Тема 3.1. Відцентрові насоси

План:

3.1.1. Будова водовідливної установки.

3.1.2. Будова відцентрового насоса.

3.1.3. Типи коліс.

3.1.4. Способи врівноваження осьового зусилля.

3.1.5. Явище кавітації.

3.1.6. Консольні насоси.

3.1.1. Водовідливна установка з відцентровим насосом (рис. 39) складається з насоса 1, двигуна 2, пускача 3, підвідного 4 і напірного 5 трубопроводів. На підвідному трубопроводі розміщена приймальна сітка 6 і клапан 7, на напірному – засув 8 і зворотній клапан 9. Трубка 10 і вентиль 11 необхідні для заливки водою з напірного трубопроводу насоса і підвідного трубопроводу. Заливку можна проводити через горловину 12. Трубка 13 з засувом 14 необхідні для випускання води під час ремонту. За допомогою вакуумметра 15 вимірюється розрідження, а манометром 16 – тиск на виході з насоса. Через кран 17 випускають повітря з насоса при заливці.

Рис. 39. Водовідливна установка з відцентровим насосом

3.1.2. На рис. 40 показана схема трьохступінчатого відцентрового насоса. На валу 1, який спирається на підшипники 2, з допомогою шпонок 3 закріплені робочі колеса 4, 5, 6, які разом з валом утворюють ротор насоса. З підвідного патрубка 7 через підвід 8 рідина поступає в колесо 4 і направляючий апарат 9. Пройшовши колеса 5 і 6 і напрямні апарати 10 і відвід 11, через патрубок 12 рідина подається в напірний трубопровід.

Вал ущільнюють пеньковою набивкою з притискними втулками 13. З’єднання вала з двигуном здійснюють муфтою 14.

Найбільше розповсюдження в шахтній практиці знайшли секційні насоси в яких кожна секція складається з колеса і направляючого апарата. В загальну конструкцію вони з’єднані стяжними шпильками. Позитивним є можливість з’єднувати секції в необхідній кількості і отримання різних тисків. Недолік – ускладнений доступ до коліс.

Існують насоси з осьовим роз’єднанням. В них полегшується внутрішній огляд і ремонт, але конструкція збільшує розміри і масу.

По розміщенню вала робочі колеса бувають горизонтальні і вертикальні. Найбільше розповсюдження мають горизонтальні насоси.

3.1.3. Робочі колеса насосів бувають односторонні і двосторонні. Тобто з одностороннім і двостороннім підводом до них рідини (рис. 41). Односторонні робочі колеса застосовують в одноступінчатих і багатоступінчастих насосах, а двосторонні – в деяких одноступінчатих насосах.

Розрізняють закриті і відкриті робочі колеса. В закритих колесах (рис. 41, а) з одностороннім підводом рідини ведучий 1 і ведений 2 диски, між якими розміщені лопатки 3, зв’язані з втулкою 4, яка насаджена на вал. В закритих двохсторонніх колесах (рис. 41, б) ведені диски 1 і 2 лопатками 3 з’єднані з втулкою 4. Диски лопатки і втулка відливаються разом. В відкритих робочих колесах (рис. 41, в) є тільки ведучий диск 1 з втулкою 2 і лопатками 3.

Рис. 40. Схема відцентрового насоса

Рис. 41. Робочі колеса відцентрових насосів

З умови міцності диски потовщуються в напрямі втулки. Діаметр колеса не перевищує звичайно 800 мм, колова швидкість на вихідному діаметрі відлитих чавунних коліс 35…40 м/с.

Лопатки коліс загнуті назад з кутом виходу 145…150 °С. Вони профілюються по дузі кола або по логарифмічній спіралі і мають товщину 3…8 мм К. К. Д. насоса залежить від чистоти обробки поверхні, числа і довжини лопаток, закономірності зміни площі поперечного перерізу. Звичайно на колесі розміщують 6…9 лопаток.

В шахтних насосах частіше застосовують закриті колеса, відкриті доцільно використовувати при транспортуванні забруднених рідин.

По коефіцієнту швидкохідності робочі колеса ділять на тихохідні (п_S = 40… 80), нормальні (п_S = 80…150) і швидкохідні (п _S = 150…300).

3.1.4. В зв’язку з виникненням при роботі насоса осьового зусилля, яке діє на ротор і направлене вздовж осі насоса в сторону всмоктування, необхідний пристрій для врівноважування. Під дією осьової сили ротор намагається зсунутися в сторону всмоктування. Це може привести до великого тертя між ротором і корпусом, швидкому зношуванню деталей, зниженню К. К. Д.

Для усунення осьового зусилля в одноступінчатих насосах застосовують двостороннє робоче колесо, в якому осьова сила врівноважена в наслідок симетрії, а при односторонніх робочих колесах –упорний підшипник і отвори в колесі (в ведучому диску). В багатоступінчастих насосах застосовують гідравлічний розвантажувальний пристрій або симетричне розташування коліс.

Найбільше розповсюдження знайшли гідравлічні розвантажувальні пристрої (рис. 40). Гідроп’ята 15 закріплена на валу гайкою 16. Частина рідини виходить через щілину 17 в розвантажувальну камеру, діє на гідроп’яту, потім виходить через трубку 18. Рівновага осьової і зрівноважувальної сили встановлюється автоматично. Витрата води через розвантажувальний пристрій складає 1,5…3 % подачі насоса.

На рис. 42 показано схеми врівноваження осьового зусилля за рахунок симетричного розташування робочих коліс. При двох поточному насосі (рис. 42) колеса 1, 2 і 3, 4 утворюють дві групи 5 і 6, причому колеса між собою з’єднанні послідовними каналами, а групи коліс – паралельно. В одно поточному насосі (рис. 42) всі колеса з’єднані послідовно.

3.1.5. Якщо абсолютний тиск рідини при виході її в робоче колесо виявиться меншим тиску пароутворення, почнеться явище кавітації. При цьому в місцях найменшого тиску в колесі утворяться простори заповнені паром і газом. Ці бульбашки переміщаються в область високого тиску. В утворені пустоти з великими швидкостями направляються частинки рідини, вдаряються і розрушать поверхні деталей. Прискорюється також корозія.

Рис. 42. Симетричне розміщення робочих коліс в насосі

Кавітація виникає при великій висоті всмоктування. Тому першим способом боротьби з кавітацією, є зменшення висоти всмоктування. Допустима висота всмоктування

Н _В^доп £ (0,8…0,75) Н _В^КР, (38)

Критична висота всмоктування

Н _В^КР = р_о / r ×g – р_n / r ×g –v²_н / 2 ×g – h_п - h_л, (39)

де р_а – атмосферний тиск, Па, р_п – тиск пароутворення, v_н – швидкість рідини при вході в насос, h_n і h_л –втрати напору.

Способами боротьби з кавітацією є також застосування стійких матеріалів (легованих сталей з високим вмістом хрому і нікелю), а також робота насоса з підпором, коли насос розміщено нижче рівня резервуара.

3.1.6. Консольні насоси випускаються розмірів 2К - 6, 3К - 6, 4К - 6, 4К - 8 (перша цифра – діаметр вихідного патрубка а мм, зменшений в 25 раз, К –консольний, остання цифра коефіцієнт швидкохідності, зменшений в 10 раз). Подача в м³/год і напір в м становлять відповідно: 20 і 31,45 і 54,90 і 87,90 і 55 К. К. Д. 0,64...0,73. Вакууметрична висота всмоктування 5…6 м.

Консольний насос (рис. 43) складається з спірального корпуса 1, відлитого разом з напірним патрубком 2, робочого колеса 3, вала 4 з муфтою 5, опорного кронштейна 6 підвідного патрубка 7. Вал кріпиться на підшипниках 8, на виході встановлено сальникове ущільнення 10 з гідрозатвором. В корпусі і кришці насоса встановлені ущільнюючі кільця 9.

Рис. 43. Консольний насос

Контрольні запитання до теми 3.1:

3.1.1. Яка арматура розміщена на підвідному трубопроводі?

3.1.2. Яка арматура розміщена на напірному трубопроводі?

3.1.3. З чого складається ротор відцентрового секційного насоса?

3.1.4. Як відбувається врівноваження осьового зусилля в гідравлічному розвантажувальному пристрої?

3.1.5. В чому суть явища кавітації?

3.1.6. З чого складається консольний насос?