Центробежные насосы. Устройство, принцип действия, классификация, основные параметры и область применения. Струйная теория движения жидкости в центробежном колесе. Треугольники скоростей.

ПП.33 Судовые насосы, системы и их эксплуатация Тема 2. Динамические насосы и их эксплуатация. Лекция 2. Центробежные насосы. Устройство, принцип действия, классификация, основные параметры и область применения. Струйная теория движения жидкости в центробежном колесе. Треугольники скоростей. Глава V ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ § 25. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Центробежные насосы в качестве основных узлов имеют рабочие колеса, корпуса, в которых расположены эти колеса, и устройства для' подвода и отвода жидкости. Рабочие колеса, снабженные лопастями, установлены на валах, вращаемых двигателями. Жидкость, попадая в полости между лопастями и дисками рабочего колеса, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил жидкость перемещается к внешней окружности рабочего колеса и выбрасывается за его пределы. Уход жидкости за пределы рабочего колеса освобождает пространство у его центра для притока новых объе­мов жидкости в полости рабочего колеса. Процесс этот непрерывный и равномерный. Так как в центробежных насосах в пределах рабочего колеса поток жидкости направляется лопастями, то эти насосы отно­сятся к классу лопастных насосов. Простота устройства, небольшое количество частей, высокая на­дежность, возможности получения больших производительностей и любых необходимых давлений, удачное сочетание большой частоты вращения рабочих колес насосов с быстроходными судовыми турбина­ми и электроприводами обеспечили широкое распространение центро­бежных насосов на морских судах. Достоинства центробежных насосов и возможности их самого разнообразного использования в судовых условиях привели за последние годы к вытеснению поршневых насосов, область применения которых на судах значительно сузилась. Отечественная насосостроительная промышленность выпускает любые типы лопастных насосов от больших, производительностью в десятки тысяч кубометров в час, до насосов весьма малой производи­тельности. Наша промышленность обеспечивает все потребности оте­чественного судостроения, изготовляя разные типоразмеры питатель­ных, конденсатных, циркуляционных, противопожарных, осушительных, балластных, топливных, грузовых и других Судовых насосов. На рис. 73 представлена схема одноступенчатого консольного цент­робежного насоса с односторонним подводом жидкости при всасыва­нии. Такие насосы нашли самое широкое применение в условиях, когда необходимо создание сравнительно небольших напоров и производи-тельностей. Проточная часть насоса образуется тремя основными элементами: подводом 1, рабочим колесом 2 и отводом 3. По подводу 1 жидкость поступает из всасывающего трубопровода в рабочее колесо насоса 2, в котором она заполняет пространство между лопастями b с шириной Рис. 73 Лопасти Ь, обычно отлитые заодно с задним (несущим) диском б и передним (ведомым) диском а, имеют определенные форму и кривизну, от которых существенно зависят на­пор и производительность насоса. Рабочее колесо благодаря воздей­ствию (давлению) лопастей на жидкость, вращая поток жидкости, сооб­щает ему необходимую энергию. Жидкость движется от центрального всасывающего отверстия диска а к периферии. По спиральному отво­ду 3 поток направляется к нагнетательному патрубку 4. На диски ра­бочего колеса а и б с внутренней и наружной сторон действуют силы: с внутренней на диск б действуют.вправо сила гидродинамического дав­ления от изменения направления потока и сила гидростатического давления, на диск а — сила гидростатического давления, направлен­ная влево. Снаружи на диски а и б действуют силы давления, направ­ленные соответственно вправо и влево. Сила, действующая влево, может быть весьма значительной, и для ее уменьшения в диске делают разгрузочные отверстия г. На рис. 74 изображена схема установки вертикального центро­бежного одноступенчатого судового насоса, расположенного ниже ватерлинии судна. Такая установка является обычной для большин­ства насосов, подающих забортную воду (балластных, противопожарных, циркуляционных, санитарных и др.); она обеспечивает надежное заполнение водой всасывающего трубопровода 8 с запорным клин-кетом или клапаном 9, всасывающего патрубка 7, межлопастного про­странства рабочего колеса 13, спирального корпуса (улитки) 5. Рис. 74 Рис. 75 Рабочее колесо с задним диском 4, передним диском 6, ступицей 3 сидит на валу 1 насоса. Сальник 2 устраняет протечки жидкости наружу. В некоторых конструкциях, при расположении сальника со стороны всасывания, его назначение — устранять подсос воздуха. При вращении колеса 13 жидкость под действием центробежных сил, дви­гаясь вдоль лопастей 12 от центра к внешней окружности колеса, выбрасы­вается в спиральный корпус 5 и через конический патрубок 10 поступает в нагнетательный трубопровод 11. Непре­рывный выход жидкости за пределы ра­бочего колеса и наличие подпора обес­печивают устойчивый, безотрывный про­цесс всасывания, если в разреженном пространстве перед входом жидкости на рабочее колесо давление несколько выше давления паров при темпе­ратуре жидкости во всасывающей трубе. В противном случае будет вскипание жидкости, образование паров и срывы в работе насоса. С ростом напора,' развиваемого рабочим колесом насоса, растут и скорости жидкости на выходе за пределы рабочего колеса. .В связи с этим гидродинамические потери в спиральном отводе 3 (см. рис. 73) могут значительно возрасти. Для их снижения применяют специаль­ные направляющие аппараты. На рис. 75 изображен центробежный одноступенчатый насос с двусторонним подводом жидкости при вса­сывании, с лопастным направляющим аппаратом на выходе жидкости за пределы рабочего колеса. Жидкость из камеры подвода 1 поступает на рабочее колесо 2 с двух сторон. Симметричный подвод жидкости практически устраняет усилия вдоль оси вала рабочего колеса. Жид­кость, покидая рабочее колесо, со скоростями са по касательным посту­пает на лопасти.леподвижного направляющего аппарата 3. Последний обеспечивает частичное преобразование кинетической энергии потока в давление в пределах направляющего аппарата и лучшее направление потока в спиральный отвод 4. Количество неподвижных лопастей тако­го направляющего аппарата обычно делается на единицу больше или меньше числа лопастей рабочего колеса во избежание их одновремен­ного совпадения. Одновременное совпадение подвижных и неподвиж­ных лопастей, а затем несовпадение их изменяют сечение, приводят к пульсации потока и снижению к. п. д. насоса. В одноступенчатых насосах при больших напорах скорости потока, уходящего за пределы рабочего колеса, значительно возрастают, и пре­образование кинетической энергии потока в потенциальную в направ- Рис. 76 ляющем аппарате и спиральном корпусе может быть связано со зна­чительными потерями. Поэтому для создания больших напоров при­меняются многоступенчатые насосы, у которых на одном валу устанав­ливаются последовательно несколько обычно одинаковых рабочих ко­лес. Жидкость из первого поступает на всасывание во второе рабочее колесо и т. д. В каждом колесе (в каждой ступени) напор повышается на определенную величину и общий напор насоса пропорционален чис­лу последовательно подключенных рабочих колес. В некоторых кон­струкциях рабочее колесо первой ступени выполняется отличным от колес последующих ступеней. На рис. 76 изображена схема проточной части четырехступенча­того насоса. Из подвода 1 жидкость поступает в рабочее колесо 2 первой ступени, затем в направляющий аппарат 3 и переводной ка­нал 4. У многоступенчатых насосов направляющий аппарат должен обеспечить безударный прием жидкости на выходе из рабочего колеса, затем плавно изменить направление потока на осевое для обеспечения подвода к следующей ступени. Из канала 4 поток поступает в рабо­чее колесо второй ступени и т. д. Патрубок 5 подключен к нагнета­тельному трубопроводу. Для уравновешивания осевых сил в насо­сах с односторонним подводом жидкости при всасывании и многосту­пенчатых, выполненных в соответствии с рис. 76, применяются спе­циальные разгрузочные устройства — гидравлическая цята 6. В пространство а жидкость поступает из нагнетательной полости насоса. Сила давления жидкости, действующая на пяту, направленная впра­во, уравновешивает силу, вызванную неуравновешенностью рабочих колес, действующую влево. Для устранения осевых сил в многоступенчатых (многоколесных) насосах нередко применяется взаимно противоположная установка рабочих колес, из которых одна половина имеет подвод жидкости для всасывания слева, а вторая половина — справа. Следует обратить внимание на то, что все центробежные насосы (не имеющие специальных приспособлений) не могут создать разре­жения, если проточная часть и приемный (всасывающий) трубопро­вод заполнены воздухом (насосы не обладают сухим всасыванием). Плотность воздуха при атмосферном давлении примерно в 800 раз менее плотности воды, и при той же частоте вращения рабочего коле­са центробежные силы воздуха будут крайне малы, вследствие чего не будет и всасывания из приемного трубопровода. Поэтому в судо­вых условиях насосы устанавливаются по возможности ниже уровня жидкости (см. рис. 74) или снабжаются специальными приспособле­ниями (насосами), отсасывающими воздух из проточной части и вса­сывающего трубопровода. Классификация центробежных насосов может быть выполнена по следующим внешним признакам применительно к параметрам и конст­рукции насосов морских транспортных судов. По величине производительности м3/ч: . Малой проп.чнодптелыюстп .... до 20 Средней от 20 до 100 Большой свыше 100 По развиваемому давлению (м вод. ст.): Низкого давления . до 50 Среднего от 50 до 300 Высокого давления , свыше 300 По типу рабочего колеса: С нормальными рабочими колесами, с диагональными По количеству колес и ступеней: Одноколесные и одноступенчатые Одноступенчатые с параллельным подключением колес Многоступенчатые, многоколесные с последовательным подключением колес По наличию направляющих аппаратов с неподвижными лопа­стями: Без направляющих аппаратов С направляющими аппаратами на выходе жидкости из рабочего колеса То же, на входе жидкости в рабочее колесо То же, на входе жидкости в рабочее колесо и выходе ее из рабоче­го колеса По способам подвода жидкости к рабочему колесу: С односторонним всасыванием. с двусторонним всасыванием По расположению оси вала насоса: Горизонтальные, Вертикальные По виду подаваемой жидкости: Для подачи воды . Для подачи нефтепродуктов и вязких жидкостей По способности всасывать: Насосы, не имеющие приспособлений для сухого всасывания Насосы, имеющие приспособления для самовсасывания — отсоса воздуха из проточной части насоса и всасывающего трубопровода Данная классификация отражает параметры и особенности устрой­ства гидравлической части насосов. Кроме отмеченных различий и особенностей, насосы могут отли­чаться конструктивным оформлением: конструкцией корпуса, нали­чием или отсутствием редуктора между валом двигателя и валом насоса и т. д.