ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Принцип работы центробежного насоса Grundfos


При работе центробежного насоса Grundfos давление жидкости, движущейся от входа к выходу, постепенно повышается. Эта разность давлений перемещает жидкость по трубам.

Центробежный насос повышает давление путем передачи механической энергии от электродвигателя к жидкости посредством вращающегося рабочего колеса.

Жидкость течет от входа к центру рабочего колеса и дальше вдоль его лопаток. Под действием центробежных сил скорость жидкости растет, следовательно, растет кинетическая энергия, которая преобразуется в давление. Пример проточной части центробежного насоса показан на рисунке 1.



Рис.1. Схема движения жидкости в центробежном насосе Grundfos



Рис.2. Элементы проточной части насоса

Принципы работы элементов проточной части являются общими для большинства центробежных насосов. Элементы проточной части — это детали, которые находятся в контакте с жидкостью.

Элементы проточной части одноступенчатого насоса ин-лайн показаны на рисунке 2. В следующих разделах описаны элементы от входного до выходного фланца.

Входной фланец и вход

Центробежный насос Grundfos соединен с трубопроводом с помощью входного и выходного фланцев. Конструкция фланцев зависит от применения насоса. Некоторые типы насосов не имеют входного фланца, поскольку вход не соединен с трубой, а погружен непосредственно в жидкость.

Жидкость от входа направляется на вход рабочего колеса. Конструкция входа зависит от типа насоса. Четыре самых распространенных типа входа — ин-лайн (с патрубками в линию), с односторонним всасыванием, с двусторонним всасыванием и вход погружного насоса, см. рисунок 3.

Насосы ин-лайн предназначены для установки на прямых участках труб, откуда и получили свое название. Входной канал направляет жидкость на вход рабочего колеса.

Насосы с односторонним всасыванием имеют очень короткий прямой входной канал, поскольку вход рабочего колеса расположен в непосредственной близости от входного фланца.

Рабочие колеса насосов с двусторонним всасыванием имеют два входа рабочего колеса. Входящий поток разделяется, и жидкость подается от входного фланца на оба входа рабочего колеса. Такая конструкция минимизирует осевую силу.

В погружных центробежных насосах Grundfos электродвигатель часто располагается ниже проточной части, а вход находится в средней части насоса, см. рисунок 3.

Такая конструкция устраняет гидравлические потери, связанные с движением жидкости вдоль электродвигателя. Кроме того, электродвигатель охлаждается благодаря погружению в жидкость.



Рис.3. Вход в насосах инлайн, с односторонним всасыванием, двусторонним всасыванием и в погружном насосе

Подводящий канал должен создать равномерный профиль скоростей на входе рабочего колеса, так как это обеспечивает наилучшие показатели
насоса. На рисунке 4 показан пример распределения скоростей в различных сечениях подводящего канала.

Рабочее колесо



Рис.4. Распределение скоростей в подводящем канале

Лопатки вращающегося рабочего колеса передают энергию жидкости путем повышения ее давления и скорости. Жидкость всасывается через вход рабочего колеса и движется по каналам рабочего колеса, образованным лопатками между передним и задним дисками, см. рисунок 5.

Конструкция рабочего колеса определяется требованиями к давлению, подаче и применению. Рабочее колесо является важнейшей частью, определяющей показатели насоса. Варианты центробежных насосов Grundfos часто создаются только с помощью модификации рабочих колес.



Рис.5. Элементы рабочего колеса, определение направлений и течения по отношению к рабочему колесу

Способность рабочего колеса повышать давление и создавать движение жидкости в основном зависит от того, в радиальном или осевом направлении движется жидкость в рабочем колесе, см. рисунок 6.



Рис.6. Радиальное, радиально-осевое и осевое рабочие колеса

В рабочих колесах радиального типа существует значительная разница между диаметрами на входе и выходе из колеса, а также между диаметром колеса и шириной выхода (высотой канала) на выходе из колеса. Такая конструкция рабочего колеса применяется для создания высокого давления при малой подаче.

И наоборот, относительно низкое давление и большая подача создаются в осевых рабочих колесах, при этом направление движения не меняется, а ширина выхода больше. Радиально-осевые колеса используются, когда нужен компромисс между повышением давления и подачей.

Рабочее колесо имеет несколько лопаток. Количество лопаток зависит от необходимых показателей и ограничений по шуму, а также от количества и размера твердых частиц в жидкости. Рабочие колеса с 5-10 каналами демонстрируют максимальный КПД и используются для жидкостей, не содержащих твердых частиц.

Для жидкостей, содержащих твердые частицы, таких как сточные воды, применяются рабочие колеса с одним, двумя или тремя каналами. Входная кромка лопаток таких колес имеет специальный профиль для снижения риска блокировки колес твердыми частицами.

Через рабочие колеса с одним, двумя или тремя каналами могут проходить частицы определенного размера. Насос с одноканальным рабочим колесом изображен на рисунке 7.



Рис.7. Насос с одноканальным рабочим колесом



Рис.8. Вихревой насос

Рабочие колеса без переднего диска называются колесами открытого типа. Открытые рабочие колеса применяются, если необходимо очищать колесо или существует риск блокировки колеса. Для перекачки сточных вод применяются вихревые насосы с открытыми рабочими колесами.

В насосах такого типа рабочее колесо создает поток жидкости, напоминающий по форме вихревую воронку торнадо, см. рисунок 8. Вихревые насосы имеют низкий КПД по сравнению с насосами, оснащенными дисковыми рабочими колесами и уплотнениями между колесами и корпусом насоса.

Когда тип рабочего колеса выбран, конструирование колеса — это нахождение компромисса между потерями на трение и потерями вследствие неравномерного профиля скоростей. В целом, равномерный профиль скоростей достигается с помощью увеличения длины лопаток рабочего колеса, но это приводит к увеличению трения.