Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки

Центробежные насосные агрегаты (ЦН) используются не только в различных отраслях промышленности, но и в быту. В системах водоснабжения применяют погружные электронасосы для подъема воды из скважин и подачи потребителям. ЦН обеспечивают циркуляцию теплоносителя в системах отопления. Благодаря простоте конструкции и высокой надежности эти устройства являются самыми распространенными гидравлическими агрегатами.

Особенности конструкции и принцип действия

Центробежный насос представляет собой динамический лопастной агрегат, в котором перенос рабочего тела происходит непрерывным потоком за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса. Жидкость перемещается по подвижным лопастям от центра к периферии, т. е. перпендикулярно оси вращения. В большинстве случаев насосный агрегат состоит из 2 частей: гидравлической (насос) и приводного двигателя.

Корпус ЦН представляет собой разъемную металлическую отливку, имеющую форму улитки, с 2 фланцами – всасывающим и напорным. Внутри, на валу, располагается рабочее колесо открытого или закрытого типа. Последнее состоит из 2 дисков, между которыми расположены лопасти, изогнутые в направлении, противоположном вращению. В переднем диске имеется отверстие, расположенное напротив всасывающего патрубка.

Принцип работы ЦН основан на действии центробежных сил. При вращении колеса в заполненном водой корпусе жидкость начинает двигаться по лопастям от центра к периферии под влиянием сил инерции. В результате этого на выходе получается избыточное давление, которое выталкивает рабочее тело в напорный трубопровод. Разряжение, создающееся в центре колеса, втягивает воду из всасывающего трубопровода и подает на лопатки. Таким образом создается непрерывный поток жидкости.

Во многоступенчатом насосе корпус имеет цилиндрическую форму. Для передачи жидкости с одной ступени на другую устанавливают направляющие аппараты. Устройство располагается над каждым рабочим колесом и представляет собой диск с неподвижными изогнутыми лопатками, которые направляют рабочее тело с выхода вращающегося колеса на всас следующего. Это приводит к существенному повышению давления на последней ступени.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение центробежные насосы получили благодаря своим положительным качествам:

• простоте конструкции;
• несложному монтажу;
• простому обслуживанию;
• длительному сроку службы;
• высокой надежности.

Как и другие типы гидромашин, ЦН имеют ряд недостатков:

• невысокая высота всасывания (до 6-8 м);
• отсутствие сухого всаса;
• большая вероятность возникновения кавитации.

Для пуска агрегата необходимо заполнение водой гидравлической части и всасывающего трубопровода.

Классификация

Производители предлагают большой выбор центробежных агрегатов, имеющих различное исполнение и характеристики.

• По числу ступеней – одноступенчатые, многоступенчатые.
• По способу отвода среды – простые без направляющего аппарата; турбоприводные с направляющим аппаратом.
• По типу подвода жидкости – с односторонним и двухсторонним подводом.
• По параметрам потока – низко- (до 2 атм.), средне- (2-6 атм.), высоконапорные (более 6 атм.).
• По расположению вала – с горизонтальным и вертикальным размещением.
• По виду перекачиваемой жидкости – водяные, фекальные, землесосные, кислотные и т. д.
• По назначению – общепромышленные, шахтные, артезианские (глубинные) и т. д.

Одноступенчатые бытовые насосы применяются в частных хозяйствах для полива или перекачки воды из водоема. В скважинах для подачи питьевой воды устанавливают многоступенчатые погружные ЦН.

Сферы применения

Использование ЦН на производстве.

Область применения центробежных насосов чрезвычайно велика. Они используются в теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи воды в систему регенеративного теплообмена, подпитки сетевых теплофикационных установок. На АЭС применяются центробежные агрегаты герметичного исполнения. На тепловых станциях они используются в системах гидрозолоудаления.

Широкое применение ЦН нашли на промышленных предприятиях, сельском хозяйстве и в системах водоснабжения городов. Они используются для подачи реагентов и растворов в технологических схемах производств. Применяются в строительстве и угольной промышленности при гидромеханизации разработки грунтов и гидравлическом способе добычи угля.

В сельском хозяйстве для подачи воды на животноводческие фермы применяются глубинные ЦН. В системах полива полей устанавливают насосные агрегаты большой производительности.

Как правильно выбрать центробежный насос

Помпа центробежного типа выбирается исходя из задач, которые она будет выполнять. При выборе гидроагрегата необходимо обратить внимание на технические характеристики.

Аппарат подбирают по параметрам, среди которых:

• Высота всасывания.
  Определяется как расстояние от зеркала воды до вала установленного насоса. Для погружных насосов эта величина не указывается.
• Эффективность оборудования.
  Чем выше КПД агрегата, тем меньше потери при работе.
• Производительность.
  Параметр характеризует расход жидкости в единицу времени. От него зависит продолжительность непрерывной работы.
• Напор.
  Измеряется в м вод. ст. На его величину влияет протяженность и диаметр трубопровода. Чем длиннее труба, тем выше гидравлическое сопротивление, тем меньше давление.
• Мощность приводного двигателя.
  Величина влияет не только на качество работы агрегата, но и на возможности электрической сети.

В большинстве случаев характеристики выбираемого ЦН должны быть несколько выше требуемых. Агрегат прослужит дольше, если будет работать в менее напряженном режиме.

Подготовка к работе

Подготовка насоса к работе.

Некоторые виды центробежных насосов не требуют подготовки перед пуском. К ним относятся глубинные (скважинные), насосы систем отопления и другие агрегаты, корпуса которых постоянно заполнены водой. Бытовые гидроагрегаты, предназначенные для подъема воды из колодца или ее подачи из водоема на полив, перед включением требуют некоторой подготовки.

При пуске ЦН с сухой гидравлической частью во всасывающем патрубке не создается разряжение, и жидкость не поступает на рабочее колесо. В результате такой работы вращающие части нагреваются, что приводит к выходу насоса из строя. Существует несколько вариантов решения этой проблемы.

Заливка воды из трубопровода

Применяется для водопроводных систем со стационарно закрепленными трубопроводами. Чаще всего такой способ используют для подъема воды из колодца. Насос устанавливают таким образом, чтобы расстояние до воды было не больше величины, указанной в описании (паспорте) устройства. На всасывающем трубопроводе монтируют обратный клапан, предотвращающий слив воды. Корпус насоса вместе с трубопроводом заполняют водой, а затем включают двигатель.

Такая процедура проводится при первом пуске. Если обратный клапан работает правильно, то вода не сольется и последующие пуски будут проходить с заполненным контуром. Если насос пускают редко, то обвязку насоса делают таким образом, чтобы была возможность подачи воды из напорного трубопровода на всас насоса, т. е. проводят байпасирование агрегата. Воду подают до тех пор, пока из заполняемого контура не выйдет весь воздух.

Заливка воды из резервуара

Центробежный насос в действии.

Для заполнения гидравлической части применяют емкости с водой. Их располагают выше агрегата, тогда жидкость будет самотеком поступать в насос и трубопровод. После пуска ЦН закрывают вентиль на магистрали заполнения. Для подачи воды в бак на напорном трубопроводе насоса устанавливают трубку с запорной арматурой. Этот процесс можно автоматизировать, поставив в емкость поплавковый клапан, который будет закрываться при полностью заполненном баке.

В некоторых случаях используют баки-аккумуляторы, которые устанавливают на всасе насоса. Подача воды на ЦН проводится из нижней точки емкости, а всасывающий трубопровод подключают в верхней части. Аккумулятор не должен иметь связей с атмосферой помимо предусмотренных конструкцией. Емкость бака выбирают равной двукратному объему полостей насоса и всасывающего трубопровода. При полностью герметичной системе после остановки насоса уровень в аккумуляторе позволит провести последующее включение без заполнения емкости жидкостью.

Эксплуатация и ремонт

Циркуляционный насос будет работать без дефектов, если монтаж проведен правильно. В большинстве случаев снижение производительности и уменьшение напора происходит не из-за поломки ЦН, а возникновении проблем с элементами трубопровода. Поэтому перед тем как начать разбирать агрегат, необходимо проверить работоспособность системы.

При засорении фильтра на всасывающем трубопроводе происходит срыв потока, что приводит к кавитации. Неплотности в соединениях, превышение высоты всасывания, большое гидравлическое сопротивление трубопровода негативно отражается на параметрах ЦН.

Чаще всего дефекты возникают в узле уплотнения вала насоса. Если используется сальниковая набивка, то нажимная букса должна уплотнять вал так, чтобы была небольшая протечка для охлаждения и смазки набивки. На работу торцевого уплотнения большое влияние оказывает соосное расположение валов насоса и приводного двигателя. Узел устроен так, что уплотнительные графитовые кольца должны находиться в одной плоскости. В противном случае будет неравномерная выработка поверхностей, что приведет к увеличению протечек.

Износ дорожек или разрушение сепараторов подшипников приводит к биению вала, увеличению нагрузки на приводной двигатель и снижению показателей работы ЦН. Без наличия опыта и специальных инструментов самому разбирать насос не стоит. Эту работу качественно могут сделать специалисты. Замену набивки чаще всего проводят самостоятельно.

Для поддержания насоса и системы в работоспособном состоянии необходимо проводить периодические осмотры в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Центробежные насосы в системах отопления, водоснабжения

Современные системы отопления и водоснабжения “напичканы” насосным оборудованием. Циркуляционные прокачивают теплоноситель через радиаторы, теплый пол, теплообменники, змеевики. Насосные станции обеспечивают автономное водоснабжение. Рециркуляционные поддерживают температуру горячей воды на смесителе. Скважинные и колодезные дают возможность устроить водоснабжение из больших глубин, дренажные и фекальные отводят стоки. В это статье мы рассмотрим самый распространенный вид такого оборудования — центробежный насос.

Назначение
Конструкция центробежного насоса
Классификация
Подбор насоса — общая информация
Бренды

Назначение

Центробежный насос — устройство, обеспечивающее движение рабочего вещества за счет центробежной силы от вращающихся лопастей. На входе перемещаемая среда подхватывается лопастями и за счет центробежной силы переносится к выходному патрубку. Перемещение вещества идет непрерывным потоком.
Устройства для перекачивания жидкостей называют “центробежный насос”, тогда как для газов “компрессор” или “вентилятор”.

Они широко применяются во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Применительно к отоплению и водоснабжению их основное назначение это:

• прокачка теплоносителя через отопительные контуры;
• прокачка теплоносителя через теплообменник, змеевик бойлера для приготовления горячей воды;
• рециркуляция ГВС;
• передача тепла через теплообменник в системах с возобновляемой энергией (гелиосистемы, тепловые насосы, геотермальное отопление);
• подача воды для водоснабжения и бытовых нужд из скважин, резервуаров, водоемов, колодцев.

Сложно найти частный дом, где бы не было нескольких центробежных насосов. Чаще больше, в домах значительной площади их количество может достигать нескольких десятков.

Конструкция центробежного насоса

Существует много разных конструкций центробежных насосов. Рассмотрим наиболее простую.

Агрегат состоит из следующих элементов:

• корпус
• впускной и выпускной патрубки
• вал
• рабочее колесо
• уплотнения
• электродвигатель

Ниже изображение конструкции центробежного насоса in-line с сухим ротором:

Корпуса устройств изготавливаются из самых разных материалов. Чугун — наиболее дешевый вариант, нержавейка — повышенная коррозионная устойчивость, бронза — для питьевого водоснабжения.
Напорный патрубок у центробежных насосов всегда направлен перпендикулярно оси вращения вала. Всасывающий может быть направлен перпендикулярно или параллельно.

Вал насоса передает вращение от вала двигателя к рабочему колесу.

При вращении лопасти передают энергию рабочей жидкости и перемещают ее от всасывающего к напорному патрубку. Конструкция рабочего колеса может быть разной. С ободами с обеих сторон лопастей — закрытая, с ободом с одной стороны — полузакрытая, без ободов (только лопасти) — открытая.

Закрытое рабочее колесо имеет наибольший КПД. По направлению жидкости колеса могут быть радиальными, осевыми, диагональными. Компания WILO приводит такой рисунок:

В качестве уплотнителей, предотвращающих протечку на входе вала в корпус монтируются скользящие или сальниковые уплотнения.

Электродвигатель обеспечивает вращение рабочего колеса.

Принцип работы центробежного насоса заключается в следующем. Электродвигатель вращает вал насоса. Лопасти рабочего колеса, размещенного на валу, подхватывают жидкость на всасывающем отверстии, придают ей центробежное ускорение и она выталкивается в напорный патрубок.

Классификация

При выборе центробежного насоса важно знать как они классифицируются, что позволит купить агрегат с оптимальными характеристиками. Мы не будем рассматривать их все, а только те, которые важны при оснащении систем отопления и водоснабжения. Основные классифицирующие признаки следующие:

тип ротора

• мокрый ротор
  Ротор погружен в перекачиваемую среду и отделен от статора нержавеющей гильзой. Подшипники насоса керамические, графитовые. Смазываются рабочей средой. Позволяют быстро перемещать воду с минимальными затратами на электричество. Насос с мокрым ротором хорошее решение для закрытой системы отопления частного дома, прокачки теплоносителя по контурам.
• сухой ротор
  В центробежных насосах с сухим ротором электродвигатель отделен от перекачиваемой жидкости. Мотор прикрепляется к корпусу насоса фланцем или иным способом. Вал двигателя соединяется с валом насоса. Такие насосы выпускаются в широком диапазоне мощностей.

назначение

• для отопления
  Для отопления применяются центробежные насосы с мокрым и сухим ротором. При потребности до 100 м.куб/час чаще устанавливаются с мокрым ротором, более высокой — с сухим.
• для водоснабжения
  Снабжение населения и промышленных предприятий невозможно без использования центробежных насосов. Для централизованного водоснабжения применяются мощные агрегаты, устанавливаемые на специальных насосных станциях. Они прокачивают жидкость с большим напором и расходом. Для автономного водоснабжения частных домов применяются насосные станции. Сам насос может быть как погружным, так и поверхностным. Зависит от того, откуда забирается вода.
• для рециркуляции горячей воды
  Рециркуляционные насосы обеспечивают прокачку горячей воды по кольцу, поддерживая ее постоянную температуру.

размещение

• поверхностные
  Центробежный насос размещается на поверхности. Максимально такие насосы могут забирать воду с глубины 7-8 метров, оснащенные эжектором с 20-25 метров. Поверхностные насосы удобно обслуживать, они дешевле.
• погружные
  У погружных центробежных агрегатов насос и электродвигатель соединены в единое целое. Они работают погруженными в перекачиваемую жидкость. Подвиды такого оборудования:
  • скважинные
  • дренажные
  • фекальные
  • колодезные

возможность всасывания (для поверхностных)

• нормальновсасывающие
  Не поднимают жидкость из глубины при пустой трубе перед насосом. Требуют предварительного наполнения всасывающего трубопровода.
• самовсасывающие
  Способны удалить воздух из всасывающего трубопровода и поднять жидкость.

Подбор центробежного циркуляционного насоса для отопления

Два основных параметра по которым подбирается агрегат это расход и напор.

Количество теплоносителя, которое должен перемещать циркуляционный насос системы отопления, определяется теплопотерями дома. Для расчета напора учитываются гидравлические потери по пути движения воды в трубах, трубопроводной арматуре и отопительном оборудовании. Как правильно подобрать насос для отопления? Лучшее решение — обратиться к специалисту. Он подберет устройство с помощью специальной компьютерной программы, которая будет учитывать все нюансы вашего строения — характеристики стеновых ограждений и проемов, расположение на местности, регион и т. п.

Как альтернативный вариант, можно рассчитать насос системы отопления по формулам ниже (из брошюры компании WILO)

Бренды

На рынке центробежного насосного оборудования представлено большое количество брендов. Так как агрегаты пользуются популярностью, достаточно много некачественной продукции, контрафакта. Приобретать такое оборудование мы рекомендуем в специализированной фирме (магазине). При покупке требуйте сертификаты, паспорта, инструкции. Их наличие повышает вероятность приобретения оригинального оборудования.

На рынке Украины хорошо зарекомендовали себя центробежные насосы производства Германии, Дании, Италии, Франции. Мы не будем перечислять здесь все бренды, а ограничимся только теми, которые присутствуют в линейке нашего интернет-магазина:

Это достойные агрегаты, которые при нормальной эксплуатации прослужат вам долгие годы.