Центробежные насосы
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
Почти все насосы, используемые в ирригационных системах (например, с односторонним всасыванием, с разъемным корпусом, погружные и с вертикальной турбиной), являются видами центробежных насосов и полагаются на центробежную силу для добавления энергии к воде, проходящей через них.
Центробежный насос передает кинетическую энергию от блока в энергию давления и скорости в воде по принципу центробежной силы.
Эффект центробежной силы можно наблюдать, когда вы выезжаете на машине из илистого поля. По мере того, как шины ускоряются, прилипшая к колесам грязь под действием силы разбрасывается радиально наружу.
Насос перемещает воду под действием центробежной силы к внешней стороне рабочего колеса и в кожух, окружающий рабочее колесо, где большая часть кинетической энергии воды преобразуется в энергию давления.
Скорость потока центробежного насоса напрямую зависит от напора, против которого он работает. То есть, если напор увеличивается (из-за частичного закрытия выпускного клапана или по какой-либо другой причине), расход уменьшается. Если рабочий напор уменьшается, расход увеличивается. Это соотношение показано графически на кривых.
Рис. 1. Кривые зависимости давления насоса от расхода
При расходе 0 литров в минуту (то есть при перекачивании при закрытом кране) напор, создаваемый центробежным насосом, называется напором при нулевой производительности. В большинстве случаев он является максимальным или близким к максимальному напору, который может быть создан этим насосом. Насос с рабочим колесом диаметром 97мм., кривая которого показана на графике, имеет напор при нулевой производительности около 55 метров (5,5 бар)
Если вода поступает в насос при атмосферном давлении (0 bar. на манометре), то создаваемый насосом напор равен давлению на выходе. Если вода поступает в насос при давлении ниже атмосферного (например, в случае насоса, установленного выше уровня воды), давление нагнетания меньше, чем общий напор, создаваемый насосом.
Если вода поступает в насос под давлением выше атмосферного (т.е. вода поступает от другого насоса или из источника, расположенного выше уровня насоса), тогда давление нагнетания больше, чем общий напор, создаваемый насосом. Это называется установкой с повысительным насосом.
Для создания больших напоров применяют многоступенчатые насосы, в которых жидкость проходит последовательно несколько рабочих колёс, получая от каждого из них соответствующую энергию. Важнейшей особенностью центробежных насосов является непосредственная зависимость напора, а также мощности, КПД и допустимой высоты всасывания от подачи, которая для каждого типа насоса выражается соответствующими графиками, называемыми характеристиками. КПД центробежного насоса при определенном режиме его работы достигает максимального значения, а затем с увеличением подачи снижается.
ТИПЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Для выбора типа насоса следует понимать место нахождения источника воды, так же возможны прочие условия.
Центробежные насосы делятся на поверхностные и погружные.
Поверхностные насосы устанавливаются вне источника воды и делятся на нормальновсасывающие и самовсасывающие.
Рис. 2. Внутреннее устройство поверхностного нормальновсасывающего центробежного насоса
- Корпус насоса
- Фланец
- Рабочие колеса
- Вал двигателя
- Механические уплотнения
- Подшипники
- Конденсатор
- Электродвигатель
Поверхностные насосы с нормальным всасыванием обычно используют для повышения давления, либо это существующий водопровод, либо насос устанавливается ниже зеркала воды. Технически, поверхностный насос с нормальным всасыванием может поднять воду с определённой глубины (обычно указывается в каталогах производителя).
Рис. 3. Внутреннее устройство поверхностного самовсасывающего центробежного насоса.
- Корпус насоса
- Фланец
- Рабочие колеса
- Диффузоры
- Вал двигателя
- Механическое уплотнение
- Подшипники
- Конденсатор
- Электродвигатель
Самовсасывающие насосы могут поднимать воду с глубины до 9 метров, обычно указывается в каталогах производителя. Они используются для забора воды непосредственно из водоисточника, находящегося ниже уровня насоса. Но никто не запрещает использовать самовсасывающий насос для повышения давления.
Самовсасывающий насос перед запуском необходимо заполнять водой, для этого предусмотрена специальная пробка, так же на конце водозаборной трубы необходим донный клапан (комбинация из обратного клапана и фильтрующей сетки). При подборе насоса следует учитывать потери на всасывание.
Рис. 4. Забор воды самовсасывающим насосом
Так же есть насосы с выносным эжектором, они могут поднять воду с 25-30 метров, редко используются из-за маленькой производительности.
Следует знать про такой показатель как NPSH. Его, как правило, указывают в каталогах производителей насосного оборудования для конкретной модели насоса на графике (см. ниже).
Эффективный положительный напор на всасывании (NPSH)
NPSH (Net Positive Suction Head) – высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса. Параметр используется для оценки работы насосной установки без кавитации.
Большинство проблем в работе насоса возникают на всасывающей стороне. Обычно эффективный положительный напор при всасывании [NPSH] {м.}, необходимый для насоса, не учитывается как причина проблем. Доступное значение NPSH зависит от атмосферного давления Земли. Обычно оно выражается в метрах, а для воды на уровне моря доступно значение 10м. или 1 bar. Обычно атмосферное давление должно превышать потери на всасывании и «проталкивать» воду в насос.
NPSH также играет важную роль в правильном выборе насоса. NPSHa (допустимый) из системы должно не менее чем на 0,5 метра превышать NPSHr (необходимое) для насоса. NPSHr является функцией насоса и следует из характеристики насоса.
На допустимый эффективный напор при всасывании влияют следующие факторы:
- давление, соответствующее определённой высоте, или барометрическое давление
- статическая высота жидкости выше или ниже центральной линии насоса
- полное трение на стороне всасывания и потери на входе
- давление насыщенного пара при температуре откачки
NPSHa для системы можно рассчитать, используя некоторые данные, полученные при расчете суммарного динамического напора.
Таким образом в 90% случаев подбирается поверхностный насос, это упрощает его монтаж и эксплуатацию. В случае, когда не удается установить поверхностный насос, можно использовать погружной.
Погружные насосы
Погружные насосы обычно разделяются на несколько типов: фекальные, дренажные, колодезные и скважинные.
Для систем полива подходят только последние два, т.к. фекальные и дренажные предназначены для перекачивания большого объема жидкости при не очень большом давлении. Так же не рекомендуется использовать скважинные насосы для забора воды из водоемов и емкостей, специфика конструкции данных насосов подразумевает, что они должны быть установлены в скважину, иначе они перегреваются и выходят из строя.
При подборе насоса под гидравлическую характеристику системы, следует учитывать потери при подъеме воды.
Рис. 5 Внутреннее устройство погружного насоса
- Внешний кожух
- Кожух двигателя
- Рабочие колеса и диффузоры
- Диафрагмы
- Вал двигателя
- Двойное промежуточное торцевое уплотнение вала с промежуточной масляной камерой
- Подшипники
- Конденсатор
- Электродвигатель
- Кабель электропитания
- Автоматический выпускной клапан
- Виброизолирующие опоры
- Внешний поплавковый выключатель.
Обычно погружной насос устанавливается в подземную емкость, колодец или водоем, для емкостей, у некоторых производителей есть специальные комплекты для установки в горизонтальном положении.
Рис. 6. Варианты установки погружного насоса в емкость
Данный комплект позволяет использовать максимальный объем воды, находящейся в емкости. В случае установки насоса в колодец, данный комплект не требуется, насос фиксируется при помощи троса на заданной глубине.
Так же данный тип насосов можно использовать для забора воды из открытых водоемов, в данном случае насос желательно располагать под плавающим понтоном на не большой глубине. Важно чтобы насос не всасывал ни мусор со дна ни с зеркала водоема.
ЧТЕНИЕ КРИВЫХ НАСОСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Кривые производительности насоса графически представляют рабочие характеристики центробежного насоса для воды. Типичная кривая будет показывать общий динамический напор, мощность в лошадиных силах, эффективность и эффективный положительный напор на всасывании — все это отображается в зависимости от диапазона производительности насоса.
Рис. 7. Динамические характеристики насосов
- Кривая — это типичная кривая производительности центробежного насоса. Значения давления или суммарный динамический напор. Суммарный динамический напор показан в метрах.
- Значения расхода или производительности. Производительность указывается в литрах в минуту или метрах кубических в час.
- Кривая зависимости напора от расхода.
Линии кривой, представляют собой кривые производительности насоса. Они нанесены на график, чтобы показать зависимость расхода насоса от суммарного динамического напора. Каждая линия отражает производительность разной модели насоса.
Обратите внимание на то, что по мере увеличения расхода или производительности центробежного насоса суммарный динамический напор уменьшается. - Кривая необходимого эффективного напора при всасывании NPSHr.
Кривые необходимого NPSHr. Иногда обозначаются вертикальными пунктирными линиями. Значение требования NPSH определяется гидравлической конструкцией производителя насоса. Это значение указывается в метрах. Обратите внимание, что по мере увеличения потока центробежного насоса NPSHr также увеличивается. - Кривая мощности кВт и лошадиных сил.
Кривые мощности кВт представляют собой кривые мощности в кВт и лошадиных силах. Каждая кривая имеет соответствующее значение, показывающее требуемую мощность насоса в любой заданной точке относительно производительности по напору. Точка пересечения кривой напора и кривой мощности — это место, где насос потребляет соответствующее значение мощности. - Кривая эффективности.
Представляют собой кривые КПД насоса. Каждая кривая имеет соответствующее значение, показывающее эффективность насоса в любой заданной точке относительно производительности по напору. Для насоса F 32/160A заявленный КПД составляет от 58% до 62%. За пределами показанного диапазона КПД будет менее 58%. Так же часто кривую эффективности КПД указывают отдельным графиком, расположенным под основным. Рис. 8. Вариант отображения кривой эффективности. - Точка наилучшего КПД насоса или рабочая точка насоса (Best Efficiency Point – ВЕР) составляет 62% для насоса F 32/160A. ВЕР зависит от конструкции гидравлической системы, разработанной производителем насоса. Она может варьироваться от модели насоса, а также от диаметра затвора рабочего колеса для одной и той же модели насоса.
Другая информация, которую обычно можно найти на кривой производительности центробежного насоса, включает тип рабочего колеса, диаметр рабочего колеса, удельную скорость, максимальный диаметр твердых частиц, скорость насоса, модель насоса и производителя насоса. Как производитель представляет эту информацию, если она вообще представлена, зависит от производителя насоса. Ниже приведены краткие объяснения каждого пункта. - Скорость насоса
Указывает скорость вращения вала в оборотах в минуту об/мин), на которой основана характеристика кривой. - Высота всасывания