3.17.Конструкции центробежных насосов

В зависимости от назначения, величины напора и подачи, условий работы и вида перекачиваемой жидкости насосы могут иметь различную конструкцию.

Ниже приведены схемы и основные детали консольного насоса (тип «К») и центробежного с рабочим колесом с двухсторонним входом воды (тип «Д»). С устройством насосов другого типа следует ознакомиться по литературе [1 - 3].

В насосах консольного типа (рис.38) вода входит через всасывающий патрубок 9 и попадает на рабочее колесо 8.

Выход воды под давлением через напорный патрубок 7. Всасывающий и напорный патрубки соединяются с трубопроводами и арматурой на фланцах.

Рабочее колесо крепится к валу 1 гайкой и фиксируется шпонкой 10. Вал вращается в шариковых подшипниках 2; между подшипниками в корпусе 4 находится масляная ванна 3, закрытая с обеих сторон крышками 2. Для того чтобы обеспечить свободное вращение вала и в то же время не допустить вытекания воды вдоль вала наружу устраивается сальник, состоящий из сальниковой набивки 6 (просмоленный графитизированный канат квадратного сечения) и крышки 5.

Чтобы защитить поверхность вала от истирания, на вал надевается защитная сменная втулка 11.

В насосе типа Д (рис.39) вода из всасывающей полости входит с двух сторон в рабочее колесо 8 и выходит под давлением в напорную полость. Чтобы обеспечить минимальный зазор между напорной и всасывающей полостями, устанавливаются неподвижные защитные кольца 6.

Сальниковое уплотнение аналогично уплотнению на насосах типа К, однако во избежание засасывания воздуха во всасывающую полость, работающую под вакуумом, в центре сальника помещают кольца 3, на которые подается под давлением вода через трубки 5. Вал снабжен защитной втулкой 11; центрирование рабочего колеса обеспечивается муфтами 4. Следует отметить, что в подшипниковых узлах 10, 12, 13, 14 для разбрызгивания масла имеется свободно вращающееся кольцо 10.

Для соединения с электродвигателем служит полумуфта 9, снабженная обрезиненными пальцами 17.

Насосы типа Д симметричны, электродвигатель может быть присоединен как с правой, так и с левой стороны.

Широкое распространение получают насосы погружного типа, которые могут работать опущенными в воду, одна из конструкций показана на рис.40.

Рис.40. Насос погружного типа: 1 – входная решетка; 2 – рабочее колесо; 3 – масляная ванна; 4 – герметичные уплотнения; 5 – ротор; 6 – водяная охлаждающая рубашка; 7 – статор; 8 – напорный патрубок; 9 – электри- ческий кабель

Герметичный корпус насоса разделен на три полости. Верхняя наполнена воздухом, в ней вращается электродвигатель.

Между водяной полостью, в которой вращается рабочее колесо 2, и воздушной расположена масляная полость 3. Для изоляции полостей друг от друга служат специальные торцовые уплотнения 4, обладающие высокой герметичностью, износостойкостью и малым коэффициентом трения. Для их изготовления используют карбид вольфрама, карбид кремния, графит. С целью охлаждения электродвигателя вода прогоняется через водяную рубашку 6. Такие насосы могут работать как погруженными в воду, так и установленными открыто. В последнем случае вход воды в насос осуществляется через фланцевое соединение.

Для подъема воды из глубоких скважин небольшого диаметра применяют артезианские насосы (рис.41). При установке насоса в скважине (рис. 42) в нижней части располагается электродвигатель 1 погружного типа, предназначенный для работы в воде.

Рис.41 Артезианский насос: 1 -рабочее колесо; 2 - вал; 3 - подшипник; 4 - обратный клапан; 5 - стальная стяжка; 6 - водоподъемная труба

Рис.42. Установка артезианского насоса в скважине: 1 – электрический кабель; 2 – обсадная труба; 3 – водоподъемная труба; 4 – обратный клапан; 5 – секции насоса; 6 – вход воды в насос; 7 – электродвигатель; 8 - фильтр

Через вал 1 (рис.41) вращение передается на рабочие колеса насоса 2, секции которого соединены последовательно. Вода поступает в насос через отверстия 6 (рис.42) и далее, пройдя все секции насоса, под высоким напором через обратный клапан подается в водоподъемную трубу. Электропитание к двигателю подводится по кабелю. Секции водоподъемной трубы соединяются

ся по кабелю. Секции водоподъемной трубы соединяются между собой на муфтах.

На рис.41 показано в разрезе соединение секций артезианского насоса и верхней секции обратного клапана.

В зависимости от количества секций насос может подавать воду под различным напором. Распространенные в нашей стране артезианские насосы маркируются, например: ЭЦВ6-10-185 - насос «Электрический Центробежный Водяной, диаметр скважины 6´´(6 дюймов = 150 мм), подача 10 м³/ч, напор 185м».

Электродвигатели применяются в основном наполненные водой; недопустимо включать двигатель, если он окажется выше поверхности воды. Для этого устанавливают специальную сигнализацию и блокировку.

На некоторых скважинах установлены насосы устаревшего типа АТН с электродвигателем, установленным над скважиной. В них передача вращения к секциям насоса осуществляется через трансмиссионный вал, который проходит внутри водоподъемной трубы. На рис.43 показана схема устья скважины с насосами такого типа.

Рис.43. Устье скважины с насосом типа АТН: 1 – соединение секций вала; 2 – резиновый или пластиковый подшипник; 3 – муфта; 4 – вал; 5 – сальниковое уплотнение; 6 – электро-двигатель

В осевых насосах (рис.44) вода движется параллельно оси, не удаляясь от нее. Рабочее колесо состоит из втулки 2, на которой закреплены лопасти 1. Лопасти могут поворачиваться, меняя угол наклона к оси. Для этого служит механизм поворота 7, который действует на лопасти посредством штанги 6, проходящей через полый вал 5. Вал вращается в подшипниках 4. При вращении рабочего колеса вода проходит вверх; для выравнивания потока служат направляющие неподвижные лопатки 3. К электродвигателю насос присоединяется при помощи полумуфты 8.

Осевые насосы отличаются низким напором – не более 8-10 м и большой подачей, от 0,5 до 25 м³/с (до 90 тыс.м³/ч). При работе насоса рабочее колесо должно быть погружено в воду (рис.45).

При вращении рабочего колеса вода движется

Рис.44. Осевой насос: 1 – лопасти; 2 – втулка; 3 – неподвожные лопасти; 4 – подшипник; 5 – вал; 6 – штанга; 7 – механизм поворота лопастей; 8 – полумуфта

Рис.45. Установка артезианского насоса: 1 – подача воды; 2 - насос; 3 – электродвигатель

вдоль лопаток; эту же картину можно представить так, что лопатки «ввинчиваются» в воду и тогда траектория движения точек лопаток представляет собой синусоиду (рис.46). За один полный оборот вода пройдет путь 2а.

Уравнение траектории

.

Из чертежа следует

;,

отсюда ; скорость движения воды V = 2a·n,

где n – число оборотов в секунду.

Расход воды (подача) при Н = 0

.

Для определения напора воспользуемся формулой Эйлера: Н =. Если V = 0 (Q = 0) (рис.47), то С_2u = U₂ и

Н =. (21)

Реальный напор оказывается ниже вычисленного по формуле (21), опытным путем определено, что приближенно напор можно рассчитать по формуле

,

где К_н≈0,0244 ,

здесь n_s – коэффициент быстроходности.

На рис.48 приведен пример рабочей характеристики пропеллерного насоса. Из-за резкого снижения КПД при малой подаче возрастает мощность на валу насоса, поэтому запуск насоса производят при открытой задвижке. Очень высокий кавитационный запас 7,5 - 12 м дает отрицательную величину допустимой высоты всасывания, поэтому рабочее колесо должно находиться ниже уровня воды. Угол поворота лопаток сильно изменяет вид характеристики, поэтому для работы в зоне высоких КПД. подбирают подходящий угол. Регулирование возможно также путем плавного изменения числа оборотов двигателя.

Рис.48. Характеристика осевого насоса