Основные узлы и детали насосов: принцип действия и устройство

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.

1. Консольный насос собирается на прочной металлической станине, что позволяет избежать взаимного смещения функциональных блоков, снизить или нейтрализовать осевые нагрузки двигателя и турбины.

2. 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.

Остановка насоса

Способ остановки насосного оборудования зависит от конкретного типа насоса и должен происходить следующим образом:

• у лопастного насоса перед остановкой привода должна быть предварительно закрыта задвижка на напорном трубопроводе;
• в объемном же насосе задвижки на напорном и всасывающем трубопроводах следует оставлять открытыми (исключением является только насос с большим значением высоты всасывания).

После остановки насоса следует отключить все устройства, которые подают запирающую, охлаждающую, смазывающую и промывочную жидкости, а также средство прогрева (если данные жидкости в состоянии покоя оседают или застывают, то их обязательно нужно слить, а насос и все трубопроводы промыть). При этом если останавливается конденсатный насос, то следует обеспечить к нему подвод запирающей жидкости, которая позволит предотвратить попадание через сальники воздуха.

Остановка автоматического или полуавтоматического насоса должна идти по описанной в технической документации схеме.

Чтобы произвести пуск центробежного насоса, недостаточно залить воду в заливное отверстие или воткнуть вилку в розетку. Существует определенный порядок подготовки центробежного насоса к пуску. Самым первым вопросом, который необходимо решить является создание во всасывающей трубе постоянного рабочего давления. Решается такая проблема методом:

1. Внутреннего эжектора (струйного насоса).
2. Заливной воронки.
3. Наполнение жидкостью из резервуара.
4. Гидрозатвора.

Использование того или иного приема зависит непосредственно от приобретенной вами модели.

Варианты заливки центробежных насосов

1-приемный клапан; 2 — обводная линия с краном; 3 — приемная воронка: 4 — струйный насос (всас); 5 — вакуум-насос; 6—циркуляционный бак

Важная информация об установке центробежных насосов

Большинство производителей готовят к продаже насосы в готовом собранном виде. Это сделано с целью предотвратить разборку и дополнительные действия с агрегатом перед монтажом. Перед установкой центробежного насоса необходимо произвести внешний осмотр исправности насосного оборудования

Также важно убедиться, что мы получили агрегат в полной комплектации в соответствии с инструкцией. 

Как монтируют насосы горизонтального типа?

Изначально необходимо подготовить основание для дальнейших работ. Для этого потребуется установить плиту или фундамент

Важно проверить соответствие параметром с допустимыми отклонениями по высоте до 1 см

Допустима установка комплектующих насоса не только на общей раме, но и отдельных плитах

При установке центробежного насоса горизонтального типа важно ориентироваться на расположение оси валов двигателя и насоса. Они должны располагаться параллельно друг другу.  . Если вы двигатель и насос намерены устанавливать на разные опорные плиты, лучше всего начать с монтажа оборудования сразу с опорным основанием

Затем его нужно плотно закрепить. Такое основание станет отличной базой для присоединения электродвигателя

Если вы двигатель и насос намерены устанавливать на разные опорные плиты, лучше всего начать с монтажа оборудования сразу с опорным основанием. Затем его нужно плотно закрепить. Такое основание станет отличной базой для присоединения электродвигателя.

Для монтажа горизонтального насоса вместе рамой или плитками нужно сделать специальные отметки, на которые затем ориентироваться. Второй важный фактор при установке насосного оборудования — это оси горизонтальной плоскости. Потребуется установить отвесы таким образом, чтобы они совпали с предварительно закрепленными насечками. 

Если назначение насоса будет связано с перекачиванием горячих жидкостей, потребуется обязательная проверка зазоров в шпонках

В работе с горизонтальными насосами важно не допустить ошибок при центровке валов. Для соответствия валов по полумуфтам нужно установить их таким образом, чтобы торцевые части обязательно расположились параллельно друг другу.  . Только когда вы проверили все вышеописанные моменты, можно переходить к бетонированию

Следующим этапом будет монтаж трубопровода, если он присутствует. 

Только когда вы проверили все вышеописанные моменты, можно переходить к бетонированию. Следующим этапом будет монтаж трубопровода, если он присутствует. 

Монтаж вертикальных центробежных насосов

Установка центробежных насосов может быть в готовом собранном виде или разобранном. Если вам пришлось иметь дело с разобранной системой, потребуются определенные знания и понимание процесса. Потребуется обязательная проверка фундамента, где вы намерены установить насосное оборудование.

Потребуется специальная линейка и уровень, с помощью которых сможете обозначить места монтажа. Установлены предельные отклонения: по вертикальной отметке допускается не более 1 мм, по горизонтальной — 0,3 мм на один метр. 

Затем потребуется выполнить центровку по вертикальной плоскости. Когда вы выставили положение насоса и статора, нужно закрепить их положение бетонной смесью. Ротор должен быть установлен на крышке корпуса. Каждая комплектующая при монтаже бетонируется поэтапно. Только когда бетонная смесь полностью застынет, потребуется подключение трубопровода и другого дополнительного оборудования. Последним шагом станет тестирование оборудования и пробный запуск агрегата.

Правила подключения трубопровода

Трубопровод по диаметру должен превышать диаметр патрубков агрегата до 2 типоразмеров. В этом случае вы сможете правильно смонтировать оборудование. Исключены чрезмерные нагрузки на корпус насосного оборудования. Это касается положений изгиба и сжатия.

Насосное оборудование стоит дополнительно оснастить специальным фильтром. Он препятствует попаданию твердых частиц, которые часто приводят к поломкам агрегата. При подсоединении трубопровода также есть риски вибрационного воздействия. Для решения этой проблемы потребуется установка специальных ставок.

Если вы устанавливаете трубопровод к насосу фланцевым способом, обязательно установите между гайкой и болтом шайбу. Это обеспечить более плотное соединение. Для удобного контроля работы устройства, нужно установить манометры. 

Установка

Монтаж производится поблизости с емкостями, чем создается прямая и короткая линия всасывания.

Расположение агрегата ниже уровня жидкости обеспечивает его заливку самотеком.

Размещение горизонтальных насосов производят на плиты или рамы. Затем реализуют их выверку в плане по вертикалям и горизонталям. Жесткость опорной рамы в различных ее точках обеспечивается фундаментом. Размещение сборочных единиц производится на раме. Насос центрируют с закрепленным трубопроводом.

Для горизонтальных насосов ответственным этапом является центрирование валов и полумуфт. После проведения монтажных работ агрегаты испытывают на холостом ходу и под нагрузкой.

При установке вертикальных агрегатов также производят выверку рам и плит. Центровку агрегата производят по вертикальной оси.

Замечание специалиста: в разводке трубопроводов линии всасывания не допускаются вибрации и кавитация, а линия всасывания должна иметь прямой участок длиной более 2-х диаметров трубопровода и не допускать воздушных карманов.

На линии выброса устанавливается запорная арматура. Функционирование насоса с системой под давлением требует установки обратного клапана. По окончании монтажа агрегат подвергают испытаниям.

Основные характеристики центробежных насосов

Чтобы правильно выбрать насос для подачи воды в частный дом из скважины или решения другой задачи, нужно рассматривать не только цифры, приведенные в документации к устройству. Однако для общего ознакомления с параметрами, которые полезны для правильной постановки задачи, разумно привести характеристики устройств для перекачки жидкости.

1. Производительность или подача. Данная цифра характеризует количество жидкости, которое насос выбрасывает из выходного патрубка в случае, когда двигатель развивает номинальную мощность.
2. Напор — разница в давлениях между входным и выходным патрубком.
3. Напорно-расходная характеристика центробежного насоса — данный график показывает зависимость между напором и производительностью установки, позволяет эмпирически проанализировать достаточность подачи на отдельных этажах.
4. Высота всасывания показывает, с какой глубины насос способен забирать воду.
5. Номинальное давление — показатель, при котором насос в сети водоснабжения может работать в постоянном режиме.

Существует целый ряд параметров, которые полезны для профессионального анализа и проектирования сети водоснабжения, к примеру, частного дома. На практике часто применяются упрощенные методики. Примерная схема выбора насоса выглядит так.

1. Делается среднестатистический расчет потребления. Для этого анализируются существующие устройства отбора воды, производится суммирование их показателей. В двух и более этажных домах определяется общая цифра потребления, а также выделяются объемы воды, необходимые для обеспечения комфорта каждого этажа.
2. Определяется характер зоны отбора воды. Для скважины учитывается глубина, анализируется место установки насоса (высота от поверхности земли).
3. Фиксируются высотные параметры сети водоснабжения. Это делается для двух и более этажных домов.

По этим параметрам уже с достаточной точностью можно выбрать подходящий насос. Характер места забора скажет, какой показатель высоты всасывания должен быть у устройства. По этажности (высоте подъема жидкости) делается расчет и выбор модели по характеристике напора.

Самая важная часть анализа — напорно-расходная характеристика, она покажет, способен ли насос обеспечить поставку воды в объемах комфортного пользования на этажи выше первого. Порядок действий при этом следующий:

• для этажа высчитывается падение напора (метраж подъема);
• на графике находится точка, соответствующая сниженному показателю;
• определяется объем подачи по графику.

Если полученная цифра больше нужного объема для конкретного этажа — насос справится с поставленной задачей. Иначе нужно более производительное или мощное устройство.

Но и при тщательном учете всех особенностей точки отбора воды и сети распределения бывают ошибки. Их причина — отсутствие учета гидравлического сопротивления трубопроводной структуры, зависимостей показателей отбора и давления, анализа соответствующих характеристики насосов. Но это уровень проектирования, недоступный среднестатистическим пользователям.

Совет! Чтобы создать некий технологический буфер, рекомендуется выбирать насос с запасом в 20% по ключевым характеристикам, прежде всего, напору.

Модификации насосов и их особенности

Высокие стандарты ГОСТа и других регламентирующих документов устанавливают жесткие требования по сроку службы и межремонтному периоду, опрессовке корпуса насоса, конструктивным особенностям рабочего колеса, вала, подшипников, опорной плиты и других важных узлов и деталей. Современные производители предлагают покупателям компактные размеры оборудования, что позволяет использовать их в разных условиях.

Консольные центробежные насосы доступны в следующих модификациях: 

• горизонтальный с опорой вала по центральной оси;
• горизонтальный с магнитным приводом;
• вертикальные линейные насосы;
• вертикальный. Рабочее колесо установлено на валу двигателя;
• вертикальные с одинарным и двойным всасыванием. 

В таких насосах установлены предельные значения технических характеристик: производительность — до 6000 м3/час, напор: до 380 метров, колебание рабочих температур — от -150 до +450 градусов, скорость вращения — до 4000 оборотов в минуту.

Достаточно популярны модульные насосы. Они имеют особенную конструкцию, которая расширяет сферу их применения. Главный плюс модульной конструкции заключается в том, что есть возможность замены ряда узлов и повторного использования. Корпус с форсунками выполнен единым блоком. Используются лучшие уплотнительные устройства, которые отлично защищают от нежелательных включений. Межопорные насосы бывают:

• горизонтальными с одинарным и двойным всасыванием;
• горизонтальными с двойным всасыванием;
• многоступенчатыми с горизонтальной центральной осью, диффузором, одинарным и двойным всасыванием. Корпус насоса с осевым разъемом. 

Межопорные насосы имеют напор до 3600 метров, допустимые температуры — от -30 до +455 градусов, максимальное давление достигает 350 бар, а частота вращений может быть до 7000 оборотов в минуту.

Вертикальные центробежные агрегаты имеют рабочее колесо закрытого типа, за счет чего удается снизить осевые нагрузки. 

Пуск насоса.

1. Пуск насоса производится с блочного щита. Пуск может производиться обслуживающим персоналом как ключом управления, так и автоматически от АВР по напряжению (при отключении работающего ПЭН) или АВР по давлению.
2. Сообщить дежурному по тепловому щиту котлов о готовности насоса к пуску.
3. Включить насос, для чего: повернуть ключ соответствующего насоса вправо (поставить его в положение «ВКЛЮЧЕНО»). При поступлении импульса от ключа управления или АВР включается пусковой масляный насос. Когда давление в конце маслосистемы достигнет 0,7 кгс/см², включается двигатель питательного насоса. Пусковой маслонасос работает в течении 5 минут, после чего должен автоматически отключиться. Заметить время разворота ПЭН с момента включения пускового маслонасоса до достижения номинального давления за ПЭН. Время разворота должно быть 15 сек.
4. Проверить работу насоса. При ненормальном шуме, стуке, заеданиях, вибрации или других неисправностях немедленно остановить насос для их устранения.
5. Проверить показания КИП и произвести запись показаний по приборам: осевого положения ротора, давление масла на подшипниках, давление питательной воды на напоре, давление за гидропятой.
6. Подрегулировать давление конденсата на охлаждение сальников.
7. Проверить работу разгрузочного диска. Нормальное давление в камере за разгрузочным диском должно быть больше на 1 – 2 атм давления во всасывающем патрубке.
8. Открыть и отрегулировать подачу охлаждающей воды на воздухоохладители таким образом, чтобы температура масла на входе в подшипники из двигателя не превышала 60°С, а температура масла на входе в подшипники поддерживалась в пределах 35 ¸ 45°С.
9. При отключении пускового маслонасоса проверить, чтобы давление масла не упало ниже 0,5 атм.
10. Приоткрывая вручную напорную задвижку насоса заполнить напорные магистрали водой, после чего открыть задвижку полностью эл. приводом.

Примечание: В случае, если напорные трубопроводы перед пуском насоса были заполнены водой, напорные задвижки не переводятся на ручное управление, а открывается эл. приводом.

При заполнении питательных магистралей водой не допускается снижение давления на напоре ниже 180 атм.

11. При расходе 160 т/ч автоматически закроется рециркуляция насоса. Автомат рециркуляции настроен на открытие при расходе через насос 130 т/ч.
12. Включить защиты ПЭН, ключ блокировки поставить в положение «РАБОТА». При нормальной эксплуатации включение питательных насосов, их отключение, переход с одного насоса на другой производится под руководством НС ТО, а в аварийных случаях дежурным машинистом ЦТЩУ II очереди или дежурным машинистом-обходчиком ТО самостоятельно.

Где используют поверхностные насосы ↑

Поверхностные насосы применяют в следующих случаях:

• источниками воды на участке служат колодец на плывуне или абиссинская скважина;
• непосредственно к территории усадьбы примыкает водоем, подходящий для полива сада и огорода.

Условием для эксплуатации оборудования является малая глубина источника – не более 8-9 м. Поэтому поверхностный насос не подходит для подъема воды из скважин.

Вместе с тем, при наличии соответствующих условий с его помощью получится организовать бесперебойное снабжение водой или эффективную оросительную систему.

Автономное водоснабжение ↑

Поверхностный насос – своего рода посредник между источником и коммуникациями на участке. Он «всасывает» воду и под давлением подает ее дальше по цепочке в распределительную систему.

Колонки на улице остаются в прошлом. На смену им приходят полноценные водопроводы. В случае с использованием поверхностного насоса рекомендуется предусмотреть накопительный резервуар, чтобы всегда иметь запас воды.

Наличие емкости особенно актуально в летний период, когда традиционно увеличивается расход воды или при небольшой мощности колодца. Например, производительность абиссинской скважины составляет 10-40 л/мин., летом в часы пиковой нагрузки могут возникнуть перебои. Поэтому лишний «кубик» воды про запас не помешает.

Полив на приусадебном участке ↑

Еще одна сфера применения поверхностного насосного оборудования – полив и орошение на приусадебном участке. Источником воды могут быть обычный или абиссинский колодец, родник или водоем.

В последних двух случаях оборудование устанавливают в непосредственной близости от источника, т.к. высота подъема воды небольшая, прокладывают коммуникации к оросительной системе или поливают растения из шланга.

Устройства чувствительны к примесям, мелким камешкам, частичкам почвы, которые могут попасть в воду. Поэтому, чтобы запустить поверхностный насос, понадобится дополнительная система фильтрации, или придется отказаться от эксплуатации, если дно водоема заилено или заросло водорослями.

Конструкция оголовка для скважины

Чтобы закончить установку насоса, нам потребуется стандартный оголовок скважины.

Своей конструкцией он надёжно герметизирует скважину. Он имеет подвес для троса, а также выходы для трубы и кабеля. Его диаметр подбирается в соответствии с диаметром вашей скважины.

Для скважин большой глубины лучше использовать металлический оголовок. На следующей схеме показано устройство оголовка и его основные достоинства – герметизация скважины, герметизация кабеля, фиксация трубы и фиксация троса.

Труба, идущая от насоса, надёжно фиксируем сверху муфтой, затем обрезаем трубу и монтируем оголовок или крышку скважины.

Если вам потребуется установить насос в скважину, используйте эти простые рекомендации в своей работе.

Пуск с помощью частотного преобразователя

Частотный преобразователь, представляет собой электронное статическое устройство, предназначенное для управления асинхронного или синхронного электродвигателя переменного тока. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменной амплитудой и частотой. Название «частотный преобразователь» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя. Инвертер преобразует напряжение питающей сети 220В/380В частотой 50Гц в выходное импульсное напряжение, которое формирует в обмотках двигателя синусоидальный ток частотой от 0 до 400 Гц и выше. Частотный преобразователь дает возможность регулировки частоты оборотов двигателя переменного тока, изменяя характеристики электросети. В зависимости от настроек частотного преобразователя, когда подается низкое напряжение, насос может работать на низких оборотах. При небольшой потребности в водозаборе работа насоса на пониженной мощности экономит электроэнергию и увеличивает ресурс двигателя. Но, самое главное, в момент пуска насоса двигатель начинает работать с самой маленькой частотой, постепенно разгоняясь до заданных оборотов, что исключает гидравлический удар. Частотно-регулируемый электропривод, в общих чертах состоит из трехфазного электродвигателя переменного тока и инвертера, который обеспечивает, как минимум, плавный пуск электродвигателя, его остановку, изменение скорости и направления вращения. Возможность подобного регулирования улучшает динамику работы электродвигателя и, тем самым, повышает надежность и долговечность работы технологического оборудования. Более того, инвертер позволяет внедрить автоматизацию практически любого технологического процесса. При этом создается система с обратной связью, где инвертер автоматически изменяет скорость вращения электродвигателя таким образом, чтобы поддерживать на заданном уровне различные параметры системы, например, давление, расход, температура, уровень жидкости и т.п. За счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки, потребление электроэнергии в насосных, вентиляторных, компрессорных и др. агрегатах снижается на 40-50%, а пусковые токи, составляющие 600-700% от номинального тока и являющиеся бичом для пуско-регулирующей аппаратуры, исчезают совсем. Таким образом, применение регулируемых электроприводов на основе частотных преобразователей позволяет создать новую технологию энергосбережения, в которой не только экономится электрическая энергия, но и увеличивается срок службы электродвигателей и технологического оборудования в целом.