Конструктивные виды насосов

Отличительные признаки центробежных насосов зависят от выдаваемых параметров (подачи Q, напора Н, частоты вращения n и NPSH), характеристик подаваемой жидкости, технических требований на месте эксплуатации и действующих там законов или технических нормативов. Это исключительное многообразие обуславливает многочисленные конструктивные виды, которые предложены в программе насосостроения KSB.

Главные конструктивные особенности основных конструктивных видов следующие:

-число ступеней (одноступенчатый/многоступенчатый);

-положение вала (горизонтальное/вертикальное);

-корпус (радиальный, например, спиральный корпус/осевой = трубный корпус);

-число потоков рабочего колеса (однопоточное/двухпоточное);

-исполнение двигателя (сухой двигатель/погружной двигатель = внутренний сухой/мокрый ротор двигателя = внутренний мокрый, например, щелетрубный двигатель, подводный электродвигатель).

Для этих конструктивных особенностей, которые определяют рисунок конструктивного ряда, ниже приведены некоторые примеры (таблица 1 и рисунки 1а – 1р).

Сверх этого, далее даны такие особенности центробежных насосов,

способ установки который рассматривается в главе 7.1:

-номинальный внутренний диаметр (для типоразмера, зависимого от подачи;

-номинальное давление (для толщины стенки корпусов и фланцев);

-температура (например, для охлаждения уплотнения вала);

-подаваемая среда (абразивные, агрессивные, ядовитые жидкости);

-конструктивный вид рабочих колес (радиальные/осевые в зависимости от удельной частоты вращения);

-способность к самовсасыванию;

-разъем корпуса, положение патрубков, горшкообразный корпус и т. д.

Таблица 1: Основные конструктивные виды центробежных насосов

Рисунки 1 (а – р) Основные конструктивные виды центробежных насосов в соответствии с Таблицей 1.

Параметры насосов. Подача насоса Q.Подача насоса Q представляет собой полезный объем жидкости, подаваемой в единицу времени из напорного патрубка насоса, в м³/с (также может измеряться в л/с и м³/ч). Она изменяется пропорционально с частотой вращения насоса. Утечка воды, как и внутренние щелевые потоки, не считаются подачей.

Напор Н и давление ∆р, создаваемое насосом.Напор насоса Н – это отнесенная к единице веса, в Н, полезная механическая работа в Нм, которая передается насосом перекачиваемой жидкости, выражается в Нм/Н=м (ранее назывался столбом жидкости, м). Напор пропорционален квадрату частоты вращения рабочего колеса и независим от плотности ρ подаваемой жидкости, то есть, определенный центробежный насос перемещает различные жидкости (одинаковой кинематической вязкости ν) независимо от их плотности ρ с одинаковым напором Н. Вышесказанное относится ко всем центробежным насосам.

Напор насоса Н определяется по уравнению Бернулли (см. главу 3.2.1.1)

-по потенциальному напору Нр пропорциональному к разности статических давлений между напорным и всасывающим патрубком насоса;

-по геодезической высоте z_{s, d} (рисунки 8 и 9), представляющей разность высот между напорным и всасывающим патрубком насоса;

-по разности скоростных напоров (v_d²-v_s²)/2g на напорном и всасывающем патрубке насоса.

Для повышения давления ∆р в насосе (принимайте во внимание расположение участков измерения давления согласно главе 7.3) есть только потенциальный напор Нр вместе с плотностью ρ подаваемой жидкости: ∆р определяется по уравнению

(1)

где

ρ плотность передаваемой жидкости в кг/м³,

g ускорение свободного падения 9,81 м/с²,

Н напор насоса в м,

z_s,d разность высот между напорным и всасывающим патрубком насоса в м (см. рис. 8 и 9);

v_d скорость потока в напорном патрубке = 4Q/πd_d² в м/с,

v_s скорость потока во всасывающем патрубке = 4Q/πd_s² в м/с,

Q подача насоса в соответствующем патрубке в м³/с

d внутренний диаметр соответствующего патрубка в м

∆р давление, создаваемое насосом, в Н/м² (для пересчета в барах: 1 бар = =100 000 Н/м²)

Высокие плотности повышают давление, создаваемое насосом, и, вместе с тем, конечное давление. Конечное давление является суммой давления, создаваемого насосом, и давлением на входе, и ограничивается прочностью корпуса. Также необходимо принять во внимание влияние температуры на прочность корпуса влияние температуры на прочность корпуса.

1.1.1 К. П. Д. и потребляемая мощность Р на валу насоса

Потребляемая мощность насоса Р – это механическая мощность, воспринимаемая насосом на валу или муфте в кВт или Вт. Она пропорциональна третьей степени частоты вращения и определяется по следующим формулам:

Подача × Напор × К. П. Д. · Потребляемая мощность

в Вт	в кВт	в кВт (2)
где ρ плотность в кг/м3 Q подача в м3/с	в кг/дм3 в м3/с	в кг/дм3 в м3/ч

g ускорение свободного падения = 9,81 м/с²,

Н напор в м,

η к. п. д. между 0 и <1 (не в %).

К. п. д. насоса η указан на характеристических линиях (см. главу 3.1.6).

Потребляемую мощность насоса Р для плотности ρ = 1000 кг/м³ взять прямо из характеристических линий насоса (см. главу 3.1.6). При другой плотности ρ пересчитывается пропорционально.

При подаче жидкости с повышенной вязкостью, такой как вода, (см. ниже в главе 4) или с повышенной долей твердого вещества (см. ниже в главе 6), потребляемая мощность будет повышенной (это также относится к подаче сточных вод, см. ниже в главе 3.6).

Плотность ρ зависит от потребляемой мощности насоса Р линейно. При очень высоких плотностях необходимо следить за допускаемым максимальным значением нагрузки двигателя (глава 3.3.3) и за крутящим моментом (из-за нагрузки муфты, вала и призматических шпонок)!

1.1.2 Частота вращения n

У привода с двигателем трехфазного тока (асинхронные двигатели с коротко замкнутым ротором по нормам МЭК (IEC)) заложены следующие частоты вращения насоса:

Таблица 2: Отношение частот вращения

На практике двигатели трехфазного тока работают, все-таки, (в зависимости от мощности Р и от изготовителя) с незначительно повышенными частотами вращения [1], которые производитель насосов с согласия клиентов может принять во внимание при расчете; при этом имеет место закономерность главы 3.4.3 (закон аффинного преобразования). Уже производятся расчеты характеристических линий погружных насных агрегатов и погружных насосов для эффективных частот вращения их приводных машин. При переменной частоте вращения (например, с помощью тиристоров при мощностях с малыми кВт и еще с помощью статического преобразователя частоты), редукторах или ременных передачах, а также у приводов при помощи турбин или двигателей внутреннего сгорания возможны другие частоты вращения насоса.

1.1.3 Удельная частота вращения n_q и конструктивные виды рабочих колес

Удельная частота вращения n_q– это принятое сравнительное число из механики подобия, которое позволяет при различных эксплуатационных данных (подаче Q_opt, напоре H_opt и частоте вращения рабочего колеса насоса n в точке максимального к. п. д. Η_opt) сравнивать рабочие колеса различных размеров друг с другом, и классифицировать их оптимальные конструктивные виды (см. рисунок 2) как и форму характеристической линии насосов (см. главу 3.1.6, рисунок 5).

Удельная частота вращения

n_q– это воображаемая частота вращения геометрически подобно измененного рабочего колеса с подачей 1 м³/с и напором 1 м в точке максимального к. п. д., она имеет ту же единицу, что и частота вращения. Как численноравный типоразмерный параметр, ее также можно выразить безразмерно по правой части следующих уравнений [2]:

	(3)
где Qopt в м3/с	Qopt в м3/с = подача при ηopt
Hopt в м	Hopt в м = напор при ηopt
n в мин-1	n в 1/с = частота вращения насоса,
nq в мин-1	nq безразмерный параметр,
	g 9,81 м/с2 = ускорение свободного падения

У многоступенчатых насосах для получения Нopt используется оптимальный напор ступени, а в двухпоточных рабочих колесах для Qopt – оптимальная подача половины рабочего колеса.

С увеличением удельной частоты вращения n_q рабочие колеса с радиальным выходом становятся все более и более полуосевыми (“диагональными”) и, наконец, осевыми обтекаемыми (см. рисунок 2); также ведущие направления на радиальных корпусах (например, спиральных корпусах) становится все более объемистыми, пока не станет возможен отвод потока в радиальном направлении. Наконец, поток еще может быть отведен в осевом направлении (например, в трубных корпусах).

Рисунок 3 позволяет произвести графическое вычисление. Следующие конструкции рабочих колес изображены на рисунке 4: колеса типа звездочки применяются в самовсасывающих насосах. Периферические рабочие колеса расширяют область удельной частоты вращения примерно до n_q = 5 (возможно от одно- до трех ступенчатого конструктивного вида); при меньших удельных частотах вращения следует предпочитать вращающиеся (например, одновинтовые насосы с n_q = 0,1 до 3) или осциллирующие объемные насосы (поршневые насосы).

Численное значение удельной частоты вращения также необходимо при выборе факторов влияния на пересчет характеристических линий насоса при подаче вязких или содержащих твердые вещества жидкостей (см. главы 4 и 6).

В англосаксонских странах удельная частота вращения обозначается “типовым коэффициентом К”, а в США – Ns).

Пересчет:

K = n_q/52.9

N_s = n_q/51.6 (4)