Насосы типа СМ: особенности, характеристики

Виды и классификация насосов

Насос – тип гидравлической машины, который перемещает жидкость путем всасывания и нагнетания, используя кинетическую или потенциальную энергию. Насос необходим для использования в противопожарных технических средствах, для отвода жидкостей в жилых кварталах, при подаче топлива и многих других целях. По области применения, конструкции, принципу действия существует разные виды и типы насосов. При использовании насосов для различных целей необходимо знать, какие виды бывают и чем они отличаются.

Общая классификация

В первую очередь насосы делятся по области применения на бытовые и промышленные. Бытовые насосы используются в домашних хозяйствах, промышленные — на предприятиях и в специальных службах (пожарная). Отдельная классификация насосов по типу рабочей камеры предполагает деление на динамические и объемные насосы.

Виды насосов и их классификация

Различные классификации насосов основаны на понимании того, какие типы насосов существуют и чем они отличаются. Насосы делятся на несколько видов, те, в свою очередь, делятся на категории.

По техническим характеристикам:

• в зависимости от объема жидкости, перемещаемой в единицу времени;
• давление и напор;
• КПД.

По области применения:

Разделение насосов по сферам применения

Область применения насосов очень широкая. Сегодня их используют практически во всех сферах: строительстве, промышленности, при добыче полезных ископаемых, при разработке систем пожаротушения. В малых масштабах также используются различные типы насосов, и область их применения варьируется от бытового использования для полива, до установки в системах водоснабжения и теплопередачи. В зависимости от сферы применения выделяют типы и виды насосов. Ниже представлены описания, их характеристики и разновидности.

Типы насосов

По целевому назначению:

• погружные насосы;
• поверхностные насосы.

По способу энергопитания:

• электрические насосы;
• жидкотопливные насосы.

В зависимости от типа воды:

• для чистой воды;
• для воды средней степени загрязненности;
• для воды высокой степени загрязненности.

Типы бытовых насосов и область их применения

По области применения насосы делятся на бытовые и промышленные. Бытовые насосы бывают поверхностными и погружными. Для бытового использования чаще используют первый тип. Поверхностные насосы применяются для автономного водоснабжения частных домов, полива прилежащей территории, откачки воды из подвалов и прудов, повышения давления при автономной подаче воды в частный дом.

Существует четыре типа бытовых насосов:

Описание и характеристики насосов

Существует 2 вида насосов: поверхностные и погружные. Поверхностные насосы устанавливаются на уровне земли, в скважину или яму опускается шланг. Если насос оборудован автоматической системой включения-выключения при подаче воды, то он называется станцией. Насосы погружного типа включают в себя: дренажные насосы, фекальные, циркуляционные, насосы, установленные в колодцах и скважинах.

Разновидности насосов по конструкции

По конструкции все насосы различаются между собой. Они могут быть вертикальные и горизонтальные. Все насосы отличаются своей сборкой, в зависимости от модели в них могут быть использованы лопатки, лопасти, винты.

Классификация по принципу действия — по типу рабочей камеры

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

1. Объемные насосы — такие, в которых жидкость перемещается за счет изменения объема камеры с жидкостью под действием потенциальной энергии.
2. 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:

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

Существует также деление динамических насосов по принципу действия:

1. 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.
2. Вихревые насосы – по принципу действия аналогичны центробежным, но менее габаритны и имеют более низкий КПД.
3. 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.

Классификация по назначению

По назначению различные виды насосов используют в промышленных целях (в пищевой, химической, бумажной промышленности). В бытовых целях насосы используются при строительстве, откачке воды из скважин и колодцев, для бурения колодца, для теплоснабжения. Бурение колодца требует использования насосной станции или насоса погружного типа. Насос обеспечивает подачу воды из скважины под небольшим давлением.

В автомобилях и промышленных машинах насосы являются вспомогательными устройствами.

При добыче полезных ископаемых используют различные типы насосов для бурения скважины, обустройства прилежащей к скважине территории, откачки жидкости, для переработки жидкостей. В промышленности насосы устанавливаются на предприятиях для гидроудаления отходов производства.

Насосы, применяемые в пищевой индустрии, часто имеют устройства для измельчения материалов (кроме камня и металлов), чтобы предотвратить засорение трубопровода.

Отдельно выделяют насосы для пожаротушения. Конструкция таких насосов предусматривает подачу воды под сильным давлением.

Дренажные насосы относятся к погружным, они характеризуются наличием системы измельчения и фильтрации.

Насосы, нагнетающие давление используются в системах, где требуется повышение давления при работе (теплоснабжение, водоснабжение).

Выделяют виды водяных насосов по назначению:

В зависимости от сферы использования существует классификация водяных насосов по принципу действия.

1. Водоподъемные насосы используются для экстракции жидкости из скважин или колодцев.
2. Циркуляционные виды насосов используют для перемещения жидкости в системах отопления, кондиционирования и подачи воды.
3. Дренажные насосы используют для откачивания жидкости из подвалов и канализации.

Классификация по виду перекачиваемой среды

В зависимости от того, какого типа жидкость будет проходить через насос, конструктивные и другие особенности будут различаться.

Насосы используют для перекачивания:

• чистой жидкости и жидкости малой загрязненности;
• жидкостей средней степени загрязненности с примесями легкой взвеси;
• не сильно загазованных жидкостей;
• смесей газа и жидкости;
• агрессивных жидкостей;
• жидких металлов.

Для работы с разными типами жидкости используют насосы объемного типа. Этот вид насосов работает по принципу изменения объема камеры, что приводит к переходу энергии двигателя в энергию субстанции. Такие насосы способны работать с любыми средами, однако следует учитывать высокий уровень вибрации.

Динамические насосы могут также работать с любыми типами жидкостей, однако они не обладают способностью к самовсасыванию. В зависимости от конструктивных особенностей насосов существуют различные способы переработки перемещаемой жидкости. Например, вихревые насосы динамического типа не предназначены для работы с загрязненной жидкостью, включающей абразивные вещества. Для таких агрегатов жидкость с примесями является разрушающей, приводя к истончению стенок насоса.

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.

Насосы для систем пожаротушения

Основным требованием к насосам системы пожаротушения является подача воды под высоким давлением. Наиболее часто используемыми являются центробежные насосы, так как они позволяют быстро закачать воду за счет центробежной силы. Важными пунктами при выборе насоса для пожаротушения являются:

• напор;
• частота вращения колеса;
• КПД;
• высота всасывания;
• объем перемещаемой воды.

В зависимости от количества колес с лопастями насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Многоступенчатые агрегаты позволяют создать более высокое давление, что в свою очередь, влияет на напор и высоту подаваемой жидкости. При установке систем пожаротушения в зданиях стоит учитывать, что оборудование необходимо периодически проверять, так как застой может вызвать затруднения при запуске. На пожарных машинах устанавливают центробежные насосы и вспомогательные агрегаты. Вспомогательные насосы заполняют корпус центробежного насоса жидкостью и отключаются автоматически.

Масляные и топливные насосы

Среди промышленных типов насосов выделяют масляные и топливные устройства, устанавливаемые на двигателях автомобилей и машин и двигателях внутреннего сгорания.

Масляные насосы обеспечивают снижение силы трения между взаимодействующими частями двигателя. Они бывают регулируемыми и нерегулируемыми. В двигателях автомобиля устанавливаются роторные или шестеренные насосы для перекачивания масла.

Топливные насосы устанавливаются в автомобилях в обязательном порядке. Они обеспечивают доставку топлива из бака в камеру сгорания. В зависимости от конструкции топливные насосы бывают: механические и электрические.

Погружные насосы

Погружные насосы применяются при работе на глубине более восьми метров. Все типы погружных насосов обладают системой охлаждения, а также выполнены из прочного материла, помогающего избежать деформации под давлением. Погружные насосы бывают центробежными и вибрационными. В насосах второго типа жидкость всасывается с помощью вибрационного или электромагнитного механизма.

При выборе насоса важно учитывать большое количество факторов:

• цель использования;
• место использования;
• необходимость установки вспомогательных агрегатов;
• габариты насоса;
• способ работы насоса.

Насосы СМ

Насосы типа СМ используются для перекачивания фекальных вод, городских, бытовых и производственных сточных масс и других жидкостей.

Конструкция насосов СМ

Конструкция насоса СМ аналогична конструкции консольных насосов типа К. Отличие состоит в конструкции рабочего колеса и корпуса. В насосах СМ колесо изготовлено с большим проходным сечением, т.е. с меньшим количеством лопаток и существенно шире.

Корпус и рабочее колесо изготовлены из серого чугуна, защитная втулка и вал – сталь 45, 35.

В насосе установлено двойное сальниковое уплотнение из хлопчатобумажной набивки, куда для охлаждения и обеспечения гидравлического затвора подается техническая жидкость под давлением, превышающим давление перед в напорном патрубке на 0,5-1,0 атм.

Комплектующие электродвигатели

Агрегаты комплектуются асинхронными электродвигателями, напряжением 220/380 или 380/660В, исполнения по монтажу – на лапах (1М1081, 1М1001).

Физико-химические свойства перекачиваемой жидкости:
водородный показатель pH – от 6 до 8,5, плотность – до 1050 кг/м 3 ,
допускаемые механические включения:
абразивные взвешенные вещества – содержание по массе – не более 1,0%, размер частиц – не более 5 мм, предельная концентрация перекачиваемой массы – 2%, содержание газа в жидкости не более 5%.
Температура перекачиваемых сред – до 80°С.

Расшифровка условного обозначения насосов СМ.
насос СМ150-125-315/4-СД-УХЛ4, где:

• СМ – сточно-массный
• 150 – условный диаметр входного патрубка
• 125 – условный диаметр выходного патрубка
• 315 – теоретический диаметр рабочего колеса
• /4 – 1450 об/мин, (/2 – 2900 об/мин, /6 – 950 об/мин)
• СД – двойное сальниковое уплотнение
• УХЛ – климатическое исполнение
• 4 – категория размещения.

Характеристики насосов СМ

Габаритные размеры и вес насосов СМ указан ориентировочно.

Принцип работы насоса

Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века.
Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода.
Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев.

Конструкция:
Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении

Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон (“гармошку”), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей.
Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена).
Основное применение – выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п.

Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса.

Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость “на сухую”, т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью.

Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой.
Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.
Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.

Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность.
Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров).

Принцип действия:
Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.

Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления.

Принцип действия:
Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается.
При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разряжение на входе, обеспечивая всасывание жидкости.
Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания.
При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса.

Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения.
Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание).

Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.
Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу.

На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок).
При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок.

Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.

Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).

Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.

Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.

Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.

Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц.
Преимущества винтовых насосов:
– самовсасывание (до 7. 9 метров),
– бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта,
– возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы,
– возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости.

Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности.

Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг.
Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание.

Принцип работы:
При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга.

Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью).
Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры.

Принцип действия:
Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора.

Газлифт (от газ и англ. lift — поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами.

В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них — буровая скважина или резервуар, а другой — труба, в которой находится газожидкостная смесь.

Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос.
Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц.

Принцип работы:
Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.

Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.
Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны

Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек.
Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека).
Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п.

Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга)

Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы.
Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок.

Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов – износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины.
Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления.

Многосекционные насосы – это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе.

Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм.

По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес.
(по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов).

Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления.

Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта – до 1500 сСт. Тип насоса объемный.
Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка.

Насосы этого типа применяются:
– на судах морского и речного флота, в машинных отделениях,
– в системах гидравлики,
– в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов.

Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса.

Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей.
Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения).
для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.

Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды – водоструйными насосами.
Насосы, отсасывающие вещество и создающие разряжение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением – инжекторами.

Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении.

Принцип работы гидротаранного насоса:
По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды.
Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию.
Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется.

Центробежные насосы

Центробежные насосы являются самыми распространённым насосами в мире. Благодаря своей конструкции и стабильной работе этот тип насосов нашел широкое применение, как для решения бытовых задач, так и для основных технологических процессов в самых различных отраслях промышленности. В данной статье будет дано полное описание центробежных насосов, рассказано как работает центробежный насос, его классификация и основные области использования.

Принцип действия центробежного насоса

Основным элементом центробежного насоса является рабочее колесо (импеллер), расположенное внутри спирального корпуса (улитка), которое имеет лопасти, направленные в обратную сторону относительно вращению самого колеса. Импеллер устанавливается на вал, который соединен с приводом насоса. При старте работы агрегата рабочее колесо начинает вращаться, и жидкость через всасывающий патрубок поступает вдоль оси вращения колеса.

Под действием центробежной силы, жидкость перемещается по каналам между лопастями в радиальном направлении (от центра импеллера к его периферии) в спиральную камеру корпуса насоса, а затем и в нагнетательный патрубок насоса. На периферии рабочего колеса располагается зона повышенного давления. В центре же давление понижено, что обеспечивает постоянное поступление жидкости в насос.

Конструкция центробежных насосов

Центробежный насос состоит из следующих основных частей:

• Всасывающий патрубок
• Нагнетательный патрубок
• Спиральный корпус (проточная часть насоса)
• Рабочее колесо (импеллер)
• Уплотнение вала
• Картер насос

Классификация центробежных насосов

Центробежные насосы можно классифицировать по конструктивным исполнениям его основных элементов, по типу установки и назначению.

По расположению патрубков насосов

• Насос «ин-лайн» типа. У данного типа насоса всасывающий и нагнетательный патрубок находятся на одной линии друг напротив друга. Перекачиваемая жидкость проходит сквозь насос. Насос устанавливается на прямых участках трубопровода.

Насос ин-лайн

• • Консольные насосы. Жидкость поступает в центр рабочего колеса (импеллера). Патрубки расположены под 90˚С относительно друг друга.

  Консольные насосы

  По количеству ступеней насоса

  • Одноступенчатый насос. Насос с одним рабочим колесом на валу. Данные насосы используются при задачах, где не требуется обеспечивать высокий напор. Максимальный напор у одноступенчатых насосах обычно не превышает.

  Одноступенчатый насос

• Многоступенчатый насос имеет на валу более одного последовательно соединённых колес. Такой тип насосов используется для обеспечения высокого напора при сравнительно небольшом расходе. Высокий напор создается благодаря сумме напоров, создаваемых каждым отдельным колесом. Перекачиваемая жидкость переходит последовательно от одной ступени к другой.

Многоступенчатый насос

По типу уплотнения вала

Для защиты от попадания перекачиваемой жидкости в окружающую среду и в механическую часть центробежного насоса используются различные уплотнительные системы. По типу применяемой системы насосы можно разделить на:

• Центробежные насосы с сальниковым уплотнением (ссылка на сальниковое уплотнение)
• Центробежные насосы с торцевым уплотнением (одинарным или двойным) (ссылка на торцевое уплотнение)
• Центробежные насосы с магнитной муфтой (ссылка на магнитную муфту)
• Центробежные насосы герметичные с мокрым ротором (ссылка на мокрый ротор)
• Центробежные насосы с динамическим уплотнением (ссылка на динамическое уплотнение)

По типу соединения с электродвигателем

Центробежные насосы разделяются также по типу соединения гидравлической части насоса с электродвигателем. Выделяют типы:

Насос с соединительной муфтой. Упругая муфта — это элемент, позволяющий соединить вал электродвигателя и вал, на котором крепится рабочее колесо. Для этого используется, как обычная муфта, так и муфта с промежуточным элементом. Использование промежуточного элемента позволяет не отсоединять электродвигатель при техническом обслуживании насоса, например при замене торцевого уплотнения.

Обычная муфта

Муфта с промежуточным элементом

Моноблочный насос. У данного типа насосов рабочее колесо крепится либо сразу на удлиненном валу электродвигателя, либо для соединения вала двигателя и насоса используется неподвижная постоянная глухая муфта. Центробежный насос с глухой муфтой

По назначению

Благодаря своим конструкционным возможностям назначение центробежного насоса может быть самым различным. По данному показателю выделяют следующие типы центробежных насосов:

• Дренажные
• Скважинные
• Фекальные
• Шламовые
• Пищевые
• Санитарные
• Пожарные
• Самовсасывающие

Материальное исполнение центробежных насосов

Центробежные насосы применяются практически во всех отраслях промышленности, перекачивают самые различные жидкости, начиная с воды и заканчивая высоко агрессивными и абразивными суспензиями.

Поэтому выбор материалов для основных элементов центробежных насосов очень широкий и чаще всего он основывается на стойкости данного материала к свойствам перекачиваемой жидкости (ссылка на таблице хим. стойкости) и условиям работы самого насоса.

Можно выделить следующие основные материалы:

Металлическое исполнение

• Чугун
• Бронза
• Углеродистая сталь
• Нержавеющая сталь
• Дуплекс
• Супер-дуплекс
• Титан
• И.т.д

Футерованные и пластиковые исполнения

При работе с высоко агрессивными жидкостями, например с кислотами, металлическое исполнение не всегда может обеспечить необходимой коррозионной защиты. Либо применения сверхстойких сплавов может привести к значительному удорожанию всей конструкции.

Поэтому широкое распространение приобрело использования самых различных пластиков, в качестве основного материала контактирующего со средой в центробежных насосах.

Можно выделить два основных типа:

• Футерованные насосы. Футеровка – это процесс нанесения пластикового покрытия на металлический корпус насоса. Все элементы контактирующие с перекачиваемой средой покрыты слоем полимера, что значительно увеличивает коррозионною устойчивость всей проточной части. Современные технологии обеспечивают отличное сцепление между покрытием и корпусом, т.к при отливке полимер заполняет все полости и зазоры.



• Пластиковые центробежные насосы. Основные элементы насоса, контактирующие со средой, выполнены из цельного пластика, обработанного на специальных станках.

Материалы для футерованных и пластиковых насосов:

• PP — полипропилен
• PVDF- поливинилденефлуорид
• PE – полиэтилен
• PVC – поливинилхлорид
• PFA – перфторалкоксил
• PTFE – политетрафторэтилен
• ETFE – этилентетрафторэтилен (Tefzel)
• FEP – фторэтиленпропилен

Материалы уплотнительных колец

В качестве уплотнительных колец в центробежных насосах чаще всего используют следующие эластомеры:

• EPDM — Этилен-пропиленовые каучук
• NBR — Бутадиен-нитрильный каучук
• FPM/FKM/Viton — Фторкаучук
• FFKM — Каучук перфторированный

Преимущества и недостатки центробежных насосов

Преимущества:

• Простая конструкция
• Немного движущихся частей, большой срок службы
• Высокий КПД
• Высокие показатели производительности
• Постоянная подача, без пульсаций
• Регулировка производительности с помощью дроссельного клапана на линии нагнетания или частотного преобразователя

Недостатки

• Невозможность «самовсасывания»
• Большой риск кавитации
• Производительность сильно зависит от напора
• Наиболее эффективны только в одной заданной рабочей точке. При регулировании подачи с помощью частотного преобразователя эффективность понижается
• Не может работать с мультифазными жидкостями с содержанием воздуха или газа
• При перекачки абразивных жидкостей возможный быстрый износ основных элементов из-за высокой скорости вращения рабочего колеса (около 1500 об/мин).
• Не может работать с высоковязкими жидкостями (макс. 150 сСт)

Области применения

Центробежные насосы применяются практически во всех отраслях промышленности.

Основные из них:

Водоснабжение и водоотведение

Нефтяная и газовая промышленность

Основные производители

Крупных игроков на рынке центробежных насосов можно также разбить по отраслям в которых они наиболее сильны:

Характеристики насосов – подача, напор и рабочая точка

Определение понятия напора
Повышение давления насосом называется напором. Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

H = E/G [m]

E = механическая энергия [Н•м]
G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:

10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H при нулевой подаче.

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.



– Характеристики насосов
– Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Форма характеристик насоса
На рисунке показана различная крутизна характеристик насоса, которая может зависеть, в частности, от частоты вращения мотора.



Различное изменение подачи и давления

При этом крутизна характеристики и смещение рабочей точки влияет также на изменение подачи и напора:
• пологая кривая
– большее изменение подачи
при незначительном изменении напора
• крутая кривая
– большое изменение подачи
при значительном изменении напора

Характеристика насосной системы

Трение, имеющее место в трубопроводной сети, ведет к потере давления перекачиваемой жидкости по всей длине. Кроме этого, потеря давления зависит от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, свойств арматуры и агрегатов, а также сопротивления, обусловленного диаметром, длиной и шероховатостью стенок труб.
Потеря давления отображается на графике в виде характеристики системы. Для этого используется тот же график, что и для характеристики насоса.



Форма характеристики показывает следующие зависимости:

Причиной гидравлического сопротивления, имеющего место в трубопроводной сети, является трение воды о стенки труб, трение частиц воды друг о друга, а также изменение направления потока в фасонных деталях арматуры.
При изменении подачи, например, при открывании и закрывании термостатических вентилей, изменяется также скорость потока и, тем самым, сопротивление.
Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график будет иметь форму параболы. Эту связь можно представить в виде следующего уравнения:

H1/H2 = (Q1/Q2) 2

Выводы
Если подача в трубопроводной сети уменьшается в два раза, то напор падает на три четверти. Если, напротив, подача увеличивается в два раза, то напор повышается в четыре раза. В качестве примера можно взять истечение воды из отдельного водопроводного крана.
При начальном давлении 2 бара, что соответствует напору насоса прим. 20 м, вода вытекает из крана DN 1/2 с расходом 2 м3/ч.
Чтобы увеличить подачу в два раза, необходимо повысить начальное давление на входе с 2 до 8 бар.



Изменяющаяся рабочая точка

Рабочая точка

Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, является рабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.

При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.

Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.

Такими требованиями являются:
для циркуляционных насосов систем отопления — потребление тепла зданием,
для установок повышения напора — пиковый расход для всех мест водоразбора.
Все остальные рабочие точки находятся слева от данной расчетной рабочей точки.

На двух рисунках показано влияние изменения гидродинамического сопротивления на смещение рабочей точки. Смещение рабочей точки по направлению влево от расчетного положения неизбежно вызывает увеличение напора насоса. В результате этого возникает шум в клапанах. Регулирование напора и подачи в соответствии с потребностью может производиться применением насосов с частотным преобразователем. При этом существенно сокращаются эксплуатационные расходы.

Краткие сведения о насосах и их классификация

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им механической энергии.

Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей гидравлических машин. Они применяются для наружного водоснабжения (в том числе и противопожарного) населенных пунктов и предприятий, внутреннего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, для подачи воды на пожаротушение автонасосами, мотопомпами, для подачи воды и огнетушащих составов в установках пожаротушения, в системах смазки, топливоподачи и гидропривода пожарных автомобилей и для многих других целей. Насосы подразделяются на две основные группы: объемные и динамические. Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объёма камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. Динамическими называются насосы, в которых под воздействием гидродинамических сил перемещается с камерой (незамкнутом объеме) жидкость, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. К ним относятся струйные и лопастныенасосы.

Весьма наглядной является классификация насосов по принципу действия, вне зависимости от вида перемещаемой жидкости (рис. 9.1).

Действие объемных насосов основано на изменении потенциальной энергии перемещаемой жидкости, а струйных и лопастных – на изменении кинетической энергии.

Рис. 9.1. Классификация насосов

Насосы классифицируются не только по принципу действия, но и по конструктивному исполнению, назначению, отраслевому применению, величине подачи и напора и т.д.

Рассмотрим основные схемы насосов.

Поршневой насос (рис. 9.2) в простейшем виде представляет собой расположенный в цилиндрическом кожухе поршень, при движении которого в одну сторону жидкость через всасывающий клапан поступает в рабочую камеру, а при движении в другую сжимается и затем выталкивается через нагнетательный клапан.

Положительными качествами поршневых насосов являются: высокий КПД, возможность получения больших давлений, независимость подачи от создаваемого давления, запуск без предварительной заливки всасывающих линий (самовсасывающие). Недостатками – громоздкость и затруднитель-ность непосредственного соединения с электродвигателем, наличие клапанов, неравномерность подачи, вызывающая вибрацию, сложность регулировки. Скорость поршня таких насосов ограничена действием инерционных сил.

Рис. 9.2. Поршневой насос

К насосам возвратно-поступательного действия, кроме поршневых относятся также мембранные (диафрагменные) насосы(рис. 9.3), которые нашли распространение в системах топливоподачи автомобилей (в том числе и пожарных).

Рис. 9.3. Мембранный насос

К роторным насосам относятся пластинчатые, зубчатые (шестеренные), винтовые, червячные и др. Они представляют собой объемные насосы с вращающимся ротором без всасывающих и напорных клапанов и вследствие отсутствия возвратно-поступательного движения их можно непосредственно соединять с высокооборотными электродвигателями.

Типичным представителем роторных насосов является пластинчатый насос (рис. 9.4).

В простейшем виде он представляет собой эксцентрично расположенный в цилиндрическом корпусе 2 ротор 1, в пазах которого находятся пластины 3, отжимаемые от центра к периферии действием центробежной силы. При вращении цилиндра 1 пластины 3 производят всасывание жидкости через приемный патрубок 4, сжатие ее и нагнетание через напорный патрубок 5. Насос является реверсивным: при изменении направления вращения его вала изменяется направление движения жидкости в трубопроводах, присоединенных к насосу.

Рис. 9.4. Пластинчатый насос роторного типа

Зубчатый насос состоит из пары сцепленных между собой шестерен, расположенных в открытом с двух сторон кожухе (рис. 9.5), с минимальным зазором между зубьями и кожухом. Зубья при вращении захватывают жидкость и переносят её со стороны всасывания в сторону нагнетания. Эти насосы получили распространение в системах смазки при перекачки вязких жидкостей (масел).

Струйные насосы используются в пожарной охране для заполнения всасывающих линий пожарных насосов, для подачи воды на пожар при расположении насоса более 7 м над уровнем воды, для уборки воды из помещений после тушения пожара. Принципиальная схема насоса струйного типа, его работа и основы расчета приведены в гл. 3.

В противопожарном водоснабжении наиболее распространены центробежные насосы. В дальнейшем мы подробно рассмотрим устройство и принцип действия центробежных насосов (рис. 9.12), их классификацию.

Рис. 9.5. Зубчатый насос

Отметим только, что их широкое распространение объясняется высоким КПД, компактностью и сравнительной простотой в конструктивном отношении, ремонтопригодностью и удобством эксплуатации. Их можно непосредственно соединять с электродвигателями, легко регулировать, они имеют плавную, без толчков, подачу.

У осевых насосов (рис. 9.6) лопасти 1 закреплены на втулке 2 под некоторым углом к плоскости, нормальной к оси. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидкости, сообщая ей энергию и перемещая её вдоль оси насоса.

Рис. 9.6. Осевой насос

На рис. 9.7 дана схема вихревого насоса. Жидкость поступает через патрубок 1 на периферию рабочего колеса с лопастями 2 и, получая от них энергию при движении по концентрическому каналу 3, отводится в напорный патрубок 4.

Характерной особенностью вихревого насоса являются подвод и отвод жидкости на периферии рабочего колеса по касательной к нему. Недостаток вихревых насосов – невысокий КПД. Осевые и вихревые насосы обладают реверсивностью, т.е. способностью изменять направление подачи при изменении направления вращения.