Прагнення економії енергії та реалізації, по можливості, рівномірного проведення технологічних процесів в очисних спорудах призводить до необхідності застосування насосів з регулюванням частоти обертання їх робочих коліс. Однак при замалій частоті обертання можливе закупорювання як робочого колеса, так і вертикальних трубопроводів, якщо не враховуються граничні значенняшвидкість потоку в перерізі труби. Розширення каналізаційних мереж потребує перекачування на великі відстані стічних воддо найближчої головної насосної станції або очисної споруди. У напірних каналізаційних системахпід великим тиском перекачуються невеликі кількості рідини. Для виключення закупорок із невеликими геометричними розмірами проточної частини потрібні спеціальні технічні рішення. Необхідність скорочення витрат на технічне обслуговуваннявсе частіше призводить до відмови від застосування сороутримуючих решіток, що висуває дуже високі вимоги до каналізаційних насосів. Різні заходи щодо економії води та санітарно-гігієнічні умови, що змінилися, в цивілізованих промислово розвинених країнах значно підвищили вміст твердих і волокнистих частинок у стічних водах і, відповідно, зажадали вищого захисту насосів від закупорювання. Це означає, що частка води в середовищі, що транспортує, значно зменшилася щодо вмісту волокнистих і твердих частинок. Особливо серйозною ця проблема стає після посушливих літніх періодів. Волокна і тверді частинки можуть осідати в колекторах і стічних трубах і при подальшій зливі змиватися у вигляді грудок на насосну станцію. При неправильному виборі геометричної форми робочого колеса виникає небезпека закупорювання насосів. Розрізняють два типи закупорювання:
твердими предметами− нерідко в насоси потрапляють тверді предмети: відходи деревини, іграшки або інші побутові відходи. Приблизно такі ж тверді утворення можуть виникати в результаті конгломерації дрібних твердих частинок великі утворення;
волокнами - що утворюються, перш за все, з побутових відходів, предметів гігієни та промислових відходів будь-якого роду. Вони накопичуються в зазорі між робочим колесом і корпусом біля вхідної частини диска робочого колеса або в отворі всмоктуючого робочого колеса.

На рис. 1 показано переріз типової проточної частини каналізаційного насосу. При сильному абразивному зносі щілинного кільця корпусу збільшуються витоку з напірної сторони у бік всмоктування, що призводить до проникнення волокон у зазор між корпусом та робочим колесом. В екстремальних випадках ці скупчення волокон у зазорі можуть призвести до гальмування робочого колеса. Нерідко волокна короткочасно відкладаються на вхідній кромці робочого колеса. При правильній геометричній формі вхідний край ці волокна незабаром змиваються з робочого колеса і виносяться з насоса. Якщо ж форма вхідної кромки інша, то скупчення волокон можуть призвести до повної закупорки отвору, що всмоктує. Навіть сучасні насоси можуть виявитися ненадійними при неправильно обраній геометричній формі робочого колеса, яка не відповідає конкретному випадку застосування або специфічному складу стічних вод. Геометричні форми робочих коліс каналізаційних насосів представлені на рис. 2.

Нерідко склад комунальних стічних вод заздалегідь не відомий і може змінитися після підключення до каналізаційної мережінового користувача. Стічні води поділяються на дощову воду, забруднену воду та шлам. Для перекачування шламів із вмістом сухого залишку більше 5% на очисних спорудах нині застосовуються переважно об'ємні, наприклад, ексцентрикові шнекові насоси. Відцентрові насоси використовуються, як правило, для перекачування забруднених вод – комунальних, побутових та промислових, а також сільськогосподарських. Однак для цих видів стічних вод точно не визначено вимірювані параметри. Вони різняться різним вмістом газу, волокон, сухої речовини і піску. Тому умови перекачування стічних вод повинні ретельно аналізуватись для кожного окремого випадку. Загальні вказівкиабо універсальні рекомендації можливі лише обмеженою мірою. У табл. 1 наведено основні параметри стічних вод, що перекачуються, і шламів.

На рис. 3 представлені значення ККД різних типівробочих коліс для одного розрахункового режиму Видно, що між відкритими та закритими однолопатевими робочими колесами, так само як між відкритими та закритими двоканальними робочими колесами відмінності несуттєві (3-5%). Застосування двоканальних робочих коліс дає незначне збільшення ККД близько 2%. Для визначення максимально досяжного ККД було проведено всебічні порівняння відомих проточних частин каналізаційних насосів. Діаграми на рис. 4 показують найкращі значенняККД насосів типорозмірів, що найбільш часто застосовуються, з умовним проходом DN 80, DN 100 і DN 150. У насосів з свободновихревими робочими колесами при всіх типорозмірах максимально досяжний ККД становить 55%. Значення ККД однолопатевих та двоканальних робочих коліс закритого або відкритого типуперебувають у діапазоні від 75 до 85%. Тільки за відносно високої швидкохідності та порівняно великих витратах(Типорозмір DN 150), з відкритим однолопатевим робочим колесом можна досягти підвищення ККД на 3%. Шляхом спрямованої гідравлічної оптимізації закритого двоканального робочого колеса вдалося отримати дуже високий ККД – понад 80%. ККД закритих двоканальних робочих коліс мають ті ж значення, що й у багатоканального робочого колеса. ККД відкритих двоканальних робочих коліс, наприклад, робочого колеса типу N одного із шведських виробників, майже на 5% нижче, ніж того ж колеса у закритому виконанні. Очевидно, що втрати в щілини між корпусом і лопатями робочого колеса та в спеціально влаштованому пазу для відхилення волокон значно вищі, ніж втрати в диску та щілинному ущільненні закритого колеса.

Так само важливим, як ККД в оптимальній точці характеристики, є ККД в діапазоні неповних навантажень. Тут можна знайти істотний вплив геометричної форми робочого колеса. Для детального аналізу на рис. 5 показаний характер зміни ККД залежно від подачі для робочих коліс різної геометричної форми. Залежності η = f(Q) побудовані у відносних одиницях по відношенню до подачі Q/Qопт = 1. Вільновихреве робоче колесо має у широкому діапазоні подачі насоса постійний, але невеликий ККД. Низький ККД обумовлений гідродинамічними умовами і може бути покращений лише у вузьких межах. Багатоканальні робочі колеса завдяки більшому числулопатей найбільш ефективно перетворюють енергію у всьому діапазоні навантажень, але вони придатні для перекачування тільки попередньо очищених стічних вод. Робочі колеса закритого типувідрізняються більш плоскою кривою ККД і, таким чином, вищим ККД у режимі неповних навантажень, ніж робочі колеса відкритого типу. Наприклад, у діапазоні неповних навантажень ККД закритого одноканального робочого колеса може відрізнятися від ККД відкритого одноканального робочого колеса на 10%, хоча в оптимальній точці характеристики ККД однаковий. Це положення справедливе також для двоканальних робочих коліс. Тому при оцінці енергетичних параметрів насосів необхідно враховувати не тільки ККД в оптимальній точці характеристики, але і ККД у режимах неповних навантажень, в яких каналізаційні насоси працюють дуже часто.

Протягом експлуатаційного періоду відбувається зміна ККД та залежності P = f(Q). Цю обставину слід обов'язково враховувати під час проектування насосної станції для перекачування стічних вод. На рис. 6 показано вплив зношування щілинного зазору на робочі характеристики відкритого однолопатевого робочого колеса. Добре видно, що зниження ККД оптимальної точці характеристики може досягати до 10%. У міру абразивного зносу змінюється напірна характеристика насоса. Для наведеної на рис. 6 характеристики мережі приблизно на 8% зменшується подача. Однак цей ефект не помітний при повсякденній роботі, так як у загальному випадку витратоміри не встановлюються, а кількість енергії, що споживається, залишається приблизно постійним через зменшення подачі. На рис. 7 показано, як безперервно знижується величина ККД залежно від збільшення зазору. Добре видно, що з робочого колеса відкритого типу, наприклад типу N, ККД знижується значно швидше, ніж у колеса закритого типу.

Важливим критерієм оцінки ймовірності закупорювання робочих коліс насосів є вільний прохід, який визначається діаметром кулі, який може пройти через робоче колесо. На рис. 8 показано порівняння максимального вільного проходу різних робочих коліс. Вільний прохід залежить від типорозміру та кількості лопат робочого колеса. Необхідні споживачами для перекачування неочищених стічних вод вільні проходи щонайменше 80 мм або навіть 100 мм можуть бути забезпечені тільки певними типамиробочих коліс. Як свободновихреві, і однолопатеві робочі колеса мають щодо великі вільні проходи і протягом багатьох років виправдовують себе при перекачуванні неочищених стічних вод з великими твердими частинками. Для відкритих однолопатевих робочих коліс характерні трохи менші вільні проходи, але при всіх типорозмірах не менше 75 мм. При DN 150 вільний прохід навіть становить 100 мм. У закритих двоканальних робочих коліс вільний прохід знаходиться на тому ж рівні, що й у відкритих однолопатевих. Однак відкриті двоканальні та багатоканальні робочі колеса мають вужчий, залежний від конструкції, вільний прохід і тому не можуть забезпечити роботу без закупорки у присутності великих твердих домішок. У двоканальних робочих коліс вільний прохід обмежений. Це стосується також робочого колеса типу N. Тільки при спеціальному оформленні у вигляді так званого колеса горщикового типу закрите двоканальне робоче колесо може мати вільний прохід більше 75 мм при DN 80 і DN 100 і більше 100 мм починаючи з DN 150. Для забезпечення надійного перекачування неочищених стічних вод та надійної роботинасосів вільний прохід має бути не менше 100 мм. Така вимога міститься в нових нормативах щодо вибору каналізаційних насосів ATV-134 німецького об'єднання фахівців з очищення стічних вод.

При виборі каналізаційних насосів дедалі більше важливим критеріємстають витрати за термін їхньої служби. При роботі в періодичному режимі, характерному для каналізаційних насосних станційвартість енергії становить близько 50% витрат за термін служби. При безперервному режимі, у якому часто працює водоприймальна станція очисної споруди, витрати на енергію перевищують 80% від загальних витрат. Це становище справедливо, звісно, ​​лише безвідмовної роботи каналізаційного насоса і його закупорок. При закупорках насоса (рис. 9) прямі витрати, пов'язані з усуненням неполадки, і непрямі витрати через простої насоса є вирішальним чинником витрат. Ці витрати можуть перевищити вартість насосу. З цієї причини власники каналізаційних насосних станцій надають першочергового значення експлуатаційної надійності і лише у другу чергу – коефіцієнту корисної дії. Вибір робочого колеса насоса завжди означає компроміс між ймовірністю закупорки насоса, ККД у робочій зоніта характеристикою зносу. Вибирати форму робочого колеса можна лише з урахуванням специфічного складу стічних вод. Тому не може бути універсального робочого колеса, як це пропагується одним із великих шведських виробників насосів.

Деякі рекомендації щодо вибору оптимальної форми робочого колеса наводяться в табл. 2. За високого змісту газових включеньсвободновихревое робоче колесо, як і раніше, є найкращим рішенням. При високому вмісті волокнистих речовин отримано хороші результатиз відкритими однолопатевими та двоканальними робочими колесами. При середньому вмісті волокон, характерному для комунальних стічних вод, перевага надається закритим однолопатевим та двоканальним робочим колесам внаслідок їх високої експлуатаційної надійності. При екстремальній забрудненості промисловими відходами або побутовим сміттямзастосовується свободновихревое робоче колесо, незважаючи на незадовільну ефективність використання енергії. Це особливо відноситься до невеликих типорозмірів - DN 80 і DN 100.

Це було підтверджено численними експериментами з різними видамита концентраціями волокнистих матеріалівна випробувальному стенді фірми KSB, що моделює умови перекачування стічних вод. Очевидний висновок, який можна зробити - для економічного транспортування стічних вод необхідно вибирати геометричні форми робочих коліс каналізаційних насосів строго відповідно до складу і характеристик переміщення середовища.

Фото відцентрового насоса

Обладнання, за допомогою якого накачують воду, називається насосним, воно ділиться на кілька груп: об'ємні та динамічні. У цій статті ми поговоримо про динамічні насоси, до яких належить відцентровий агрегат, і що таке робоче колесо відцентрового насоса.

Отже, що ж таке відцентровий насос? Як уже говорилося раніше, це обладнання, за допомогою якого накачується вода.
Як працює конструкція:

• Це відбувається за допомогою відцентрової сили. Простіше кажучи, всередині насоса знаходиться вода, яка за допомогою лопат і відцентрової сили відкидається до стінок корпусу.
• Після чого вода під дією тиску починає надходити до напірного та всмоктуючого трубопроводу.

Таким чином, вода безперервно починає гойдатися. Щоб краще зрозуміти, як це відбувається, необхідно розібратися з чого складається насос.

Для чого використовується насос

Яким чином відбувається накачування води через насос у теорії вже зрозуміло, а які його частини допомагають у цій справі — ні.
Поговоримо про те, з яких частин він складається:

• Робоче колесо відцентрового насосу.
• Насосний вал також важлива його частина.
• Сальники.
• Підшипники.
• Корпус.
• Насосний апарат
• Кільця, що ущільнюють.

Примітка. Відцентрові насоси використовуються не тільки для видобутку води, так само ними добувають хімічні рідини, тому складові насосів можуть відрізнятися в залежності від способу їх застосування.

Робоче колесо

Одна з найважливіших деталейнасоса це робоче колесо, тому що саме воно створює відцентрову силу, вода під дією тиску починає накачувати.
Отже, давайте докладніше розберемо, з чого воно складається, і як відбувається його робота, воно складається з:

• Передній диск.
• Задній диск.
• Лопаті, що знаходяться між ними.
• Коли колесо починає обертатися, вода, що знаходиться всередині лопат, теж починає своє обертання, через що виникає відцентрова сила, з'являється тиск, вода примикає до периферії та шукає вихід назовні.

Так як насоси качають не тільки воду, а й хімічні рідини, тому робочі колеса та корпус відцентрового насоса виготовляються з різноманітних матеріалів:

• Так, наприклад, для роботи з водою використовується бронза чи чавун.
• Для покращення зносостійкості під час роботи з водою, в якій містяться механічні домішки, можна використовувати робоче колесо зробленого з хромистого чавуну.

Якщо насос призначений для роботи з хімікатами, необхідно використовувати сталеве робоче колесо.

Характеристики робочого колеса

Нижче буде представлена ​​таблиця класифікацій робочих коліс:

Класифікація робочого колеса відцентрового насоса
Кількість робочих коліс	Одноступінчастий насос
Ось	Вертикально Горизонтально
Тиск	Низько,< 0,2 МПа Середньо, 0,2 - 0,6 МПа Високо, > 0,6 МПа
Підведення рідини	односторонній двосторонній відкритий закритий
Спосіб роз'єму корпусу	горизонтально вертикально
Спосіб відведення рідини	спіральний лопатковий
Швидкохідність	тихохідний нормальний швидкохідний
Призначення	водопровід каналізація луг нафту інші
З'єднання з двигуном	приводний муфта
Розташований по відношенню до води	поверхневий глибинний занурений

Причини поломок робочого колеса

Найчастіше основною причиною поломки робочого колеса є кавітація, тобто пароутворення та утворення бульбашок пари в рідині, що тягне за собою ерозію металу, оскільки в бульбашках рідини є хімічна агресивність газу.
Основними причинами виникнення кавітації є:

• Висока, понад 60 градусів температура
• Не щільні з'єднання на всмоктуванні.
• Велика протяжність і малий діаметр всмоктування.
• Засмічення всмоктуючого напору.

Порада. Всі ці фактори спричиняють поломку робочого колеса насоса, тому потрібно уважно стежити за дотриманням умов роботи вашого обладнання. Адже не дарма для кожного виду техніки існують умови експлуатації, які створені для більшої зносостійкості.

Ознаки поломки робочого колеса

Поломка робочого колеса відцентрового насоса може бути помітна не відразу, однак є загальні ознаки, які вказують на те, що з вашою технікою щось не так:

• Потріскування при всмоктуванні.
• Шуми.
• Вібрація.

Порада. Якщо ви помітили в роботі свого насоса зазначені вище ознаки, необхідно припинити його роботу. Так як кавітація зменшує ККД насоса, його тиск і відповідно продуктивність.

Більше того, вона впливає не тільки на роботу колеса, а й на інші деталі. При тривалому впливі кавітації деталі стають шорсткими, і єдине що їм допоможе - це ремонт або купівля нового обладнання.

Ремонт робочого колеса

Якщо робоче колесо все ж таки зламалося, або зламався насос, його можна відремонтувати своїми руками.

Порада. Але, краще звернутися до спеціалізованого ремонту, тому що для цього необхідні спеціальні інструменти.

Все ж таки, ось невелика інструкція, яким чином проводиться ремонт робочих коліс відцентрового насоса самостійно.
Розбирання:

• За допомогою наймача напівмуфту.
• До упору розвантажувального диска подають ротор у той бік, де відбувається всмоктування.
• Позначають становище стрілки зсуву осі.
• Розбирають підшипники.
• Виймають вкладки.
• За допомогою спеціального наймача витягують розвантажувальний диск.
• За допомогою віджимних гвинтів по черзі, не допускаючи завдання, знімають робоче колесо з валу.

Ремонт робочого колеса:

Для того, щоб зробити ремонт робиться розрахунок робочого колеса відцентрового насоса.
Сталь:

• Якщо колесо стерлося, спочатку його направляють, після чого виточують на токарному верстаті.
• Якщо колесо сильно зношене, його видаляють, а потім приварюють нове.

Чавун:

• Чавунні колеса, як правило, просто змінюють, якщо можна обійтися заточенням, то необхідні місця заливають міддю, а потім проточують.

Після того, як колесо відремонтовано або замінено, насос збирають назад:

• Протирають робити відцентрового насоса.
• Перевіряють наявність задирок і забоїн, якщо він є, їх усувають.
• Робоче колесо збирають на валу.
• Повертають розвантажувальний диск.
• Встановлюють м'яке набивання сальників.
• Загортають гайки.
• Обкатують сальник.
• До упору розвантажувального диска п'яту подають ротор.

Для більшого розуміння процесу ремонту ви можете переглянути відео в цій статті.

Ціни

Ціна на робоче колесо у різних магазинах своя, все залежить від матеріалу самого насоса. Початкова вартість 1800 рублів, кінцева - 49 УРАХУВАННЯМ. Все залежить від того, який у вас відцентровий косо, для чого ви його використовуєте, і якого він розміру, а також скільки в ньому коліс.
Тому, щоб уникнути витрат на ремонт, необхідно уважно стежити за його роботою. А також, при виникненні будь-яких ознак, що вказують на його несправність, не потрібно використовувати його до того моменту, поки він не припинить роботу, його слід зарахувати до фахівця, який замінить або відремонтує вам ті деталі, які зазнали поломки.

ПРОЕКТУВАННЯ ЦЕНТРОБІЖНИХ НАСОСІВ

Загальні положення

Проектування проводиться на основі накопиченого досвіду створення різних типів насосів. Причому для різних областейЗастосування насосів використовується свій підхід. У цьому розділі розглядаються питання проектування стаціонарних насосів загальнопромислового призначення. Відмінною особливістює їх робота до кавітації, що пов'язано з їх тривалою експлуатацією та необхідністю виключити кавітаційні руйнування.

Незважаючи на відмінності в обґрунтуванні кінематичних параметрів та геометричних розмірівпроточної частини, існує загальний підхіду проектуванні насосів різних типів. Проектування включає складання та аналіз технічного завдання, вибір основних параметрів та гідравлічні розрахунки, виконання ескізного компонування машини, проведення перевірочних та уточнюючих розрахунків, виконання креслень загального виглядумашини та окремих його деталей.

Графічна частина проекту та пояснювальна запискавиконуються відповідно до ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.305-68(СТ РЕВ 367-76), ГОСТ 2.108-68, ГОСТ 2.307-68, ГОСТ 2.308-68, ГОСТ 10356-63, ГОСТ 309-7 , ГОСТ 2.104-68 (СТ РЕВ 140-74, 365-76), ГОСТ 2.105-68 та ГОСТ 106-68.

Технічне завдання проектування

Завдання на проектування лопатевого відцентрового насоса включає такі основні дані:

а) фізичні властивостісередовища, що перекачується:

r - щільність рідини, що перекачується, кг/м 3 ;

m – коефіцієнт динамічної в'язкості, Па С;

Рнп - тиск насичених пар робочої рідини, ПА (фізичні властивості середовища, що перекачується задані для розрахункової температури Т 0 К);

б) параметри насоса на розрахунковому режимі:

Н- Натиск, м;

Q- об'ємна витрата рідини через насос, м3/с;

в) додатково дані. Поряд з основними відомостями про насос надаються додаткові дані, які дозволяють правильно підійти до проектування насоса.

До таких даних належать:

Відомості про призначення насоса та область його застосування;

Можливі межі зміни експлуатаційних умов;

Технічні вимоги(ККД насоса, маса, габарити);

Ергономічні (рівень шуму, дБ, вібрації, мм або м/с 2 величина

зовнішнього витоку, м3/с);

Показник технічної естетики та фізіологічні показники,

що характеризують зручність обслуговування насоса;

Економічні (вартість насоса або його монтажу, обслуговування та

ремонту), ресурс, доступність окремих вузлів для обслуговування та ін.

Розрахунок основних параметрів та геометричних

розмірів робочого колеса насоса

2.3.1. Визначення частоти обертання колеса

Частота обертання робочого колеса визначається за формулою Руднєва С.С. /16/

де С - кавітаційний коефіцієнт швидкохідності вибирається в

залежно від вимог до насосу;

Для тривалої роботи з 1-го критичного режиму

кавітації З 1 = 800?1100;

Для роботи насоса на другому режимі кавітації

З 2 = 1000?1800 (200).

Застосування шнековідцентрового ступеня дозволяє приймати значення З 2 =1800 3000 (5000)

- розрахункове значенняпідпору;

D h- підпір на вході в насос, D h=1,5¸20 м.

Коефіцієнт 1,15?1,3 за ГОСТ 6134-71.

2.3.2. Визначення коефіцієнта швидкохідності

. (2.2)

2.3.3. Визначення діаметра входу в колесо Dвх

Зводиться до визначення наведеного діаметра за середньостатичними значеннями коефіцієнта, що входить у формулу:

- Наведений діаметр робочого колеса.

Остаточно

. (2.4)

Коефіцієнт До 0 вибирається з таких міркувань /16/:

1. Робоче колесо має великий запас кавітації і кавітація в ньому виключена. У цьому випадку умови отримання мінімуму відносної швидкості входу рідини в робоче колесо

До 0=3,3?3,7.

2. У разі розрахунку насоса за 1-м критичним режимом кавітації До 0=4,2¸4,6. Причому, великі значення вибираються у разі можливої ​​роботинасоса під час перевантаження.

3. При розрахунку за 2-м критичним режимом кавітації До 0=4¸6 залежно від значення З 2 . Так, наприклад, за даними В.В.Шемеля /16/

До 0 = 4,3 4,65, З 2 = 1230 1400,

До 0 = 5,2 5,7, З 2 = 1500 2500.

Діаметр втулки Dвm визначається за наближеною формулою:

де N- Потужність насоса, кВт;

а = 0,120 0,130 - для консольних насосів;

а= 0,150 0,160 - для багатоступеневих насосів.

2.3.4. Визначення ширини колеса о 2на виході

Ширина колеса о 2визначається на підставі статистичних даних за формулою

де для n s £120;

для n s >120.

Отримане значення о 2є попереднім і уточнюватиметься при подальшому профілюванні меридіонального перерізу робочого колеса.

2.3.5. Наближене визначення зовнішнього діаметра

робочого колеса D 2

Розмір діаметра виходу робочого колеса D 2 залежить від числа лопаток у колесі zі від кута установки лопаток на виході b л2.

У першому наближенні розмір D 2 визначається на підставі статистичних даних за формулою /16/

де ;

.

2.3.6. Вибір числа лопаток z

Число лопаток вибирають за статистичними даними залежно від коефіцієнта швидкохідності n s та розмірів колеса /16/:

n s = 50?60; 60¸180; 180¸350; 350?600;

z= 9¸8; 8¸6; 6; 6¸5.

Для насосів малих розмірів вибирають менше лопаток, щоб зменшити стиснення потоку лопатками, товщина яких із зменшенням розмірів колеса відносно зростає. Цим домагаються покращення всмоктувальної здатності колеса та зменшення гідравлічних втрат. Іноді біля тихохідних коліс частину лопаток виконують укороченими з боку всмоктування.

2.3.7. Вибір товщини лопаток s

Товщина лопаток s визначається технологічними міркуваннями та міцністю, а іноді вимоги зносостійкості (наприклад, у землесосів). Лопатки уточнюються поблизу входу для зменшення стиснення потоку (зазвичай у 2 рази) s 1

Таблиця 2.1

До вибору товщини лопаток робочого колеса

Робоче колесо відцентрового насоса є основною деталлю пристрою. Це елемент, який перетворює енергію обертання, тиск у корпусі, де перекачується рідина.
Яка роль робочого колеса в відцентровому насосі, як правильно його розрахувати та замінити у пристрої своїми руками пропонує познайомитись ця стаття.

Як працює відцентровий насос

Всередині корпусу насоса, що має форму спіралі, на валу жорстко кріпиться робоче колесо, що складається з двох дисків:

• Задній.
• Переднього.
• Лопатей, між дисками.

Від радіального напрямку лопаті відігнуті у протилежний від обертання колеса бік. Корпус насоса, за допомогою патрубків, з'єднується з напірним та всмоктувальним трубопроводами.
При повному наповненні рідиною корпусу насоса з трубопроводу, що всмоктує, при обертанні робочого колеса від електродвигуна, рідина, що знаходиться між лопатями, в каналах робочого колеса, від центру, під дією на неї відцентрової сили, відкидається до периферії. В цьому випадку створюється розрідження в центральній частині колеса, а на периферії тиск підвищується.
При підвищенні тиску рідина почне з насоса надходити в трубу напірного трубопроводу. Це спричинить утворення розрідження всередині корпусу.
Під його дією рідина почне одночасно надходити з трубопроводу, що всмоктує, в насос. Так рідина безперервно подається в напірний трубопровід із всмоктуючого.
Відцентрові насоси бувають:

• Одноступеневий, у якого одне робоче колесо.
• Багатоступінчасті, мають кілька робочих коліс.

При цьому принцип роботи у всіх випадках однаковий. Рідина під дією на неї відцентрової сили, що розвивається за рахунок робочого колеса, що обертається, починає рух.

Як класифікуються відцентрові насоси

Інструкція з класифікації відцентрових насосів включає:

• Кількість сходів або робочих коліс:

1. одноступінчасті насоси;
2. багатоступінчасті, з кількома колесами.

• Розташування осі коліс у просторі:

1. горизонтальне;
2. вертикальне.

• Тиск:

1. низький тиск, до 0,2 МПа;
2. середня, від 02 до 06 МПа;
3. висока, понад 0,6 МПа.

• Спосіб підведення рідини до робочого елементу:

1. з одностороннім входом;
2. двостороннім входом або подвійним всмоктуванням;
3. закриті;
4. напівзакриті.

• Спосіб роз'єму корпусу:

1. горизонтальний;
2. вертикальний роз'єм.

• Спосіб відведення рідини із робочої зони в канал корпусу:

1. спіральний. Тут рідина одразу відводиться у спіральний канал;
2. лопатковий. У цьому випадку рідина проходить спочатку через спеціальний пристрій, який називається направляючим апаратом і є нерухомим колесом з лопатками.

• Коефіцієнт швидкохідності:

1. тихохідні насоси;
2. нормальні;
3. швидкохідні.

• Функціональне призначення:

1. для водопроводів;
2. каналізації;
3. лужні;
4. нафтові;
5. терморегулюючі та багато інших.

• Спосіб з'єднання з двигуном:

1. приводні, в системі є редуктор або шків;
2. з'єднання з електродвигуном за допомогою муфти.

• ККД насоса.
• Спосіб розташування насоса по відношенню до поверхні води:

1. поверхневі;
2. глибинні;
3. занурювальні.

Особливості робочого колеса пристрою

Порада: Своєчасна заміна зношеного робочого колеса збільшить термін експлуатації відцентрового насоса.

Робоче колесо перетворює енергію обертання валу тиск, що створюється всередині корпусу пристрою, де перекачується рідина. Гідродинамічний розрахунок робочого колеса відцентрового насоса за заданими вимогами проводиться для визначення розміру проточної або внутрішньої та зовнішньої частини колеса, форми та кількість лопаток.
Докладно, як виконується розрахунок елемента, можна дізнатися на відео в цій статті.

Форма колеса та його конструктивні розміри забезпечують елементу необхідну механічну міцність та технологічність виготовлення:

• Можливість отримати якісний виливок.
• Забезпечити подальше дотримання техпроцесу механічної обробки.

При виборі матеріалу до нього мають бути такі вимоги:

• Стійкість до дії корозії.
• Хімічна стійкість до впливу елементів рідини, що прокачується.
• Стійкість до режиму роботи пристрою.
• Тривалий термін експлуатації, згідно з паспортними характеристиками.

Найчастіше виготовлення робочого колеса береться чавун марок СЧ20 – СЧ40.
При роботі зі шкідливими хімічними речовинами та корозійно-агресивними середовищами, робоче колесо та корпус відцентрового насоса виготовляються з нержавіючої сталі. Для роботи пристрою в напружених режимах, що включають: - тривалий термін включення; рідина для перекачування містить механічні домішки; високий напір, для виготовлення коліс береться хромистий чавун ІЧХ, як показано на фото.

Як виконати обточування робочого колеса

При експлуатації іноді доводиться до конкретних умов пристосовувати характеристики насосів. У цьому випадку найкраще зменшити зовнішній діаметр D 2 колеса, зробивши його підрізування. (рис. 1).

Мал. 1. Схеми доопрацювання робочого колеса пристрою
а) відцентрового
б) осьового
При підрізанні робочих елементів відцентрових насосів зміну параметрів насоса приблизно можна розрахувати за рівняннями подібності:

• де Q - номінальна подача;
• H – натиск;
• N – потужність;
• D 2 - Зовнішній діаметр (до обрізки колеса);
• Q', H', N', D' 2 ті ж позначення після обрізки.

На рис. 2 вказані робочі розміри колеса після закінчення його обточування. Як видно, після цього процесу суттєво розширюється подача та напір для насосів цього типу.

На ККД мало позначається зменшення діаметра від початкового на 10…15 % для пристроїв з n s = 60…120. При підвищенні n s зниження ККД буде суттєвим, що видно з рис. 3.

Як змінюються параметри під час підрізування елемента для осьових насосів можна розрахувати за формулами:

• де Q - номінальна подача;
• H – натиск;
• D 2 - Зовнішній діаметр елемента;
• d - діаметр втулки (до обрізки колеса);
• Q', H', D' 2 — ті ж позначення після обрізки.

Подачу осьового насоса можна зменшити і заміною робочого колеса іншим, з тими ж лопатками і великим діаметром втулки. І тут напірна характеристика насоса перераховується за формулами: де d' — більший діаметр втулки.
У відцентрових насосів (див.

Мал. 5. Схема зміни лопаток робочого колеса насоса

Порада: Під час виконання таких операцій ціна відцентрового насоса буде значно знижена, ніж при покупці нового пристрою.

Використання відцентрових насосів у справному стані збільшує їх термін експлуатації, що значно знижує витрати під час перекачування рідини.

2.1. Влаштування робочого колеса

На малюнку 4 наведено поздовжній розріз (вздовж осі валу) робочого колеса відцентрового насоса. Міжлопатеві канали колеса утворюються двома фасонними дисками 1, 2 і декількома лопатями 3. Диск 2 називається основним (провідним) і становить одне єдине ціле зі маточкою 4. Ступиця служить для жорсткої посадки колеса на вал 5 насоса. Диск 1 називається покриваючим або переднім. Він є єдиним цілим з лопатями в насосах.

Робоче колесо характеризується наступними геометричними параметрами: діаметром входу D 0 потоку рідини в колесо, діаметрами входуD 1 і виходуD 2 з лопатки, діаметрами валаd і маточини ст , довжиною ступициl ст , шириною лопатки на входіb 1 і виходіb 2 .

d стd в

l ст

Малюнок 4

2.2. Кінематика потоку рідини у колесі. Трикутники швидкостей

Рідина підводиться до робочого колеса в осьовому напрямку. Кожна частка рідини рухається з абсолютною швидкістю з .

Потрапивши в міжлопатевий простір, частки беруть участь у складному русі.

Рух частинки, що обертається разом із колесом, характеризується вектором окружної (переносної) швидкості u. Ця швидкість спрямована щодо до кола обертання чи перпендикулярно до радіусу обертання.

Частинки також переміщаються відносно колеса, і цей рух характеризується вектором відносної швидкості w , спрямованої по дотичній до поверхні лопатки. Ця швидкість характеризує рух рідини щодо лопатки.

Абсолютна швидкість руху частинок рідини дорівнює геометричній сумі векторів окружної та відносноїr швидкостей

c = w+u.

Ці три швидкості утворюють трикутники швидкостей, які можна побудувати будь-де міжлопатевого каналу.

Для розгляду кінематики потоку рідини в робочому колесі прийнято будувати трикутники швидкостей на вхідній та вихідній кромках лопатки. На малюнку 5 наведено поперечний розріз колеса насоса, на якому побудовані трикутники швидкостей на вході та виході міжлопатевих каналів.

w 2β 2

Малюнок 5

У трикутниках швидкостей кут α – це кут між векторами абсолютної та окружної швидкостей, β – кут між вектором відносної та зворотним продовженням вектора окружної швидкості. Кути β1 і β2 називаються кутами входу та виходу з лопатки.

Окружна швидкість рідини дорівнює

u = π 60 Dn,

де n - Частота обертання робочого колеса, про / хв.

Для опису потоку рідини використовуються також проекції швидкостей з u і r. Проекція u – це проекція абсолютної швидкості на напрямок окружної швидкості, з r – проекція абсолютної швидкості на напрям радіуса (меридіональна швидкість).

З трикутників швидкостей випливає
с1 u = с1 cos α 1	с2 u = с2 cos α 2
з 1r= з 1sin α 1,	з 2r= з 2sin α 2.

Трикутники швидкостей зручніше будувати поза робочим колесом. Для цього вибирається система координат, у якій вертикальний напрямок збігається з напрямком радіусу, а горизонтальний – з напрямком окружної швидкості. Тоді у вибраній системі координат трикутники входу (а) та виходу (б) мають вигляд, показаний на малюнку 6.

			з 2r

Малюнок 6

Трикутники швидкостей дозволяють визначити величини швидкостей і проекцій швидкостей, необхідні розрахунку теоретичного напору рідини на виході колеса нагнетателя

H т = u2 c2 u g − u1 c1 u.

Цей вираз називається рівнянням Ейлера. Справжній натиск визначається виразом

Н = µ ηг Н т ,

де µ – коефіцієнт, що враховує кінцеве число лопатей, ηг – гідравлічний ККД. У наближених розрахунках µ ≈ 0,9. Точніше його значення розраховується за формулою Стодоли.

2.3. Типи робочих коліс

Конструкція робочого колеса визначається коефіцієнтом швидкохідності n s , який є критерієм подібності для нагнітальних пристроїв і дорівнює

n Q ns = 3,65 H 3 4 .

Залежно від величини коефіцієнта швидкохідності робочі колеса поділяють на п'ять основних типів, які показані малюнку 7. Кожному з наведеного типу колеса відповідають певні форма колеса і співвідношення D 2 /D 0 . При малих і великих H , відповідних малим значенням n s , колеса мають вузьку проточну порожнину і найбільше відношення D 2 / D 0 . Зі збільшенням Q та зменшенням H (n s зростає) пропускна спроможність колеса повинна зростати, і тому його ширина збільшується. Коефіцієнти швидкохідності та співвідношення D2/D0 для різних типів коліс наведені в табл. 3.

Малюнок 7

		Таблиця 3
Коефіцієнти швидкохідності та співвідношення D 2 /D 0 для коліс
	різної швидкохідності
Тип колеса	Коефіцієнт б-	Співвідношення D 2 /D 0
	строходності n s
Тихохідне	40÷80
Нормальною	80÷150
швидкохідності
Швидкохідне	150÷300	1,8 ÷ 1,4
Діагональне	300÷500	1,2 ÷ 1,1
	500 ÷ 1500

2.4. Спрощений спосіб розрахунку робочого колеса відцентрового насоса

Задано продуктивність насоса, тиску на поверхнях рідини, що всмоктується і нагнітається, параметри підключених до насоса трубопроводів. Завдання полягає в розрахунку колеса відцентрового насоса, і включає розрахунок основних його геометричних розмірів і швидкостей в проточній порожнині. Необхідно також визначити граничну висоту всмоктування, що забезпечує безкавітаційний режим роботи насоса.

Розпочинається розрахунок з вибору конструктивного типу насоса. Для підбору насоса необхідно розрахувати напір Н . За відомимиН і Q , використовуючи повні індивідуальні або універсальні характеристики, наведені в каталогах або літературних джерелах (наприклад, підбирається насос. Вибирається частота обертання валу насоса.

Для визначення конструктивного типу робочого колеса насоса розраховується коефіцієнт швидкохідності ns.

Визначається повний ККД насоса η = η м η г η о. Механічний ККД приймається не більше 0,92-0,96. У сучасних насосів значення про лежать в межах 0,85-0,98, а г - в межах 0,8 - 0,96.

Коефіцієнт корисної дії η о можна розрахувати за орієнтовним виразом

d в = 3 М (0,2 τ доп),

				η0 =
						1 + аn − 0.66
	Для розрахунку гідравлічного ККД можна використовувати фор-
				ηг =1 −
					(lnD			− 0,172) 2
де D 1п – наведений діаметр на вході, що відповідає живому
				робоче колесо та				визначається виразом
		D 2 − d		D 0 іd ст - відповідно діаметр входу жид-

кістки в робоче колесо та діаметр маточини колеса. Наведений діаметр пов'язаний з подачею Q іn співвідношенням D 1п = 4,25 3 Q n.

Споживана потужність насоса дорівнює N = Q QH η . Вона пов'язана з моментом, що крутить, що діє на вал, співвідношенням M = 9,6 N в / n . У даному виразі одиниці виміруn –

На вал насоса в основному діє скручує зусилля, обумовлене моментом М, а також поперечні та відцентрові сили. За умовами скручування діаметр валу розраховується за формулою

де τ - напруга кручення. Його величина може задаватися в діа-

пазоні від 1,2 · 107 до 2,0 · 107 Н/м2.

Діаметр маточини приймається рівним d ст = (1,2 ÷ 1,4) d ст, її довжина визначається зі співвідношення l ст = (1 ÷ 1,5) d ст.

Діаметр входу в колесо насоса визначається за наведеним

діаметру D 0 = D 1п = D 1п + d ст (D 02 - d ст2) η о.

Кут входу знаходиться із трикутника швидкостей входу. Припускаючи, що швидкість входу потоку рідини робоче колесо дорівнює швидкості входу на лопатку, і навіть за умови радіального входу, тобто. с0 = с1 = с1 r можна визначити тангенс кута входу на лопатку

tg β1 = c 1 . u 1

З урахуванням кута атаки i кут лопаті на вході 1 л = 1 + i . Втрати

енергії в робочому колесі залежить від кута атаки. Для відігнутих назад лопаток оптимальний кут атаки лежить у діапазоні від -3 ÷ +4o.

Ширина лопаті на вході визначається на підставі закону збереження маси

b 1 = πQ µ,

D 1c 1 1

де µ 1 – коефіцієнт утиску вхідного перерізу колеса кромками лопатей. В орієнтовних розрахунках приймається µ 1 ≈ 0,9.

При радіальному вході в міжлопатеві канали (c1u = 0) з рівняння Ейлера для напору можна отримати вираз для окружної швидкості на виході колеса

ctgβ

ctgβ