Принцип работы и конструкции центробежного насоса

Лопастные насосы разделяются на центробежные, осевые и вихревые.

Центробежные насосы разделяются:

1) По форме лопастей центробежных колес: с цилиндрическими лопастями (направленными по радиусу, загнутыми назад, вперед и S-образного профиля), с лопастями двойной кривизны (входная кромка выносится вперед).

2) По числу подводов жидкости: односторонние и двусторонние.

3) По числу ступеней: одноступенчатые и многоступенчатые.

Центробежным насосом называется гидравлическая машина, в которой механическая энергия вращательного движения преобразуется в энергию потока во вращающемся межлопастном канале.

Схема центробежного насоса:

1 – колесо, 2 – лопасти, 3 – вал, 4 – корпус, 5 – всасывающий патрубок, 6 – всасывающий трубопровод, 7 – напорный патрубок, 8 – напорный трубопровод.

Основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, посаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстающих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют межлопастные каналы колеса, которое заполнено перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждый объем жидкости массой m, находящиеся в межлопастном канале на расстоянии от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением:

F_ц=mώ²2 (1),

Где ώ – угловая скорость вращения вала. Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление.

Жидкость подводится через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разряжение).

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединенный с напорным трубопроводом.

Анализ уравнения (1) показывает, что центробежная сила, а следовательно и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве приводов центробежного насоса используются высокооборотные электродвигатели.

Основные параметры центробежного насоса.Основными параметрами насосов являются: напор, производительность, мощность, и коэффициент полезного действия.

Производительность – это количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени . Q = м³/ч, м³/с, л/с.

Напор – определяется как разность энергий жидкости на выходе из насоса и при входе в него. Напор, создаваемый насосом, измеряется в метрах. Напор можно рассматривать как высоту, на которую нужно поднять 1 кг (л) жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводу. Мощность измеряется в кВт. Различают мощность полезную (N_п) и мощность на валу электродвигателя (N).

N_п=GH=(γQH)/102

Полезной мощностью насоса называется количество энергии, сообщаемой потоку жидкости, прошедшему через насос в течение 1 секунды. Мощность на валу электродвигателя всегда больше полезной мощности N> N_п

Это возникает вследствие потерь в процессе передачи энергии от насоса к жидкости (потери внутри насоса – гидравлические, объемные, механические).

Коэффициент полезного действия (КПД) учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости и выражается формулой:

η= N_п/N=(γQH)/102N

КПД характеризует степень совершенства конструкции и экономичность работы насоса.

η= η_г* η_м* η_о

где η_г – гидравлический КПД,

η_м – механический КПД,

η_о – объемный КПД.

Гидравлический КПД представляет собой отношение действующего напора к теоретическому:

η_г=Н/Н_т

Механический КПД характеризует потери мощности на механическое трение в насосе, подшипниках, сальниках.

Объемный КПД – это потери производительности насоса при утечках жидкости на входе в насос или в атмосферу через зазоры в уплотнениях между рабочим колесом и корпусом, в сальниках насосов.

η_о=Q/Q_т

Представляет собой отношение действительной производительности насоса Q к теоретической Q_т.

Величина КПД зависит от конструкции и степени износа насоса и в среднем для центробежных насосов составляет 0,6 – 0,7, для совершенных центробежных насосов с регулируемым электродвигателем – 0,93 – 0,96.