Что такое центробежные насосы - принцип действия, виды и области применения

Центробежный насос – популярная модификация устройства, предназначенного для перекачивания жидкостей. Их распространенность объяснима: конструкция простая, доступная для ремонта даже в условиях интенсивной эксплуатации. Оборудование обеспечивает стабильный напор, без скачков давления, которые характерны, например, для поршневых, мембранных моделей.

Конструктивные особенности

Оборудование состоит из нескольких базовых узлов, выполняющих определенные функции. Это корпус, крыльчатка, вал, подшипник, входной и выходной патрубки.

Разберем подробнее назначение деталей:

1. Корпус или улитка выполнена из металла или ударопрочного пластика. Выполняется либо разборным (для удобства обслуживания), либо монолитным (на дешевых моделях).
2. Рабочее колесо (крыльчатка) создает центробежную силу. Исходя из модификации бывает закрытым, открытым или полуоткрытым. Изготавливается из металла, пластика.
3. Вал передает крутящий момент от привода к крыльчатке. Вибрации при эксплуатации исключаются благодаря его установке на подшипник.
4. Патрубки обеспечивают подачу жидкости внутрь механизма и ее отвода под давлением. Их делают фланцевыми, резьбовыми, в ряде случаев, привариваемыми.

Все соединения усилены уплотнительными материалами. Например, сальниками, керамическими кольцами. В дополнение возможна установка опорной рамы, защитных кожухов.

Принцип работы центробежного насоса

Основа перемещения жидкости через устройство – центробежная сила. Она возникает сразу после запуска двигателя и начала вращения рабочего колеса. Его лопатки отбрасывают, например, воду, к стенкам улитки.

В результате механическая энергия сначала преобразуется в кинетическую и уже затем в давление, создаваемое в спиральном отводе корпуса. Выброс осуществляется непрерывно вплоть до момента отключения электропитания.

Виды насосов

Производители выпускают разнообразные модификации центробежных насосов. Они обладают отчасти отличной друг от друга конструкцией, производительностью, назначением. Например, типом перекачиваемой жидкости: вода (чистая или с содержанием различных загрязнений, даже с абразивными свойствами), химически агрессивные составы, нефть и нефтепродукты.

Еще некоторые из видов классификации:

1. По количеству ступеней. В продаже можно найти одноступенчатые и многоступенчатые модификации. Первые обладают простейшей конструкцией, но и относительно небольшой производительностью. Вторые дают заметно больший напор, подходят для промышленных предприятий, иных объектов с высоким потреблением.
2. По расположению вала. Бывают модели с горизонтальным и вертикальным расположением основного элемента. Первый вариант более распространен ввиду конструктивной простоты, а второй позволяет получать компактные насосы, подходящие из-за малых размеров для скважин, различных циркуляционных систем.
3. По способу установки. Этот способ классификации взаимосвязан с назначением. Изделия могут размещаться над источником жидкости или погружаться в нее. Поверхностным для работы достаточно подвести заборный шланг/трубу, вторым необходимо хотя бы частичное погружение в перекачиваемую среду.

Отличия могут касаться и способа всасывания. Есть группа насосов, требующих заливки жидкости внутрь механизма перед первым запуском. Одновременно выпускают модели, способные «сами» удалять воздух из системы без риска перегрева конструктивных элементов. Например, пожарные насосные станции, используемые для подачи воды в экстренных ситуациях.

Плюсы и минусы центробежных насосов

Отдельно остановимся на общих преимуществах и недостатках конструкции, создающей давление за счет центробежной силы. Основные из них приведены в таблице.

Напор указывает, на какую высоту насосное оборудование сможет поднимать жидкость. Параметр критичен для скважин, колодцев, иных углубленных под поверхность грунта источников. Основной измеряемый критерий – метр водяного столба.

При расчете важно учитывать не только саму высоту подъема, а еще и гидравлическое сопротивление труб, фильтров, других элементов системы.

Еще следует уточнить:

1. Мощность или потребление привода в киловаттах.
2. Минимальную и максимальную температуру перекачиваемой среды.
3. Ограничения по давлению внутри трубопровода.
4. Возможность работы с химически агрессивными жидкостями.
5. Стойкость материалов к коррозии.

“При монтаже критичным может оказаться расположение патрубков – на единой оси или под прямым углом друг к другу. То же относится к способу подключения электродвигателя. Одни модели имеют моноблочную конструкцию, когда мотор фиксируется прямо на валу крыльчатки и интегрирован в единый корпус. Вторые предполагают соединение при помощи соединительной муфты, крепление привода на внешнем каркасе.” - комментируют инженеры по насосному оборудованию из ТеплоПрофи Рус.

Виды уплотнителей, используемых для устранения протечек, зависят от назначения устройства. В скважинных или пожарных достаточно простейших сальников, тогда как в фекальных, пищевых, шламовых, санитарных применяют особо прочные материалы, невосприимчивые к абразивности загрязнений, инертных к содержимому перекачиваемой жидкости.

Отчасти на назначение влияет материал корпуса:

1. Чугун.
2. Нержавеющая сталь.
3. Бронза.
4. Полимеры.
5. Титан.

Металлические конструкции чаще предназначены для работы с обычной или загрязненной водой. Пластиковые, титановые улитки отличаются повышенной стойкостью к агрессивной химии вроде щелочей, кислот, нефтепродуктов.

Применение

Простота конструкции, большое разнообразие функциональных дополнений избавляет насосы с центробежным принципом действия каких-либо ограничений по назначению. Их можно покупать практически для любых задач (с учетом свойств перекачиваемой среды).

1. Водоснабжение и водоотведение

Оборудование актуально для подачи питьевой воды в жилые дома, на промышленные объекты. Еще их используют в канализационных, дренажных системах, при водоподготовке, в том числе, когда на предприятии создают замкнутый контур снабжения с очисткой уже использованной воды.

2. Энергетика

Насосы востребованы для циркуляции теплоносителя, охлаждающего ключевые узлы ТЭЦ, АЭС. На гидроэлектростанциях с их помощью подпитывают турбины, откачивают воду из технических тоннелей. В альтернативной энергетике также актуальна функция обеспечения охлаждения.

3. Нефтеперерабатывающая промышленность

Центробежные насосные станции обеспечивают закачивание воды в нефтесодержащие пласты, за счет чего создают и поддерживают давление для транспортировки полезных ископаемых наружу.

Их же применяют при перекачке сырой нефти, различных нефтепродуктов: бензина, солярки или даже мазута, обладающего довольно высокой вязкостью. Расстояние транспортировки значения не имеет, т.к. выпускают достаточно мощные модификации центробежных насосов.

4. Химическая отрасль

Специальные модели устройств подходят для перекачивания агрессивных сред, кислот, щелочей, растворителей, иных составов с высокой коррозионной способностью. Насосы используют, когда необходимо обеспечить циркуляцию реактивов при синтезе, фильтрации, ректификации. На любых предприятиях химической отрасли промышленные стоки многократно очищают прокачиванием через фильтрационные системы.

5. Пищевая промышленность

Насосы актуальны для сельскохозяйственных и/или перерабатывающих предприятий, работающих, например, с молочной продукцией. Это доение, перелив молока в цистерны, его транспортировка по производственной линии вплоть до фасовки готовой продукции.

Еще насосные установки стоят в цехах, где производят соки, газированные напитки, пиво, вино и другие виды жидких продуктов, включая бульоны, растопленные жиры, маринады для мяса, рыбы. В пищевой промышленности обычно используют насосы из нержавейки.

6. Горнодобывающая отрасль

При помощи насосного оборудования откачивают грунтовые, технические воды из шахт. Они же в дальнейшем необходимы для перекачивания пульпы при обогащении руды перед транспортировкой на металлообрабатывающие заводы. Насосами перемещают уголь, песок, другие ископаемые, когда технология допускает применение «гидротранспорта».

7. Сельское хозяйство

Орошение полей через системы капельного и дождевального полива является ключевым элементом аграрных мероприятий. Сюда же относят мелиорацию (осушение заболоченных участков), дренаж различных сооружений, перекачивание жидких кормов на животноводческих фермах.

8. Фармацевтика

Насосы участвуют в производственных процессах: перекачка ингредиентов, готовых растворов или суспензий, в том числе на спиртовой основе. Специальные модификации с высокой точностью дают возможность фасовать лекарства согласно нормам.