Центробежные насосы: типы, классификация, конструкция, назначение

Центробежные насосы являются наиболее распространенными агрегатами, применяемыми во многих сферах деятельности человека. Такие установки имеют несложную конструкцию, отличаются долгим сроком службы, ремонтопригодны, обеспечивают стабильный напор в ходе эксплуатации.

Насосы эксплуатируются как в быту, так и на производственных участках для выполнения всевозможных технологических операций. Стоит изучить разновидности насосных станций центробежного типа, раскрывается их принцип работы, описываются разновидности и сфера эксплуатации.

Особенности работы центробежного насоса

За транспортировку смеси с помощью такого оборудования отвечает рабочее колесо, располагающееся внутри конструкции. У него предусмотрены лопасти, установленные в обратном направлении относительно вращения рабочего органа.

Крыльчатка размещается на валу, соединяемом с приводом электромотора. При пуске двигателя ротор начинает вращаться, а крыльчатка вместе с ним. Рабочая среда всасывается через входной патрубок и передвигается вдоль оси вращения.

Перекачивание жидкости организовано за счет центробежного усилия. Рабочая среда перемещается через крыльчатку, после чего поступает в переднюю часть насоса, откуда перетекает в выходной патрубок.

Центробежный насос — это динамическая машина, преобразующая механическую энергию двигателя в энергию потока жидкости за счет центробежной силы. Он широко применяется в промышленности, ЖКХ, энергетике и других сферах благодаря высокой производительности, надежности и относительно простой конструкции. Рассмотрим его устройство подробно.

Основные элементы конструкции центробежного насоса

Конструкция центробежного насоса включает несколько ключевых узлов, каждый из которых выполняет свою функцию:

Корпус (улитка)

• Изготавливается из чугуна, стали, нержавейки или полимеров (в зависимости от среды).

• Имеет спиралевидную форму для плавного преобразования кинетической энергии в давление.

• Может быть разборным (для обслуживания) или монолитным.

Рабочее колесо (крыльчатка)

• Основной элемент, создающий центробежную силу.

• Типы:

  • Закрытое – с двумя дисками и лопатками между ними (для чистых жидкостей).

  • Открытое – без переднего диска (для вязких и загрязненных сред).

  • Полуоткрытое – с одним диском (компромиссный вариант).

• Материалы: чугун, сталь, бронза, полимеры (для агрессивных сред).

Вал насоса

• Передает вращение от двигателя к рабочему колесу.

• Изготавливается из высокопрочной стали с защитой от коррозии.

• Фиксируется подшипниками для минимизации вибраций.

Подшипниковый узел

• Обеспечивает плавное вращение вала.

• Типы:

  • Шариковые – для малых и средних нагрузок.

  • Роликовые – для тяжелых условий эксплуатации.

• Может иметь систему смазки (масляную или консистентную).

Уплотнение вала

• Предотвращает утечки жидкости вдоль вала.

• Типы:

• Сальниковое – набивка из графита или тефлона (требует обслуживания).

• Механическое – керамические или карбидкремниевые кольца (более надежное).

• Магнитное – для агрессивных или чистых сред (без трения).

Всасывающий и напорный патрубки

• Всасывающий – подводит жидкость к рабочему колесу.

• Напорный – отводит поток под давлением.

• Могут быть фланцевыми, резьбовыми или под приварку.

Дополнительные элементы

• Опорная рама (плита) – крепление насоса и двигателя.

• Защитные кожухи – для безопасности.

• Дренажные отверстия – для отвода протечек.

Принцип работы насоса

1. Заполнение корпуса жидкостью (первичное заливание или самовсасывание).

2. Запуск двигателя – вращение передается на рабочее колесо.

3. Воздействие центробежной силы – лопатки колеса отбрасывают жидкость к стенкам корпуса.

4. Преобразование энергии – кинетическая энергия потока превращается в давление в спиральном отводе.

5. Выброс жидкости через напорный патрубок – создается непрерывный поток.

Классификация центробежных насосов

По количеству ступеней

• Одноступенчатые – одно рабочее колесо (малый и средний напор). Здесь на валу устройства будет всего одно рабочее колесо. Оборудование нередко используется для бытовых нужд, на небольших предприятиях и в других местах, где нет необходимости в создании большого напора. Центробежный насос имеет простую конструкцию, практически не требует обслуживания.

• Многоступенчатые – несколько колес на одном валу (высокий напор, например, в скважинных насосах). На этих агрегатов устанавливается сразу более двух рабочих колес. Они последовательно соединяются одно за другим. С помощью такого насоса можно обеспечить высокий напор при малом расходе жидкости. При транспортировке жидкость поступает от одной крыльчатки к другой, в результате напор на каждой ступени постепенно увеличивается. Чем больше импеллеров, тем сильнее будет давление воды на выходе. С использованием этого оборудования можно регулировать напор.

По расположению вала

• Горизонтальные – распространенный вариант для промышленности.

• Вертикальные – экономия места (используются в скважинах, циркуляционных системах).

По способу размещения

• Поверхностные — это насосные установки, которые располагаются над источником воды (на земле, в кессоне или помещении) и всасывают жидкость через заборный шланг или трубу.
• Погружные — это агрегаты, полностью или частично погружаемые в перекачиваемую среду (воду, нефть, химические растворы). 

По способу всасывания

• Нормального всасывания – требуют заливки перед пуском.

• Самовсасывающие – способны удалять воздух из системы (применяются в пожарных насосах).

По типу перекачиваемой среды

• Для воды (чистой, загрязненной).

• Для химически агрессивных жидкостей (кислот, щелочей).

• Для абразивных смесей (пульпы, шлама).

Преимущества и недостатки конструкции

Какими бывают насосные установки?

Оборудование подразделяется по особенностям конструкции, способу монтажа и целям эксплуатации.

Виды центробежных насосов в зависимости от метода размещения патрубков

• Насос ин-лайн. У таких устройств нагнетательный/всасывающий патрубки размещены на единой оси. Транспортируемая жидкость проходит напрямую сквозь корпус устройства. Обычно такое оборудование монтируется на прямых участках трубопроводных систем. Установки отличаются высокой эффективностью эксплуатации.

• Консольный агрегат. В данном случае патрубки располагаются под прямым углом друг к другу.

Разновидности насосов в зависимости от вида уплотнения на валу

Чтобы защитить конструкции от протечек, исключения проникновения веществ в окружающую природу или на механизмы агрегата, используются всевозможные типы уплотнителей. В насосах предусмотрены:

• Сальниковые уплотнители.

• В виде магнитной муфтой.

• Торцевые уплотнители.

• Герметичные уплотнители, оснащенные мокрым ротором.

• Уплотнение динаметрического типа.

Разновидности устройств в зависимости от способа подсоединения электромотора

Гидравлическая часть агрегата соединяется с электромотором по следующим принципам:

• Насосы, оснащенные соединительной муфтой. В данном случае предусмотрена упругая муфта, объединяющая вал мотора с валом крыльчатки.

• Моноблочные конструкции. Здесь рабочее колесо фиксируется прямо на валу мотора, в некоторых случаях для крепления используют муфту.

Разновидности насосов в зависимости от предназначения

Так как оборудование конструктивно различается, сфера его эксплуатации бывает разнообразной. Существуют центробежные насосы:

• Дренажный.

• Скважинный.

• Фекальный.

• Шламовый.

• Пищевой.

• Санитарный.

• Пожарный.

• Самовсасывающий.

Типы материалов, используемых при изготовлении агрегатов

Насосные устройства применяются на многих производственных предприятиях и в частных домах/коттеджах. С помощью таких агрегатов транспортируются всевозможные виды жидкостей, независимо от вязкости. Возможна транспортировка рабочей смеси с примесями. Некоторые модели оборудования способны перекачивать легковоспламеняющиеся и агрессивные вещества.

Насосы изготавливают из самых разнообразных материалов. Выбор их обычно зависит от того, какой тип рабочей среды будет по ним транспортироваться, где планируется установить агрегат.

Разновидности материалов, используемых при изготовлении оборудования:

• Чугун.

• Бронза.

• Титан.

• Нержавеющая сталь.

• Дуплекс.

• Углеродистая сталь.

• Супер-дуплекс.

Оборудование в пластиковом и футерованном исполнении

В некоторых случаях, когда необходимо перекачать химические/агрессивные вещества, нельзя использовать металл. Он может вступить в реакцию с кислотами, в результате чего образуется ржавчина. Рекомендуется использование сверхстойких сплавов, однако они дорогие. Покупать такой насос потребителю будет нецелесообразно.

Сегодня производители предлагают купить насосы, которые имеют основные элементы из самых разных типов пластика. Они контактируют с перекачивающей средой без ущерба для конструкции агрегата.

Существует два основных типа таких конструкций:

• Футерованные агрегаты. Метод нанесения полимеров на металлические детали называется футерованием. В результате все элементы, которые контактируют с перекачиваемой средой, будут покрыты слоем полимеров, поэтому они не вступят в реакцию и не покроются ржавчиной. Проточная часть в течение долгого промежутка времени не будет изнашиваться. Благодаря развитию современных технологий, удается добиться максимально эффективного результата. Полимерные вещества будут хорошо держаться на металле и не отстанут.

• Пластиковые агрегаты. В данном случае используется цельный пластик, который заранее отливается в специальной форме. По итогу транспортируемая жидкость, также как и в предыдущей ситуации, не контактирует с металлом.

Материалы, которые используются при изготовлении полимерных агрегатов:

• Полипропилен (РР).

• Поливинилденефлуорид (PVDF).

• Полиэтилен (РЕ).

• Поливинилхлорид (PVC).

• Перфторалкоксил (PFA).

• Политетрафторэтилен (PTFE).

• Этилентетрафторэтилен (ETFE).

• Фторэтиленпропилен (FEP).

Материалы, которые применяются при создании уплотнительных колец:

• Этиленпропиленовый каучук (EPDM).

• Бутадиен-нитрильный каучук (NBR).

• Фоторкаучук (FPM).

• Перфторированная резина (FFKM).

Какие преимущества и недостатки есть у насосов?

Положительные стороны:

• Установки имеют простую конструкцию. Они отличаются легкостью ремонта и тех. обслуживания.

• Для управления оборудованием не нужно профессиональных навыков, достаточно ознакомиться с инструкцией.

• Установки отличаются долгим сроком службы, благодаря присутствию минимального количества подвижных деталей.

• Агрегаты обладают высокой эффективностью.

• Оборудование отличается постоянной стабильной подачей воды, без пульсаций.

• Высокая производительность.

• Количество транспортируемой жидкости с использованием центробежного насоса можно регулировать путем настройки положения дроссельного клапана, который монтируется возле нагнетательного патрубка или через частотный преобразователь.

Отрицательные стороны:

• Оборудование не может самостоятельно всасывать жидкость.

• Есть риск возникновения кавитации.

• Производительность во многом зависит от уровня создаваемого напора.

• Оборудование не способно перекачивать воду, в которой есть воздух/газ.

• При транспортировке веществ с большим количеством абразива есть возможность быстрого износа внутренней части.

• Оборудование не может транспортировать рабочую среду с высокой вязкостью.

Применение центробежных насосов в различных отраслях промышленности

Оборудование центробежного типа используется практически повсеместно. Основные направления:

• Водоснабжение.

• Водоподготовка.

• Энергетическая сфера.

• Нефтеперерабатывающая промышленность.

• Химические предприятия.

• Пищевая промышленность.

• Горнодобывающая сфера.

• Сельское хозяйство.

• Фармацевтическая промышленность.

Центробежные насосы — универсальное оборудование, используемое для перекачивания жидкостей в самых разных сферах. Их принцип действия основан на преобразовании кинетической энергии вращения рабочего колеса в давление, что позволяет эффективно перемещать воду, химические растворы, нефтепродукты и другие среды. Рассмотрим подробнее, как они применяются в ключевых отраслях.

1. Водоснабжение и водоотведение

• Городское водоснабжение – подача питьевой воды в жилые дома, промышленные объекты, системы пожаротушения.

• Канализация и дренаж – отвод сточных вод, осушение затопленных территорий, работа КНС (канализационных насосных станций).

• Водоподготовка – перекачивание воды через фильтры, системы умягчения, обезжелезивания и обратного осмоса.

2. Энергетическая сфера

• ТЭЦ и АЭС – циркуляция теплоносителя (воды, масла), подача питательной воды в котлы, охлаждение конденсаторов.

• Гидроэлектростанции – дренажные системы, подпитка турбин, откачка воды из технических тоннелей.

• Альтернативная энергетика – работа в системах геотермальных и солнечных тепловых электростанций.

3. Нефтеперерабатывающая промышленность

• Добыча нефти – закачка воды в пласты для поддержания давления (ППД), транспортировка нефтесодержащих эмульсий.

• Переработка нефти – перекачивание сырой нефти, мазута, бензина, дизельного топлива между технологическими установками.

• Транспортировка по трубопроводам – магистральные насосы для перемещения нефтепродуктов на большие расстояния.

4. Химическая промышленность

• Перекачивание агрессивных сред – кислот, щелочей, растворителей (используются насосы с коррозионностойкими материалами: нержавеющая сталь, титан, керамика).

• Циркуляция реактивов – в технологических процессах синтеза, фильтрации, ректификации.

• Очистные сооружения – перекачка промышленных стоков, нейтрализация вредных веществ.

5. Пищевая промышленность

• Молочная продукция – транспортировка молока, сливок, сыворотки, йогуртов.

• Напитки – подача соков, пива, вина, газированных жидкостей (используются санитарные насосы с полированными поверхностями).

• Мясопереработка – перекачивание бульонов, жиров, маринадов.

6. Горнодобывающая промышленность

• Дренажные системы шахт – откачка грунтовых и технических вод.

• Обогащение руды – перекачивание пульпы (смеси воды и измельчённой породы).

• Гидротранспорт – перемещение угля, песка, полезных ископаемых в виде водных суспензий.

7. Сельское хозяйство

• Орошение и полив – подача воды на поля через системы капельного и дождевального орошения.

• Меларация – осушение заболоченных участков.

• Животноводство – водоснабжение ферм, перекачивание жидких кормов.

8. Фармацевтическая промышленность

• Производство лекарств – перекачивание стерильных растворов, суспензий, спиртовых основ.

• Очистка воды – работа в системах дистилляции и биологической очистки.

• Критические процессы – насосы с высокой точностью дозирования для лабораторий и фармацевтических линий.

Преимущества центробежных насосов

• Простота конструкции — минимум подвижных частей снижает риск поломок.

• Высокий КПД — эффективное преобразование энергии вращения в поток жидкости.

• Универсальность — возможность перекачивать разные типы жидкостей, включая загрязнённые.

• Лёгкость автоматизации — насосы легко интегрируются в системы управления.

Центробежные насосы остаются незаменимыми устройствами в современных инженерных системах. Их эффективность, надёжность и широкая сфера применения делают их ключевым элементом в водоснабжении, промышленности и других критически важных отраслях. Развитие технологий только расширяет их возможности, обеспечивая новые перспективы для использования.