ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Компоненты центробежного насоса Грюндфос


Муфтовое соединение и привод



Рис.9. Насос с сухим ротором и уплотнением вала

Для привода рабочего колеса обычно применяется электродвигатель. Соединение между электродвигателем и рабочим колесом является слабым местом из-за трудности уплотнения вращающегося вала. В связи с этим различаются два типа насосов: насосы с сухим ротором и насосы с мокрым ротором.

Преимуществом центробежного насоса Грюндфос с сухим ротором по сравнению с насосами с мокрым ротором является возможность использования для привода стандартных электродвигателей. Недостатком является уплотнение между двигателем и рабочим колесом.

В насосах с сухим ротором электродвигатель и жидкость разделены уплотнением вала, также применяются схемы с длинным валом или магнитной муфтой.



Рис.10. Насос с сухим ротором и длинным валом

В насосе с уплотнением вала жидкость и электродвигатель разделены уплотнительными кольцами, см. рисунок 9. Механические уплотнения вала не требуют технического обслуживания и характеризуются меньшими утечками, чем сальниковые уплотнения с уплотняющей набивкой. Срок службы механических уплотнений зависит от жидкости, давления и температуры.

Если электродвигатель и жидкость разделены длинным валом, то части насосного агрегата не контактируют друг с другом и уплотнение вала можно исключить, см. рисунок 10.

Такая схема имеет монтажные ограничения, так как электродвигатель необходимо разместить выше проточной части и поверхности жидкости в системе.

Кроме этого, КПД насоса снижается вследствие протечек через неплотности между валом и корпусом насоса, а также в результате трения между жидкостью и длинным валом.



Рис.11. Насос с сухим ротором и магнитным приводом

В центробежных насосах Грюндфос с магнитной муфтой электродвигатель и жидкость разделены стаканом ротора, изготовленным из немагнитного материала, что позволяет исключить проблемы с уплотнением вращающегося вала.

В насосах такого типа на валу рабочего колеса закреплены магниты, которые называются внутренними магнитами. Вал электродвигателя оканчивается полостью, на внутренней поверхности которой закреплены внешние магниты, см. рисунок 11. Стакан ротора закреплен в корпусе насоса между валом рабочего колеса и полостью.

Крутящий момент от вала электродвигателя к валу рабочего колеса передается с помощью магнитов. Основным преимуществом этой конструкции является герметичное уплотнение насоса, однако муфта такого типа имеет высокую стоимость.

Поэтому такой тип уплотнения применяется только при необходимости обеспечения полной герметичности насоса.



Рис.12. Насос с сухим ротором

В насосах с разделительным стаканом ротор и рабочее колесо отделены от статора электродвигателя. Как показано на рисунке 12, ротор омывается жидкостью, которая смазывает подшипники и охлаждает двигатель. Жидкость вокруг ротора вызывает трение между ротором и разделительным стаканом, что снижает КПД насоса.

Уплотнение рабочего колеса

При работе центробежного насоса Грюндфос возникает береток жидкости через зазор между вращающимся рабочим колесом и неподвижным корпусом насоса. Значение перетока зависит главным образом от конструкции зазора и перепада давления на рабочем колесе.

Жидкость затем возвращается на вход рабочего колеса, см. рисунок 13. Таким образом, рабочее колесо перекачивает не только жидкость, поступающую на вход насоса, но и переток. Для снижения перетока устанавливается уплотнение рабочего колеса.



Рис.13. Переток через зазор

Существуют различные конструкции и сочетания материалов уплотнения рабочего колеса. Уплотнение обычно запрессовывается непосредственно в корпус насоса или устанавливается в виде дополнительных колец.

Также возможно применение уплотнений вала с плавающими уплотняющими кольцами. Кроме этого, существует ряд уплотнений с резиновыми кольцами, которые наилучшим образом подходят для работы с жидкостями, содержащими высокоабразивные включения, например, песок.

Достижение оптимального соотношения между перетоком и трением является наиболее важной задачей при проектировании уплотнений рабочего колеса. Малый зазор ограничивает переток, но увеличивает трение и риск зацепления и шума.

Малый зазор также повышает требования к точности обработки и сборки, что повышает себестоимость производства. Для достижения оптимального баланса между перетоком и трением следует учесть тип и размер центробежного насоса Грюндфос.

Полости и осевой подшипник

Объем полостей зависит от конструкции рабочего колеса и корпуса насоса, они определяют поток по окружности рабочего колеса и способность насоса работать при наличии в жидкости песка и воздуха.

Вращение рабочего колеса создает в полостях два типа потоков: первичный и вторичный. Первичные потоки представляют собой вихри, вращающиеся вместе с рабочим колесом в полостях, расположенных выше и ниже рабочего колеса, см. рисунок 14. Вторичные потоки значительно слабее первичных потоков.



Рис.14. Первичный и вторичный потоки в полостях

Характер движения первичных и вторичных потоков влияет на распределение давления с внешней стороны переднего и заднего дисков рабочего колеса, что приводит к возникновению осевого усилия.

Осевая нагрузка складывается из всех сил, действующих в осевом направлении и возникающих вследствие разности давлений в различных частях насоса. Основная сила возникает вследствие повышения давления при вращении рабочего колеса.

Вход в рабочее колесо находится под давлением на входе, в то время как на внешние поверхности заднего и переднего диска действует выходное давление. Один конец вала находится под атмосферным давлением, тогда как на второй конец вала действует давление в системе. Давление повышается в радиальном направлении от центра к окружности колеса.

Осевая нагрузка воспринимается осевыми подшипниками, поэтому на них действуют силы, приложенные к рабочему колесу.

Если невозможна полная компенсация осевой нагрузки в осевом подшипнике, нужно уравновесить осевые силы, действующие на рабочее колесо.

Существует несколько возможностей снизить осевую нагрузку на вал насоса Грюндфос и таким способом уменьшить нагрузку на осевой подшипник. Все методы снижения осевой нагрузки ведут к гидравлическим потерям.

Одним из решений для уравновешивания осевых сил является устройство небольших отверстий в заднем диске. Переток через отверстия влияет на потоки в полостях над рабочим колесом, это ведет к уменьшению осевой силы, но увеличивает переток.

Еще одним способом снижения осевой нагрузки является сочетание разгрузочных отверстий и уплотнения рабочего колеса на заднем диске. Это снижает давление в полости между валом и уплотнением рабочего колеса и способствует лучшему уравновешиванию давлений.

Уплотнение рабочего колеса создает дополнительное трение, но уменьшает переток через разгрузочные отверстия по сравнению с конструкцией без уплотнения.

Третьим способом уравновешивания осевых сил является установка лопаток на задней стороне рабочего колеса. Аналогично двум описанным выше схемам, в этом случае происходит снижение скорости потока на заднем диске, вследствие чего давление на диск пропорционально изменяется.

Тем не менее, дополнительные лопатки потребляют определенной количество энергии без увеличения производительности насоса. Поэтому такая конструкция снижает КПД.

Четвертый способ уравновешивания осевой нагрузки заключается в размещении ребер в полости корпуса насоса под рабочим колесом.

В этом случае происходит снижение скорости первичного потока в полости под рабочим колесом и, соответственно, повышение давления на переднем диске. Такой способ уравновешивания увеличивает трение на диске и потери на переток вследствие повышения давления.