Центробежные насосы

Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое чис­ло разнообразных типов центробежных насосов, изго­товляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в кон­структивной разработке которых продиктована в основ­ном особенностями использования насосов.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые насосы с горизон­тальным расположением вала и рабочим колесом одно­стороннего входа. Привод насосов этого типа, помимо электродвигателя, может осуществляться бензи­новыми двигателями внутреннего сгорания.

Одноступенчатые насосные установки могут быть обо­рудованы насосами консольного типа - типа К (рис. 42) с приводом от электродвигателя через соединительную муфту, предназначенными для подачи чистой воды и других малоагрессивных жидкостей.

Рис. 42. Схема консольного насоса одностороннего всасывания типа К

Насос типа К состоит из корпуса 2, крышки 1 кор­пуса, рабочего колеса 4, узла уплотнения вала и опор­ной стойки. Крышка корпуса отлита за одно целое со всасывающим патрубком насоса. Рабочее колесо за­крытого типа закреплено на валу 9 насоса с помощью шпонки и гайки 5. У насосов мощностью до 10 кВт рабочие колеса неразгруженные, а у насосов мощностью 10 кВт и выше разгруженные от осевых усилий. Разгрузка осуществляется через разгрузочные отвер­стия в заднем диске рабочего колеса и уплотнительный поясок на рабочем колесе со стороны узла уплотнения. Благодаря разгрузке снижается давление перед узлом уплотнения вала насоса.

Для увеличения ресурса работы насоса корпус (только у насосов мощностью 10 кВт и выше) и смен­ные корпуса (у всех насосов) защищены сменными уплотняющими кольцами 3. Небольшой зазор (0,3-0,5 мм) между уплотняющим кольцом и уплотнительным пояском рабочего колеса препятствует перетоку перекачиваемой насосом жидкости из области высоко­го давления в область низкого давления, благодаря че­му обеспечивается высокий КПД насоса.

Для уплотнения вала насоса применяют мягкий на­бивной сальник. Для повышения ресурса работы насоса и предотвращения износа вала в зоне узла уплотнения на вал надета сменная защитная втулка 7. Набивка сальника 6поджимается крышкой сальника 8. Опор­ная стойка представляет собой опорный кронштейн 10,в котором в шарикоподшипниках 11 установлен вал насоса. Шарикоподшипники закрыты крышками. Смаз­ка шарикоподшипников консистентная.

Рабочие колеса одностороннего всасывания подвер­жены воздействию осевой силы, которая направлена в сторону входа жидкости в рабочее колесо.

Если в одноступенчатых насосах одностороннего вса­сывания осевая сила может быть надежно воспринята упорным подшипником, то это будет самым экономич­ным решением. В противном случае необходимо при­нять меры для уменьшения осевой силы, действующей на упорный подшипник. Это уменьшение может быть достигнуто только при понижении КПД насоса.

Одноступенчатые насосы имеют ограниченный напор. Поэтому когда необходимый напор насоса не может быть создан достаточно экономично одним рабочим ко­лесом, в конструкции многоступенчатого насоса при­меняют ряд последовательно расположенных колес.

Задача уравновешивания осевых сил для многосту­пенчатых насосов является особенно важной из-за бо­лее высоких напоров этих насосов и суммирования осе­вых сил, действующих на отдельные ступени. Одним из способов уравновешивания осевых сил многоступенча­тых насосов является применение самоуста­навливающейся гидравлической пяты. Принцип работы этой пяты состоит в следующем. Все рабочие колеса расположены так, что поток при входе в них направлен в одну и ту же сторону. За колесом последней ступени находится разгрузочная камера, сообщаемая через па­трубок с полостью всасывания, находящейся перед пер­вым колесом. Осевая сила стремится переместить ро­тор, а следовательно, и гидравлическую пяту в сторону всасывающего патрубка. При этом осевой зазор между гидравлической пятой и торцом втулки уменьшится, вследствие чего уменьшится давление в разгрузочной камере. Тогда под действием полного давления пята начнет перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на гид­равлическую пяту.

В ряде случаев для разгрузки насосов от осевого усилия используются многоступенчатые насосы со встречным расположением колес. Жидкость по­ступает из первой ступени во вторую по внутреннему каналу. Разъем корпуса продольный. Напорный и вса­сывающий трубопроводы присоединены к нижней части корпуса, что облегчает осмотр и ремонт насоса. Уплот­няющие зазоры рабочих колес выполнены между смен­ными уплотняющими кольцами, защищающими корпус и рабочие колеса от износа. Фиксация ротора в осевом направлении осуществляется радиально-упорными ша­рикоподшипниками, расположенными в правом подшип­нике. Расположенный со стороны всасывания сальник имеет кольцо гидравлического затвора, к которому жидкость подводится по трубке, идущей из отвода пер­вой ступени. Сальник, расположенный справа, уплот­няет подвод второй ступени. Жидкость подводится под напором, создаваемым отводом первой ступени.

В теплоэнергетике для обеспечения энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций среди вспомогательного оборудования занимает первое место.

Если в качестве основного признака принять назна­чение насоса, то насосы можно разделить на две группы: 1) тесно связанные с работой основного эксплуатацион­ного оборудования ТЭС; 2) разного назначения, пред­назначенные для технических целей. К первой группе насосов относятся те, которые заняты на следующих основных циклах работы: циркуляции воды (циркуля­ционные и рециркуляционные насосы), приготовления питательной воды (конденсатные насосы), теплопереда­чи (сетевые и бойлерные насосы), регулирования (на­гнетательные насосы для питания серводвигателей ре­гуляторов паровых турбин). Ко второй группе насосов относятся дренажные, пожарные, хозяйственные и др.

К наиболее ответственным насосам, непосредственно влияющим на надежность и экономичность работы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые и багерные.

Конденсатные насосы всех типов имеют принципиальное конструктивное исполнение. Это цент­робежные двухкорпусные вертикальные насосы спирального типа.

Довольно часто при проектировании автоматизиро­ванных линий систем водяного отопления используют электрические насосы типа ЦВЦ, устанавли­ваемые прямо на трубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы представляют собой малогабаритную моноблоч­ную конструкцию со встроенным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Рабочее колесо бессальникового насоса устанавливается консольно на ва­лу электродвигателя. Ротор двигателя с радиально-упорными подшипниками скольжения вращается непо­средственно в перекачиваемой воде, которая одновре­менно служит смазкой для них и охлаждающей средой.

Насосы устанавливаются непосредственно на тру­бопроводе, что существенно упрощает их монтаж и экс­плуатацию и позволяет обходиться без специального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100°С.

Сетевые насосы предназначены для питания тепло­фикационных сетей. Они устанавливаются либо непо­средственно на электростанции, либо на промежуточ­ных перекачивающих насосных станциях. В зависимо­сти от теплового режима сети насосы должны надеж­но работать при значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подач. Как правило, насос и электродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах.

Бустерные насосы предназначены для подачи воды из деаэратора к питательным насосам турбоагрегата с давлением, необходимым для предотвращения кавита­ции в питательных насосах.

Подбор насосовосуществляется с помощью катало­гов, в которых обычно приведены сведения о назначе­нии и области применения насосов, краткое описание конструкции, технические и графические характеристи­ки, чертежи общих видов насосов и насосных агрега­тов с указанием габаритов и присоединительных разме­ров.

Проектным организациям рекомендуется пользовать­ся каталогом только при техническом проектировании. Вводится новый ГОСТ «Насосы центробежные кон­сольные с осевым входом для воды». При рабочем про­ектировании за уточненными данными необходимо об­ращаться на заводы-изготовители.

При выборе насоса следует учитывать, что требуе­мые режимы работы (подача и напор) должны нахо­диться в пределах рабочей области его характеристики.

Для иллюстрации рассмотрим метод подбора насосов типа К. Типоразмер насоса выбирают по макси­мально необходимой подаче и сопротивлению системы, в которую устанавливают насос, при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q-Hпредварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем по графической характеристике уточняют правильность выбора.

По графической характеристике и таблице «Техни­ческая характеристика» определяют необходимый диа­метр рабочего колеса насоса, кривая напора которого должна проходить через точку заданных параметров по подаче и напору или быть несколько выше ее.

При выборе насоса очень важно обеспечить его бескавитационную работу. Для этого необходимо убедить­ся, что выбранный насос по своим кавитационным каче­ствам соответствует системе, в которую его устанав­ливают. Кавитационный запас системы

,

где - абсолютное давление, Па, на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание; -давление, Па, насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей тем­пературе; g - удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м³; - суммарные потери напора, м, во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче; - геометрическая высота вса­сывания (геометрический подпор), м.

Величина равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня жидкости в резервуаре, из кото­рого ее откачивают. Она имеет знак «плюс» при рас­положении насоса выше уровня жидкости (высота вса­сывания) и знак «минус» при установке насоса ниже уровня жидкости (подпор).

Допускаемый кавитационный запас насоса и мощность насоса определяют по графической характе­ристике насоса выбранного типоразмера при максималь­но необходимой подаче.

Насосы типа К в зависимости от диаметра рабочего колеса комплектуют различными по мощности электро­двигателями. Мощность требуемого электродвигателя определяют из равенства:

,

где k- коэффициент запаса; N-мощность насоса на номинальном режиме (в расчетной точке), кВт.

Коэффициент запаса рекомендуется принимать сле­дующим:

k 1,3 1,25 1,2 1,15

, кВт до 4 4-20 20-40 <40

По назначению подбирают ближайший больший по мощности комплектующий электродвигатель.