«Судовые вспомогательные механизмы, системы и их эксплуатация» (стр. 8 )

Многоступенчатые насосы имеют различное исполнение (секционные, спиральные):

Кроме перечисленных основных конструктивных признаков, центробежные насосы классифицируют по:

положению оси вращения рабочих колес (горизонтальные и вертикальные насосы), конструкции опор (моноблочные, с выносными опорами, с внутренними опорами), числу потоков, т. е. числу отводов, через которые подается жидкость (одно-, двух-, многопоточные), конструкции корпуса (насосы двух корпусные, с защитным корпусом и футеровкой), месту расположения (погружные, скважинные насосы). по способу подвода жидкости к колесу с односторонним (рис.4. а) и двусторонним подводом (рис. 4.г). по соединению проточных частей - одноступенчатые, многоступенчатые [проточные части соединены последовательно (рис. 4 а, д)], многопоточные [проточные части соединены параллельно (рис. 4. б)], многопоточные-многоступенчатые [проточные части многих колёс соединены параллельно-последовательно (рис. 4. в)]. по быстроходности, характеризуемой коэффициентом быстроходности n: тихоходные, нормальные и быстроходные.

Коэффициентом быстроходности NS называется частота вращения колеса модельного насоса, геометрически подобного оригиналу, создающего напор в 1 м при подаче 75 лс -1 и потребляющего при этом мощность в 0,736 кВт при наивысшем КПД. Коэффициент быстроходности влияет на форму колеса и относительную длину лопасти.

по всасывающей способности - несамовсасывающие, требующие перед пуском заливки всасывающего трубопровода перекачиваемой жидкостью, и самовсасывающие, имеющего устройство для самовсасывания. по создаваемому напору - низконапорные (до 0,5 МПа), средненапорные (0,5-5 МПа), высоконапорные (более 5МПа); по расположению вала - горизонтальные и вертикальные.

Потоки жидкости при работе лопастных насосов.

Рис. 4. Схемы соединения колес центробежного насоса.

Рис. 4-а. Конструктивные типы рабочих колес лопастных насосов.

Принцип действия ЦН (Рис.5) состоит в следующем: при вращении РК 5 его лопасти 4, образующие межлопастные каналы, оказывают силовое воздействие на жидкость и преобразуют механическую энергию приводного двигателя в энергию перекачиваемой жидкости. Жидкость, поступающая из всасывающего трубопровода 7, приемного резервуара 8 в центр РК насоса 5, обтекает его лопасти и с их помощью отбрасывается к периферии, откуда выбрасывается в спиральный отвод 6 и направляется в диффузорный выходной патрубок 3, где происходит снижение ее скорости и преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Затем через напорный трубопровод 2 она поступает в напорную емкость 1. У центра РК образуется область пониженного давления, за счет чего жидкость и поступает из всасывающего трубопровода через входной конфузорный патрубок насоса к РК. Учитывая, что РК насоса вращается при , жидкость во входном и напорном патрубках, во всасывающем и нагнетательном трубопроводах движется тоже с постоянной скоростью.

Рис. 5  Принцип действия центробежного насоса.

ЦН относят к классу лопастных, так как жидкость в пределах РК направляется с помощью лопастей.

Рис. 6. Центробежный насос.

Центробежные насосы являются самыми распространёнными из всех типов лопастных насосов. Это объясняется широким диапазоном их  подач (до 70 м3с) и напоров (до нескольких сотен метров).

  Насос НЦВ 40 (рис. 7) является 2-х ступенчатым, однопотоковым с двумя рабочими колесами 5, расположенными на валу симметрично; такое расположение колес теоретически уравновешивает осевые гидравлические нагрузки, воспринимаемые валом 4, вследствие чего пятовый подшипник 3 воспринимает только собственный вес ротора и случайные осевые силы. Рабочие колёса насоса работают в двух опорах:

Верхняя опора имеет два радиально-упорных шарикоподшипника, расположенных в узле пятового подшипника.

Рис. 7. Центробежный насос.  НЦВ 40.

Нижней опорой ротора является резиновый подшипник 6.

  Шарикоподшипники работают на консистентной смазке. Корпус пятового подшипника имеет водяное охлаждение. Резиновый подшипник работает на смазке водой.

  Соединение насоса с электродвигателем производится посредством упругой пальцевой муфты.2.Опорой насоса является фонарь.

  К нижнему фланцу фонаря непосредственно крепится узел корпуса насоса, на верхнем фланце фонаря устанавливается электродвигатель, фонарь и электродвигатель имеют лапы для крепления к вертикальной переборке.

  Сальниковые уплотнения имеют хлопчатобумажную промасленную и прографиченную набивку. На стыках деталей ставятся прокладки из прессшпана толщиной 0,5 мм.

  Регулирование насоса производится напорной задвижкой.

При вращении рабочего колеса I насоса (рис. 8.а) возникает центробежная сила, под действием которой жидкость движется в радиальном направлении III, одновременно лопасти придают жидкости вращательное движение. Поэтому в центре насоса возникает разряжение Рв, что обеспечивает непрерывный приток жидкости из всасывающего патрубка к центру.

Рис. 8. Принцип работы центробежного насоса.

  Пройдя через вращающееся колесо насоса, жидкость отбрасывается в спиралевидный расширяющийся канал V, который служит направляющим аппаратом для потока жидкости и в котором происходит преобразование кинетической энергии, полученной жидкостью на колесе насоса, в гидродинамическое давление Рн, с которой жидкость отводится в нагнетательный трубопровод.

  При работе насоса (рис. 8.а) давление во всасывающей полости Рв ниже, чем давление Рн после выхода из колеса. Вследствие этого жидкость через зазоры просачивается в кольцевое пространство между колесом и корпусом, и в этом пространстве устанавливается давление, приблизительно равное Рн. Разность давлений Рн и Рв,  действующих на рабочее колесо и неуравновешенных силой давления жидкости на участке колёсного диска До  вызывает действие осевой силы, которая всегда направлена в сторону всасывающего отверстия и вызывает осевой сдвиг колеса в этом же направлении.

Рис. 9. Схема образования осевой силы и ее уравновешивание.

  Для устранения осевой силы в небольших одноколёсных насосах, в диске колеса у его ступицы делают небольшое отверстие 1, через которое жидкость перетекает из полости повышенного давления в полость пониженного давления и давление выравнивается с обеих сторон колеса. В больших насосах делают двусторонний подвод жидкости на рабочее колесо (рис. 9. в). В многоступенчатых насосах на валу устанавливают разгрузочный диск.

  Жидкость к диску подводится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса, и пройдя зазор между подушкой 3 и  диском 2 отводится по каналу 1. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жидкости на диск возрастёт, и он сместится влево, восстановив нормальный зазор между ним и подушкой.

Кавитация. Допустимая высота всасывания

Кавитация — это процесс нарушения сплошности текущей жидкости. Ее сущность состоит в образовании разрывов сплошности в тех зонах потока, в которых давление падает до величины, равной давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости, т. е. условием начала возникновения кавитации является . Кавитация — сложное физическое явление. Начало ее процесса характеризуется появлением в потоке малых парогазовых пузырьков, которые из зоны образования уносятся в область повышенного давления и там разрушаются. По мере развития кавитации количество парогазовых пузырьков возрастает и образуются устойчивые парогазовые полости. Пузырьки, попав в область повышенного давления, конденсируются, и жидкость, окружающая их, устремляется с большой скоростью в пространство, которое ранее было занято паром. Процесс конденсации пара заканчивается гидравлическим ударом и сопровождается резким повышением  местного давления. Сила гидравлического удара может достигать порядка нескольких сотен атмосфер. Наряду с эрозией вследствие гидравлических ударов происходит также и коррозионное разрушение металла. Кавитация сопровождается термическими и электрохимическими явлениями. Она приводит к резкому снижению КПД насоса и его напора. Работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, треском, ударами и повышенной вибрацией.

Кавитация может возникнуть во всасывающем, напорном трактах, в местах срыва потока с поверхностей лопастей и регулирующих органов (задвижек, заслонок), при протекании жидкости через уплотнительные зазоры, в зонах резкого поворота потока и т. д.

В ЦН кавитация проявляется чаще всего с вогнутой (тыльной) стороны входных кромок лопастей (рис. 10, точка В), в зоне, наиболее удаленной от оси вращения РК.

Рис. 10. К определению зоны начала кавитации в ЦН.

Процесс развития кавитации в насосе разбивается на 4 периода: возникновение, начало (неустановившаяся стадия), частично  развившаяся (установившаяся) стадия и полностью развившаяся (срывная) стадия. Степень развития кавитации определяется этими периодами времени.

Для предупреждения кавитации в насосе могут быть применены различные способы (рациональное профилирование формы проточной части, ограничение скорости движения жидкости в сечениях канала и др.).

Геометрическая высота всасывания hвс используется для установления режима работы насоса. Нормальная работа насоса может быть обеспечена только при допустимом значении hвс, которая существенно зависит от температуры перекачиваемой жидкости. Ее повышение уменьшает величину hвс (рис. 11). Величина hвс может быть положительной и отрицательной. Отрицательная иначе называется подпором насоса. В этом случае насос должен находиться ниже уровня жидкости в приемной емкости.