Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский государственный технический университет

Дзержинский политехнический институт (филиал)

Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»

Комплексные Испытания центробежного насоса

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины»

для студентов специальностей 240801 и 260601 всех форм обучения

Нижний Новгород 2006

Составители: в.И. Сажин, а.А. Иванов, в.С. Коновалов, в.М. Косырев, д. Е. Суханов

УДК 621.51/52

Комплексные испытания центробежного насоса: метод. указания к лаб. работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины» для студентов спец. 240801 и 260601 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: В.И. Сажин, А.А. Иванов, В.С. Коновалов, В.М. Косырев, Д.Е. Суханов. Н. Новгород, 2006. – 22 с.

Приведены сведения о конструкциях центробежных насосов; даны зависимости для расчета параметров работы центробежных насосов; приведено описание лабораторной установки; изложена методика проведения работы и обработки опытных данных.

Редактор В.И. Бондарь

Подп. в печать .05.06. Формат 6084¹/₁₆. Бумага газетная. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 200 экз. Заказ .

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

 Нижегородский государственный технический университет, 2006

1. Цель работы

Целью настоящей работы является ознакомление с конструкциями центробежных насосов, изучение устройства одноступенчатого консольного центробежного насоса 2К–6, построение его комплексной рабочей характеристики и определение коэффициента быстроходности.

2. Принцип работы, область применения и конструкции центробежных насосов

Среди всего разнообразия выпускаемых насосов центробежные насосы получили наибольшее распространение в промышленности благодаря целому ряду важных преимуществ. К ним относятся высокая производительность, равномерность подачи, компактность и быстроходность вследствие возможности непосредственного присоединения к электродвигателю, простота устройства, возможность изготовления из химически стойких, трудно поддающихся механической обработке материалов (ферросилида, керамики и др.), возможность перекачивания загрязненных жидкостей и суспензий, возможность установки на легких фундаментах.

К недостаткам центробежных насосов относятся сравнительно низкие развиваемые напоры, а также сильное влияние сопротивления сети на производительность и КПД насоса.

В центробежных насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенного в спиралеобразном корпусе (рис. 1).

Рис. 1. Схема центробежного насоса:

1 – всасывающий патрубок; 2 – спиральный канал; 3 – напорный патрубок; 4 – рабочее колесо; 5 – вал; 6 – направляющий аппарат

Центробежные насосы классифицируют по следующим признакам:

• по числу ступеней (одно- и многоступенчатые);

• по числу входов в рабочее колесо (с одно- и двусторонним входом);

• по расположению рабочего колеса относительно подшипниковых опор вала (консольные, межопорные);

• по расположению оси рабочего колеса (горизонтальные, вертикальные);

• по величине коэффициента быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные);

• по компоновке насосного агрегата (раздельные, моноблочные);

• по назначению (химические, пищевые, нефтяные, конденсатные, шламовые и др.).

В химической и пищевой промышленности широкое распространение получили одноступенчатые центробежные насосы консольного типа (рис. 2). Они рассчитаны на производительность от 7 до 600 м³/ч при напоре от 12 до 125 м и температуре жидкости до 90 С.

Консольный насос состоит из литого корпуса 1, крышки 2 с корпусом сальникового или торцового уплотнения, рабочего колеса 3, вала 4 и опорного кронштейна 5. Подвод перекачиваемой жидкости к насосу осуществляется по оси насоса, отвод – вертикально вверх. Корпус насоса лапами закрепляют на фундаментной плите или раме. Ротор насоса вращается в двух подшипниковых опорах, смазываемых консистентной смазкой. Смазку подают через масленки, расположенные на крышках подшипников. Жидкую смазку заливают в масленку постоянного уровня или в отверстие под маслоуказатель.

Для создания больших подач применяют центробежные насосы двустороннего входа (рис. 3). Они обеспечивают транспортирование жидкости в интервале подач от 200 до 12500 м³/ч при напоре от 14 до 130 м и температуре жидкости до 85 С. Входной и напорный патрубки этих насосов расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Такое расположение патрубков, а также горизонтальный разъем корпуса обеспечивают возможность контроля и замены рабочих деталей без снятия насоса с фундамента и без демонтажа двигателя и трубопроводов.

Для создания высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, имеющие несколько рабочих колес в общем корпусе, расположенных последовательно на одном валу (рис. 4). Жидкость, выходящая из первого колеса, поступает через специальный направляющий аппарат во второе колесо, где ей сообщается дополнительная энергия, затем в третье колесо и т. д. Таким образом, ориентировочно (без учета потерь) можно считать, что напор многоступенчатого насоса равен напору одного колеса, умноженному на число колес. Число рабочих колес в многоступенчатом насосе обычно не превышает десяти.

а

б

Рис. 2. Консольный центробежный насос:

а – внешний вид; б – устройство;

1 – корпус; 2 – крышка корпуса; 3 – рабочее колесо; 4 – вал; 5 – опорный кронштейн; 6 – гайка

а

б

Рис. 3. Центробежный насос с рабочим колесом двустороннего входа:

а – внешний вид; б – устройство;

1 – корпус; 2 – вал; 3 – рабочее колесо; 4, 5 – подшипниковые опоры; 6, 7 – сальники

а

б

Рис. 4. Пятиступенчатый центробежный насос:

а – внешний вид; б – устройство;

1 – крышка всасывания; 2 – крышка нагнетания; 3 – корпус направляющего аппарата; 4 – направляющий аппарат; 5 – рабочее колесо; 6 – кронштейн с узлом уплотнения; 7 – корпус подшипника; 8 – разгрузочный барабан

Значительную экономию габаритов и массы обеспечивают моноблочные насосы, которые монтируются на одном валу с электродвигателем (рис. 5). В таком агрегате электродвигатель выполняется с удлиненным валом, на котором консольно устанавливается рабочее колесо насоса. Корпус насоса крепится посредством фонаря к фланцу электродвигателя.

а

б

Рис. 5. Моноблочный центробежный насос:

а – внешний вид; б – устройство;

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – гайка; 4 – фонарь

Для перекачивания агрессивных и токсичных жидкостей применяют герметичные моноблочные насосы. В таких насосах рабочее колесо насоса устанавливают на валу электродвигателя, ротор которого погружен в перекачиваемую жидкость. При герметизации «по внутреннему контуру» ротор отделен от статора герметичным экраном – цилиндрической оболочкой из немагнитной стали. Перекачиваемая жидкость служит смазкой для подшипников ротора и одновременно охлаждает его. При герметизации «по внешнему контуру» вся полость электродвигателя (включая ротор и статор) заполняется рабочей жидкостью.

Одним из общих недостатков центробежных насосов является невозможность самовсасывания, то есть невозможность подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, если в нем или в корпусе самого насоса по каким-либо причинам образовалась газовая полость. Поэтому перед пуском центробежный насос предварительно заполняют перекачиваемой жидкостью. Чтобы при заливке насоса или при его кратковременных выключениях жидкость не сливалась во всасывающий трубопровод, на конце всасывающей трубы устанавливают обратный клапан. Необходимость в обратном клапане отпадает при использовании вертикальных погружных насосов или насосов с гидрозатвором на всасывающей линии (рис. 6).

а б

Рис. 6. Вертикальный самовсасывающий насос:

а – внешний вид; б – устройство;

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – рабочее колесо; 4 – вал; 5 – узел уплотнения; 6 – опорная стойка; 7 – двигатель; 8 – бак

Самовсасывание в насосе на рис. 6 обеспечивается за счет выкачивания жидкости из бака (гидрозатвора). Перед первым пуском бак должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью. Понижение уровня жидкости в баке в момент пуска создает в нем разрежение и заставляет жидкость подниматься по всасывающему трубопроводу.

Исполнение насоса по узлу уплотнения определяется свойствами перекачиваемой жидкости, входным давлением жидкости и условиями эксплуатации насоса.

В одинарное сальниковое уплотнение (рис. 7, а) жидкость не подается. К одинарному торцовому уплотнению (рис. 8, а) должна подаваться перекачиваемая жидкость из напорного трубопровода. Количество затворной жидкости, подаваемой в двойные уплотнения, зависит от схемы ее подачи (на проток или в тупик). В двойной мягкий сальник (рис. 7, б) затворная жидкость может подаваться как на проток, так и в тупик; в двойное торцовое уплотнение (рис. 8, б) – только на проток. В качестве затворной жидкости может быть использована любая нетоксичная и невзрывоопасная жидкость с температурой не более 40 С и давлением, превышающим давление перед уплотнением на 0,05…0,1 МПа.

а б

Рис. 7. Одинарное (а) и двойное (б) сальниковое уплотнение вала насоса

а б

Рис. 8. Одинарное (а) и двойное (б) торцовое уплотнение вала насоса