5.8. Насосы гидродинамического действия
5.8.1. Центробежные насосы
В центробежных насосах перекачивание жидкости осуществляется за счет действия на жидкость центробежной силы, сообщаемой жидкости лопастями вращающегося рабочего колеса.
Основными узлами центробежных насосов являются рабочие колеса, корпуса, в которых эти колеса вращаются, и устройства для подвода и отвода жидкости. Рабочие колеса имеют лопасти и установлены на валах, которые вращаются приводным двигателем.
Жидкость подводится в полости между лопастями и дисками рабочего колеса и получает вращательное движение. Под действием центробежной силы жидкость направляется к внешней окружности рабочего колеса и выталкивается за его пределы. Такое движение жидкости является непрерывным и равномерным процессом.
К достоинствам центробежных насосов относятся простота устройства, небольшое количество частей, высокая надежность, возможность получения больших подач в широком диапазоне необходимых давлений. Благодаря этому насосы такого типа получили очень широкое распространение на судах в качестве питательных, конденсатных, циркуляционных, противопожарных, трюмно-осушительных и балластных.
На рис. 63 представлена схема одноступенчатого консольного центробежного насоса с односторонним подводом жидкости при всасывании.
Рис. 63. Схема центробежного насоса:
1 – подвод жидкости, 2 – рабочее колесо, 3 – спиральный отвод жидкости, 4 – нагнетательный патрубок
Проточная часть насоса образована подводом 1, рабочим колесом 2 и отводом 3. Жидкость поступает по подводу из всасывающего трубопровода в рабочее колесо, заполняя пространство между лопастями «б» с шириной на входе «в1» и на выходе «в2».
Лопасти “б” обычно отлиты заодно с задним несущим и передним ведомым дисками. Форма и кривизна лопастей существенно влияют на напор и подачу насоса. Рабочее колесо, благодаря воздействию лопастей на жидкость, вращает поток и сообщает ему необходимую энергию. Жидкость движется от центрального всасывающего отверстия диска к периферии и по спиральному отводу 3 направляется к нагнетательному патрубку 4.
При входе жидкости на лопасти рабочего колеса скорости потока и давления распределены неравномерно. Неодинаковы давления у передней и тыльной сторон лопасти, при этом давление с тыльной стороны заметно ниже. Если давление понизится до давления парообразования при данной температуре, то в межлопастном пространстве, в зонах пониженного давления образуются пузырьки пара. При дальнейшем движении потока вдоль лопастей давление повышается, пар мгновенно конденсируется и жидкость устремляется в освободившееся при конденсации пространство. В результате возникает ударное давление, оказывающее разрушающее воздействие на лопасти. Это явление называется кавитацией.
Кавитация сопровождается шумом и треском внутри насоса и может вызвать вибрацию насосной установки.
Для длительной безаварийной эксплуатации насоса необходимо создать условия исключающие кавитацию. В этой связи значение удельной энергии жидкости при входе потока на рабочее колесо должно обеспечить создание заданной скорости входа, преодоление потерь при входе и избыток напора превышающий тот, при котором начинается кипение.
Исходя из этого определяется высота установки насоса над уровнем всасываемой жидкости – максимально допустимая геометрическая высота всасывания:
Z = [(pа – pn)/ρg] – hl – φΔh
где: pа – давление на поверхности жидкости в приемном резервуаре,
pn – давление парообразования при эксплуатационной температуре,
ρ – плотность перекачиваемой жидкости,
g – ускорение свободного падения,
hl – гидравлические потери во всасывающем трубопроводе,
φ = 1.2 – 1.3 коэффициент запаса, предупреждающий возможность вскипания жидкости,
Δh – минимальный избыточный напор.
На рис. 64 показано устройство одноступенчатого центробежного насоса с двусторонним подводом воды.
Рис. 64. Одноступенчатый центробежный насос с двусторонним подводом:
1 – рабочее колесо, 2 – корпус, 3 – уплотняющее кольцо, 4 – вал, 5 – опорные подшипники, 6, 7 – соединительные полумуфты, 8 – уплотнения, 9 – корпус, 10– колесо водокольцевого насоса, 11– вал, 12 – упорный подшипник
Рабочее колесо 1 посажено на вал 4 и располагается в литом корпусе насоса 2. Уплотняющее кольцо 3 уменьшает возможность перетекания жидкости из отводящей в приемные полости. Опорные подшипники 5 удерживают вал от осевых сдвигов. Уплотнения 8 служат для устранения подсоса воздуха. В нижней части насоса, в корпусе 9, находится самовсасывающий водокольцевой насос с лопаточным колесом 10, сидящим на валу 11, укрепленном в упорном подшипнике 12. Вспомогательный водокольцевой насос обеспечивает создание вакуума во всасывающем трубопроводе при пуске основного центробежного насоса. Его использование необходимо в случае, если насос установлен выше уровня жидкости в приемном резервуаре.
При эксплуатации центробежных насосов следует выполнять ряд общих требований:
перед пуском насоса производится его осмотр, проверяется заправка и исправность системы смазки, проверяется отсутствие осевого сдвига рабочего колеса, при возможности вручную проворачивается вал насоса;
перед пуском производится заливка всасывающего трубопровода и рабочего колеса с выпуском воздуха через воздушные краны;
насос запускается при закрытом клинкете (вентиле) на нагнетательном трубопроводе;
после пуска, при достижении нормальной частоты вращения и давления нагнетания, медленно открывается клинкет на нагнетательном трубопроводе. Длительная работа при закрытом клинкете приводит к перегреву насоса.
Во время работы насоса осуществляется периодический контроль за работой смазочных устройств, показаний мановакууметрических приборов, частоты вращения вала, поступлением жидкости в уплотняющие устройства, если это предусмотрено.