Что такое центробежные насосы?

Что такое центробежные насосы?

Центробежные насосы — это распространенный тип насосов, использующий передачу вращательной энергии от рабочего колеса для увеличения давления и расхода жидкости. Эти насосы используются в широком спектре приложений, включая водоснабжение, химическую обработку и промышленные рынки. Ключевым компонентом центробежного насоса является рабочее колесо, представляющее собой вращающийся диск с изогнутыми лопастями, которые создают зону низкого давления на входе насоса и зону высокого давления на выходе.

Центробежные насосы известны своей простой конструкцией, которая состоит из спирального корпуса, в котором размещено рабочее колесо, направляющее поток жидкости от всасывающего отверстия к выпускному отверстию. Рабочее колесо установлено на валу, который приводится в движение электродвигателем или другим источником энергии. При вращении рабочего колеса оно передает кинетическую энергию жидкости, которая затем преобразуется в энергию давления, когда жидкость протекает через спиральный корпус и выходит из выпускного отверстия.

Как работают центробежные насосы

Центробежные насосы работают, преобразуя механическую энергию вращающегося рабочего колеса в кинетическую энергию, которая затем используется для перекачивания жидкостей. Рабочее колесо, ключевой компонент насоса, состоит из изогнутых лопастей, которые быстро вращаются внутри корпуса насоса. Когда рабочее колесо вращается, оно создает зону низкого давления в центре, втягивая жидкость в насос через всасывающее отверстие.

Жидкость попадает в глаз рабочего колеса и захватывается вращающимися лопастями. По мере того, как жидкость движется наружу вдоль лопастей, она набирает скорость и давление. Центробежная сила, создаваемая вращающимся рабочим колесом, проталкивает жидкость через корпус насоса в выпускное отверстие, где она выходит из насоса под более высоким давлением, чем при входе.

Конструкция центробежных насосов

Конструкция центробежных насосов различается в зависимости от конкретного применения и типа перекачиваемой жидкости. Однако большинство центробежных насосов состоят из двух основных компонентов:

Улитка

Улитка представляет собой спиральный кожух, который окружает рабочее колесо. Его основная функция — собирать жидкость, выбрасываемую рабочим колесом, и направлять ее к выпускному отверстию. Улитка спроектирована так, чтобы постепенно увеличивать площадь поперечного сечения, что помогает преобразовывать скорость жидкости в давление.

Диффузор

В некоторых конструкциях центробежных насосов вместо улитки используется диффузор. Диффузор представляет собой набор неподвижных лопаток, которые окружают рабочее колесо. Когда жидкость движется через диффузор, лопатки направляют поток и помогают преобразовывать скорость жидкости в давление. Диффузоры обычно используются в многоступенчатых центробежных насосах.

Детали центробежных насосов

Центробежные насосы состоят из нескольких ключевых компонентов, которые работают вместе, обеспечивая эффективную и надежную работу:

Рабочее колесо

Рабочее колесо — это вращающийся компонент насоса, который создает центробежную силу, необходимую для перемещения жидкости. Оно состоит из набора изогнутых лопастей, которые предназначены для всасывания жидкости и ее ускорения наружу. Рабочие колеса могут быть изготовлены из различных материалов, таких как чугун, нержавеющая сталь или композитные материалы, в зависимости от области применения и типа перекачиваемой жидкости.

Корпус диффузора или улитки

Корпус диффузора или спиральной камеры — это неподвижный компонент, который окружает рабочее колесо. Его основная функция — собирать жидкость, выбрасываемую рабочим колесом, и направлять ее к выпускному отверстию. Корпус также помогает преобразовывать скорость жидкости в давление.

Вал и втулки вала

Вал — это вращающийся компонент, который соединяет рабочее колесо с двигателем. Он поддерживается подшипниками и герметизирован для предотвращения утечки. Втулки вала часто используются для защиты вала от износа и коррозии, особенно при перекачке абразивных или едких жидкостей.

Подшипники

Подшипники используются для поддержки вала и обеспечения плавного вращения. Они могут быть шариковыми или подшипниками скольжения, в зависимости от области применения и требований к нагрузке.

Механические уплотнения

Механические уплотнения используются для предотвращения утечки вдоль вала. Они состоят из двух сопряженных поверхностей, одной неподвижной и одной вращающейся, которые удерживаются вместе давлением пружины. Механические уплотнения широко используются в центробежных насосах благодаря своей надежности и способности работать с широким спектром жидкостей и давлений.

Типы насосов

Существует два основных типа насосов: насосы объемного вытеснения и центробежные насосы. Насосы объемного вытеснения работают, физически перемещая фиксированное количество жидкости за каждый цикл, в то время как центробежные насосы используют кинетическую энергию вращающегося рабочего колеса для проталкивания жидкости через насос.

Насос объемного действия

Насосы объемного вытеснения — это тип насоса, который перемещает жидкость, многократно охватывая фиксированный объем и механически перемещая его через систему. Обычно они используются для приложений с высоким давлением и низким расходом и могут работать с вязкими жидкостями. Примерами насосов объемного вытеснения являются винтовые насосы, диафрагменные насосы и насосы с пневмодвигателем.

Центробежный насос

• Одноступенчатые центробежные насосы: Эти насосы имеют одно рабочее колесо и лучше всего подходят для низкого и среднего давления. Они обычно используются в водоснабжении, орошении и на промышленных рынках.
• Многоступенчатые центробежные насосы: Эти насосы оснащены несколькими рабочими колесами, расположенными последовательно, каждая ступень увеличивает давление жидкости. Многоступенчатые насосы используются, когда требуется более высокое давление, например, в системах подачи воды в котлы и для очистки под высоким давлением.
• Аксиально-центробежные насосы: Также известные как пропеллерные насосы, эти насосы имеют осевую конструкцию, где рабочее колесо толкает жидкость вдоль оси вала. Они обычно используются в приложениях с высокой скоростью потока и низкими требованиями к напору, например, для борьбы с наводнениями и орошения.
• Центробежные насосы с радиальным потоком: В этих насосах жидкость поступает в рабочее колесо аксиально и выводится радиально, перпендикулярно валу. Радиальные насосы подходят для приложений высокого давления и могут работать с широким спектром жидкостей, включая чистые жидкости, химикаты и горячую воду.

Преимущества центробежных насосов

1. Простой дизайн: Центробежные насосы имеют меньше движущихся частей по сравнению с объемными насосами, что упрощает их производство, эксплуатацию и обслуживание.
2. Высокая эффективность: Центробежные насосы могут достигать высокой эффективности, особенно при работе в точке максимальной эффективности (BEP).
3. Широкий спектр применения: Центробежные насосы могут перекачивать широкий спектр жидкостей, включая воду, химикаты и даже некоторые вязкие жидкости.
4. Бюджетный: Благодаря простой конструкции и большим объемам производства центробежные насосы, как правило, дешевле других типов насосов.
5. Плавный поток: Центробежные насосы обеспечивают равномерный, непульсирующий поток, что необходимо для многих применений.

Недостатки центробежных насосов

1. Ограниченная высота всасывания: Центробежные насосы имеют ограниченную высоту всасывания, что означает, что они должны располагаться близко к источнику жидкости или требовать заливки.
2. Низкая эффективность при нештатных условиях: Центробежные насосы наиболее эффективны при работе в точке максимальной эффективности (BEP). Эффективность значительно падает при работе при расходах или давлениях, далеких от BEP.
3. Не подходит для высоковязких жидкостей.: Центробежные насосы не подходят для перекачивания высоковязких жидкостей, поскольку повышенное сопротивление жидкости может значительно снизить эффективность и производительность насоса.
4. Кавитационный риск: Центробежные насосы подвержены кавитации, которая возникает, когда давление жидкости падает ниже давления ее паров, что приводит к образованию пузырьков пара, которые могут повредить насос.

Центробежные и объемные насосы

Фактор	Центробежные насосы	Поступательные насосы
Принцип работы	Использует кинетическую энергию для перемещения жидкостей, ускоряя их радиально наружу.	Перемещает жидкости путем их физического вытеснения с помощью возвратно-поступательного или вращательного механизма.
Скорость потока	Обеспечивает непрерывный, стабильный поток; скорость потока меняется в зависимости от давления нагнетания	Обеспечивает постоянный расход независимо от давления нагнетания
Эффективность	Высокая эффективность для жидкостей с низкой вязкостью; эффективность снижается с увеличением вязкости	Сохраняет высокую эффективность как для жидкостей с низкой, так и с высокой вязкостью
Давление	Создает высокое давление; подходит для применений с высоким напором	Создает высокое давление; идеально подходит для применения в условиях высокого давления
Обработка жидкостей	Перекачивает чистые жидкости с низкой вязкостью и небольшим содержанием твердых частиц; не подходит для жидкостей, чувствительных к сдвигу.	Перекачивает широкий спектр жидкостей, включая вязкие, чувствительные к сдвигу и абразивные жидкости.
Обслуживание	Низкие требования к техническому обслуживанию благодаря простой конструкции и меньшему количеству движущихся частей	Более высокие требования к техническому обслуживанию из-за более сложной конструкции и движущихся частей
Расходы	Более низкие первоначальные затраты и более низкое потребление энергии для применений с низкой вязкостью	Более высокая начальная стоимость, но более высокая энергоэффективность для высоковязких сред
Распространенные приложения	Системы водоснабжения, орошения, охлаждения, питания котлов и общепромышленного применения.	Химическая переработка, нефть и газ, продукты питания и напитки, фармацевтика и измерительные приборы

Насосы ANSI и API

Фактор	Насосы ANSI	API-насосы
Приложение	Общепромышленное, химическая переработка, очистка воды	Нефть и газ, нефтехимия, нефтеперерабатывающие заводы
Дизайн	Стандартизированные размеры и взаимозаменяемые детали	Изготовлено по индивидуальному заказу для конкретных применений
Условия эксплуатации	Умеренные температуры и давления	Высокие температуры, давления и скорости потока
Материалы	Чугун, нержавеющая сталь, ковкий чугун	Углеродистая сталь, нержавеющая сталь, дуплекс, сплав 20
Уплотнительная камера	Меньшее, ограниченное пространство для уплотнений и планов смыва	Большего размера, подходит для различных уплотнений и планов смыва
Эффективность	Умеренная эффективность благодаря стандартизированной конструкции	Более высокая эффективность благодаря индивидуальному дизайну
Обслуживание	Более простое обслуживание благодаря взаимозаменяемым деталям	Более сложное обслуживание из-за использования деталей, изготовленных на заказ
Расходы	Более низкая первоначальная стоимость и стоимость запасных частей	Более высокая первоначальная стоимость и стоимость запасных частей

Центробежный насос против центростремительного насоса

Фактор	Центробежный насос	Центростремительный насос
Передача энергии	Преобразует энергию вращения в кинетическую энергию жидкости	Преобразует кинетическую энергию жидкости в энергию давления
Конструкция крыльчатки	Изогнутые лопасти, которые выталкивают жидкость наружу из центра	Прямые лопасти, направляющие жидкость внутрь к центру
Поток жидкости	Радиальный поток от центра к внешнему краю рабочего колеса	Осевой поток от внешнего края к центру рабочего колеса
Генерация давления	Создает давление путем увеличения скорости жидкости и последующего преобразования ее в давление в спиральном корпусе или диффузоре.	Создает давление путем прямого преобразования скорости жидкости в давление.
Приложения	Широкий спектр применения, включая водоснабжение, химическую переработку и промышленные рынки.	Ограниченное применение, в основном в специализированных областях, таких как аэрокосмическая промышленность и некоторые промышленные процессы.
Эффективность	В целом более высокая эффективность за счет эффективного преобразования энергии вращения в кинетическую энергию жидкости	Более низкая эффективность по сравнению с центробежными насосами из-за прямого преобразования кинетической энергии в давление
Обслуживание	Относительно простая конструкция, более легкая в обслуживании и ремонте	Более сложная конструкция, требующая специализированного обслуживания и ремонта
Расходы	Как правило, более экономичны из-за их широкого распространения и более простой конструкции.	Более высокие затраты, связанные с их специализированным характером и сложной конструкцией

Применение центробежных насосов

1. Водоснабжение и очистка воды: Центробежные насосы обычно используются для перекачивания воды в муниципальных системах водоснабжения, ирригации и на станциях очистки воды.
2. Системы ОВиК: Центробежные насосы используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для циркуляции воды или других теплоносителей.
3. Химическая обработка: Центробежные насосы используются для перекачивания химикатов в различных перерабатывающих отраслях, таких как нефтехимия, фармацевтика и пищевая промышленность.
4. Нефтяная и газовая промышленность: Центробежные насосы используются для различных целей в нефтегазовой промышленности, таких как перекачка сырой нефти, повышение давления в трубопроводах и системы нагнетания.
5. Выработка энергии: Центробежные насосы используются на электростанциях для систем подачи питательной воды, циркуляции охлаждающей воды и перекачки конденсата.

Эксплуатационные показатели центробежных насосов

Скорость потока при дросселировании

Дросселирование — это распространенный метод, используемый для управления расходом в системах центробежных насосов. Регулируя выпускной клапан, можно уменьшить расход, сохраняя при этом постоянную скорость насоса. Это обеспечивает большую гибкость в удовлетворении изменяющихся требований спроса. Однако дросселирование также может привести к увеличению потребления энергии и снижению эффективности насоса, особенно при работе далеко от точки наилучшей эффективности насоса (BEP).

Кривые напора – расхода

Кривая напора-расхода представляет собой графическое представление производительности центробежного насоса, иллюстрирующее соотношение между общим напором (давлением) и расходом. Форма кривой напора-расхода зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и других факторов. Эксплуатация насоса слишком далеко от его BEP может привести к снижению эффективности, повышенному износу и потенциальному повреждению компонентов насоса.

Вязкость

Вязкость перекачиваемой жидкости является еще одним критическим фактором в работе центробежного насоса. По мере увеличения вязкости жидкости производительность насоса снижается из-за увеличения потерь на трение и снижения скорости потока. Центробежные насосы, как правило, лучше всего подходят для жидкостей с низкой и средней вязкостью, таких как вода, масла и некоторые химикаты.

Лошадиная сила

Требования к мощности центробежного насоса зависят от таких факторов, как расход, напор, плотность жидкости и эффективность насоса. Выбор насоса с соответствующей мощностью имеет решающее значение для обеспечения эффективной работы и предотвращения перегрузки двигателя. Дополнительная мощность может потребоваться при перекачке высоковязких жидкостей или при работе с высокими расходами и давлениями. Правильный выбор размера и насоса и двигателя может помочь оптимизировать потребление энергии и сократить расходы на техническое обслуживание в течение срока службы системы.

Часто задаваемые вопросы

Почему центробежные насосы не справляются с воздухом?

Центробежные насосы предназначены для перекачивания жидкостей, а не газов. Когда воздух попадает в центробежный насос, это может привести к потере насосом заливки и прекращению перекачивания. Это происходит потому, что воздух нарушает непрерывный поток жидкости через насос, снижая его эффективность и производительность.

Центробежный насос — это переменный или постоянный ток?

Центробежные насосы могут приводиться в действие двигателями переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). Выбор между AC и DC зависит от конкретного применения, доступности источника питания и требований к управлению. Двигатели переменного тока используются чаще из-за их простоты, надежности и низкой стоимости, в то время как двигатели постоянного тока обеспечивают лучшее управление скоростью и подходят для приложений с питанием от батареи.