Центробежные насосы: область применения, принцип действия, устройство, недостатки, типы и характеристики

Центробежный насос относится к группе лопастного оборудования, поскольку жидкость перекачивается под воздействием центробежных сил. Они создаются за счет вращения лопастей насоса. Чаще всего устройства изготавливают из чугуна, однако встречаются модели и из алюминия или других материалов. Производители ориентируются на материалы, которые способны противостоять химическим веществам.

Материалы, из которого изготовлен насос, определяют не только долговечность устройства, но и эффективность его работы. Поскольку центробежные насосы стремительно набираются популярность, расширили диапазон материалов, используемых для их изготовления. В приоритете для производителей остаются прочные металлы с высоким уровнем коррозионной стойкости. Однако в конструкции центробежных насосов могут встречаться детали по типу термопласты для уплотнений.

Конструкция центробежного насоса

Конструкция центробежного насоса

Несмотря на большое количество типов центробежных насосов, их конструкция достаточно простая. Базовая конструкция включает три основных элемента - крыльчатка, корпус и насосный агрегат или механический узел.

Рабочее колесо – это самая важная часть центробежного насоса. Он отвечает за производство энергии и скорости вращения. Центр рабочего колеса представляет собой ушко или ступицу. Вокруг рабочего колеса вращаются лопасти, за счет которых обеспечивается движение. Рабочие колеса могут сильно различаться по диаметру, за счет чего удается обеспечить разную скорость вращения.

Схема работы центробежного насоса

Насосный агрегат – это еще один важный элемент, который в конструкции насоса позволяет вращать рабочее колесо. Рабочее колесо соединяется с вращающимся валом привода для поворота. Чаще всего встречаются электродвигатели, но встречаются и другие варианты.

В насосном агрегате также встречаются подшипники для поддержки вала привода, уплотнительные механизмы для предотвращения утечки жидкости. Учитываются и конструктивные элементы, которые помогают центробежному насосу выдерживать различные нагрузки.

Все описанные выше элементы находятся в кожухе. У него две основные функции. Первая связана с защитой элементов от пагубного действия внешних факторов, вторая – преобразованием вращательной энергии, производимой крыльчаткой, в определенный поток жидкости.

Принцип действия центробежного насоса

Работает центробежный насос по достаточно простой схеме. Суть заключается в том, что при вращении вала центробежного насоса двигается и рабочее колесо. В это время насос внутри агрегата направляет жидкость в центр крыльчатки.

Движение насоса связано с кинетической энергией жидкости, которая поступает из насоса. За счет этого взаимодействия жидкость проходит через кончики лопаток рабочего колеса. Следующим этапом будет выход жидкости из рабочего колеса с достаточно высокой скоростью. Сопротивление происходит в момент прикасания с корпусом насоса. После этого скорость немного снижается, но увеличивается давление. После этого жидкость выходит через выпускные отверстия.

Выброс жидкости контролируется конструкцией крыльчатки внутри корпуса. Рабочее колесо по конструкции центробежного насоса размещено таким образом, чтобы самый длинный диаметр располагался за выпускным отверстием в канале корпуса. Эта часть центробежного насоса называется водоразделом. В районе водораздела расстояние между рабочим колесом и стенкой корпуса увеличивается до точки слива. За счет такой геометрии расположения деталей удается обеспечить максимально высокое давление внутри жидкости, выходящей из рабочего колеса. Это способствует быстрому движению жидкости при стремлении к точке нагнетания.

Плюсы и минусы центробежных насосов

Есть ряд преимуществ, которые делают центробежные насосы популярными:

• высокая мощность агрегата. Если рассматривать модели промышленных насосов, они демонстрируют отличные показатели скорости потока и напора;
• равномерность потока при высокой эффективности агрегата. Минимальный КПД центробежных насосов превышает 50%. Также в продаже можно найти современные усовершенствованные модели с КПД свыше 93%;
• универсальный агрегат, который подходит для твердых и жидких составов. Инновационные производители существенно снизили риски засорения. Даже при работе с густыми жидкостями с примесями в виде частиц агрегат будет работать.

Среди недостатков центробежных насосов выделяют то, что они при высоких давлениях не всегда корректно работают. В таких случаях возможно проникновение воздуха в систему, что приведет к выходу из строя центробежного насоса.

Типы насосов по принципу действия и применению

На рынке существует большое количество центробежных насосов, которые отличаются по типу работу и конструктивными элементами. Центробежные насосы могут использоваться для разных типов жидкостей. Например, его устанавливают для перекачки жидкостей, газов, масел, химикатов, кислот и других химических веществ. Центробежные насосы чаще всего идентифицируются по применению или особенностям одной из их основных частей.

Типы центробежных насосов в зависимости от применения:

1. Водяной центробежный насос используется для перекачки воды. Это универсальные модели, компактные и достаточно легкие, поэтому они могут работать даже при высоком давлении. Чаще всего в этой категории насосов используют агрегат для выкачки воды с низинных жилых помещений. Например, при скоплении или затоплении подвалов. Если в модели предусмотрено наличие напорного бака, вода сможет распределяться вдали от источника жидкости.
2. Центробежные насосы для выкачки загрязненной воды. Такие агрегаты используются для перекачивания жидкостей из загрязненных источников, например, сточные воды. В таких центробежных насосах крыльчатка насоса имеет глубокие жилы и больший напор для создания кинетической энергии. За счет нее смогут перемещаться даже вязкие жидкости.
3. Струйный центробежный насос. В таких центробежных насосах есть форсунки, которые обеспечивает высокую мощность всасывания. За счет инноваций производителям удается создавать более мощные модели для поднятия тяжелых нагрузок. Такие центробежные насосы применяются в отраслях промышленности, в местах с постоянным присутствием воды. В таких насосах не удаляют воздух для непрерывной работы агрегата. Поскольку это тип погружного центробежного насоса, они достаточно компактные. В моделях вблизи расположены двигатель и насос. Такие центробежные насосы можно опускать в скважины. Важно обеспечить источник электроэнергии.
4. Самовсасывающие насосы. Удается сократить время запуска центробежного насоса.

Конструктивные особенности центробежных насосов

Не только по принципу действия, но и по конструктивным особенностям отличаются центробежные насосы. Выделяют следующие виды:

• моноблочный насос с односторонним всасыванием. Достаточно популярный тип агрегата, который отличается наличием кожуха на торце двигателя. В таких центробежных насосах  аналогично и с другими насосами крыльчатка крепится к концу вала двигателя;
• особенные конструкции под определенные условия применения насосов. Например, насосы с осевым потоком имеют вертикальный вал. К таким центробежным насосам перпендикулярно крепят рабочее колесо. Модели насосов способны подталкивать жидкости вверх.

Важные условия использования центробежных насосов

Центробежный насос эффективен и максимально полезен при выполнении некоторых правил и соблюдении ряда факторов. При организации работы центробежного насоса важно учитывать следующие важные моменты:

• кинетическая энергия зависит от  скорости вращения рабочего колеса. Кинетическая энергия будет больше, если увеличить диаметр и скорость вращающегося элемента. Если есть необходимость в изменении производительности насоса, можно изменить диаметр рабочего колеса или же скорость. Наиболее простым способом считается изменение диаметра рабочего колеса. Также нередко используют два этих способа для достижения поставленных целей;
• количество энергии, которую используют для транспортировки жидкости, зависит от нескольких факторов. Учитывается не только вязкость, но и количество перемещаемой жидкости. Важным критерием в работе центробежного насоса считается напор, который является теоретической вертикальной высотой. На эту высоту центробежный насос может подниматься жидкость из нагнетательного патрубка насоса. При выборе центробежных насосов важно оценивать производительность агрегатов с точки зрения измерения напора. Также необходимо подкорректировать работу насоса для уменьшения трения;
• условия всасывания центробежного насоса. Это оптимальные условия для всасывания насоса. По факту это условия для создания частичного вакуума, который позволит протолкнуть жидкость вверх по всасывающей трубе. Если работа центробежного насоса организована на высоте, важно оценивать условия всасывания.

При выборе и установке центробежного насоса в обязательном порядке учитываются все факторы перекачивания жидкостей. Производитель должен четко прописывать особенности использования агрегата. Выбирая конкретный центробежный насос, обязательно оценивается его рентабельность, мощность, производительность, условия эксплуатации. Только в таком случае можно выбрать максимально эффективный агрегат, который справится с поставленными задачами.

Вывод: использование центробежного насоса

Несмотря на простую конструкцию центробежного насоса, принцип действия и производительность агрегата достаточно высокая. Они демонстрируют отличные эксплуатационные свойства. Такие насосы способны перекачивать не только чистую воду, но и загрязненные жидкости. В этом заключается их основная ценность.

Наиболее эффективны центробежные насосы при постоянной работе агрегата и перекачиванию больших объемов. Одноступенчатые центробежные насосы имеют невысокий напор, а многоступенчатые способствуют его увеличению, но с уменьшением КПД.