Многоступенчатый центробежный насос: принцип работы и классификация

Во многих отраслях промышленности, а также в сельском, коммунальном и частном хозяйстве для перекачивания жидкостей используют насосное оборудование, принцип работы которого основан на действии центробежной силы. Рабочие характеристики лучше у многоступенчатого насоса. Как их классифицируют, и за счёт каких преимуществ они пользуется повышенным пользовательским спросом?

Центробежные насосы относятся к динамическому гидравлическому оборудованию, которое перемещает жидкость непрерывным потоком. В зависимости от конструкции выделяют одноступенчатые и многоступенчатые насосы. Многоступенчатый центробежный насос — это более усовершенствованные гидравлические машины такого принципа действия. Он состоит из следующих основных узлов:

• электродвигатель;
• корпус;
• улиткообразная рабочая камера;
• патрубки с фланцами для входного и выходного потока рабочей жидкости;
• ротор с валом;
• крыльчатка;
• подшипниковый узел;
• дефлекторы;
• уплотнительные кольца (сальники);
• балансировочный диск;
• импеллеры;
• направляющий аппарат.

В отличие от одноступенчатого насоса с одним рабочим колесом, в этом оборудовании движение перекачиваемой жидкости обеспечивает несколько колёс с лопастями, расположенных на валу ротора. Их количество зависит от модели многоступенчатого насоса.

Ротор в движение приводит электродвигатель. На валу закреплены рабочие колёса с крыльчаткой. Для снижения общей нагрузки, балансировки движения вала и, как следствие, увеличения срока службы предусмотрен балансировочный диск. Дефлекторы поддерживают необходимый уровень масла в подшипниковом узле, а сальники предохраняют от протечек среды в электрическую часть и попадания посторонних твёрдых частиц. Импеллеры служат для снижения вибрационных воздействий.

Все узлы ЦН находятся в стальном или чугунном корпусе, на котором расположены патрубки с фланцами для удобного крепления к всасывающему и напорному трубопроводу. Корпус также может быть изготовлен из сплавов цветных металлов, например, бронзы или латуни.

Купить насос и необходимые для него принадлежности можно в нашем интернет-магазине.

Согласно классической механике, которая основана на законах Ньютона и преобразованиях Галилея при взаимодействии рабочей среды с подвижными частями ЦН возникает центробежная сила.

Многоступенчатый центробежный насос принцип работы: лопасти крыльчаток направлены в сторону, противоположную движению перекачиваемой жидкости. При вращении ротор лопастями отбрасывают жидкость, от своего центра к стенкам улиткообразной камеры. В результате этого в центре создаётся разрежение, которое помогает рабочей среде поступать из всасывающего трубопровода, на периферии повышается давление, направляющее жидкость в сторону напорного патрубка. Поэтому надо, чтобы в момент запуска в камере ЦН находилась жидкость, а в системе не было воздуха, чтобы избежать кавитации, из-за которой насосное оборудование может сломаться.

Трехступенчатый насос, как и все центробежные насосы, имеет следующие характеристики, определяющие его работоспособность:

• мощность электродвигателя;
• размер рабочего колеса;
• номинальный диаметр входного и выходного отверстия;
• создаваемый напор;
• высота всасывания;
• объём подачи (производительность);
• коэффициент полезного действия (КПД);
• номинальное давление рабочей среды;
• кавитационный запас;
• вязкость и плотность рабочей среды на входе.

Заказать монтаж системы водоснабжения вы можете в нашей компании. Чтобы узнать стоимость работ и получить консультацию специалиста, перейдите в раздел «услуги».

Мощность электродвигателя — это одна из важнейших технических характеристик, влияющая на стабильную работу оборудования с двумя и более ступенями. Чем мощнее двигатель, тем быстрее он вращает колёса. От их размера и скорости вращения зависит объём подачи воды, а также дальность расстояния, на которую насос способен подавать воду.

При изменении размера колес, а также диаметра входных и выходных патрубков меняется касательная скорость жидкости, высота и объём её подачи. Производительность этого оборудования пропорциональна скорости вращения крыльчатки. При увеличении скорости в два раза удваивается и подача воды. Общий объём подачи ЦН с несколькими ступенями складывается из суммы объёмов потока жидкости в каждой из его ступеней.

Напор, характеризующий разницу давлений на входе и выходе, складывается из расстояний, которые надо преодолеть воде от точки всасывания до точки потребления. Чтобы в четыре раза увеличить эту характеристику, нужно удвоить скорость вращения крыльчатки. Их напор рассчитывается по формуле U × C, где U — скорость движения среды в роторе, а C — это скорость её движения относительно корпуса.

Подробнее о конструкции многоступенчатого насоса можно узнать при просмотре ролика

Зависимость напора от производительности называется напорной характеристикой. Она зависит от вязкости перекачиваемой жидкости. Чем больше вязкость среды, тем ниже напорная характеристика. Для каждого вида перекачиваемой жидкости этот параметр определяется отдельно и рассчитывается по справочникам. При этом вязкость больше влияет на работу насосного оборудования, чем плотность.

При изменении плотности рабочей среды меняется полезная мощность центробежного насоса. При её уменьшении она снижается, а при увеличении соответственно увеличивается КПД и мощность электроприбора. Коэффициент полезного действия отображает, сколько потребляемой электроэнергии преобразовалось в полезную энергию. Кавитационный запас показывает минимальное давление в точке всасывания, которое обеспечивает безкавитационную работу такого аппарата с одной или несколькими ступенями.

Производители выпускают такие многоступенчатые ЦН, которые классифицируют по уровню давления, назначению и числу рабочих колёс (ступеней), а также размещению вала ротора и разъёмов корпуса. Выделяют насос центробежный многоступенчатый секционный и спиральный.

Агрегаты первого типа перекачивают жидкость последовательно, из одной ступени в другую.  При этом в каждой из них происходит прирост энергии потока жидкости и увеличивается напорное давление.

На корпусе секционных гидравлических машин расположены направляющие аппараты, а также крышки всасывания и нагнетания. После прохода жидкости последней ступени, она поступает в крышку нагнетания, а оттуда через напорный патрубок в трубопровод. Благодаря такому конструктивному исполнению производительность многих современных моделей многоступенчатых насосов достигает 900 кубометров рабочей жидкости в час, а напор 2000 метров.

По типу размещения бывает вертикальный многоступенчатый центробежный насос и горизонтальный. Сборная осевая конструкция ЦН первого типа обеспечивает лёгкий доступ к подшипниковому узлу, уплотнительным сальникам и другим его узлам, что облегчает обслуживание этого оборудования и уменьшает радиальную нагрузку на вал ротора, снижая уровень вибрации. За счёт особенностей строения горизонтальный многоступенчатый центробежный насос используют коммунальные службы в насосных станциях для централизованного тепло- и водоснабжения, а также в системах кондиционирования.

Вертикальные насосы способны работать во многих отраслях промышленности для перекачивания жидкости разного типа. Действующие узлы в них расположены вертикально, что обеспечивает высокое давление при умеренной подаче воды и большую скорость её передвижения по трубопроводу. Как правило, такие многоступенчатые центробежные насосы полностью погружаются в воду.

Это гидравлическое оборудование широко используется во многих отраслях хозяйственной деятельности. Такой повышенный спрос объясняется следующими достоинствами ЦН:

1. Компактностью, лёгким весом и малой металлоёмкостью.
2. Непрерывной и плавной подачей воды или другой жидкости.
3. Надёжностью.
4. Возможностью работы с загрязнёнными жидкостями.
5. Устойчивостью к гидравлическим ударам.
6. Простотой работы и обслуживания.
7. Небольшим уровнем шума.
8. Долгим сроком службы.

Соединение движущихся частей ЦН непосредственно с электродвигателем позволяет им работать без передаточных механизмов, что сокращает динамические потери. Их основными недостатками считаются небольшой КПД во время работы в режиме малой производительности в результате сужения проходных каналов, а также невозможность быстрого запуска.

Многоступенчатый центробежный насос — это универсальная гидравлическая машина для перекачивания жидкостей разного типа, принцип работы которого основан на действии центробежной силы. За счёт модульной конструкции у них повышается общая производительность и напор водяного столба, так как эти величины складываются из показателей напора и объёма подачи воды каждого блока. Следовательно, чем больше ступеней, тем они выше.

Такие ЦН компактные, долговечные и простые в эксплуатации, поэтому используются во многих отраслях промышленности. Однако перед их включением требуется провести подготовительные работы, что делает невозможным быстрый запуск.