Расчеты центробежных насосов

Центробежные насосы разработаны с целью преобразования механической энергии в энергию. Таким образом жидкости перемещаются под определенным напором. История появления насосов связана с изобретением поршневой модели, предназначенной для тушения пожаров. После разработки насосов связывают с эпохой Средневековья. Первые отечественные насосы центробежного типа выпустили в сфере судостроения. 

Принцип действия

В центробежных насосах есть базовое рабочее колесо с вращающимися лопастями, которые расположены в специальном защитном корпусе. Поступление жидкости к рабочему колесу производится путем заполнения по оси. Центробежные насосы называются так из-за создавшейся силы, способствующей перемещение жидкости. Центробежные насосы достаточно популярны и более востребованы на рынке в сравнении с аналогами. 

Ключевыми преимуществами оборудования считают его бесперебойную работу. Конструкция центробежного насоса достаточно простая и устойчивая. Это способствует их простой эксплуатации и обслуживанию. Центробежные насосы работают с достаточно высокими показателями КПД, достигающими 80%. Также для такого оборудования присуща большая высота всасывания жидкости. Входной патрубок перед запуском центробежного насоса должен быть заполнен водой. Этот момент относят к недостаткам агрегата, поскольку может потребоваться заливка система. 

Центробежные насосы отличаются по ряду характеристик, которые определяют их технические возможности. Также центробежные модели классифицируют по условиям эксплуатации и конструктивным особенностям. 

Центробежный насос работает за счет того, что насос направляет жидкость в системе во всасывающий патрубок насоса, а оттуда во вход рабочего колеса. Затем вращающееся рабочее колесо перемещает жидкость вдоль вращающихся лопастей, одновременно увеличивая энергию скорости жидкости. Затем жидкость выходит из лопастей рабочего колеса и поступает на корпус диффузора. На этом этапе скорость преобразуется в давление путем диффузии. Затем жидкость направляется в выпускной патрубок насоса и поступает в систему. Если речь идет о многоступенчатых моделях, жидкость оказывается на новой ступени.

Виды центробежных насосов

Всего выделяют 4 типа, однако их ключевое отличие заключается в работе механизма, отвечающего за движение возвратно-поступательной диафрагмы. Различают следующие виды центробежных насосов:

• с механическим приводом. Этот тип насоса имеет возвратно-поступательное механическое соединение, которое крепится на диафрагме. В таких насосах допустимо изменение расхода. Это происходит благодаря изменению длины хода или скорости насоса;
• с гидравлическим приводом. В такой конструкции присутствует промежуточная гидравлическая жидкость, расположенная на диафрагме. В этих насосах плунжер не прикреплен к диафрагме, но обеспечивает сжатие промежуточной гидравлической жидкости. Регулирование расхода допустимо через изменение скорости или количества гидравлической жидкости;
• с электродвигателем. Он отвечает за включение и выключение насоса, создавая электромагнитную силу, которая взаимодействует с металлической частью диафрагмы;
• с двойной мембраной. Имеют две диафрагмы и два набора обратных клапанов. Насос приводится в действие сжатым воздухом, работающим попеременно на обеих сторонах диафрагмы. Поток регулируется изменением давления воздуха, подаваемого на насос.

Применение центробежных насосов

Центробежные насосы востребованы на рынке. Их применяют в коммерческих и промышленных целях. Преимущественно такое насосное оборудование используют для перекачивания чистой воды. Центробежные насосы отлично справляются с транспортировкой стоковых вод, питьевой воды, бассейнов и других. Моделям центробежных насосов присущи высокие показатели рабочего давления, поэтому зона их применения напрямую связана с этим фактором. Оборудование подходит для перемещения жидкостей с твердыми частицами.

Мембранные насосы обычно используются в следующих диапазонах:

• скорость потока колеблется от минимальных 20 литров до 750 тысяч литров в минуту;
• показатели давления могут достигать 215 бар;
• максимальная мощность достигает 4500 литров в секунду.

Центробежные насосы изготавливают из ряда материалов. Преимущественно для этого используют прочный пластик, чугун, нержавеющую сталь, бронзу, специальные материалы для работы в агрессивной среде. 

Основные плюсы центробежных насосов

Центробежные насосы герметичны и из-за отсутствия приводных уплотнений нет рисков утечек внутри системы. При соблюдении правил эксплуатации жидкости можно перемещать не только без утечек, но и без сопутствующего трения, шумов. Двигатель не передает тепло, поэтому создается определенный барьер. 

Центробежный насос работает с уменьшенным трением. Важно соблюдать параметры допустимых нагрузок, если вы хотите избежать выхода из строя муфты. Если же вы будете соблюдать условия применения насосов, вы сможете обеспечить их бесперебойную работу без сопутствующих поломок.

Какие недостатки присущи центробежным насосам?

Такое насосное оборудование лучше не применять для перекачивания жидкостей с примесями железа. Из-за образовавшегося магнитного поля могут возникнуть трудности. В этом случае частицы собираются на магните крыльчатки и со временем приводят к остановке работы насоса.

Магнитное сопротивление предусматривает определенные потери энергии, что важно учитывать при использовании центробежного насоса. Важно контролировать уровень нагрузки на оборудование. В противном случае есть риски проскальзывания муфты. 

Кавитация считается еще одним недостатком. Не исключена и коррозия, которая вызвана воздействием жидкости на комплектующие насоса. Поскольку большинство моделей не относятся к категории самовсасывающих, для их запуска потребуется заполнение системы жидкостью. В противном случае существуют риски поломок агрегата. 

Расчеты центробежных насосов: важные параметры

КПД насоса изменяется в зависимости от расхода и давления и является самым высоким при одном конкретном расходе. При составлении графика и обозначении кривой можно определить точку наибольшей эффективности в зависимости от сопутствующих параметров. Если ориентироваться на лучший показатель КПД, есть шанс обеспечить минимальное потребление энергии, плавную работу с минимальным уровнем шума и вибрации, снизить риски кавитации.

Получение идеального соответствия между кривой системы и максимальной эффективностью точка на кривой производительности насоса часто нецелесообразно. Если вы хотите улучшить рабочие показатели оборудования, воспользуйтесь простыми способами:

• настройте скорость работы насоса. Распространенным методом изменения скорости насоса является использование двигателя с регулируемой скоростью. Двигатели с частотным регулированием обеспечивают эффективный и недорогой метод мгновенного изменения скорости вращения рабочего колеса насоса и насоса;
• отрегулируйте размер крыльчатки насоса и ее конструкцию. Уменьшенный диаметр рабочего колеса способствует уменьшению энергии жидкости, что приведет к уменьшению расхода, снижению давления или изменению других технических показателей. Различные крыльчатки, корпуса и диффузоры будут производить разные рабочие характеристики, которыми можно управлять для достижения поставленных целей;
• изменение напора. Наиболее эффективный вариант.

Когда насос работает с пониженным расходом, его производительность может ухудшиться из-за неустойчивости потока жидкости. На показатели расхода и насоса могут отрицательно влиять крыльчатка, диффузор. Они способны вызвать значительную скорость и давление колебания.

Шумы и вибрация центробежных насосов

При выборе насосного оборудования важно оценить площадь шума насоса. В насосных системах есть два основных источника шума:

• связанный с протеканием воды в трубопроводах;
• связанный с работой двигателя и привода.

Шума пропорциональный турбулентности потока. Чем больше турбулентность, тем больше шум издается при работе насоса. Выбор наиболее эффективного насоса для конкретного применения — самое правильное решение, которое позволит свести к минимуму риски шума. 

Шум двигателя насоса - это основной источник общего шума системы. Современные производители выпускают усовершенствованные модели с двигателями более высокого КПД. Также модификации имеют улучшенные конструкции, снижающие общий шум, издаваемый двигателями.

Также работа центробежных насосов сопровождается вибрацией. Это механические колебания или повторяющиеся движения объекта относительно одной точки. Все центробежные насосы вибрируют на определенном уровне. Незначительные вибрации допустимы, однако превышение ее показатель может сократить срок службы насоса. 

Пренебрежение важными правилами при установке насоса может привести к проблемам с вибрацией, решение которых требует больших затрат и времени. Все насосные установки должны соответствовать рекомендациям производителей, чтобы избежать проблем с системной вибрацией.

Ключевые параметры насоса

К основным техническим параметрам насоса относятся:

1. Производительность - это объем жидкости, передаваемый за единицу времени. 
2. Напор. Это механическая работа агрегата, измеряемая в метрах. Важно, что центробежные насосы способны перекачивать любые типы жидкостей, независимо от их плотности, с одинаковым напором. Плотность влияет только на показатели давления и мощность оборудования. 
3. Частота вращений. 

При выборе типоразмера насосного оборудования ориентируются на значения производительности и напора. Когда вы определите типоразмер насоса и необходимую частоту вращений, можно переходить к подсчетам КПД и мощности. Рабочую точку можно определить на кривой графика и с ориентировкой к точке с лучшими показателями КПД.

Центробежный насос отличается от объемных моделей оборудования и функционирует по следующей схеме: при уменьшении напора увеличивается расход. Это приводит к тому, что центробежные насосы способны на саморегулирование. 

Современные насосы активно используются для организации системы водоснабжения, отопительной, регулирования давления, канализационного оборудования и других целей. При выборе центробежного насоса важно правильно подобрать агрегат по техническим параметрам. Помимо этого учитываются и изменения в системе. Также выдвигают требования к соблюдению правил монтажа, эксплуатации. Основы гидравлики являются ключевыми при технических расчетах. Если самостоятельно определить подходящее оборудование сложно, лучше обратиться к специалисту.