Устройство и принцип работы центробежного двигателя

Принцип действия устройства основан на преобразовании вращательной силы механизма в энергию жидкости. Основные элементы конструкции — рабочее колесо (крыльчатка), центральный вал, входные и выходные отверстия, электродвигатель.

Агрегаты работают с разными текучими средами: инертными и химически активными, горячими и холодными, загрязненными и очищенными.

Когда включают электродвигатель, начинает вращаться крыльчатка: из-за тяги возникает перепад давлений (разряжение). Под действием центробежной силы поток жидкости направляется во всасывающий патрубок. Выброс воды осуществляется через напорное отверстие.

Устройство и принцип работы центробежного насоса

Прямое назначение центробежных насосов для воды – это обеспечение водоснабжения и перекачивание жидких веществ, как в промышленных целях, так и в бытовых. В последнее время среди потребителей они получили популярность для обустройства водоотведения в частных домах. Такая востребованность обусловлена довольно простой схемой устройства и неприхотливостью в работе. Причем благодаря его строению и наличия минимальных знаний, возможно выполнения ремонтных работ своими руками.

Содержание

Достоинства и недостатки

К достоинствам рассматриваемой модели причисляют:

1) Компактность механизма, за счёт чего достигаются небольшие габариты и вес;

2) Относительно большая производительность;

3) Простота эксплуатации и приятный КПД;

4) Можно легко соединять механизм с паровыми турбинами и электродвигателями;

5) Удобно перемещать, монтировать и демонтировать;

6) Лёгкость в техническом обслуживании;

7) Плавность и непрерывность подачи;

8) Быстрый пуск и остановка;

9) Низкий эксплуатационный шум;

10) Низкие рабочие затраты;

11) Возможность плавной регулировки мощности (у моделей, позволяющих это);

12) Возможность работы с субстанциями не только кристальной чистоты, но и с вкраплениями грязи, а степень загрязнённости будет разной, зависимо от модели;

13) Общая долговечность.

Минусы также имеются:

1) Рабочая область должна быть всегда заполнена перед пуском. Об этом необходимо заботиться, так как категорически нельзя допускать работу в холостом режиме не только из-за вероятностей поломок ввиду быстрого нагрева, но и потому что всасывание не будет создаваться;

2) Малые по габаритам помпы не обладают достаточной действенностью, поскольку всё упирается в функциональный диаметр крыльчатки и количество этапов вращения;

3) Сложность отлива маленьких жидкостных каналов внутри корпуса делает выполнение маломощных устройств нерентабельным с точки зрения их стоимости и выдаваемой эффективности (чем меньше такой агрегат – тем ниже у него КПД, хотя цена не всегда ниже);

4) Возможность кавитации, т.е. самопроизвольного закипания жидкости внутри, если забор на входе падает (например, загрязнённость входного канала или не полный забор транспортируемой среды) – это ведёт к возможности разрыва изнутри ввиду резкого скачка усилия растяжения газа (ведь помпа спроектирована для жидкостных сред, но не газообразных субстанций). Это вызывает необходимость применения антикавитационного инструментария.

5) Имеются ограничения на высоту/длину подачи насосов ЦНС, выражаемые в метрах.

Плюсы и минусы центробежных насосов

Есть ряд преимуществ, которые делают центробежные насосы популярными:

• высокая мощность агрегата. Если рассматривать модели промышленных насосов, они демонстрируют отличные показатели скорости потока и напора;
• равномерность потока при высокой эффективности агрегата. Минимальный КПД центробежных насосов превышает 50%. Также в продаже можно найти современные усовершенствованные модели с КПД свыше 93%;
• универсальный агрегат, который подходит для твердых и жидких составов. Инновационные производители существенно снизили риски засорения. Даже при работе с густыми жидкостями с примесями в виде частиц агрегат будет работать.

Среди недостатков центробежных насосов выделяют то, что они при высоких давлениях не всегда корректно работают. В таких случаях возможно проникновение воздуха в систему, что приведет к выходу из строя центробежного насоса.

Вал и подшипники

Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

1. Консольно
2. Симметрично

Консольное закрепление

При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.

Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Механическая часть

В состав механической части входят: узел соединения вала электродвигателя с валом насоса и сам корпус насоса, включающий в себя проточную часть. Вал насоса крепится к валу электродвигателя при помощи соединительной муфты или двух полумуфт. С другой стороны вал соединяется с рабочим колесом насоса.

Рабочее колесо является главным рабочим органом любого центробежного насоса. В зависимости от области применения рабочие колеса бывает открытого, закрытого и полуоткрытого типа. В случае если перекачиваемая жидкость содержит твердые включения, необходимо использовать открытое рабочее колесо, однако данный тип менее эффективен в сравнении с предыдущими.

В зависимости от своей конструкции рабочее колесо включает в себя: ступицу, ведущий диск, лопасти (или лопатки), обтекатель, покрывающий диск. В колесах открытого типа покрывающий и ведущий диски отсутствуют. Лопасти рабочего колеса изогнуты назад против направления вращения самого колеса. Каким будет угол изгиба лопасти рабочего колеса зависит от производителей насоса, но он в любом случае не должен превышать 90 градусов.

Рабочее колесо центробежного насоса находится в рабочей камере, которая ограничена задней частью корпуса насоса и передней частью корпуса – улиткой. Рабочую камеру очень часто еще называют проточной частью. Передняя часть корпуса имеет также всасывающий и нагнетательный патрубки или отверстия для подвода и отвода жидкости. Всасывающий и нагнетательные патрубки могут иметь как резьбовое, так и фланцевое подсоединение. С внутренней стороны передняя часть корпуса имеет форму улитки, то есть площадь сечения нагнетательного патрубка увеличивается по направлению потока. Такое увеличение площади помогает вместить пребывающий поток жидкости, а также снизить скорость выходящего потока. Снижение скорости потока приводит к увеличению статического давления, которое необходимо для преодоления сопротивления насосной системы.

Так как во время работы насоса давление жидкости внутри корпуса высокое, используют торцевое уплотнение. Оно используется в насосном оборудовании для обеспечения герметизации приводного вала. Выбор конструкции торцевого уплотнения в значительной степени определяется физико-химические свойствами среды, для которых оно предназначено: ее агрегатным состоянием, давлением, температурой, вязкостью, содержанием взвешенных твердых частиц и солей, химической агрессивностью, воспламеняемостью, степенью опасности воздействия на людей и окружающую среду.

Материал изготовления рабочего колеса и проточной части выбирают исходя из условий работы насоса и агрессивности перекачиваемой жидкости. Для химических центробежных насосов чаще всего используют следующие материалы: полипропилен, фторопласт, нержавеющие стали, хастеллои (сплавы на основе никеля).

Наиболее распространенные неисправности агрегата и способы их устранения

Для обеспечения исправной работы насоса, перед началом эксплуатации необходимо полностью заполнить рабочую камеру рабочей средой.

В таблице приведены возможные неисправности центробежных насосных установок, причины их возникновения и способы устранения.

Неисправность

Возможные Причины

Способы устранения

Снижение номинального напора

Засорение фильтра грубой очистки, подающего трубопровода или лопаток рабочего колеса. Неправильная установка или реверсивное вращение рабочего колеса.

Замена фильтра, промывка трубопровода, очистка лопастей рабочего колеса. Установить рабочее колесо в правильное положение. Заменить обратный клапан.

Резкое увеличение расхода электроэнергии в момент запуска

Заслонка напорного трубопровода находится в открытом положении. Неправильная установка рабочего колеса или разгрузочного диска. Выход из строя предохранителя электродвигателя. Засорение трубки отвода рабочей среды.

Уменьшить проходное сечение напорного трубопровода на время запуска. Устранить дефекты сборки. Заменить предохранители силовой установки.

Повышенная нагрузка на электродвигатель

Увеличенная частота вращения. Превышение допустимого значения подачи. Выход из строя элементов насоса или электродвигателя вследствие механических повреждений.

Осмотреть силовую установку, при необходимости, устранить повреждения. Уменьшить проходное сечение напорного трубопровода. Провести ревизию элементов насоса, при необходимости, заменить поврежденные детали.

Значительный нагрев подшипниковых узлов

Засорение смазочной системы. Попадание в масло мелкодисперсных загрязнителей. Увеличенное радиальное биение.

Промыть систему смазки дизельным топливом. Заменить масло в системе смазки. Осмотреть подшипники на предмет механических повреждений, при необходимости–заменить. Обеспечить центровку рабочего колеса. Увеличить зазоры для поступления масла в подшипниковые узлы.

Повышенный уровень шума и наличие вибрации

Недостаточная балансировка ротора. Чрезмерные смазочные зазоры. Наличие посторонних частиц в рабочей камере агрегата. Заклинивание вращающихся деталей. Кавитация

Провести балансировку ротора. Отрегулировать масляные зазоры в подшипниковых узлах. Очистить детали агрегата в случае загрязнения и наличия различных отложений на лопатках рабочего колеса. Уменьшить проходное сечение подающего трубопровода. Устранить вибрацию трубопроводов.

Несмотря на то что в большинстве случаев ремонт можно произвести своими силами, предпочтительнее доверить техническое обслуживание центробежного насоса профессионалам, имеющим соответствующее оборудование и опыт работы.

Универсальность, высокая производительность и надежность в работе обеспечили центробежным насосам самую широкую популярность. Такие системы могут эффективно использоваться как в бытовой сфере, так и в промышленном производстве. Кроме этого, большинство моделей имеют вполне доступную цену.