:

После пуска аппарат не подает воду. Причинами поломки в таком случае могут быть: неправильный пуск аппарата (для устранения необходимо после удаления воздуха перезапустить устройство); маленькая частота вращения колеса (для устранения поломки увеличивают частоту); на корпусе аппарата не закрыт сборник воздуха (стоит закрыть сборник воздуха); засорение клапана приема (для устранения очищается клапан); ослабление сальника(для устранения подтягивают сальник).
Подключенный аппарат работает, вал при этом не вращается. Причинами поломки являются: блокировка аппарата из-за длительного простоя (для ремонта вал прокручивают с помощью отвертки или вручную в зависимости от мощности);попадание инородного тела в проточную часть центробежного насоса (после снятия улитки удаляется посторонний предмет и устанавливается фильтр); проблематичное питание от электричества (проверяется правильность соединения и совпадение потребляемой и паспортной мощности).
Аппарат не включается. Причиной данной поломки может быть расплавление предохранителя или сгорание обмотки (для ремонта необходима замена устройств).
Шум при работе устройства. Причин этому типу поломок может быть несколько: аппарат наполнен воздухом(спустить воздух и установить отводчик); уровень жидкости ниже уровня всасывания(опустить аппарат).
Работающее устройство сопровождается вибрацией. Причина-плохое крепление аппарата(прикрепить устройство), износился подшипник центробежного насоса(подшипник стоит заменить).
Нагреваются подшипники. Причина-плохо происходит центрирование вала и устройства(сделать центровку).
Повышенное давление на выходе аппарата. Причина поломки-высокая частота вращения(уменьшить частоту вращения или подрезать и сместить колесо рабочее).
Высокая мощность потребления. Вызвано из-за высокой густоты жидкости(меняется двигатель на более мощный); большое сопротивление системы(для ремонта необходимо закрыть задвижки на напорном шланге).
Отсутствие подачи аппарата. Возникает из-за попадания через сальник воздуха в систему(необходимо подтянуть сальники, отключить устройство и повысить до нормы уровень жидкости в аппарате); загрязнение клапана приемки или всасывающей трубки(для устранения нужно разбирать агрегат для очистки клапана).
Высокий уровень шума при запуске центробежного насоса. Причина-отсутствие смазки (смазать аппарат); не качественный крепеж (плотно прикрепить к фундаменту); попадание воздуха в аппарат (выключается устройство и заливают его снова жидкостью); слабый напор (настроить процесс работы устройства).
После начала работы включается двигательная защита. Причина в электричестве (устраняется проблема сопротивления в фазе заземления).

Классификация по принципу действия — по типу рабочей камеры

Различают типы насосов по принципу действия и конструкции. Они делятся на объемные и динамические насосы.

Объемные насосы — такие, в которых жидкость перемещается за счет изменения объема камеры с жидкостью под действием потенциальной энергии.
Динамические насосы – механизмы, в которых жидкость перемещается вместе с камерой под действием кинетической энергии.

Динамические насосы, в свою очередь, делятся на лопастные и струйные.

Отдельно выделяют виды объемных насосов по принципу действия в зависимости от конструкции:

Роторные насосы – это цельный корпус, с определённым числом лопаток/лопастей, приходящих в движение при помощи ротора.
Шестеренные насосы – самый простой тип механизма, состоящий из сцепленных между собой шестерен, приходящих в движение под принудительным изменением полости между шестернями.
Импеллерные – в эксцентрический корпус заключены лопасти, при вращении выдавливающие жидкость.
Кулачковые – насосы, в корпус которых заключены 2 ротора, которые при вращении перекачивают жидкости разной степени вязкости.
Перистальтические – корпус включает эластичный рукав, в котором находится жидкость. При вращении дополнительных валиков жидкость перемещается по рукаву.
Винтовые – насосы, состоящие из ротора и статора. При вращении ротора жидкость начинает перемещаться по оси насоса.

Существует также деление динамических насосов по принципу действия:

Центробежные – включает в себя рабочее колесо, внутри которого находится жидкость, при вращении колеса, частицы приобретают кинетическую энергию, начинает действовать центробежная сила, под действием которой жидкость переходит в корпус мотора.
Вихревые насосы – по принципу действия аналогичны центробежным, но менее габаритны и имеют более низкий КПД.
Струйные – основаны на переходе потенциальной энергии в кинетическую.

Вихревый тип насоса является наиболее часто используемым за счет легкости установки. В бытовых нуждах такой агрегат устанавливают в загородных домах для обеспечения подачи воды. Циркуляцию воды обеспечивает жидкость, подаваемая на лопатки, расположенные в корпусе насоса. Ключевым элементов здесь является колесо, на которое вода подается через входное отверстие. Также такой насос используют для скважин, так как создают высокое давление. Они обладают способностью самовсасывания и могут перерабатывать не только жидкость, но газо-водную смесь.

Насосы центробежного типа часто применяют в бытовых и промышленных целях:

для организации систем водоснабжения на промышленных предприятиях;
для организации систем водоснабжения жилых кварталов;
для систем полива.

Эти насосы отличаются простотой эксплуатации, так как принцип работы достаточно прост. Основную нагрузку принимает колесо с лопатками, на которое и подается жидкость, однако если жидкости внутри не будет, то насос выйдет из строя. Чаще такие насосы бывают поверхностными. За счет этого снижается их производительность. Погружные насосы центробежного типа требуют герметичность корпуса высокого качества.

Виды промышленных насосов

В промышленности используются насосы разных типов. Основные виды насосов, используемые на различных предприятиях:

многоступенчатые;
маслонасосы шестеренные;
насосы химические погружные;

Промышленные насосы используются в различных областях

в легкой промышленности;
в химической промышленности;
в строительстве;
в машиностроении;
при добыче полезных ископаемых.

Вид и тип насоса выбирается в зависимости от нужд предприятия, свойств и качества перекачиваемой жидкости.

К наиболее популярным относятся глубинные насосы, так как широко используются в бытовых и промышленных целях. Их легко монтировать при установке систем водоснабжения и отопления, они используются для забора воды из скважин, в отопительных системах.

Основные виды насосов по типу подводимой энергии:

насосы, работающие за счет механической энергии;
водоструйные насосы;
насосы, работающие за счет сжатого пара или газа.

К насосам, работающим за счет механической энергии, относятся поршневые насосы, пропеллерные, винтовые, центробежные и ротационные. Несмотря на одинаковый принцип действия, эти насосы сильно отличаются по конструкции. Водоструйные насосы – элеваторы, эжекторы, работают за счет подачи жидкости на лопасти колеса.

Классификация центробежных насосов

Прежде чем рассматривать принятые классификации, по которым устройства сегментируются на рынке для конечного потребителя, следует определиться с терминологией. Центробежные системы — это динамические машины, один из подклассов насосов. В них происходит воздействие на транспортируемое тело как первичной механической силы, так и возникших вторичных физических процессов. Этим центробежные системы отличаются от мембранных, вибрационных, иных типов установок.

Насосы, представленные на современном рынке, исполняются в нескольких категориях и подвидах. Это делается как в целях повышения и обозначения уровня функциональной пригодности устройства, так и его соответствия определенным условиям эксплуатации.

По конструкции узлов

По данному критерию насосы делятся на:

одноступенчатые и многоступенчатые по числу рабочих колес;

https://youtube.com/watch?v=bqt4ipc73eQ

по числу выходных потоков;
одностороннего расположения входного патрубка и двустороннего, при этом конструкция может реализовывать как принцип удобства подключения, так и обеспечивать забор увеличенных объемов воды без роста диаметра подводящих шлангов;
со спиральным, направленным, кольцевым отводом потока, который формируют лопастные колеса;
с открытым и закрытым колесом турбины.

Центробежный насос с открытым рабочим колесом

По способу расположения

Виды центробежных насосов делятся по исполнению конструкции. Поверхностные способны поднимать воду из глубокой скважины или открытого источника, выполняются в корпусах без герметизации. В то же время погружные не могут похвастаться силой всасывания, однако создают значительное выходное давление для подачи жидкости на высоту, выполняются в герметичном корпусе.

Поверхностный центробежный насос Elpumps JPP1300F

По типу перекачиваемых сред

Есть классификация по роду перекачиваемой жидкости. Здесь представлены знакомые среднестатистическому пользователю водяные центробежные насосы с минимальными мерами защиты, а также установки для транспортировки горючих жидкостей, масел, коллоидов, среды с механическими примесями. Все типы устройств по данной классификации имеют отличия в конструкции турбины, систем герметизации, изоляции от внешней среды, искровой защиты и многого другого.

Прочие разновидности

Горизонтальный и вертикальный насос показывают различную степень пригодности для решений с критическими требованиями к эффективности. Это обусловлено характером забора жидкости и другими особенностями работы установок. В частности, вертикальные центробежные агрегаты менее эффективны как гидромашины, однако могут быть более удобны в разрезе монтажа внутри разнообразных конструкций.

Вертикальный центробежный насос

Другие деления насосов, представленных на рынке, описывают некоторые особенности примененных инженерных решений.

Консольный насос собирается на прочной металлической станине, что позволяет избежать взаимного смещения функциональных блоков, снизить или нейтрализовать осевые нагрузки двигателя и турбины.
Моноблочный вариант установки реализует принцип уменьшения числа движущихся деталей и потерь на трение путем прямого соединения осей двигателя и лопастного колеса.

Существуют и иные классификационные деления, интересные прежде всего специалистам, перед которыми стоит цель выбрать оптимальный вариант устройства для решения задачи с жесткими, точными рамками условий, требований и ограничений.