Конструкции центробежных и осевых насосов

Приведены описания конструкций насосов, применяемых в системах водоснабжения и кинализации, а также в основных отраслях промышленности и коммунального хозяйства.

Консольные центробежные насосы общего назначения для воды. Консольные одноступенчатые насосы — наиболее массовый тип центробежных насосов для подачи от 5 до 350 м/ч. Консольные насосы применяют для перекачивания не только воды, но и химически активных жидкостей, суспензий и эмульсий. Поэтому конструкции и узлы таких насосов более унифицированы и стандартизированы, чем конструкции насосов других типов. Консольные насосы для воды изготовляют по ГОСТ 22247—76Е «Насосы центробежные консольные общего назначения для воды. Технические условия».

Промышленность выпускает насосы на отдельной стойке (рис. 2.11) и моноблочные, т. е. закрепленные на опорном фланце электродвигателя. Рабочее колесо консольного насоса закрытого типа литое закреплено на валу. Корпус насоса спиральный литой крепится к опорному кронштейну. Вал насоса вращается в двух подшипниковых опорах. Уплотнение насоса — мягкий сальник. Насос и электродвигатель закреплены на общей фундаментной плите. Привод от электродвигателя осуществляется через упругую муфту с монтажной приставкой, что позволяет демонтировать насос без отсоединения его от трубопровода и демонтажа электродвигателя. Подвод жидкости—осевой, отвод — вертикально вверх; напорный патрубок расположен по осн насоса.

Центробежные горизонтальные насосы с двусторонним подводом воды. Насосы этого типа получили широкое распространение в системах водоснабжения и теплоснабжения. Они изготовляются согласно ГОСТ 10272—77 «Насосы центробежные двустороннего входа. Технические условия». Центробежные насосы типа Д (рис. 2.15) снабжены чугунным корпусом с осевым разъемом. В нижней

Многоступенчатые горизонтальные насосы. Многоступенчатые центробежные насосы развивают большие напоры при относительно небольших подачах. Различают многоступенчатые илсосы секционного и спирального типа. В секционном иаоке жидкость поступает последовательно из одного колеса в другое через направляющие аппараты, которые имеются в каждой секции, орнус многоступенчатого насоса секционного типа состоит из отдельных секций и двух крышек, соединенных стяжными болтами (рис. 2.17). Осевое давление в многоступенчатых насосах секционного типа воспринимается гидравлической пятой. Рабочие ко.iec;i н направляющие аппараты изготовляют обычно из чугуна, уплотняющие кольца — из бронзы, вал — из стали.

ГОСТ 10407—70 «Насосы центробежные мпоюступспчатые секционные» регламентирует параметры двух групп секционных насосов типа ЦНС с подачей от 8 до 650 м^э/ч: нормальной п высоконапорной. Насосы нормальной группы раэвппают нилор от 50 до 1440 м, а высоконапорной — от 600 до 1900 м.

В обозначение насоса входят дпе группы цифр. Первая группа цифр обозначает подачу, м^}/ч, вторая груп и а цифр — напор, м, далее следует написание ГОСТа, например ЦНС 60—100 ГОСТ 10407—70.

Ранее секционные многоступенчатые насосы обозпачались буквами МС. К недостаткам секционных многоступенчатых насосов относятся большие осевые усилия, низкий КПД (0,6—0,75) и сложность изготовления, сборки и разборки.

Многоступенчатые насосы спирального типа конструктивно более совершенны и обладают более высоким КПД, чем секционные насосы. Насосы спирального типа изготовляют двух- и четырехступенчатыми. На рис. 2.18,а показана схема движения жидкости в двухступенчатом насосе спирального типа, а на рис. 2,18,6— в че-тырехступеичатом. Как видно из схемы, колеса расположены таким образом, что осевые давления частично уравновешиваются. В двухступенчатых насосах жидкость поступает из одного колеса в другое по внутреннему перепускному каналу. В четырехступеичатых насосах жидкость поступает последовательно из первого колеса во второе, третье и четвертое по перепускным каналам или по наружной перепускной трубе. Корпус двухступенчатого насоса спирального типа имеет горизонтальный разъем, что дает возможность осматривать и ремонтировать иасос, не демонтируя прилегающий трубопровод. Остаточные осевые усилия в таких насосах воспринимаются упорными или радиально-упорными подшипниками. Двухступенчатые спиральные насосы используют в основном в качестве конденсатных насосов на ТЭС. Многоступенчатые центробежные насосы спирального типа по сравнению с секционными обладают рядом преимуществ: более высоким КПД (0,75—0,78), уравновешенным осевым давлением, простотой сборки и разборки, отсутствием направляющих аппаратов, что позволяет значительно обтачивать колеса без заметного снижения КПД.

Кроме горизонтальных многоступенчатых насосов, изготовляют секционные многоступенчатые насосы с вертикальным валом, ио они предназначаются в основном для подачи воды из скважин. Их описание см. далее в главе 6.

Осевые насосы. Осевыми называются лопастные пасос , торых жидкость движется через рабочее колесо и iimip.in.iciiiiH его осн. Основные технические характеристики осевых itacocDii указаны в ГОСТ 9366—80 «Насосы осевые. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу, осевые насосы нзпноплиют двух типов: с жестко закрепленными лопастями колет жссто/юласт-ныс насосы (типа О) и с поворотными лопастпмн колеса -поворотно-лопастные насосы (типа ОП). Возможность из снсиии угла установки лопастей в насосах типа ОП позволив рсгули чиать подачу и напор насоса в гораздо более широких ирсделпчем в насосах типа О с жестко закрепленными лопастями колесл. Высокий КПД насоса типа ОП при этом сохраняется.

Рабочее колесо осевого насоса состоит из птулкп обитаемой формы, на которой укреплены лопасти. Втулки и лопасти псового насоса в основном исполнении отливаются из чугун и стали, а в морском исполнении — из бронзы. Жидкость iiociупас» и насос через входной патрубок. Во входных патрубках насосов некоторых типов имеются направляющие аппараты в виде неподвижных лопастей обтекаемой формы. Непосредственно за рабочим колесом (по ходу жидкости) расположен выправляющий аппарат h.-im устранения вращательного движения жидкости.

В осевых насосах типа О и ОП в псиопиом исполнении (рис. 2.19) жидкость отводится под углом (0° к 1|Сртикалн. В малогабаритных осевых насосах жидкость отводится под viaom 90" Вал осевых насосов типа ОП полый, внутри него прочили ниик механизма разворота лопастей, Механизм разно отн лощнтеП может иметь ручной, электрический или гидравлический iipnuon Следует иметь в виду, что в случае ручного привода угол уеишоики лопастей можно изменять только при неработающем иисоег. инструкция рабочего колеса осевого насоса предопределяет особенности его работы: такие насосы рассчитаны на подачу больших расходов жидкости (до 140 тыс. м³/ч) при относительно небольших напорах (4—20 м). Большой коэффициент быстроходности обуглоиливает и другую особенность осевых насосов — в больплшетт- слу-кц-воии рассчитаны на работу под заливом. Поэтому при прос1Н1ривании насосных установок осевые насосы устанавливаются нш. чтбы рабочее колесо размещалось ниже уровня воды к приемной камере.

Осевые насосы отличаются простотой конструкции и компактностью, меньшей по сравнению с центробежными насоса и массой, возможностью подачи загрязненных жидкостей. иакнюегь конструкции особенно ценна при подаче больших расходом жидкости, так как позволяет значительно сократить размеры uui-ueiioii станции. Осевые насосы применяют а оросительных усгаиоиках и насосных станциях первого подъема систем водоснабжении, а также для перекачки сточной жидкости и активного u.i.i на канализационных очистных сооружениях.

Насосы для сточных жидкостей (фекальные) н грунтовые насосы. Фекальные насосы предназначены для перекачивания сточных вод, илов н жидкостей, загрязненных механическими примесями, находящимися во взвешенном состоянии. Поэтому такие насосы должны иметь достаточно большие проходные каналы, гарантн-рующие бесперебойную работу. С этой целью рабочие колеса фекальных насосов изготовляют с небольшим числом (2—4) лопастей обтекаемой формы. Кроме того, в корпусе устраивают специальные люки для осмотра и чистки насосов.

Основные параметры выпускаемых до настоящего времени центробежных фекальных насосов указаны в ГОСТ 11379—73 «Насосы центробежные фекальные. Основные параметры». По этому ГОСТу предусмотрен выпуск фекальных насосов четырех основных типов: горизонтальные типа ФГ, вертикальные типа ФВ, одноступенчатые и двухступенчатые.

Горизонтальный фекальный одноступенчатый консольный насос с осевым подводом жидкости показан на рис. 2.20. Опора насоса выполнена в виде кронштейна, к фланцу которого прикреплен корпус упрощенной формы со всасывающим и нагнетательным патрубками. Всасывающий патрубок снабжен люком для прочистки. Второй люк для прочистки устроен в верхней части корпуса насоса.

Напорный патрубок обычно расположен вертикально, при необходимости он может быть повернут на 90^е в любую сторону. Вал насоса вращается в подшипниках качения, а у крупных насосов — в подшипниках скольжения. Уплотнением вала является сальниковая набивка. Для охлаждения н промывки сальникового уплотнения, а также для создания гидравлического затвора во время работы насоса к сальнику подается техническая вода под давлением, па 0,03—0,05 МПа (0,3—0,5 кге/см²) превышающим давление в напорном патрубке насоса.

Широкое распространение получили вертикальные фекальные насосы. Вертикальные насосные агрегаты с небольшой подачей конструктивно решены в виде блока с электродвигателем (рис. 2.21). Вал насоса имеет верхнюю и нижнюю опоры. В верхней опоре, укрепленной на плите, расположена пята, воспринимающая осевую силу вращающихся деталей насоса. Нижняя опора расположена в насосе и состоит из двух подшипников — радиального шарикового н текстолитового упорного. Корпус насоса с помощью трубы соединен с опорной ллнтой. Внутри трубы проходит вал насоса. Для смазки текстолитового подшипника к нему должна быть подведена чистая (техническая) вода.

Крупные вертикальные фекальные насосы выпускают с осевым подводом. Корпус насоса выполняется с разъемом в горизонтальной плоскости (рис. 2.22). Как видно из рисунка, насос и электродвигатель устанавливаются на раздельных фундаментах.

Осевые силы н нагрузку от действия веса вращающихся частей втаких насосах воспринимает пята электродвигателя, находящаяся в масля ной ванне.

С 1 января 1983 г. введен новый ГОСТ на насосы для сточных жидкостей — ГОСТ 11379—80Е «Насосы динамические для сточных жидкостей. Общие технические условия». Согласно этому ГОСТу должны изготовляться насосы типов СД—центробежные и СДС — свободно-вихревые. Насосы типа СД должны изготовляться в горизонтальном и вертикальном исполнении, а также полупо-гружные. Эта серия насосов должна обеспечивать подачу от 7 до 10800 м/ч с напорами от 5,5 до ПО м при перекачивании жидкости, содержащей не более 1 % абразивных частиц размером до 5 мм. Основные технические характеристики насосов СД (подача, напор) близки к характеристикам фекальных насосов типа Ф.

В обозначениях насосов для сточных вод первые буквы означают тип насоса, первая группа цифр—подачу, м^э/ч, вторая группа цифр — напор, м; далее ставят обозначение климатического исполнения и номер ГОСТа. Например, горизонтальный насос типа СД с подачей 100 м/ч и напором 40 м, климатического исполнения У4 (по ГОСТ 15)50—69) обозначается тан: СД 100/40-У4-ГОСТ 11379—ВОЕ. Сопоставление обозначений насосов, нэготопляемых по ГОСТ 11379—73 и 11379—80Е, приведено в табл. 2.3.

За последнее время в нашей стране и за рубежом для упроще ния эксплуатации насосов для перекачки сточных вод и других жидкостей, содержащих крупные взвешенные и плавающие включения, разрабатывается ряд насосов новых типов.

Таблица 23

Центробежные фекальные насосы изготовляют с колесами, снабженными устройствами (ножами) дли измельчения крупных включений.

Такой насос одновременно с перскач1ншпнем жидкости выполняет функцию дробилки, т. е. является дробилкой. Применение таких насосов упрощает эксплуатацию ruicncriux установок. Это в первую очередь касается автмати:ш|))и;пи1ых насосных станций, на которых отпадает или существенно сокращается необходимость эксплуатации дробилок и устройств дли удаления твердых включений, задержанных на решетках. В гниией стране такой насос разработав НИКТИ МКХ УССР (г. Киев).

Для перекачки сточных вод, содержащих включении больших размеров, используют свободно-вихревые насосы (СВ11), которые по принципу действия относятся к лопастным насосим зрения. От центробежных эти насосы отличаются тем, что открыто рабочее колесо размещено в кармане задней стенки корпус;» насоса (рис. 2.23). При этом между торцом колеса образуете) кимерл, свободная от вращающихся частей. Ширина этой камеры pnitiui диаметру напорного патрубка на уровне языка створа Чере.) рабочее колесо проходит только часть общего потока поступающей в насос жидкости—так называемый циркуляционный поток, состаплшощий 15— 25 % подачи насоса. Остальной части жидкости, поступающей в насос, энергия передается путем вихревого энергообмена с циркуляционным потоком. Широкая проточная полость, свободная от движущихся деталей, и открытое рабочее колесо способствуют тому, что насос практически не засоряется, а следовательно, существенно снижаются трудовые затраты на его эксплуатацию. Однако КПД у свободно-вихревых насосов ниже, чем у центробежных, и составляет 45—55%. В настоящее время промышленность выпускает свободно-вихревой насос ФГС 81/31 с номинальной подачей 81 м^э/с и погружной центробежный моноблочный фекальный электронасос марки ЦМФ 18010-У5 с рабочим колесом свободновнх-ревого типа.

Для перекачивания пульп, а также производственных сточных вод некоторых видов с большим количеством тяжелых механических примесей, в том числе абразивных (песок, окалина, шлак и т. п.), применяют грунтовые и песковые насосы.

Грунтовые насосы типа Гр одноступенчатые консольного типа с четырехлопастным рабочим колесом одностороннего входа изготовляются согласно ГОСТ 9075—75.

Корпусы таких насосов имеют разъем в вертикальной плоскости. Эти насосы предназначены для перекачивания пульп с плотностью до 1,3 кг/л.

Основные параметры песковых центробежных насосов установлены ГОСТ 8388—77 «Насосы центробежные песковые. Типы и основные параметры». В. настоящее время промышленность выпускает песковые насосы типа Пс с подачей от 50 до 200 м³/ч для перекачивания пульпы с плотностью до 2—3 кг/л (в зависимости от марки насоса). Конструкция пескового насоса типа Пр приведена на рис. 2.24. Как видно из рисунка, корпус насоса, входной и выходной патрубки гуммированы, что предотвращает быстрый износ насоса.

К сальниковым уплотнениям насосов типа Пр (так же, как и насосов типа Гр) необходимо подводить чистую воду под давлением, равным 0,8—1 рабочего давления насоса.

В последнее время получают распространение погружные канализационные электронасосы небольшой мощности. Разработана и освоена серия погружных электронасосов типа ЦМК (рис. 2.25). Это погружной моноблочный агрегат со встроенным электродвигателем, герметизированным от попадания сточной жидкости во внутреннюю полость. Насосная часть — одноступенчатый центробежный насос с двухлопастным рабочим колесом, закрепленным на консольной части вала электродвигателя Отвод насоса — спиральный. Полости всасывания и нагнетания разделены с помощью лабиринтного уплотнения.

Канализационный электронасос комплектуется специальным приспособлением для автоматической стыковки его с напорным трубопроводом без использования обычных крепежных средств, что позволяет демонтировать насос без опорожнения колодца (резервуара), где он установлен.

При производстве строительных работ для открытого водослива, а также для перекачивания загрязненных, в том числе сточных, вод получили распространение погружные моноблочные центробежные электронасосы типа ГНОМ (рис. 2.26). Согласно ГОСТ 20763—75 эти насосы должны изготовляться с подачей от 10 до 400 м7ч при напорах от 10 до 40 м.

Рабочее колесо электронасоса типа ГНОМ полуоткрытого типа, литое, из износостойкого материала, закреплено на валу электродвигателя. Электродвигатель специального ucim.iheriiin асинхронный с короткозамкнутым ротором. Ротор вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в верхней и нижней крышках. Между рабочим колесом и нижним подшипником размешена масляная камера с расположенным в ней узлом уплотнения. Масло в камере предназначено для смазки и охлаждения пар трения торцевых уплотнений. Оно же служит гидравлическим затвором для предотвращения проникновения перекачиваемой жидкости в полость электродвигателя. Наличие масляной камеры несколько усложняет эксплуатацию насосов типа ГНОМ по сравнению с эксплуатацией насосов типа ЦМК. Перекачиваемая жидкость засасывается рабочим колесом и подается в кольцевую щель между электродвигателем и кожухом. Далее жидкость попадает в напорный патрубок и нагнетается через резиновый рукав. Насосы типа ГНОМ способны перекачивать жидкость плотностью до 1250 кг/м^э при содержании твердых механических примесей максимальным размером до 5 мм до 10 % по массе.

За рубежом погружные электронасосы для перекачивания сточных вод получили большое распространение. Шведская фирма «Флюгт» выпускает большой ряд типоразмеров погружных насосов для сточных вод, включая и крупные насосы с подачей до 4000 м/ч. На рис. 2.27 показан один из таких насосов. Применение погружных насосов для перекачки сточных вод позволяет существенно уменьшить размеры насосных станций, а следовательно, снизить их стоимость.

Насосы для химически активных жидкостей. Насосы этого класса предназначены главным образом для химической промышленности. В системах водного хозяйства такие насосы применяют для перекачивания растворов различных реагентов, в первую очередь раствора коагулянта. Применяют их и для перекачивания агрессивных по отношению к черным металлам сточных вод промышленных производств. Типы и основные параметры центробежных насосов для химических производств указаны в ГОСТ 10)68—75. Основные технические требования к таким насосам приведены в ГОСТ )5110—79Е. Согласно этим ГОСТам, насосы для химических производств изготовляются следующих типов:

X, АХ, ТХ—горизонтальные, консольные на отдельной стойке;

ХБ — горизонтальные, межопорные, одноступенчатые и многоступенчатые, с рабочими колесами одностороннего входа;

ХД — горизонтальные, межопорные, с рабочими колесами двустороннего входа;

АХИ, ТХИ — погружные, вертикальные, с опорами вне перекачиваемой жидкости;

ХП, АХП — погружные, с опорами в перекачиваемой жидкости. Насосы указанных типов должны изготовляться следующих конструктивных исполнений: М — моноблочные; Р — с повышенным (избыточным) давлением на входе; О — обогреваемые или охлаждаемые; С— самовсасывающие.

Для особо химически активных жидкостей изготовляют центробежные одноступенчатые насосы из керамических материалов и эпоксидных смол. Типы и основные параметры таких насосов регламентированы ГОСТ 22570—77. Согласно этому ГОСТу насосы должны изготовляться с подачей от 3 до 460 м³/ч и напором от 6 до 95 м. Наибольшее распространение имеют насосы типа X, АХ к ТХ. Эти насосы изготовляют на унифицированных опорных стойках и подшипниках. На рис. 2.28 показан разрез насоса X 20/31.