Краткие сведения о центробежном насосе

 

Центробежные насосы являются наиболее распространеннымна судахтипом лопастных насосов. Простота устройства, надежность, возможность по­лучения больших подач и давлений, необходимость большой частоты вращения рабочих колес и использования для их привода быстроходных двигателей обеспечивали широкое распространение центробежных насосов на судах.

На рис.2.1 показана схема вертикального консольного судового центробежного насоса, расположенного ниже ватерлинии судна для надежного за­полнения водой всасывающего трубопровода 8 с запорным клапаном 9. Про­точная часть насоса состоит из подвода 7, рабочего колеса 13 и спирального отвода 5. Через подвод 7 перекачиваемая жидкость попадает в рабочее коле­со 13, состоящее из ведомого 6 и ведущего 4 дисков, между которыми поме­шены лопасти 12. Рабочее колесо крепится к валу 1 ведущим диском 4 со ступицей 3. Жидкость движется через колесо от центра к периферии, а затем по отводу 5 и диффузору 10 поступает к напорному патрубку 11. Протечки жидкости из насоса наружу задерживаются сальником 2.

При вращении рабочего колеса в насосе, заполненном жидкостью,возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти, т. е. происходит силовое взаимодействие потока с колесом. Преодолевая возникающий момент, колесо преобразует механическую энергию двигателя в энергию перекачиваемой жидкости, отчего ее давление и скорость при выходе из колеса по сравнению с этими параметрами при входе в колесо увеличиваются.

В отводе и диффузоре скорость потока снижается и часть кинетической энергии жидкости преобразуется в потенциальную энергию давления. У центра колеса образуется область пониженного давления, поэтому жидкость из трубопровода 8 поступает через подвод 7 к рабочему колесу. При постоянной частоте вращения рабочего колеса жидкость в подводе и диффузоре движется с постоянной скоростью, а непрерывный выход жидкости из колеса обеспечивает устойчивый процесс всасывания.

Для получения высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость последовательно проходит через несколько одинаковых рабочих колес 1, закрепленных на общем валу. В этом случае напор повышается пропорционально числу колес. На рис.2.2,а показана схе­ма трехступенчатого насоса, у которого поток жидкости последовательно проходит через колеса I, II и III ступеней. C ростом напора, развиваемого насосом, растут и скорости жидкости на выходе из рабочего колеса. В связи с этим в отводе 3 могут значительно возрасти гидродинамические потери. Для их снижения применяют спе­циальные лопастные аппараты 2.

 

 

Рисунок 2.1 - Схема судового центробежного насоса

 

Для увеличения подачи рабочие колеса соединяют параллельно - такие насосы называют многопроточными. Применяют также насосы с параллельно-последователь­ным соединением колес, дающие увеличе­ние как подачи, так и напора.

На рис. 2.2,б показан насос с двусто­ронним подводом жидкости к одному ко­лесу, что увеличивает подачу вдвое и уравновешивает осевые силы, действующие на вал насоса. Жидкость из под­вода 1 поступает симметрично с двух сторон на рабочее колесо 2, покидая которое, с большой скоростью поступает по касательным на лопасти 3 непо­движного направляющего аппарата. Последний обеспечивает частичное пре­образование кинетической энергии потока в давление лучшее направление потока в спиральный отвод 4. Число неподвижных лопастей делается на еди­ницу меньше или больше числа лопастей рабочего колеса во избежание их одновременного совпадения или несовпадения, вызывающего пульсацию потока и снижение КПД.

Центробежные насосы не могут создать разрежения, если проточная часть и всасывающий трубопровод заполнены воздухом, т. е. не обладают сухим всасыванием. Поэтому на судах их устанавливают ниже ватерлинии или снаб­жают специальными насосами, отсасывающими воздух из насоса и всасываю­щего трубопровода.

Судовые центробежные насосы по устройству разделяются:

а) по количеству рабочих колес и ступеней на: одноколесные, одноступенчатые, одноступенча­тые с параллельным подключением колес, многоступенчатые с последователь­ным и комбинированным подключением колес;

б) по наличию лопастных направ­ляющих аппаратов на: насосы без направляющих аппаратов, с направляю­щими аппаратами на входе или на выходе, то же на входе и выходе;

в) по способу подвода жидкости к рабочему колесу: с односторонним подводом и с двусторонним подводом;

г) по расположению оси вала: на вертикальные и горизонтальные;

д) по всасывающей способности на: насосы, не обладающие способностью всасывать, и самовсасывающие насосы с дополнительными ва­куумными насосами.

 

 

Рисунок 2.2 - Центробежные насосы

Характеристики центробежных насосов

Большое практичес­кое значение имеет связь между подачей центробежного насоса и его напором при постоянной частоте вращения рабочего ко­леса. Графики зависимостей Н_Т∞ = f(Q) и η = f(Q) при n = const, характеризующие энергетические свойстванасосов, называют его характеристиками.

Действительная напорная характеристика насоса Н =f(Q), определяющая зависимость между его напором Н и пода­чей Q при n = const, существенно отличается от его теоретиче­ской характеристики - наклонной прямой (рис.2.3). Если допустить, что поправка на конечное число лопастей не зависит от подачи, то зависимость Hт = f(Qк) также является прямой линией. По данным экспериментов, эта прямая практически параллельна прямой H_Т∞ = f(Qк).

Кривая действительного напора H = f(Q) строится, исполь­зуя зависимость Hт=f(Q) и учитывая суммарные гидравли­ческие потери, растущие пропорционально квадрату скорости жидкости или квадрату подачи насоса (рис.2.4). Минимальными будут потери при расчетном режиме с безударным входом жид­кости на лопатки и минимальными потерями в отводе. Если учесть утечки, то все точки кривой напоров сместятся влево на значение утечек q_K, соответствующих данному напору.

Теоретическое построение кривой H= f(Q) затруднительно вследствие невозможности достаточно точного учета гидравли­ческих потерь. Действительная характеристика с достаточной точностью может быть построена только на основании резуль­татов испытаний.

Рисунок 2.3                       Рисунок 2.4

Универсальная характеристика насоса

При эксплуатации иногда целесообразно исследовать изменения напора насоса, его по­дачи и КПД при изменении частоты вращения рабочего колеса.

С этой целью строят универсальные характеристики центро­бежных насосов, представляющие собой семейство характерис­тик в системе координат Q, Н. Каждая характеристика по­строена для постоянной частоты вращения - номинальной n_н - и более низких частот с интервалами 10—20 % от номинальной.

Рисунок 2.5 - Универсальная характеристика центробежного насоса

На рисунке 2.5 показана универсальная характеристика на­соса в системе координат Q, Н для номинальной частоты вра­щения п = 960 об/мин и меньших частот, последовательно отли­чающихся от предыдущих на 80 об/мин. На рис.5, б для каждой характеристики построены кривые КПД η = f(Q). Для удобства анализа и наглядности значения КПД наносят на соответствующие характеристики H = f{Q). Если разделить интервал значений КПД 60—80 % через каждые 2 % горизонтальными прямыми, то, например, значение КПД 70 % в точке пересечения А и В с кривой КПД при n = 640 об/мин мож­но перенести пунктирными вертикальными прямыми на харак­теристику насоса при той же частоте вращения в точки А₁ и В₁. Так же можно перенести любые точки пересечения горизонтальных прямых с линиями КПД на соответствующие по частотам вращения характеристики на­соса.

Соединяя одинаковые значения КПД на характеристиках  насоса, получают семейство линий КПД: 60, 70, 75, 78 %. Участки характеристик насоса, попавшие в кольцо линий КПД 78%, соответствуют наиболее экономичным режимам работы насоса, а в середине кольца отмечена точка наибольшего значения КПД - 79%.

Так как универсальная харак­теристика дает возможность оце­нить эксплуатационные качества насоса и определить область егооптимальных режимов работы, она обязательно включается в техническую документацию на­соса.

На рисунке 2.6 приведена конструкция типичного судового одноступенчатого консольного центробежного насоса.

 

 

 

Рисунок 2.6 – Насос центробежный:

 

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – шайба регулировочная; 4 – корпус уплотнения; 5 – набивка сальника; 6 – крышка сальника (нажимная втулка); 7 – прокладка;

8 – крышка подшипника; 9 – подшипник; 10 – кронштейн; 11 – вал;

12 – прокладка; 13 – отбойное кольцо; 14 – гайка; 15 – защитная втулка;

16 – кольцо сальника; 17 – болт; 18 – болт; 19 – кольцо уплотнительное.