3.8. Конструкции центробежных насосов

Консольные насосы. К группе центробежных насосов относятся одноступенчатые насосы с колесом одностороннего входа. Колесо такого насоса крепится на конце вала (консоли), закрепленного в подшипниках корпуса насоса или электродвигателя.

По конструктивному исполнению консольные насосы делят на горизонтальные, с опорой на корпусе (К) и приводом от двигателя через упругую муфту, и консольные моноблочные (КМ), рабочее колесо которых закреплено на конце удлиненного вала электродвигателя. Консольные насосы типа К

и KM одного типоразмера имеют одинаковые параметры. Преимуществом насосов типа КМ является то, что они имеют длину, равную 2/3 длины аналогичного насоса типа К.

Консольные насосы предназначены для перекачивания воды питьевого и промышленно-хозяйственного назначения и других нейтральных жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности с температурой от 0 до 85 °С и содержанием твердых включений размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,1 %. Для обеспечения работы сервисных автоцентров консольные насосы используют для подачи воды питьевой и технического назначения. По специальному заказу консольные

насосы выпускают для перекачивания упомянутых жидкостей с температу- рой до 105 °С.

Температура перекачиваемой жидкости и величина давления на входе в насос определяют тип уплотнения. В насосах, перекачивающих жидкость с температурой до 85 °С, применяют одинарное сальниковое уплотнение.

Наибольшее допускаемое избыточное давление перекачиваемой жидкости на входе в насос: для насосов консольного типа (К) составляет 0,6 MПа; для консольных моноблочных насосов (KM) – 0,35 МПа.

Проточная часть консольного наcoca (рис. 85) состоит из спирального корпуса (отвода) 4, присоединенного к фланцу опорного кронштейна 8, рабочего колеса 3, закрепленного на конце вала 9, и всасывающего патрубка 1, присоединенного к корпусу 4. Заводами-изготовителями насосы поставляются с напорным патрубком, направленным вверх, но по условиям монтажа можно его повернуть на 90°, 180° и 270°.

Опорные кронштейны 8 изготовлены совместно с корпусом подшипников 10, который закрыт крышкой 11.

Передний диск рабочего колеса имеет цилиндрическую проточку, которая в паре с уплотняющим кольцом 2, запрессованным в крышку корпуса, образует щелевое уплотнение, разделяющее напорную и всасывающие полости насоса. Для исключения протечек жидкости из полости, расположенной между основным диском и корпусом, установлено одинарное сальниковое уплотнение 5, поджимаемое крышкой 7 сальника. Во избежание износа вала от трения сальниковой набивкой на вал насажена защитная втулка 6.

Основные детали насосов типа (К) и (КМ) изготовлены из следующих материалов: рабочее колесо – чугун СЧ15; спиральный корпус – чугун СЧ20; вал – сталь 35; кронштейн – чугун СЧ15; всасывающий патрубок и защитная втулка – СЧ20.

Рассмотрим принцип работы консольного насоса. Перед пуском консольного насоса, как и любого центробежного, необходимо заполнить рабочей жидкостью его всасывающий трубопровод, корпус и закрыть задвижку в линии нагнетания. При включении приводного двигателя вращение его вала передается через соединенные между собой полумуфты 13 и 12 валу 9 и закрепленному на нем рабочему колесу 3.

Жидкость, находящаяся в межлопастных каналах рабочего колеса 3, под действием центробежных сил движется в направлении радиуса (от центра к периферии), получая по мере движения приращение удельной энергии (напора). Место частиц жидкости, которые ушли из межлопастных каналов колеса, занимают соседние частицы жидкости из всасывающего трубопровода. В результате давление в линии всасывания понижается, образуется полож ительный перепад между удельной энергией атмосферного давления (если емкость открытая) на свободной поверхности заборной емкости и удельной энергией на входе в насос. Эта разность удельных энергий и обеспечивает движение жидкости ко входу в насос.

Многоступенчатые секционные насосы. Основную часть производства многоступенчатых секционных насосов составляют секционные насосы типа ЦНС.

В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость перемещается последовательно от первого до последнего рабочего колеса, смонтированных на одном валу, в одном корпусе. Корпус секционного насоса состоит из отдельных секций, число которых равно числу рабочих колес минус одно.

Напор секционного насоса равен сумме напоров, сообщаемых жидкости каждым рабочим колесом. Секционная конструкция корпуса насоса позволяет увеличить или уменьшить напор насоса, не изменяя подачи, за счет выбора числа секций.

Насосы типа ЦНС предназначены для перекачивания воды с температурой до 45 С, с содержанием механических примесей не более 0,5 % по массе.

Для обеспечения бескавитационной работы насосы ЦНС на входе должны иметь подпор 2–6 м вод. ст. При установке их для перекачивания воды с температурой больше 45 °С подпор необходимо увеличить.

В зависимости от условий работы выпускают несколько модификаций насосов ЦНС. Для перекачивания воды с температурой до 105 °С выпускают насосы типа ЦНСГ с подачей 38, 60 и 850 м³/ч. Эти насосы должны работать с подпором до 10 м вод. ст. Корпуса подшипников насосов этой модификации имеют камеры охлаждения.

Основные детали насосов ЦНС и ЦНСГ изготавливают из материалов: рабочее колесо и направляющий аппарат – сталь 20Х1ЗЛ; крышка всасывания – чугун СЧ21-40; крышка напорная – сталь 25Л; секция и диск гидравлической пяты – сталь 20Х13; вал – сталь 40ХФА.

Насосы типа ЦНС (рис. 86) – секционные, с односторонним расположением рабочих колес.

Корпус насоса состоит из крышек всасывания 10 и нагнетания 6, стянутых между собой стяжными болтами 11. Между крышками установлены секции с лопаточными отводами 7, которые могут быть отлиты заодно с секциями или запрессованы и закреплены винтами корпуса секций. К крышкам корпуса крепятся корпуса 2, 13 подшипников 1, 14.

Ротор насоса состоит из вала 9, пяти рабочих колес 8, защитных втулок и разгрузочного диска 4 гидравлической пяты. Гидравлическая пята, воспринимающая осевую силу, состоит из разгрузочного диска 4 и подушки пяты 5, закрепленной в крышке нагнетания насоса.

Н а сторонах всасывания и нагнетания установлены сальниковые уплотнения 3 и 12. Привод ротора насоса осуществляется через упруго-пальцевую муфту 15.

Рабочий процесс преобразования механической энергии привода в энергию жидкости в насосе ЦНС начинается при включении приводного двигателя. При этом жидкость, находящаяся в рабочем колесе первой ступени, под действием центробежных сил движется на периферию колеса и через направляющие и обратные каналы отвода поступает в следующее рабочее колесо.

В последующих рабочих колесах рабочий процесс повторяется до тех пор, пока жидкость пройдет рабочее колесо последней ступени. При прохождении через рабочие колеса жидкость получает от каждого из них приращение удельной энергии (напора). После прохождения последнего колеса жид-

кость обладает напором, равным напору насоса, который и обеспечивает движение ее в спиральном отводе последней ступени, напорном трубопроводе и далее к потребителю.

Насосы двустороннего входа являются одноступенчатыми с рабочим колесом двустороннего входа и горизонтальным разъемом корпуса.

Насосы применяются на насосных станциях городского, промышленного и сельского водоснабжения, в том числе и системах горячего водоснабжения, пожаротушения и других системах и отраслях хозяйствования.

Отличительными особенностями насосов типа Д являются почти в два раза большая, по сравнению с насосами типа К, подача при тех же диаметрах и скоростях вращения рабочего колеса; полное уравновешивание осевой силы, что облегчает работу подшипников; возможность съема рабочего колеса с валом без отсоединения входного и напорного трубопроводов.

Этот тип насоса из-за наличия колеса двустороннего входа имеет хорошую всасывающую способность и лучшие кавитационные качества по сравнению с насосами консольного типа, что является существенным для насосных станций, где требуется забирать воду с уровней ниже оси насоса. Насосы типа Д, изготавливаемые из серого чугуна, предназначены для подачи воды и других чистых жидкостей, аналогичных ей по вязкости и химической активности с температурой до +85 с концентрацией твёрдых включений до 0,05 % и размером твердых частиц до 0,2 мм.

Насосы типа СЭ (сетевые электронасосы) представляют одну из модификаций насосов двустороннего входа и предназначены для перекачивания воды с температурой до 160 с концентрацией включений до 5 мг/л размером до 0,2мм.

Основная область применения таких насосов – теплофикационные сети и обслуживанне сетевой бойлерной (подогревательной) установки. Нормальным условием работы насосов является подпор на входе в рабочее колесо до 0,1 MПа.

От насосов типа Д насосы типа СЭ отличаются тем, что их корпус, крышки и рабочее колесо изготавливают из модифицированного чугуна, а для охлаждения узлов уплотнений используют водяные рубашки.

П родольный разрез насоса типа Д показан на рис. 87.

Насос - центробежный, с рабочим колесом 13 двустороннего входа, двусторонним полуспиральным подводом 12 и спиральным отводом 6. Корпус насоса выполняется из чугунной отливки и имеет горизонтальный разъём, уплотняемый паронитовой прокладкой, и стягиваемый шпильками. Всасывающий 14 и напорный патрубки расположены в нижней части корпуса, что позволяет разбирать насос без демонтажа трубопроводов.

Ротор насоса состоит из вала 15, рабочего колеса 13 и защитных втулок 4,8. Передние уплотнения колеса - щелевые, состоящие из цилиндрических поясков ведомых дисков и втулок 5, 7, закрепленных в корпусе. Концевые уплотнения - двойные сальниковые 3, 9. Опорами ротора являются подшипники 2, 10 качения, смазываемые консистентной смазкой, размещенные в корпусах 1, 11. Один из подшипников – радиально-упорный, воспринимающий осевую силу. В насосах типа Д, вместо опорных подшипников качения могут применяться подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами, смазываемыми маслом. Опорные подшипники и сальниковые уплотнения выполнены таким образом, чтобы было можно, не снимая крышки насоса и корпусов, подшипников, снять и заменить сальниковую набивку.

Для обеспечения одного из условий пуска насоса типа Д, заполнение его рабочей жидкостью применяют малогабаритный вакуумный типа ВВН.

При включении приводного двигателя начинает вращаться вал насоса, и насаженное на вал рабочее колесо. Жидкость, находящаяся в колесе лесе, под действием центробежных сил движется по межлопастным каналам двух проточных частей, получая энергию, и соединяется на выходе их колеса. Далее жидкость движется по спиральному отводу, где часть скоростной энергии превращается в потенциальную (давление), проходит на­порный патрубок, и по напорному трубопроводу поступает к потребителю.

Одновременно на линии всасывания образуется пониженное давление и жидкость из заборной емкости через всасывающий трубопровод, двусторонний полуспиральный подвод поступает в рабочее колесо. Процесс перемещения жидкости насосом из заборной в приемную емкости является непрерывным.

Погружные насосы. Электронасосные агрегаты погружных и артезианских насосов устанавливают в скважинах и артезианских колодцах и используют для водоснабжения и водопонижения.

Центробежные скважинные электронасосные агрегаты типа ЭЦВ (ГОСТ 10428-89E) состоят из центробежного многоступенчатого насоса, жестко соединенного с погружным электродвигателем. Они предназначены для подъема воды с водородным показателем (рН) 6,5-9,5 и температурой 25 . Массовая доля твердых механических примесей в воде не должна быть более 0,01 %, а содержание хлоридов, сульфидов и сероводорода не должно превышать соответственно 350 мг/л, 500 мг/л и 1,5 мг/л.

Условное обозначение электронасосного агрегата рассмотрим на марке насоса 1 ЭЦВ 12-160-65:

1 - порядковый номер модификации; Э - с приводом от погружного электродвигателя; Ц - центробежный; В - для подъема воды;

12 - минимально допустимый внутренний диаметр обсадной трубы, уменьшенный в 25 раз и округленный, мм; 160 - подача, м³ /ч; 65 - напор, м.

Выпускают четыре модификации насосов типа ЭЦВ, отличающихся конструкциями. Так, насосы модификации 1 имеют штампованные лопаточные отводы, а осевое усилие в них воспринимается опорным подшипником, расположенным в электродвигателе. В насосах модификации 2 фиксация отводов в осевом направлении осуществляется цилиндрическими обоймами из труб, а для частичной разгрузки осевой силы в основном диске колеса выполнены отверстия, обеспечивающие выравнивание давлений на входе в колесо и наружной поверхности основного диска.

Насосы модификации 3 имеют полуосевые лопаточные отводы. Осевая сила в насосах этой модификации воспринимается опорным подшипником.

Насосы модификации 4 являются моноблочными, и рабочие колеса насоса крепятся на валу погружного электродвигателя.

У насосов, работающих на химически активной воде; на воде с повышенным содержанием механических примесей или на воде с повышенной температурой, в марках после численных обозначений записывают буквы Х, Г, ХТр, ХТрГ: Х - для воды с минерализацией до 2200 мг/л; Г - для воды с минерализацией до 2500 мг/л; ХГр - для морской воды с температурой от -2 до + 30 ос; ХТрГ - для йодо-бромистой воды С температурой до +70 .

Для привода насосов типа ЭЦВ применяют водозаполненный электродвигатель типа ПЭДВ, который перед опусканием в скважину заполняют профильтрованной водой. Не допускается попадания в электродвигатель воды, перекачиваемой насосом.

Конструкция насоса типа ЭЦВ показана на рис. 88. Насос состоит из отдельных секций, состоящих из корпуса 4, лопаточного отвода 3, запрессованного в корпусе 4, и рабочего колеса 2, закрепленного на валу при помощи общей для всех колёс шпонки и фиксированного от осевого смещения распорными втулками и гайкой 7. Секции насоса расположены между напорным 6, и всасывающим 1 патрубками и стянуты стальными стяжками 10 с гайками. Верхняя часть 9 напорного патрубка 6 имеет внутреннюю коническую резьбу для присоединения насоса к колонне водоподъёмных труб. Напорный патрубок 6 является также корпусом верхнего резинометаллического подшипника скольжения и шарового (или тарельчатого) обратного клапана 8. Вал насоса для предохранения от износа в подшипниках защищён втулкой 5 из нержавеющей стали. Всасывающий патрубок 1 является корпусом нижнего подшипника и имеет сетку 11. Корпус погружного электродвигателя крепится к фланцу всасывающего патрубка 1, а вал соединяется с валом насоса втулкой 12.

Детали насосов типа ЭЦВ изготавливают из следующих материалов; рабочее колесо - полиамид 610, чугун СЧI8-3б, сталь20Х13Л; корпусные детали - чугун СЧI8-3б; вал - стали 20Х13, 40X13, 38ХА.