Причина встречного расположения колес в спиральных насосах

Обновлено: 09.01.2025

Центробежные насосные агрегаты (ЦН) используются не только в различных отраслях промышленности, но и в быту. В системах водоснабжения применяют погружные электронасосы для подъема воды из скважин и подачи потребителям. ЦН обеспечивают циркуляцию теплоносителя в системах отопления. Благодаря простоте конструкции и высокой надежности эти устройства являются самыми распространенными гидравлическими агрегатами.

Особенности конструкции и принцип действия

Центробежный насос представляет собой динамический лопастной агрегат, в котором перенос рабочего тела происходит непрерывным потоком за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса. Жидкость перемещается по подвижным лопастям от центра к периферии, т. е. перпендикулярно оси вращения. В большинстве случаев насосный агрегат состоит из 2 частей: гидравлической (насос) и приводного двигателя.

Корпус ЦН представляет собой разъемную металлическую отливку, имеющую форму улитки, с 2 фланцами – всасывающим и напорным. Внутри, на валу, располагается рабочее колесо открытого или закрытого типа. Последнее состоит из 2 дисков, между которыми расположены лопасти, изогнутые в направлении, противоположном вращению. В переднем диске имеется отверстие, расположенное напротив всасывающего патрубка.

Принцип работы ЦН основан на действии центробежных сил. При вращении колеса в заполненном водой корпусе жидкость начинает двигаться по лопастям от центра к периферии под влиянием сил инерции. В результате этого на выходе получается избыточное давление, которое выталкивает рабочее тело в напорный трубопровод. Разряжение, создающееся в центре колеса, втягивает воду из всасывающего трубопровода и подает на лопатки. Таким образом создается непрерывный поток жидкости.

Во многоступенчатом насосе корпус имеет цилиндрическую форму. Для передачи жидкости с одной ступени на другую устанавливают направляющие аппараты. Устройство располагается над каждым рабочим колесом и представляет собой диск с неподвижными изогнутыми лопатками, которые направляют рабочее тело с выхода вращающегося колеса на всас следующего. Это приводит к существенному повышению давления на последней ступени.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение центробежные насосы получили благодаря своим положительным качествам:

простоте конструкции;
несложному монтажу;
простому обслуживанию;
длительному сроку службы;
высокой надежности.

Как и другие типы гидромашин, ЦН имеют ряд недостатков:

невысокая высота всасывания (до 6-8 м);
отсутствие сухого всаса;
большая вероятность возникновения кавитации.

Для пуска агрегата необходимо заполнение водой гидравлической части и всасывающего трубопровода.

Классификация

Производители предлагают большой выбор центробежных агрегатов, имеющих различное исполнение и характеристики.

По числу ступеней – одноступенчатые, многоступенчатые.
По способу отвода среды – простые без направляющего аппарата; турбоприводные с направляющим аппаратом.
По типу подвода жидкости – с односторонним и двухсторонним подводом.
По параметрам потока – низко- (до 2 атм.), средне- (2-6 атм.), высоконапорные (более 6 атм.).
По расположению вала – с горизонтальным и вертикальным размещением.
По виду перекачиваемой жидкости – водяные, фекальные, землесосные, кислотные и т. д.
По назначению – общепромышленные, шахтные, артезианские (глубинные) и т. д.

Сферы применения

Использование ЦН на производстве.

Область применения центробежных насосов чрезвычайно велика. Они используются в теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи воды в систему регенеративного теплообмена, подпитки сетевых теплофикационных установок. На АЭС применяются центробежные агрегаты герметичного исполнения. На тепловых станциях они используются в системах гидрозолоудаления.

Широкое применение ЦН нашли на промышленных предприятиях, сельском хозяйстве и в системах водоснабжения городов. Они используются для подачи реагентов и растворов в технологических схемах производств. Применяются в строительстве и угольной промышленности при гидромеханизации разработки грунтов и гидравлическом способе добычи угля.

В сельском хозяйстве для подачи воды на животноводческие фермы применяются глубинные ЦН. В системах полива полей устанавливают насосные агрегаты большой производительности.

Как правильно выбрать центробежный насос

Помпа центробежного типа выбирается исходя из задач, которые она будет выполнять. При выборе гидроагрегата необходимо обратить внимание на технические характеристики.

Аппарат подбирают по параметрам, среди которых:

Высота всасывания.
Определяется как расстояние от зеркала воды до вала установленного насоса. Для погружных насосов эта величина не указывается.
Эффективность оборудования.
Чем выше КПД агрегата, тем меньше потери при работе.
Производительность.
Параметр характеризует расход жидкости в единицу времени. От него зависит продолжительность непрерывной работы.
Напор.
Измеряется в м вод. ст. На его величину влияет протяженность и диаметр трубопровода. Чем длиннее труба, тем выше гидравлическое сопротивление, тем меньше давление.
Мощность приводного двигателя.
Величина влияет не только на качество работы агрегата, но и на возможности электрической сети.

В большинстве случаев характеристики выбираемого ЦН должны быть несколько выше требуемых. Агрегат прослужит дольше, если будет работать в менее напряженном режиме.

Подготовка к работе

Подготовка насоса к работе.

Некоторые виды центробежных насосов не требуют подготовки перед пуском. К ним относятся глубинные (скважинные), насосы систем отопления и другие агрегаты, корпуса которых постоянно заполнены водой. Бытовые гидроагрегаты, предназначенные для подъема воды из колодца или ее подачи из водоема на полив, перед включением требуют некоторой подготовки.

При пуске ЦН с сухой гидравлической частью во всасывающем патрубке не создается разряжение, и жидкость не поступает на рабочее колесо. В результате такой работы вращающие части нагреваются, что приводит к выходу насоса из строя. Существует несколько вариантов решения этой проблемы.

Заливка воды из трубопровода

Применяется для водопроводных систем со стационарно закрепленными трубопроводами. Чаще всего такой способ используют для подъема воды из колодца. Насос устанавливают таким образом, чтобы расстояние до воды было не больше величины, указанной в описании (паспорте) устройства. На всасывающем трубопроводе монтируют обратный клапан, предотвращающий слив воды. Корпус насоса вместе с трубопроводом заполняют водой, а затем включают двигатель.

Такая процедура проводится при первом пуске. Если обратный клапан работает правильно, то вода не сольется и последующие пуски будут проходить с заполненным контуром. Если насос пускают редко, то обвязку насоса делают таким образом, чтобы была возможность подачи воды из напорного трубопровода на всас насоса, т. е. проводят байпасирование агрегата. Воду подают до тех пор, пока из заполняемого контура не выйдет весь воздух.

Заливка воды из резервуара

Центробежный насос в действии.

Для заполнения гидравлической части применяют емкости с водой. Их располагают выше агрегата, тогда жидкость будет самотеком поступать в насос и трубопровод. После пуска ЦН закрывают вентиль на магистрали заполнения. Для подачи воды в бак на напорном трубопроводе насоса устанавливают трубку с запорной арматурой. Этот процесс можно автоматизировать, поставив в емкость поплавковый клапан, который будет закрываться при полностью заполненном баке.

В некоторых случаях используют баки-аккумуляторы, которые устанавливают на всасе насоса. Подача воды на ЦН проводится из нижней точки емкости, а всасывающий трубопровод подключают в верхней части. Аккумулятор не должен иметь связей с атмосферой помимо предусмотренных конструкцией. Емкость бака выбирают равной двукратному объему полостей насоса и всасывающего трубопровода. При полностью герметичной системе после остановки насоса уровень в аккумуляторе позволит провести последующее включение без заполнения емкости жидкостью.

Эксплуатация и ремонт

Циркуляционный насос будет работать без дефектов, если монтаж проведен правильно. В большинстве случаев снижение производительности и уменьшение напора происходит не из-за поломки ЦН, а возникновении проблем с элементами трубопровода. Поэтому перед тем как начать разбирать агрегат, необходимо проверить работоспособность системы.

При засорении фильтра на всасывающем трубопроводе происходит срыв потока, что приводит к кавитации. Неплотности в соединениях, превышение высоты всасывания, большое гидравлическое сопротивление трубопровода негативно отражается на параметрах ЦН.

Чаще всего дефекты возникают в узле уплотнения вала насоса. Если используется сальниковая набивка, то нажимная букса должна уплотнять вал так, чтобы была небольшая протечка для охлаждения и смазки набивки. На работу торцевого уплотнения большое влияние оказывает соосное расположение валов насоса и приводного двигателя. Узел устроен так, что уплотнительные графитовые кольца должны находиться в одной плоскости. В противном случае будет неравномерная выработка поверхностей, что приведет к увеличению протечек.

Износ дорожек или разрушение сепараторов подшипников приводит к биению вала, увеличению нагрузки на приводной двигатель и снижению показателей работы ЦН. Без наличия опыта и специальных инструментов самому разбирать насос не стоит. Эту работу качественно могут сделать специалисты. Замену набивки чаще всего проводят самостоятельно.

Для поддержания насоса и системы в работоспособном состоянии необходимо проводить периодические осмотры в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Одноступенчатые насосы имеют ограниченный напор. Поэтому, когда необходимый напор насоса не может быть обеспечен одним рабочим колесом, в конструкции насоса применяют ряд последовательно расположенных колес, в этом случае насос называется многоступенчатым.

В зависимости от свойств перекачиваемой воды насосы в соответствии с ГОСТ 10407-88 выпускаются следующих типов:

ЦНС — насосы для перекачивания воды, имеющей pH 7—8,5, с массовой долей механических примесей не более 0,1%, размером твердых частиц не более 0,1 мм, микротвердостью не более 1,47 ГПа, температурой не более 45° С;

ЦНСг — то же с температурой не более 105° С;

ЦНСс — насосы в однокорпусном исполнении для перекачивания агрессивных нефтепромысловых вод, в том числе сероводородосодержащих, с массовой долей механических примесей не более 0,1%, размером твердых частиц не более 0,1 мм, микротвердостью не более 1,47 ГПа, температурой не более 60° С;

ЦНс — то же в двухкорпусном исполнении.

Изготавливаются в климатическом исполнении УХЛ (для ма- кроклиматических районов с умеренным и холодным климатом). Насосы в исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в теплом влажном, жарком сухом и очень жарком сухом климатических районах (ГОСТ 16350), в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха выше 40° С и (или) сочетание температуры, равной или выше 20° С, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 12 ч в сутки за непрерывный период более двух месяцев в году.

В соответствии с ГОСТ 10407-88 в обозначении насосов указывается тип насоса, подача насоса в м 3 /ч, напор насоса в м, порядковый номер модернизации. Так, ЦНСс 180-1900-1 означает: насос центробежный многоступенчатый секционный для перекачивания агрессивных нефтепромысловых вод, в том числе сероводородосодержащих, с подачей 0,05 м 3 /с (180 м 3 /ч), напором 1900 м и с первой модернизацией.

Основные конструктивные блоки многоступенчатых насосов — корпус и ротор. К корпусу относятся крышки линий всасывания и нагнетания, направляющие аппараты, передний и задний кронштейны. Корпуса направляющих аппаратов, крышки всасывания и нагнетания стягиваются стяжными болтами. Направляющий аппарат, кольцо (с уплотняющими кольцами) и рабочее колесо образуют секцию насоса. Стыки корпусов направляющих аппаратов уплотняются кольцами из маслобензостойкой резины. Корпус насоса состоит из отдельных секций, поэтому можно, не меняя подачи, менять напор путем установки нужного числа рабочих колес и направляющих аппаратов с корпусами. При этом меняется только длина вала и стяжных шпилек. Опорные кронштейны насоса выполнены из чугуна, направляющий аппарат, кольцо и корпус направляющего аппарата, втулка сальника — из пресс-материала АГ-4В, остальные детали — из хромоникелевой стали.

Ротор насоса состоит из вала, на котором установлены рабочие колеса, кольцо, рубашка вала, дистанционная втулка, регулировочные кольца и диск разгрузки. Все детали на валу стягиваются гайкой ротора. Опорами ротора служат два радиальных сферических подшипника, установленные в переднем и заднем кронштейнах по скользящей посадке, позволяющей ротору перемещаться в осевом направлении на «разбег» ротора. Подшипниковые камеры уплотняются манжетами, установленными в крышках подшипников. Кронштейн с наружной стороны закрыт крышкой, в которой смонтировано устройство контроля смещения ротора. Места выхода вала из корпуса подшипников и камер уплотняются сальником.

Каждая ступень многоступенчатого секционного центробежного насоса (рис. 3.6) состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2, который направляет поток к следующему рабочему колесу. В таком насосе напор повышается пропорционально числу колес.

Рис. 3.6. Схема многоступенчатого секционного центробежного насоса

Задача уравновешивания осевых сил для многоступенчатых насосов особенно важна из-за более высоких напоров и суммирования осевых сил, действующих на отдельные ступени. Один из способов уравновешивания осевых сил многоступенчатых насосов — применение самоустанавливающейся гидравлической пяты (рис. 3.7). Принцип работы этой пяты состоит в следующем. Все рабочие колеса расположены так, что поток при входе направлен в одну и ту же сторону. За колесом последней ступени находится разгрузочная камера, сообщающаяся через патрубок с полостью всасывания, находящейся перед первым колесом.

Рис. 3.7. Секционный насос с разгрузочной пятой:

7 - всасывающая секция; 2 - стягивающий болт;
3 - промежуточные секции; 4 - напорная секция;
5 - соединительный патрубок; Б - гидравлическая пята; 7 - втулка;
8 - сверление для подачи воды из первой ступени

Осевая сила стремится переместить ротор и гидравлическую пяту в сторону всасывающего патрубка. При этом осевой зазор между гидравлической пятой и торцем втулки уменьшается, вследствие чего уменьшается и давление в разгрузочной камере. Тогда под действием полного давления пята начинает перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на гидравлическую пяту.

Для разгрузки насосов от осевого усилия используются также многоступенчатые насосы со встречным расположением колес. В двухступенчатом спиральном насосе (рис. 3.8) жидкость поступает из первой ступени во вторую по внутреннему каналу. Уплотняющие зазоры рабочих колес выполнены между сменными уплотняющими кольцами, защищающими корпус и рабочие колеса от износа. Фиксация ротора в осевом направлении осуществляется радиально-упорными шарикоподшипниками. Расположенный со стороны всасывания сальник имеет кольцо гидравлического затвора, к которому жидкость подводится по трубке, идущей из отвода первой ступени. Сальник, расположенный справа, уплотняет подвод второй ступени. Жидкость подводится под напором, создаваемым отводом первой ступени.

Рис. 3.8. Двухступенчатый насос со встречным расположением рабочих колес

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.

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:

обод
обтекатель
ступица
лопатки
ведущий диск

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.

где z - геометрическая высота (в - всасывания, н - нагнетания)
p - давление
v - скорость
ρ - плотность жидкости
g - ускорение свободного падения

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.

Центробежные насосы входят в очень широкий класс насосов. Перекачка жидкости или создание высокого/низкого давления происходит в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Огромное количество различных типов центробежных насосов, производимых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов. 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 (см. Рисунок 1) 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.

Купить центробежный насос у нас можно не дорого!

Схема центробежного насоса со спиральным отводом

рис. 1. Схема насоса со спиральным отводом a — без направляющего аппарата; б —с направляющим аппаратом

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.

Схема центробежного самовсасывающего насоса

рис. 2. Схема центробежного самовсасывающего насоса НЦС-1

Этот насос применяется в основном для откачивания чистой воды при разработке котлованов под фундаменты и траншеи, также для других подобных работ в различных отраслях промышленности и строительства. Насос оборудован всасывающим рукавом 2, снабженным фильтром 1 и напорным патрубком 4. Привод насосов этого типа, помимо электродвигателя, может осуществляться бензиновыми двигателями внутреннего сгорания. Характеристика насоса НСЦ-1 приведена на рисунке 3.

Характеристики центробежного насоса НЦС-1

рис. 3. Характеристика насоса НЦС-1

Схема консольного насоса

Одноступенчатые центробежные насосные установки могут быть оборудованы насосами консольного типа — типа К (см. рисунок 4)с приводом от электродвигателя через соединительную муфту, предназначенными для подачи чистой воды и других малоагрессивных жидкостей. Насос типа К состоит из корпуса 2, крышки 1 корпуса, рабочего колеса 4, узла уплотнения вала и опорной стойки. Крышка корпуса отлита за одно целое со всасывающим патрубком насоса. Рабочее колесо закрытого типа закреплено на валу 9 насоса с помощью шпонки и гайки 5. У насосов мощностью до 10 кВт рабочие колеса неразгруженные, а у насосов мощностью 10 кВт и выше разгруженные от осевых усилий. Разгрузка осуществляется через разгрузочные отверстия в заднем диске рабочего колеса и уплотнительный поясок на рабочем колесе со стороны узла уплотнения. Благодаря разгрузке снижается давление перед узлом уплотнения вала насоса.

рис. 4. Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К

Увеличение ресурса центробежных насосов

Для увеличения ресурса работы центробежного (консольного) насоса корпус (только у насосов мощностью 10 кВт и выше) и сменные корпуса (у всех насосов) защищены сменными уплотняющими кольцами 3. Небольшой зазор (0, 3— 0, 5 мм) между уплотняющим кольцом и уплотнительным пояском рабочего колеса препятствует перетоку перекачиваемой насосом жидкости из области высокого давления в область низкого давления, благодаря чему обеспечивается высокий КПД насоса.

Для уплотнения вала насоса применяют мягкий набивной сальник. Для повышения ресурса работы насоса и предотвращения износа вала в зоне узла уплотнения на вал надета сменная защитная втулка 7. Набивка сальника 6 поджимается крышкой сальника 8. Опорная стойка представляет собой опорный кронштейн 10, в котором в шарикоподшипниках 11 установлен вал насоса. Шарикоподшипники закрыты крышками. Смазка шарикоподшипников консистентная.

Осевая сила Т может быть вычислена из уравнения

где D1 — диаметр входа в рабочее колесо; Ds — диаметр вала.

В действительности осевая сила несколько меньше, чем вычисленная по этой формуле. Это объясняется тем, что, во-первых, разность давлений p2 - p1 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.

Обычно применяют один из двух методов устранения или уменьшения осевой силы. По первому методу за рабочим колесом располагают камеру 4 (см. рисунок 5), отделенную от напорной полости уплотнительными кольцами с малым радиальным зазором. Камера сообщается с входной полостью 1 рабочего колеса 2 через отверстия 5, просверленные в заднем диске 3. В некоторых случаях 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. Большое число ступеней у скважинных насосов

Схема разгрузки рабочего колеса

рис. 5. Схема возможной разгрузки рабочего колеса от осевого усилия

При втором методе уравновешивания осевой силы применяют ребра, расположенные с наружной стороны заднего диска. При вращении рабочего колеса вследствие наличия ребер снижается давление в полости между колесом и корпусом. На рисунке 6 изображены характерные кривые осевой силы для неуравновешенного колеса (кривая 1), для колеса с разгрузочной камерой у заднего диска и девятью отверстиями диаметром 10 мм в ступице (кривая 2) и ребрами на заднем диске (кривая 3).

Как видно из графиков, изображенных на рисунке, второй метод является более дешевым и эффективным по сравнению с первым; при этом увеличение мощности соответствует мощности, теряемой в обычных условиях из-за утечек.

рис. 6. График изменения осевой силы

Однако самым эффективным способом разгрузки ротора одноступенчатого насоса от осевого усилия является применение насосов с колесами двустороннего всасывания — типа Д (см. рисунок 7), у которых благодаря симметрии не возникает осевого усилия. 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.

рис. 7. Одноступенчатый насос двустороннего всасывания

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. Схема многоступенчатого секционного центробежного насоса показана на рисунке 8. Каждая ступень такого насоса состоит из рабочего колеса 1 и направляющего аппарата 2, который направляет поток к следующему рабочему колесу. В таком насосе напор повышается пропорционально числу колес.

рис. 8. Схема многоступенчатого секционного центробежного (консольного) насоса

На рисунке 9 изображен разрез многоступенчатого питательного турбонасоса секционного типа. Поток жидкости из всасывающей секции 1, проходя через четыре промежуточные секции 2, попадает в напорную секцию 3. Осевое усилие воспринимается гидравлическим разгрузочным устройством.

рис. 9. Питательный турбонасос

Задача уравновешивания осевых сил для многоступенчатых насосов является особенно важной из-за более высоких напоров этих насосов и суммирования осевых сил, действующих на отдельные ступени. Одним из способов уравновешивания осевых сил многоступенчатых насосов (см. рисунок 10)является применение самоустанавливающейся гидравлической пяты. Принцип работы этой пяты состоит в следующем. Все рабочие колеса расположены так, что поток при входе в них направлен в одну и ту же сторону. За колесом последней ступени находится разгрузочная камера, сообщаемая через патрубок с полостью всасывания, находящейся перед первым колесом. Осевая сила стремится переместить ротор, а следовательно, и гидравлическую пяту в сторону всасывающего патрубка. При этом осевой зазор между гидравлической пятой и торцом втулки уменьшится, вследствие чего уменьшится давление в разгрузочной камере. Тогда под действием полного давления пята начнет перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на гидравлическую пяту.

рис. 10. Секционный насос с разгрузочной пятой 1 — всасывающая секция; 2 — стягивающий болт; 3 — промежуточные секции; 4 — напорная секция; 5 — соединительный патрубок; 6 — гидравлическая пята; 7 — втулка; 8 — сверление для подачи воды из первой ступени

В ряде случаев для разгрузки насосов от осевого усилия используются многоступенчатые насосы со встречным расположением колес. На рисунке 11 изображен двухступенчатый спиральный насос. Жидкость поступает из первой ступени во вторую по внутреннему каналу. Разъем корпуса продольный. Напорный и всасывающий трубопроводы присоединены к нижней части корпуса, что облегчает осмотр и ремонт насоса. Уплотняющие зазоры рабочих колес выполнены между сменными уплотняющими кольцами, защищающими корпус и рабочие колеса от износа. Фиксация ротора в осевом направлении осуществляется радиально-упорными шарикоподшипниками, расположенными в правом подшипнике. Расположенный со стороны всасывания сальник имеет кольцо гидравлического затвора, к которому жидкость подводится по трубке, идущей из отвода первой ступени. Сальник, расположенный справа, уплотняет подвод второй ступени. Жидкость подводится под напором, создаваемым отводом первой ступени.

рис. 11. Двухступенчатый насос с встречным расположением рабочих колес

В теплоэнергетике для обеспечения энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций среди вспомогательного оборудования занимает первое место.

Если в качестве основного признака принять назначение насоса, то насосы можно разделить на две группы:

1. тесно связанные с работой основного эксплуатационного оборудования ТЭС;

2. разного назначения, предназначенные для технических целей.

К первой группе насосов относятся те, которые заняты на следующих основных циклах работы: циркуляции воды (циркуляционные и рециркуляционные насосы), приготовления питательной воды (конденсатные насосы), теплопередачи (сетевые и бойлерные насосы), регулирования (нагнетательные насосы для питания серводвигателей регуляторов паровых турбин). Ко второй группе насосов относятся дренажные, пожарные, хозяйственные и др.

К наиболее ответственным насосам, непосредственно влияющим на надежность и экономичность работы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые и багерные.

Конденсатные насосы (см. рисунок 12) всех типов имеют принципиальное конструктивное исполнение. Это многоступенчатые центробежные двухкорпусные вертикальные насосы спирального типа.

рис. 12. Конденсатный насос 1 — наружный корпус; 2 — внутренний корпус; 3 — ротор; 4 и 5 — подшипник соответственно верхний и нижний; 6 — упругопальцевая муфта

Для охлаждения оборудования и других технических целей используются циркуляционные насосы (см. рисунок 7), подающие воду из резервуаров. Довольно часто при проектировании автоматизированных линий систем водяного отопления используют электрические насосы типа ЦВЦ (см. рисунок 13), устанавливаемые прямо на трубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы представляют собой малогабаритную моноблочную конструкцию со встроенным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Рабочее колесо бессальникового насоса устанавливается консольно на валу электродвигателя. Ротор двигателя с радиально-упорными подшипниками скольжения вращается непосредственно в перекачиваемой воде, которая одновременно служит смазкой для них и охлаждающей средой.

рис. 13. Схема электронасоса ЦВЦ

Насосы устанавливаются непосредственно на трубопроводе, что существенно упрощает их монтаж и эксплуатацию и позволяет обходиться без специального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100°С. Сводная характеристика электронасосов ЦВЦ приведена на рисунке 14.

рис. 14. Напорная характеристика насосов ЦВЦ 1 - для ЦВЦ 2, 5-2 2 - для ЦВЦ 4-2, 8 3 - для ЦВЦ 6, 3-3, 5 4 - для ЦВЦ 10-4, 7 5 - для ЦВЦ 16-6, 7 6 - для ЦВЦ 25-9, 2

Подбор центробежных насосов

Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо на промежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от теплового режима сети насосы должны надежно работать при значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подач. Как правило, насос и электродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах. Бустерные насосы предназначены для подачи воды из деаэратора к питательным насосам турбоагрегата с давлением, необходимым для предотвращения кавитации в питательных насосах. Подбор насосов осуществляется с помощью каталогов, в которых обычно приведены сведения о назначении и области применения насосов, краткое описание конструкции, технические и графические характеристики, чертежи общих видов насосов и насосных агрегатов с указанием габаритов и присоединительных размеров. Проектным организациям рекомендуется пользоваться каталогом только при техническом проектировании. Вводится новый ГОСТ «Насосы центробежные консольные с осевым входом для воды». При рабочем проектировании за уточненными данными необходимо обращаться на заводы-изготовители. При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики. Для иллюстрации рассмотрим метод подбора насосов типа К. Типоразмер насоса выбирают по максимально необходимой подаче и сопротивлению системы, в которую устанавливают насос, при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q—H (см. рисунок 15)предварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем по графической характеристике уточняют правильность выбора.

рис. 15. Сводный график полей H—Q для консольных насосов

По графической характеристике и таблице «Техническая характеристика» определяют необходимый диаметр рабочего колеса насоса, кривая напора которого должна проходить через точку заданных параметров по подаче и напору или быть несколько выше ее. При выборе насоса очень важно обеспечить его бескавитационную работу. Для этого необходимо убедиться, что выбранный насос по своим навигационным качествам соответствует системе, в которую его устанавливают. Кавитационный запас системы

p a — абсолютное давление, Па, на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание;

p t — давление, Па, насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре;

h b w — суммарные потери напора, м, во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче;

H 0 — геометрическая высота всасывания (геометрический подпор), м.

Величина H 0 равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня жидкости в резервуаре, из которого ее откачивают. Она имеет знак «плюс» при расположении насоса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «минус» при установке насоса ниже уровня жидкости (подпор).

Насосы типа К в зависимости от диаметра рабочего колеса комплектуют различными по мощности электродвигателями. Мощность требуемого электродвигателя N3 определяют из равенства

R — коэффициент запаса;

N—мощность насоса на номинальном режиме (в расчетной точке), кВт.

Коэффициент запаса рекомендуется принимать следующим:

R . . . . . . . . . . . . 1, 3 1, 25 1, 2 1, 15

Nэ, кВт . . . . . . . . до 4 4—20 20—40 >40

По назначению Nэ подбирают ближайший больший по мощности комплектующий электродвигатель.

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, а именно, к центробежным многоступенчатым насосам со встречным расположением групп рабочих колес, которые применяются для перекачивания различных сред в тепловой и атомной энергетике, водоснабжении, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей промышленности, нефтепроводном транспорте и в других областях промышленности и позволяет устранить осевые силы в последних ступенях высоконапорной и низконапорной групп ступеней насоса, как при номинальном, так и при увеличенном зазоре в разгрузочном щелевом уплотнении. Многоступенчатый центробежный насос со встречным расположением групп рабочих колес содержит низконапорную и высоконапорную группы ступеней и размещенную между последними ступенями этих групп разделительную диафрагму с разгрузочным щелевым уплотнением, гидравлически связанным с выходами из последних ступеней обеих групп. Разгрузочное щелевое уплотнение также гидравлически связано посредством каналов, выполненных в разделительной диафрагме и наружной втулке разгрузочного уплотнения, с переводной камерой, связывающей выход из низконапорной группы ступеней с входом в высоконапорную группу, и с выкидной камерой, сообщенной с нагнетательным патрубком насоса. 1з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен многоступенчатый центробежный насос со встречным расположением групп рабочих колес, содержащий низконапорную и высоконапорную группы ступеней, размещенную между последними ступенями этих групп разделительную диафрагму с разгрузочным щелевым уплотнением, гидравлически связанным с выходами из последних ступеней обеих групп, переводную камеру, связывающую выход из низконапорной группы ступеней с входом в высоконапорную группу ступеней и выкидную камеру, связанную с нагнетательным патрубком насоса (патент РФ 89186, 2009 г).

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение осевых сил в последних ступенях высоконапорной и низконапорной групп ступеней насоса, как при номинальном, так и при увеличенном зазоре в разгрузочном щелевом уплотнении.

Технический результат достигается тем, что в многоступенчатом центробежном насосе со встречным расположением групп рабочих колес, содержащем высоконапорную и низконапорную группы ступеней, размещенную между последними ступенями этих групп разделительную диафрагму с разгрузочным щелевым уплотнением, гидравлически связанным с выходами из последних ступеней обеих групп, переводную камеру, связывающую выход из низконапорной группы ступеней с входом в высоконапорную группу ступеней, и выкидную камеру, сообщенную с нагнетательным патрубком, разгрузочное щелевое уплотнение гидравлически связано с переводной и выкидной камерами, при этом связь разгрузочного щелевого уплотнения с переводной и выкидной камерами может быть осуществлена посредством каналов, выполненных в разделительной диафрагме и наружной втулке разгрузочного уплотнения.

Полезная модель поясняется графически, где на фиг.1 представлен разрез многоступенчатого центробежного насоса.

Многоступенчатый центробежный насос содержит высоконапорную группу 1 ступеней с рабочими колесами 2 и направляющими аппаратами 3 и низконапорную группу 4 ступеней с рабочими колесами 5 и направляющими аппаратами 6. Между последними ступенями групп 1 и 2 размещена разделительная диафрагма 7 с разгрузочным щелевым уплотнением 8. Щелевой зазор 9 уплотнения 8 гидравлически сообщен с выкидной камерой 10 высоконапорной группы 1 и с переводной камерой 11 низконапорной группы 4, посредством каналов 12 и 13, выполненных в диафрагме 7. Каналы 12 и 13 могут быть выполнены в виде отверстий или пазов.

Работа насоса осуществляется следующим образом.

Полезная модель позволяет устранить суммарную осевую силу, действующую на рабочие колеса последних ступеней высоконапорной и низконапорной групп ступеней насоса, как при номинальном щелевом зазоре в разгрузочном уплотнении, так и при его увеличении в результате износа в процессе эксплуатации, что, в свою очередь, повышает надежность работы подшипниковых опор и всего насоса в целом.

1. Многоступенчатый центробежный насос со встречным расположением групп рабочих колес, содержащий низконапорную и высоконапорную группы ступеней, размещенную между последними ступенями этих групп разделительную диафрагму с разгрузочным щелевым уплотнением, гидравлически связанным с выходами из последних ступеней обеих групп, переводную камеру, связывающую выход из низконапорной группы ступеней с входом в высоконапорную группу, и выкидную камеру, сообщенную с нагнетательным патрубком, отличающийся тем, что разгрузочное щелевое уплотнение гидравлически связано с выкидной и переводной камерами насоса.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что связь разгрузочного щелевого уплотнения с выкидной и переводной камерами насоса осуществлена посредством каналов, выполненных в разделительной диафрагме и наружной втулке разгрузочного уплотнения.

Читайте также: