Центробежные насосы: Типы, виды, характеристики

Центробежные насосы: Руководство

Центробежный насос имеет относительно простую конструкцию: в корпусе с нагнетательным клапаном находится рабочее колесо с несколькими лопастями, которое вращается на вращающемся валу с механическим приводом. Когда вал вращается, это перекачивающее движение увеличивает давление жидкости, проходящей через корпус, за счет кинетической энергии, генерируемой лопастями на крыльчатке. Как только давление жидкости увеличивается, она проходит через насос через нагнетательный клапан. Центробежная сила сочетается с положительным смещением для поддержания работы.

Эта базовая конструкция позволяет устанавливать насосы в более крупные механические системы или двигатели, от автомобильных двигателей до водоочистных сооружений. Поскольку центробежные насосы часто работают с различными жидкостями, от воды до кислот и масла, корпуса обычно изготавливаются из довольно прочных материалов, таких как нержавеющая сталь , чугун или алюминий.

У насосов обычно есть дренажное отверстие, которое является отверстием на нижней стороне насоса, которое используется для выявления первых признаков неисправности механического уплотнения. Механическое уплотнение используется для создания барьера между двигателем и водой, чтобы нежелательная жидкость не попала в двигатель или двигатель. Когда сливное отверстие протекает, насос, вероятно, потребует ремонта или замены.

Высокое давление или переизбыток кислорода, особенно воздушные карманы внутри корпуса, которые могут образоваться, когда насос не используется, а корпус пустой, могут нарушить работу центробежных насосов. Многие насосы необходимо регулярно заливать или проверять на наличие воздушных карманов, чтобы обеспечить бесперебойную работу. Образование воздушных карманов часто называют кавитацией.

История возникновения центробежных насосов

Самое раннее концептуальное воплощение центробежного насоса возникло во время итальянского Возрождения благодаря инженеру, известному как Франческо ди Джорджо Мартини, который описал машину для подъема бурового раствора в трактате 1475 года. Более современная и узнаваемая форма насоса с прямыми лопатками , не появился до тех пор, пока Денис Папен не спроектировал его в 17 веке. Однако только в 19 веке был сделан следующий крупный прогресс в этой области.

В 1851 году Джон Апполд представил свою конструкцию центробежного насоса с изогнутой лопаткой, которая принесла ему медаль совета на Большой выставке. Изогнутая лопасть была в три раза эффективнее любого из существовавших ранее насосов с прямой лопастью и оказала огромное влияние на отрасль.

Типы центробежных насосов и их применения

Существует несколько основных конструкций, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от области применения. Есть насосы с осевым потоком, у которых вертикальный вал прикреплен к перпендикулярному рабочему колесу. Подъемное действие лопаток рабочего колеса толкает жидкость в насосе вверх в осевом насосе.

Струйный насос способствует работе центробежного насоса за счет увеличения всасывания, а погружной насос устанавливается под землей. Верный своему названию, погружной насос почти постоянно заливается жидкостью и поэтому является самовсасывающим насосом: воздушные карманы редко образуются внутри всасывающей линии, потому что вода или другая жидкость всегда циркулирует через насос.

В то время как большинство насосов приводится в действие механически, некоторые насосы приводятся в движение гидравлическим двигателем. Погружные насосы могут иметь электрическое питание. Шнуры питания к этим насосам заключены в прочный водонепроницаемый чехол, обычно покрытый толстой резиной.

Поскольку их труднее обслуживать, электронасосы, как правило, меньше по размеру, например, 12-вольтный насос , и используются для определенных операций, таких как откачка затопленной конструкции. Насос можно разместить на плавучей установке с отводным сливным шлангом и дать ему возможность постепенно откачивать ненужную воду. Эти насосы иногда также называют отстойниками.

Химические насосы предназначены для работы с абразивными жидкостями, включая отбеливатель, смолу, кислоту и множество других токсичных, часто коррозионных материалов. Они могут быть полезны в промышленных операциях. Между тем, скважинные насосы перекачивают воду из подземной области на более высокое место в пределах данной конструкции.

Колодезные насосы часто используются для подачи воды в многоквартирные дома или другие большие сооружения и часто работают совместно с напорным баком.

Хотя они в первую очередь предназначены для перекачивания жидкости, центробежные насосы могут иногда перекачивать жидкости, загрязненные другими материалами, такими как ветки, небольшие камни или песок, или другой мусор. Эти типы насосов известны как насосы для мусора и обычно используются на очистных сооружениях или очистных сооружениях.

Насос для мусора, как правило, способен перекачивать тысячи литров воды в минуту, измерение, которое называется расходом, и управляет более густой и вязкой жидкостью за счет очень большого выпускного отверстия и более глубоких лопастей рабочего колеса, чем те, которые используются.

Существует несколько различных подмножеств насосов для мусора, в том числе насосы для мусора и другие насосы, которые перекачивают жидкости с определенными пределами размера твердых частиц. Например, водоотливной насос может перерабатывать безопасную воду с твердыми частицами диаметром до 6,3 мм. Некоторые водоотливные насосы являются полностью погружными и могут работать из любого положения, в том числе в перевернутом.

Особенности поршневых насосов прямого вытеснения

Хотя все центробежные насосы используют поршневой объем как часть рабочего процесса, они отличаются от поршневых насосов тем, что они также увеличивают скорость жидкости, проходящей через насос, в то время как поршневые насосы прямого вытеснения просто перемещают жидкость с той же скоростью. Насосы прямого вытеснения включают в себя лопастные, винтовые, перистальтические и шестеренчатые насосы.

Шестеренчатый насос создает прямое смещение за счет нескольких зацепляющихся шестерен. Есть два основных типа шестеренчатых насосов: внутренний и внешний. В шестеренчатом насосе с внутренним зацеплением используется комбинация внутренней и внешней шестерни, а в внешнем насосе используются две внешние шестерни.

Жидкость, перерабатываемая этими насосами, перемещается с постоянной скоростью за каждый оборот. Шестеренчатые насосы наиболее часто используются в гидравлических системах.

Разновидности центробежных насосов

• Моноблочные насосы напрямую подключены к силовой установке, но не имеют меньшей передачи или вала.
• Насосы двойного всасывания представляют собой тип насосов с радиальным потоком, в которых жидкость входит в рабочее колесо с обеих сторон. Из-за выступа вала во всасывающий канал насосы двойного всасывания ограничиваются перекачкой прозрачных жидкостей.

• Насосы смешанного типа имеют широкие незаблокированные каналы и являются промежуточным насосом между радиальными и осевыми насосами. Насосы смешанного типа создают давление частично за счет центробежной силы и частично за счет подъема лопаток рабочего колеса на жидкость.
• Многоступенчатые насосы , которые могут быть горизонтальными или вертикальными, состоят из двух или более насосов одинаковой производительности, которые последовательно нагнетают друг друга. Постепенно насосы развивают общий напор, сумму напоров, созданных каждым насосом. Общий вал с несколькими крыльчатками, каждая со своей улиткой, вращается с помощью источника питания, поэтапно нагнетая давление.
• Насосы с радиальным потоком всасывают жидкость через центр рабочего колеса и выдвигают ее вдоль лопастей рабочего колеса под углом 90 градусов к валу насоса. Радиальные насосы создают давление только за счет центробежной силы.

• Односторонние всасывающие насосы представляют собой тип насосов с радиальным потоком, в которых жидкость входит в рабочее колесо с одной стороны, а вал не достигает всасывающего канала. Односторонние всасывающие насосы используются там, где есть крупные твердые частицы, такие как ветошь и мусор, которые обычно забивают насос.
• Двухскоростные центробежные насосы вращают вал и рабочее колесо на двух разных уровнях частоты вращения с помощью двухскоростного двигателя, что позволяет увеличить производительность насоса.
• Вертикальные консольные насосы спроектированы так, что только корпус и рабочее колесо погружаются в перекачиваемую среду для заливки, а опорные подшипники вращающегося элемента находятся в сухой среде. Вертикальные консольные насосы не имеют втулок дроссельной заслонки или амортизаторов или каких-либо колец на рабочем колесе или погружены ниже максимального нормального уровня воды, и они используются в таких приложениях, как отстойник или резервуар, в которых необходимо, чтобы подшипник не был прокачка.

• Вертикальные насосы используют центробежную силу для преобразования механической энергии в кинетическую и повышения давления жидкости, когда она движется вверх по трубе.
• Вихревые насосы — это неэффективно сконструированные насосы, в которых рабочее колесо утоплено в улитке. Однако вихревые насосы практичны в приложениях, требующих перекачивания избыточных твердых частиц.

Конструкция центробежных насосов

В большинстве автомобилей, построенных в 20 веке, для подачи воды в двигатель используется центробежный водяной насос. Крыльчатка водяного насоса иногда может быть изменена для увеличения производительности насоса и последующей производительности двигателя.

Фактически, большинство центробежных насосов отличаются модификацией рабочего колеса или нагнетательного устройства. Кривизна и глубина лопастей или лопастей рабочего колеса оказывают значительное влияние на работу насоса. Само рабочее колесо также можно оставить открытым или закрытым.

В закрытом состоянии к лопастям рабочего колеса прикрепляют пластину или другой кожух. Было показано, что в некоторых случаях это увеличивает скорость потока в зависимости от конкретной жидкости, которую перерабатывает насос.

Размер выпускного устройства в сочетании со скоростью вала также может существенно повлиять на скорость потока. Однако очень важно, чтобы любая модификация насоса не приводила к чрезмерному увеличению «напора» или давления в системе. Это давление измеряется в фунтах на дюйм или PSI и относится к силе, оказываемой жидкостью внутри насоса.

Хотя для успешной работы насоса требуется определенный порог повышенного давления, слишком большой напор может вывести насос из равновесия и вызвать повреждение. В зависимости от величины давления насос может иногда оторваться от своих швартовных опор, известных как амортизаторы, и нанести ущерб двигателю или окружающим узлам.

Чтобы избежать этого неблагоприятного обстоятельства, владельцы насосов должны регулярно заправлять свои насосы, чтобы избежать кавитации, и убедитесь, что они не пытаются слишком быстро протолкнуть слишком много жидкости через свою систему. Работа насоса с двигателем, который вращается слишком быстро, также может привести к накоплению нежелательного напора, что приведет к повреждению насоса.

Частая кавитация также повреждает компоненты внутри насоса. Это происходит из-за того, что на лопастях крыльчатки появляются ямки, когда воздушные карманы взрываются под давлением. Заправка насоса через регулярные промежутки времени предотвратит чрезмерную кавитацию, хотя в течение срока службы насоса вероятно возникновение некоторой кавитации.

Производители центробежных насосов

Из-за широкого диапазона применения центробежные насосы производятся рядом различных компаний для различных целей. Вообще говоря, насосы будут увеличиваться в размере и мощности для более тяжелых промышленных применений, в то время как насосы меньшего размера используются для менее интенсивных операций.

Рынок производства промышленных центробежных насосов создал насосы с производительностью 150000 литров в минуту. Такая скорость потока не потребуется для небольших устройств, таких как автомобиль или скважинный насос в доме на одну семью.

Производители также экспериментируют с использованием термопластов и фторуглеродов вместо металла для использования в уплотнениях насосов. Эти типы материалов имеют тенденцию противостоять коррозии лучше, чем металл, и, следовательно, могут увеличить срок службы насоса без ущерба для выработки кинетической энергии или центробежной силы. Тем не менее, использование нержавеющей стали, чугуна и алюминия все еще типично для наружных кожухов, хотя иногда в качестве материала подходит пластик.

Потребность в струйных насосах также снизилась в последние годы, поскольку производители стали более искусными в разработке насосов, обеспечивающих достаточное всасывание без необходимости в дополнительной помощи. Однако, в зависимости от вязкости жидкости и любого соответствующего мусора, может потребоваться струйный насос.

В любом случае клиент, который пытается найти производителя для своих нужд, должен сначала иметь возможность конкретно сформулировать, для чего он будет использовать насос.

Потребности клиента, который пытается установить серию дренажных насосов на самых разных участках земли, будут отличаться от потребностей клиента, который хочет управлять компанией по продаже запасных частей, которая будет продавать модифицированные водяные насосы для повышения производительности автомобильных двигателей.

Точно так же очень важно, чтобы клиент понимал, с какой жидкостью он будет иметь дело, и ее относительную чистоту. В случае клиента, который ищет производителя дренажных насосов, вода, с которой будут встречаться насосы, скорее всего, будет иметь какую-то форму мусора или мелких твердых частиц, содержащихся внутри.

Компания запчастей, с другой стороны, скорее всего, будет иметь дело с относительно чистой водой, в которой практически нет мусора. В любом случае состояние жидкости будет влиять на то, какой насос подходит для данной задачи.

Термины и детали применяемые в центробежных насосах

Связь с воздухом — обстоятельство, при котором центробежное тело настолько заполнено воздухом, что больше не может образовываться вакуум. Без вакуума вода не может поступать в насос.

Атмосферное давление — сила, прилагаемая атмосферой к поверхности земли. Атмосферное давление, стандартное значение которого составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, влияет на работу насоса.

Производительность — термин, описывающий, сколько воды может обработать насос. Производительность обычно выражается в галлонах в час (галлонов в час) или галлонах в минуту (галлонах в минуту).

Кавитация — нежелательное состояние, при котором внутри насоса образуются вакуумные карманы. В конечном итоге воздушные карманы взламываются под давлением, что приводит к появлению точечной коррозии на поверхностях рабочего колеса и спиральной камеры.

Центробежная сила — сила, которая заставляет вещество перемещаться от его центра вращения. Обратный клапан — устройство на линии нагнетания или всасывания, которое допускает поток только в одном направлении, чтобы предотвратить обратный поток и изолировать перекачиваемый материал. Обезвоживание — Удаление нежелательной грязной или чистой воды, не содержащей вредных веществ.

Диффузор — Стационарный кожух, похожий на улитку, в котором находится движущееся рабочее колесо. Диффузоры имеют компактную конструкцию, что позволяет насосу создавать более высокие напоры. Сливной

Порт нагнетания — также называемый «выпускным отверстием», это точка, в которой выпускная труба или шланг подсоединяется к насосу.

Сливные пробки — съемные пробки для слива воды из насоса, когда он неактивен.

Динамический — действие движением, а не весом, в отличие от статики.

Динамический напор — напор или сила давления, против которых работает насос.

Динамическая всасывающая головка — также известный как «общая высота всасывания», это комбинация статической высоты всасывания и потерь на трение всасывания в линии всасывания.

Сточные воды — частично или полностью очищенные сточные воды или другая жидкость, вытекающая из септика или очистного сооружения.

Заслонка клапана — резина, сформированная вокруг стального груза, который закрывает вход или выход, предотвращая попадание или выход воды из насоса в неподходящее время.

Рабочее колесо — вращающийся диск с лопатками разного размера, прикрепленный к ведущему валу «r», который создает центробежную силу в корпусе центробежного насоса. Рабочие колеса могут быть открытыми или закрытыми.

Проушина рабочего колеса — центр рабочего колеса и точка, в которой жидкость течет в рабочее колесо.

Рабочее колесо — компоненты насоса , расположенные на рабочем колесе между глазом и нагнетательной стороной рабочего колеса. Лопатки рабочего колеса направляют поток жидкости к внешнему диаметру рабочего колеса.

Впуск — расход или скорость потока в насос.

Механическое уплотнение — устройство, которое образует уплотнение между насосом и двигателем или двигателем и предотвращает попадание воды в двигатель или двигатель.

Амортизаторы — резиновые демпфирующие устройства, которые устанавливаются на двигателе, чтобы помпа не ускользнула.

Статичность — действие по весу, а не движение, в отличие от динамического.

Сетчатая корзина — пластиковая сетчатая корзина, которая улавливает мусор и предотвращает его попадание на рабочее колесо. Корзины ситечка расположены в жаровне.

Грязеуловитель — корпус корзины фильтра, который расположен на приточной стороне насоса. Ситечко-фильтры служат заливной камерой.

Всасывающий шланг — армированный шланг, по которому вода поступает во всасывающий конец насоса.

Вентиляция — процесс удаления воздуха или газа из системы. Из сальников в вертикальных насосах необходимо вентилировать во избежание высыхания поверхностей уплотнения.

Вязкость — Сопротивление течению жидкости при определенной температуре. Жидкости с высокой вязкостью, такие как моторное масло, являются густыми и имеют тенденцию течь медленнее, чем вода, т.е. жидкость с низкой вязкостью.

Улитка — Стационарный корпус центробежного насоса, разделяющего воздух и воду, в котором вращается рабочее колесо. Улитки имеют спиралевидную форму, чтобы облегчить частичное преобразование скорости (кинетической) энергии в напор, когда вода покидает рабочее колесо.

Перемешивание жидкости — Создает «эффект водоворота», при котором воздух может втягиваться во всасывающее отверстие насоса.

Сливное отверстие — Небольшое отверстие на нижней стороне насоса, через которое двигатель присоединяется к насосу. Сливные отверстия позволяют быстро обнаружить утечку до того, как вода просочится в масляный поддон двигателя.