Центробежные насосы: устройство и принцип работы

В любой технологической линии, содержащей жидкость, не обойтись без самовсасывающих насосов, способных перекачивать её через себя. При устройстве автономного водоснабжения частного дома такой агрегат входит в состав насосной станции, подающей воду из скважины или колодца до водоразборных точек внутри дома. Самым распространённым типом насосов для выполнения такой работы является центробежный. К ним относятся 75% всех гидравлических машин для перекачки воды, нефтепродуктов, химикатов, смесей воды с твёрдыми частицами и других жидких материалов.

Принцип работы

Действие центробежного насоса основано на законах гидродинамики, на придании жидкости, поступающей в замкнутый корпус спиралевидной формы, динамического воздействия через вращающиеся лопасти ротора. Эти лопасти имеют сложную форму с изгибом в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Они закреплены между двумя дисками, насаженными на ось, и сообщают динамику жидкости, заполняющей пространство между ними.

Возникающая при этом центробежная сила относит её из центральной части корпуса, расположенной в районе оси вращения рабочего колеса к его периферии, и дальше – в отводящую трубу. В результате действия центробежной силы в центре корпуса создаётся разреженная область пониженного гидравлического давления, которая заполняется новой партией жидкости из подающего патрубка. Необходимый напор в трубопроводе создаётся разницей давлений: атмосферного и внутреннего, в центральной части рабочего колеса. Работа насоса возможна только при полном заполнении корпуса водой, в “сухом” состоянии колесо будет вращаться, но необходимой разницы давления не возникнет и перемещения жидкости из подающего трубопровода не будет.

Устройство

Любой центробежный насос состоит из двух основных узлов: мотор и рабочая камера или проточная часть. В зависимости от назначения, типа перекачиваемой жидкости конструкция и применяемые материалы могут меняться, но состав основных элементов одинаков:

• двигатель
• спиральный корпус – “улитка”
• рабочее колесо – крыльчатка
• рабочий вал
• уплотнение вала
• подшипник вала
• входной патрубок (фланец)
• выходной патрубок (фланец)

Корпус центробежного насоса может быть монолитным, или разъёмным – для удобства ремонта и ухода за агрегатом. Особые требования к внутренней поверхности корпуса – она должна быть максимально гладкой, все неровности и дефекты затрудняют прохождение жидкости и снижают эффективность работы центробежного насоса.

Отвод жидкости проходит через спиралевидную камеру с расширением к выходу, поэтому такие центробежные насосы часто называют “улиткой”. Отводящая камера переходит в патрубок, к которому подсоединяется напорный трубопровод.

Главная деталь лопастного насоса – рабочее колесо-ротор. От него передаётся в перемещаемую жидкую среду механическая энергия вращения вала двигателя. Для повышения эффективности действия центробежного насоса в корпусе могут быть установлены несколько роторов на одном валу. Такой агрегат способен выдавать на выходе высокое давление, и называется многоступенчатым.

По конструкции рабочее колесо может быть открытым или закрытым. Вариант, при котором лопасти закрыты с боков дисками, более эффективен, в нём отсутствуют ненужные перетекания жидкости из одной полости в другую.

Приборы и арматура

Для нормальной работы центробежного насоса нужны дополнительные узлы и приборы:

• Приёмный обратный клапан. Способствует сохранению воды в проточной части, если перекачивается вода – оснащается сеткой для грубой очистки.
• Задвижка на всасывающем патрубке.
• Кран для выпуска воздуха при наполнении водой рабочей камеры.
• Обратный клапан на напорной трубе, препятствующий ходу воды в корпус при работе другого агрегата.
• Задвижка на выходной трубе для запуска и контроля напора воды.
• Вакуумметр, измеряющий степень разрежения на входе в проточную камеру.
• Манометр для измерения напора.
• Предохранительный клапан для защиты от гидроудара.
• Приборы автоматического контроля (комплектуются при работе в составе производственного комплекса оборудования различного назначения)

Классификация

В промышленности и в быту применяются тысячи центробежных насосов. Чётко классифицировать их без привязки к узкой области применения сложно, можно разделить их по типам относительно только самых общих свойств:

• Число ступеней (рабочих роторов): одноступенчатые, двухступенчатые,многоступенчатые. Общая мощность напора складывается из давления создаваемого одной крыльчаткой.
• Ось вращения: горизонтальный рабочий вал, вертикальное расположение вала (скважинные).
• Способ установки: поверхностные, полупогружные (помпы центробежного типа для выкачивания жидкостей из углублений), погружные (для работы в глубоких колодцах и скважинах, с подвесом на тросе).
• Забор воды: нормальное всасывание (вода заполняет рабочую камеру самотёком), самовсасывающие (для подъёма жидкости с глубины через подающий шланг, требуется заливка всей системы)
• Расположение входного и выходного патрубка: классическое (входной – по центру, по оси рабочего вала, выходной – сверху), расположение In-Line (всасывающая и напорная труба расположены по одной оси).

Преимущества и применение

Центробежные насосы, принцип работы которых отличается простотой, нашли повсеместное применение во многом благодаря именно логичности своего устройства. Общий подход сохраняется в конструировании микроскопических устройств, перекачивающих растворы в точных медицинских приборах и для многотонных помп, качающих в шахтах смесь воды с кусками тяжёлых горных пород. Общие преимущества использования таких агрегатов: надёжность, компактность, простота, долговечность, лёгкость монтажа, простой пуск и наладка, плавная подача жидкости, экономичность и низкая стоимость.

Погружной насос центробежного типа – главный элемент системы водоснабжения во многих частных домах. Без него трудно обойтись на всех этапах устройства такой системы. После бурения скважины только такое устройство способно выкачать без повреждений для себя взвесь воды с частицами грунта. В дальнейшем на основе его монтируется насосная станция для удобного и надёжного водоснабжения дома.