Устройство и принцип действия ЦБН (центробежный насос)

Центробежный насос состоит из колеса с лопатками, сидящего на валу внутри улиткообразного корпуса.

Схема ЦБН:

Жидкость из всасывающего патрубка 1 поступает в рабочее колесо 4, вращающееся на валу внутри корпуса 3. Центробежной силой жидкость выбрасывается из криволинейных каналов между лопатками 4 в канал переменного сечения между рабочим колесом 2 и корпусом насоса 3. Далее жидкость попадает в нагнетательный патрубок 5. В центральной части колеса создается разрежение, обеспечивающее непрерывный и равномерный подсос жидкости.

При движении через рабочее колесо и спиральную камеру часть кинетической энергии жидкости переходит в потенциальную энергию давления (за счетрасширения каналов между лопастями и спиральной камеры). Т.е. скорость жидкости уменьшается, а давление растет.

Перед пуском ЦБН заливают перекачиваемой жидкостью.

Напор одноступенчатых ЦБН (с одним рабочим колесом) обычно не превышает 50 м.; напор многоступенчатых ЦБН (с несколькими колесами в одном корпусе) обычно не превышает 20 Мпа.

Рабочее колесо образуют два диска, соединенные между собой лопатками:

1 – сплошной диск; 2 – диск с отверстием для входа перекачиваемой жидкости.

Лопасть делят пространство между дисками на ряд криволинейных каналов, расширяющихся от центра к периферии.

Давление жидкости в ЦБН увеличивается в 2 этапа:

1. при движении ее через расширяюшиеся криволинейные насосы в колесе;

2. в большей степени давление жидкости увеличивается при прохождении через расширяющийся спиральный канал между колесом и корпусом. Это соответствует следствию из уравнения Бернулли (скорость падает, а давление растет).

Производительность ЦБН пропорциональна числу оборотов, ширине и наружному диаметру рабочего колеса, но обратно пропорциональна числу и толщине лопастей.

Характеристика ЦБН

Различают:

1. частную (при постоянном числе оборотов и рабочего колеса);

2. универсальную (во всем интервале числа оборотов рабочего колеса).

Частная характеристика - графическая зависимость напора мощности на валу и КПД насоса от его объемной подачи при постоянном числе оборотов рабочего колеса:

V

H, N, η

ηнmax

V

n=const

n=const

V=const

V

H

Hт

H

NВ

ηн

Частная характеристика ЦБН. Характеристика поршневого насоса.

Если у поршневого насоса производительность не зависит от напора, то у ЦБН производительность падает с увеличением напора.

Характеристику ЦБН получают изменением степени открытия задвижки на нагнетательной линии. Напор имеет максимальное значение при закрытой задвижке (V = 0). При этом η_н так же = 0, т.к. .

– теоретическая напорная характеристика ЦБН; – действительная напорная характеристика ЦБН.

Уменьшение напора Н с ростом производительности V вытекает из анализа основного уравнения ЦБМ:

, т.к. радиальная составляющая абсолютной скорости прямо пропорциональна V, то при β₂ < 90⁰ , ctgβ₂ > 0 и Н_т снижается с ростом V.

Увеличение мощности на валу с ростом V вызвано повышением гидравлических и других потерь.

При V = V_max напор Н = 0, значит и . Т.о. η_н при росте V проходит через максимум.

Максимальное значение η_н соответствует оптимальному режиму работы ЦБН.

При увеличении числа оборотов насоса можно получить ряд напорных характеристик : n₁ < n₂ < n₃…

Универсальная характеристика ЦБН.

Точки на кривых , соответствующие постоянным значениям η_н, соединяют плавными линиями и получают семейство кривых η_н = const. Например, величине η_н = 0,5 соответствует пара точек на каждой кривой . Каждый насос имеет лишь один оптимальный режим при η_н = η_{н max} (n = const). Кроме того существует глобальный оптимальный режим при оптимальном числе оборотов.

При подборе насоса необходимо стараться, чтобы подобранный насос работал в оптимальном режиме, который обеспечивает минимум энергозатрат.

Работа ЦБН на сеть

Выбор насоса и режима его работы зависит от характеристики сети. Напор в сети , где Н_г – геометрическая высота подачи жидкости, Н_п – потери напора. Но, как известно, , где V – расход жидкости, k – коэффициент пропорциональности.

Характеристика сети – зависимость напора в сети от расхода жидкости: – это уравнение параболы.

Если наложить характеристику сети на характеристику насоса, то точка пересечения их (рабочая точка насоса) отвечает равенству производительности насоса требуемому расходу жидкости в сети, а также равенству избыточного напора насоса ( ) потере напора в сети.

H

Hп

Hг

V

V1

M

М – рабочая точка. Для увеличения производительности надо повышать число оборотов двигателя.

Может оказаться так, что графики не пересекаются. Это говорит о том, что мощности насоса не хватает для работы на данную сеть. В этом случае есть несколько вариантов:

1 можно увеличить число оборотов рабочего колеса, но технически это не всегда осуществимо;

2. можно заменить маломощный насос на более мощный;

3. вместо одного насоса можно использовать несколько насосов, например два.

Если необходимо увеличить объемную подачу, то насосы включаются параллельно; при необходимости повышения напора насосы соединяют последовательно.

При работе 2-ух насосов на данную сеть их можно включить или параллельно, или последовательно. Если нужно увеличить производительность, насосы соединяют параллельно, если нужно повысить напор, насосы включают последовательно.

H

V

V2

M2

M1

V1

H2

H1

M2

M1

V1

V2

H2

H1

H

V

а) параллельное соединение б) последовательное соединение

При параллельном включении суммарная характеристика (кривая 2) строится удвоением производительностей при одинаковых напорах, а при последовательном включении – удвоением напоров при одинаковых производительностях.

При параллельном соединении V₂ >> V₁, если характеристика сети пологая, при последовательном соединении Н₂ >> Н₁, если характеристика сети крутая.