2.2.9 Особые конструкции агрегатов с центробежными насосами

Развитие технологических процессов в промышленности, требующих применение насосного оборудования, вызвало разработку новых конструкций насосов и новых типов насосных блоков (агрегатов).

Появление новых типов блоков и конструкций насосов стало возможным, во – первых, благодаря развитию прогрессивного принципа соединения насоса и двигателя в единый конструктивный блок и, во – вторых, ввиду широких возможностей технологии современного машиностроения и применения новых материалов.

Тенденция к соединению машины – двигателя с машиной орудием вполне отчётливо выражена в насосостроении. Первой ступенью здесь явился переход от насосного агрегата с разделённым насосом и двигателем (при передаче энергии посредством ремённой передачи) к блоку с непосредственным соединением валов муфтой. Это создаёт большое удобство при компоновке насосных станций. Большинство агрегатов с лопастными насосами работает теперь по этому типу.

Затем возникли конструкции моноблочных насосов (обозначаются в марке насоса буквой М). На рис. 2.91 представлен один из типов моноблочных насосов КМ для химической промышленности. В этом типе блоков рабочее колесо насоса посажено на консоль вала двигателя, а корпуса двигателя и насоса сопряжены через приставку непосредственно болтовыми соединениями. Это даёт экономию в габаритах и массе агрегата. Масса моноблочного агрегата КМ составляет от 43 до 65% массы обычных агрегатов с консольными насосами типа К.

Рисунок 2.91 Моноблочный консольный насос для химической промышленности

Соединение насоса и двигателя в единый конструктивный блок оказывается особенно удобным в случае применения экранированных двигателей. В таких двигателях полости ротора и статора герметично разобщены тонкой цилиндрической гильзой из немагнитной стали. Поэтому оказывается возможным заполнить внутренность двигателя и полости опор перекачиваемой жидкостью (если она не агрессивна для применяемых в конструкции материалов), и обойтись в конструкции без уплотнения вала. Такой блок может быть выполнен герметичным, что особенно важно при передаче вредных и легковоспламеняющихся жидкостей.

На рис. 2.92 представлен вертикальный одноступенчатый герметичный химический электронасос с экранированным двигателем.

Рисунок 2.92 Вертикальный герметичный насос

Жидкость всасывается через правый патрубок и, пройдя рабочее колесо и направляющий аппарат, выходит через левый патрубок. Часть жидкости проникает через уплотнения рабочего колеса и радиальный зазор между валом и расточкой крышки насоса, проходя затем в зазор между гильзой, защищающей обмотки, и поверхностью ротора двигателя. Выше она поступает в отводную трубку и проходит в змеевиковый холодильник, охватывающий корпус двигателя. Здесь жидкость отдаёт свою теплоту охлаждающей воде, подаваемой через полость термобарьера по трубке в полость холодильника.

Таким образом. Жидкость проходит через зазоры двигателя и змеевиковый холодильник по замкнутому контуру, отдавая теплоту, получаемую в двигателе. В описанной конструкции уплотнения вала исключены, поэтому насосный агрегат является герметичным.

Дальнейшим развитием принципа соединения насоса и двигателя является, например, лопастной (осевой) многоступенчатый насос для перекачки нефтепродуктов (рис.2.93). В этой конструкции насос и двигатель полностью совмещены в общий конструктивный блок.

Рисунок 2.93 Однокорпусный электронасосный агрегат

Агрегат отличается большой компактностью и относительно малой массой. Он состоит из статора 1 , защищённого гильзой (экраном) 2, и массивного ротора 3. Последний вращается в шарикоподшипниках 4. Ротор представляет собой массивный полый барабан, на внутренней поверхности которого расположены венцы рабочих лопастей 5. Количество венцов определяется числом ступеней насоса.

В полости ротора жёстко крепится стержень 6, на который набираются венцы направляющих лопастей 7 , фиксируемых на стержне шпонками и затяжной гайкой 8. Стержень 6 крепится на втулках 9, поддерживаемых во всасывающем 10 и напорном 11 патрубках лопастями 12.

Силовое взаимодействие между статором и массивным ротором обусловливает вращение венцов рабочих лопастей и сообщение энергии потоку жидкости, проходящему через проточную часть.

Представляет существенный интерес применение в области малых подач и высоких напоров насосов с вращающимся корпусом. Конструктивная схема такого насоса дана на рис. 2.94.

Рисунок 2.94 Насос с вращающимся корпусом

В неподвижном корпусе 1 насоса, скреплённого жестко с двигателем, расположен вращающийся корпус 2, закреплённый на консоли вала электродвигателя. Внутри вращающегося корпуса между радиальными лопастями расположен неподвижный приёмник (обтекатель) 3. При вращении корпуса 2 жидкость захватывается радиальными лопастями и под действием центробежных сил развивает давление, пропорциональное квадрату окружной скорости. Под эти давлением жидкость поступает в приёмное отверстие 3 и далее по осевому каналу 4 отводится наружу в насосный трубопровод. Одновременно через приёмный патрубок жидкость подводится в центральную часть вращающегося корпуса.

Коэффициент быстроходности насосов этого типа составляет около 25; КПД достигает 60%. Напорная характеристика крутопадающая, стабильной формы.

В насосостроении широко применяются различные синтетические материалы. В зависимости от назначения насосов пластмассы, стеклопластики и производные каучука употребляются для изготовления и покрытия рабочих колёс и внутреннего покрытия корпуса насоса.

На рис. 2.95 показан центробежный вертикальный погружной насос для перекачки соляной кислоты и различных агрессивных жидкостей при температуре до 60 С. Рабочее колесо открытого типа (без переднего покрывающего диска). Корпус насоса, рабочее колесо и корпус нижнего подшипника выполнены из фенолита, защитная втулка – из антихлора.

Рисунок 2.95 Пластмассовый центробежный насос

Рисунок 2.91 даёт представление и конструкции насоса для перекачивания кислот и щелочей при температурах до 70 С. Детали проточной части насоса – корпус, крышки, рабочее колесо, фланец уплотнения выполнены из пропилена.

Для работы с агрессивными кислыми жидкостями различной концентрации при температурах до 60 С применяют гуммированные насосы (рис.2.96). Корпус и крышки этого насоса выполнены из конструкционного чугуна и с внутренней стороны покрыты слоем кислотостойкой резины (гуммированы). Колесо насоса сборное стальное, покрыто слоем резины. Покрытие резиной производится машинным способом в горячем состоянии, и поэтому слой резины прочно приваривается к металлу. Сальниковое уплотнение выполняется из кислотостойких материалов. В этой конструкции заслуживает внимание особый приём, примененный для разгрузки сальника и уменьшения осевой силы: на задней стороне рабочего диска колеса расположены лопасти, понижающие давление в зазоре между корпусом и колесом. Рабочее колесо насоса имеет свободные лопасти, без переднего покрывающего диска.

Рисунок 2.96 Гуммированный центробежный насос