Конструкции лопастных насосов

Классификация насосов по конструкции и назначению.

При классификации лопастных насосов по конструкции учитывают следующие признаки: расположение оси вращения (вертикальное, горизонтальное), расположение и выполнение опор (консольное, с выносными или внутренними опорами и т. п.), количество колес (одно-, двух- и многоступенчатые), выполнение подвода и отвода (с полуспиральным или камерным подводом, с лопаточ­ным отводом и т. п.), наличие регулирования, конструкцию кор­пуса (с продольным разъемом, секционный и т. п.), погружен­ность под уровень, вид уплотнения (с мягким сальником, с торце­вым уплотнением и т. п.), конструкцию рабочего колеса (с открытым или закрытым рабочим колесом, поворотно-лопастная, с двухсторонним входом и т. п.), способность к самовсасыванию, герметичность, наличие конструктивного объединения с двигате­лем, систем обогрева или охлаждения, предвключенного шнека, назначение (для установки в скважине, капсуле и т. д.).

Необходимо учитывать, что соединение вала насоса с электродвигателем может осуществляться напрямую либо с по­мощью клиноременной передачи (от редуктора), а также через электромагнитную или гидравлическую муфту. Возможен также привод насоса вручную.

При классификации по назначению различают насосы: обще­го назначения (табл. ) для перекачки чистой воды с неболь­шим содержанием взвешенных частиц; для перекачки пульпы или грунта — землесосы, грунтовые и грязевые; для подачи воды из скважин — электропогружные с двигателем, находящимся под уровнем воды, и глубинные, у которых двигатель установлен над скважиной, а насос располагается в скважине под водой (от насоса к двигателю идет секционный вал, удерживаемый в на­правляющих подшипниках, установленных в крестовинах между секциями водоподъемных труб); для перекачки бензина, керосина или масел, химических веществ и др.

Насосы типа К и KM— это консольные насосы одноступенча­того типа с входом жидкости в рабочее колесо с одной стороны. Они имеют следующие характеристики:

напор 8,8...9,8 м, высоту всасывания до 8 м и подачу 4,5...360 м /ч.

В зависимости от размера каждый насос имеет свою марку, в которой указаны диаметр входного патрубка, коэффициент быстроходности и тип насоса. Так, цифра 8 у консольного насоса марки 8К-18 означает диаметр входного патрубка (мм), уменьшенный в 25 раз, кон­сольный тип насоса обозначен буквой К, а число 18 — умень­шенный в 10 раз коэффициент быстроходности насоса.

Насосы типа НД— это одноколесные горизонтальные насосы с двухсторонним подводом жидкости в рабочее колесо. Существует три разновидности таких насосов: НДн (низкого напора), НДс (среднего напора) и НДв (высокого напора). Каждая из трех разновидностей имеет несколько размеров. Диаметр напорного патрубка (мм), умень­шенный (округленно) в 25 раз, указывается цифрой перед буквами в марке насоса. Высота всасывания у таких насосов не бывает выше 7 м.

Насосы типа НДн имеют подачу 1350...5000 м³ /ч и напор от 10 до 32 м;

насосы типа НДс — подачу 216...6500 м³ /ч и напор 18...90 м,

насосы типа НДв подачу от 90 до 720 м³ /ч и напор 22...104 м.

Насосы типа НМК, ЦНС, ЦННМ, ЦК— это многоступенчатые горизонтальные насосы, где подвод жидкости происходит с двух сторон в первое рабочее колесо. Эти насосы имеют несколько разновидностей с числом колес от 2 до 11. Напор у них до 2000 м и подача 3600 м³/ч.

К группе горизонтальных центробежных насосов относятся одноколесные насосы типа Д с подачей 380...12 500 м³ /ч и напо­ром 12...137 м, четырехступенчатые насосы типа М с подачей 700...1200 м³ /ч и напором 240...350 м трех- и пятиступенчатые насосы типа МД с подачей 90...320 м /ч и напором 138...725 м четырех- и шестиступенчатые секционные насосы типа НГМ с подачей 54...90 м /ч и напором 102...210 м.

Рассмотрим вертикальные центробежные и осевые насосы для перекачивания воды и чистых жидкостей.

Насосы типа НДсВ — их выпускают в двух типоразмерах 207 ДВ и 24 НДв. Это одноступенчатые вертикальные насосы сред­него напора с двухсторонним входом жидкости в рабочее колесо. Подача составляет 2700...6500 м³ /ч, напор — 40...79 м.

Насосы типа В — это самые крупные насосы, одноступенча­тые вертикальные с односторонним входом жидкости в рабочее колесо. Их выпускают с подачей от 3000 до 6500 м³ /ч, напором 18...72 м нескольких типоразмеров.

Схема центробежного насосного агрегата.

В центробежных на­сосах (рис. ) жидкость при входе в рабочее колесо 4 движется в осевом направлении, а в самом колесе — от центра к перифе­рии.

Рис. . Схема насосного агрегата К 160/30:

1—крышка корпуса, 2—корпус насоса; 3 — уплотняющие кольца;

4— рабочее колесо, 5— гайка; 6—набивка сальника; 7—крышка сальника;

8—вал насоса; 9— сменная защитная втулка; 10 — опорный кронштейн;

11 — шарикоподшипники, 12 — соединительная упругая муфта

Рабочее колесо 4 состоит из двух дисков, отлитых из стали, чугуна или бронзы, соединенных лопастями. Оно закреплено на валу 8 гайкой 5. Корпус насоса 2, представляющий собой чугун­ную отливку, имеет внутреннюю спиральную полость, переходя­щую в нагнетательный патрубок. Чугунная крышка, отлитая как одно целое с входным патрубком, примыкает к корпусу насоса 2. Стальной вал 8 расположен на двух опорах в виде шарикопод­шипников 11, размещенных в опорном кронштейне 10. Для раз­деления внутреннего пространства насоса с окружающей средой имеется сальник, состоящий из крышки 7 и набивки б, выпол­няемой из пропитанных хлопчатобумажных колец.

С наружной стороны дисков рабочего колеса 4 для уменьшения утечки жидкости имеются кольцевые выступы с уплотняю­щим кольцом 3.

Моноблочные центробежные насосы.

Такие насосы (рис. ) компактны и занимают существенно меньшую площадь машинного зала. Моноблочные насосы малых типоразмеров можно устанавливать без фундамента, закрепляя их на трубопро­воде.

Рабочее колесо 7 установлено непосредственно на конце вала 5 фланцевого электродвигателя 6, что исключает необходимость в собственных подшипниках насоса и соединительной муфте и позволяет уменьшить габаритные размеры и массу насоса. Рабо­чее колесо 7 не разгружено (нет отверстий в ступице и второго уплотняющего кольца), в связи с чем здесь применен простой сальника 4 без водяного замка. Спиральный корпус 3 отлит вместе с входным 1 и напорным 2 патрубками.

Центробежные насосы двухстороннего входа.

Одноступенчатый насос двухстороннего входа изображен на рис. . Входной 1 и напорный патрубки вместе с корпусом 2 и опорными лапами 5 представляют собой единую литую деталь, т. е. и всасываю­щий, и напорный трубопроводы 9 подходят к насосу горизон­тально. Крышка насоса 3 прикреплена к корпусу болтами. Рабо­чее колесо 7 насажено на горизонтальный вал 4.

Каналы b соединены с входным патрубком, и вода подводится к рабочему колесу с двух сторон. Из рабочего колеса вода выбра­сывается в спиральный отвод 6, по которому она подается в напорный патрубок. Вал насоса опирается на подшипники, при­чем на один конец его насажена муфта для соединения с валом электродвигателя. Полости b, в которых может создаваться до­вольно глубокий вакуум, уплотняются сальниками 8 с водяным замком.

Центробежный насос двухстороннего входа типа D по сравне­нию с консольным имеет вдвое большую подачу при тех же диаметрах рабочего колеса, в результате чего облегчается работа подшипников. В таких насосах можно извлекать рабочее колесо с валом из корпуса без необходимости отсоединения трубопрово­дов, подходящих к насосу.

Вертикальные центробежные насосы. Преимущества верти­кальных центробежных насосов (рис. ) по сравнению с горизонтальными — меньшие размеры и удобство компоновки. Диаметр рабочего колеса 2,09 м, а входного отверстия 1,25 м. Жидкость из рабочего колеса / выбрасывается в спиральную камеру 6, а затем в напорный патрубок. Рабочее колесо укрепле­но на фланце вала 4, который фиксируется направляющим под­шипником 3 с лигнофолевыми вкладышами, работающим на водяной смазке. К крышке 2 насоса крепится подшипник 3, над которым расположен сальник 5. Насос крепится к фундаменту анкерными болтами с помощью лап и подушек 7.

Многоступенчатые горизонтальные центробежные насосы. Они развивают гораздо большие напоры при относительно небольших подачах. На рис. приведены общий вид, разрез и путь жидкости в каналах многоступенчатого насоса. Корпус многосту­пенчатого центробежного секционного насоса состоит из отдель­ных секций и двух крышек с подшипниками, соединенных стяж­ными болтами. Разъем корпуса вертикальный.

Более совершенны многоступенчатые насосы спирального типа с горизонтальным разъемом, что позволяет ремонтировать насос, не отсоединяя трубопровода. Такие насосы имеют более высокий КПД (0,75-0,78).

Многоступенчатый секционный насос имеет четыре рабочих колеса 1, насаженных на общий вал 2. Он состоит из трех одинаковых секций 5 и двух замыкающих секций: входной 4 с входным патрубком ВП и выходной 7 с напорным НП. В замы­кающих секциях, стянутых болтами 6, размещены сальники (вса­сывающий 3 с водяным замком и напорный) и подшипники. Вал муфтой соединяется с валом электродвигателя.

Осевые насосы. Лопастные насосы, в которых жидкость дви­жется через рабочее колесо параллельно его оси, называют осе­выми.

Рис. Осевой насос:

а — схема, б— развертка цилиндрического сечения; /—рабочее колесо;

2, 4—подшип­ники, 3 — вал, 5 — выправляющий аппарат, 6 — лопасти;

7— трубчатый корпус

Такие насосы предназначены для подачи больших коли­честв жидкости при относительно малых напорах. У осевых на­сосов поток жидкости, выходящей из каналов рабочего колеса, имеет вихревую, с закруткой структуру, и, попадая в неподвижные каналы выправляющего аппарата, он раскручивается, посте­пенно переходя в осевое направление.

Осевой насос состоит из рабочего колеса 1 с втул­кой, на которой укреплено несколько рабочих лопастей 6 (их число 4...6). Вал 3 вращается в подшипниках 2 и 4, причем нижний подшипник опирается на радиально поставленные лопатки (решетку) — так назы­ваемый выправляющий аппа­рат 5. Рабочее колесо и вы­правляющий аппарат размеще­ны в трубчатом корпусе 7, по которому подается и отводится вода, перекачиваемая насосом.

В осевых насосах форму лопастей рабочего колеса и выправ­ляющего аппарата, так же как и характер движения воды, удобно представлять в виде цилиндрических сечений. Такое сечение с радиусом r показано на рис. . Здесь же дана развертка этого сечения. Рабочие лопасти 6 движутся в направлении п. Захватываемая ими вода подходит к входным кромкам лопаток, имея направление движения, близкое к осевому (пунктирные линии со стрелками), а с выходных кромок она сбрасывается, имея косое направление (движение по винтовым линиям), однако, пройдя лопатки выправляющего аппарата 5, вода опять приобре­тает близкое к осевому направление, что способствует уменьше­нию гидравлических потерь и увеличению напора, развиваемого насосом.

Преимущества осевых насосов: простота и компактность кон­струкции. Компактность конструкции имеет решающее значение при больших подачах, а следовательно, и при больших диаметрах трубопроводов. Осевые насосы могут быть установлены на вер­тикальной, горизонтальной или наклонной трубе.

В осевых насосах жидкость, двигаясь поступательно, одновре­менно получает вращательное движение, создаваемое рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит направляющий аппарат, через который жидкость проте­кает перед выходом в напорный трубопровод.

Диагональные насосы. По конструкции диагональные насосы сходны с осевыми, основное отличие их состоит в форме рабо­чего колеса. Жидкая среда движется в рабочем колесе под углом к оси насоса (по диагонали), что и определяет название этих насосов.

Рис. . Диагональный насос:

1—лопасть;

2—втулка;

3—вал;

4 — направляющий подшипник;

5 — обтекатель;

6—кор­пус;

7—выправляющие лопатки;

8— колено;

9— сальник;

10—блок подшипников

Диагональный насос поворотно-лопастного типа с рабочим колесом диаметром 2 м (рис. ) рассчитан на напор 30 м. Ра­бочее колесо состоит из лопастей 1 с углом наклона 45 и 60°, укрепленных на втулке 2, вала 3, направляющего подшипника 4, расположенного внутри обтекателя 5, который опирается на кор­пус 6 через выправляющие лопатки 7.

Лопасти рабочих колес могут иметь жесткое крепление и могут быть поворотными, т. е. их установка регулируется.

Отвод воды осуществляется коленом 8, к которому присоеди­няют напорный трубопровод. Отводы изготовляют спиральными или осевыми. В верхней части насоса расположены сальник 9 и блок подшипников 10. Насосы этого типа перспективны для использования на низко- и средненапорных мелиоративных на­сосных станциях при наибольших значениях (верхних пределах диапазонов) напоров, так как обладают в этой области работы в сравнении с другими насосами лучшими кавитационными, экс­плуатационными и конструктивными качествами.

Основные детали насосов. Лопастные насосы различных типов имеют разную компоновку, но ряд общих по назначению основ­ных деталей: корпус, рабочее колесо, направляющий и выправ­ляющий аппараты, вал, подшипники, сальниковые уплотнения и соединительные муфты.

Основные детали насосов выполняют из следующих материа­лов:

Детали насосов специального назначения (химические, песковые и др.) изготовляют из специальных материалов.

Корпус насоса. Предназначен для сбора жидкости, вы­ходящей из каналов рабочего колеса и плавного, с наименьшими гидравлическими потерями, отвода ее к напорному патрубку — выходу в напорный трубопровод. Корпус центробежного насоса выполняют в виде спирали (улитки). В одном месте корпус близко расположен к наружному диаметру рабочего колеса (место, называемое «языком»), далее, по направлению вращения, корпус постепенно отходит от колеса, увеличивая свой радиус, и вблизи «языка» переходит в диффузор. В диффузоре с расшире­нием стенок на 6... 12° увеличивается площадь выхода жидкости, уменьшается скорость и часть кинетической (скоростной) энер­гии жидкости переходит в потенциальную, увеличивая давление и тем самым высоту подъема жидкости.

Корпуса диагональных и осевых насосов могут быть прямо­точного или полуспирального типов. На корпусе устанавливают опоры.

Выправляющий аппарат. Предназначен для вы­правления закрученного потока жидкости, выходящей из ра­бочего колеса (у диагональных и осевых насосов в осевое направление), а также для расширения потока, уменьшения скорости и тем самым перевода части кинетической энергии в потенциальную, т. е. для увеличения высоты подъема жид­кости. Выправляющие аппараты устанавливают чаще всего на осевых и диагональных насосах и лишь иногда — для создания высокого напора — на центробежных. Их отливают из чугуна или выполняют сварными из стали. Коническая втулка вы­правляющего аппарата имеет меньший диаметр на выходе и неподвижные криволинейные лопасти. Число лопастей вы­правляющего аппарата выполняют отличным от числа лопастей рабочего колеса с тем, чтобы улучшить проходимость и исключить резонансные явления.

Рабочее колесо. Предназначено для преобразования механической энергии, получаемой от приводного двигателя через вал в виде крутящего момента, в энергию движущегося потока жидкости. Жидкость, находящуюся внутри каналов коле­са, необходимо закрутить, придать ей центробежную силу, вы­толкнуть из каналов в корпус под большим давлением и придать ей скорость. Рабочее колесо центробежного насоса с односто­ронним входом воды имеет два диска, между которыми располо­жены от 3 до 16 рабочих лопастей. Один диск устанавливают на валу насоса, на шпонке. Второй диск, не сплошной, образует внутренний вход жидкости на колесо.

Рабочее колесо с двухсторонним входом жидкости имеет один средний сплошной диск, размещенный на валу насоса, и два боковых. Колеса центробежных насосов обычно выполняют чу­гунными литыми и лишь в отдельных случаях — стальными ли­тыми или литыми из модифицированного чугуна (грязевые, песковые или химические насосы).

Рабочие колеса осевых и диагональных насосов имеют втулку, на которой установлены лопасти (от 3 до 6). Лопасти крупных насосов устанавливают на цапфах, что обеспечивает возможность их разворота, лопасти малых насосов обычно приваривают к втулке или жестко закрепляют на ней.

Вал насоса. Предназначен для передачи механической энергии в виде крутящего момента от двигателя к рабочему колесу насоса. Выполняют вал стальным литым или кованым.

Направляющий аппарат. Установленный перед ра­бочим колесом направляющий аппарат предназначен для пред­варительного закручивания потока, с тем чтобы получить безударный вход жидкости на лопасти колеса. На крупных центробежных насосах направляющий аппарат снабжают поворотными лопатками для регулирования напора и подачи насоса.

Корпус направляющего аппарата может быть выполнен раз дельным или совмещенным с корпусом насоса. Лопасти обычно стальные. Направляющий аппарат устанавливают только на единичных специальных насосах.

Подшипники. Предназначены для удержания вала с рабочим колесом (ротора насоса) в строго определенном осевом и радиальном направлениях, а также для восприятия осевых и радиальных усилий, возникающих при работе насоса. Подшип­ники обеспечивают вращение ротора насоса с наименьшими ме­ханическими потерями. Наиболее распространены радиальные и радиально-упорные шарикоподшипники. В отдельных конструк­циях насосов применяют роликовые или игольчатые подшипни­ки, а также подшипники скольжения в виде бронзовых, лигнофолиевых или резиновых втулок, смазываемых водой, или втулок из антифрикционного материала.

Уплотнения в насосах с односторонним входом жидкос­ти на рабочее колесо предназначены для уменьшения утечек жидкости, в насосах с двухсторонним входом — для исключения попадания воздуха во всасывающие полости перед рабочим коле­сом.

В качестве сальниковой набивки применяют плетеные про­масленные пеньково-хлопчатобумажные шнуры, кольца из фетра или технического войлока, самодельные плетеные набивки из пеньковой веревки, проваренные в смеси (в соотношении 1:1) любого автотракторного масла и солидола. Набивку поджимают постепенно. Правильно выполненная набивка при установив­шемся режиме работы насоса должна пропускать жидкость ред­кими каплями, что обеспечивает смазывание вала и его охлажде­ние.

Соединительная муфта. Предназначена для соеди­нения вала насоса с валом приводного двигателя. В комплект отдельно поставляемых насосов иногда муфта не входит.