Коэффициент быстроходности центробежного насоса: расчётные параметры

Промышленный центробежный водяной насос Vogel Pumpen

Промышленный центробежный водяной насос Vogel Pumpen

Беспроблемная эксплуатация центробежных насосов зависит от многих факторов: начиная от подбора оборудования по параметрам, и заканчивая монтажом всей сети, в которой ему предстоит функционировать. Но прежде всего, насос должен быть правильно спроектирован.
Чтобы избежать ошибок, конструкторы осуществляют не только теоретическую разработку модели, но и обязательно учитывают показатели уже эксплуатирующихся аналогов. Видео в этой статье на тему: «Центробежные промышленные водяные насосы» — даст ответы на многие вопросы, связанные с их созданием, функциональностью и внедрением в производственные системы.

Рабочие режимы центробежных насосов

Основным рабочим органом всех лопастных насосов, к числу которых относятся и центробежные агрегаты, является вращающееся колесо.
Вполне естественно, что частота его вращения оказывает влияние на получение тех или иных характеристик:

  • Если учесть, что колесо может быть не одно, а несколько, то их производительность и напорные значения представляют собой совокупность показателей всех ступеней. Эти насосы так и называют: многоступенчатые(см.Многоступенчатые центробежные насосы: особенности конструкций). Меняя размеры колёс, а так же контролируя частоту их вращения, можно получать совершенно разные характеристики агрегатов.
Российские центробежные насосы Иртыш ЦНК

Российские центробежные насосы Иртыш ЦНК

О коэффициенте быстроходности

Одним из наиболее важных расчётных параметров является коэффициент быстроходности (NS). Для его определения проектировщики пользуются формулами расчётов для двух однотипных насосов, но с колёсами разного диаметра и частотой вращения.
Итак:

  • Данный коэффициент универсален. Он наиболее точно определяет тип насоса, так как учитывает его самые важные гидравлические параметры: подачу, напор и частоту вращения. Этот показатель позволяет классифицировать лопастные насосы не по отдельному взятому признаку, а учитывать совокупность всех технических характеристик.
  • Это значительно упрощает процесс подбора оборудования для тех или иных условий эксплуатации – достаточно просто сравнить коэффициенты быстроходности. Именно таким образом классифицируются промышленные центробежные насосы для воды, когда производится проектирование производственных водопроводов, или других систем, где необходимо перекачивать жидкость.
Насосы центробежные: производит Grundfos

Насосы центробежные: производит Grundfos

  • Существует три категории центробежных насосов. У тихоходных вариантов коэффициент быстроходности в пределах от 50 до 80. Для нормальных насосов этот показатель от 80 до 150. Показатель быстроходного насоса – это 350-500.
  • Естественно, что при более высокой быстроходности, увеличивается и ширина рабочего колеса насоса. Но вот парадокс: при высоких напорах в сети, обычно используются агрегаты с малым коэффициентом быстроходности, и наоборот.
  • И вот что ещё очень важно: коэффициент NS всегда пропорционален скорости вращения колеса. Увеличение частоты вращения позволяет уменьшить габариты насоса, его вес и даже мощность мотора — соответственно, снизится и его цена.

Так что, повышать быстроходность насоса при стабильных показателях напора и производительности, выгодно во всех смыслах. Вот над решением этой задачи и трудятся конструкторы всех производителей насосного оборудования.

Внутризаводские испытания насосов

Перед тем, как только что собранный на конвейере агрегат поступит в продажу, он должен пройти внутризаводское тестирование.
Испытание центробежного насоса представляет собой комплекс мероприятий, направленных на установление соответствия фактических рабочих характеристик расчётным показателям:

  • Тестирование производится на стенде, где для агрегата создаются условия, аналогичные эксплуатационным. Вода подаётся с определённой плотностью и наличием допустимых примесей. При максимальной скорости вращения колёс, определяется фактический КПД оборудования, его мощность, минимальные и максимальные показатели напора и подачи.
Схема подключения насоса для испытаний

Схема подключения насоса для испытаний

  • Запускают агрегат на два часа, и в течение этого времени фиксируют всё, что с ним происходит. Особое внимание обращают на вибрацию; наблюдают, нет ли протечек в технологических уплотнениях; контролируют температуру подшипника; испытывают проточную часть. После испытания, проверяется состояние редуктора и всех уплотнений, для чего их приходится разбирать.
  • Процедура тестирования обычно включает в себя неразрушающие испытания следующих деталей и узлов: вал насоса высокоскоростной с втулками; сварные швы корпуса и крышка; рабочие колёса и индьюсер (насадка на колесо, регулирующая давление), штампованные части механизма.
Насосы центробежные: производит и тестирует отечественный изготовитель

Насосы центробежные: производит и тестирует отечественный изготовитель

Гидростатическим испытаниям подвергается только корпус наноса, и элементы для обвязки трубопровода. Их результаты должны соответствовать стандарту ISO*9001. Что касается вращающихся частей насоса: колеса, индьюсера и вала, то их ещё и балансируют. По окончании тестирования, производитель оформляет сертификаты испытаний.

Эксплуатационное тестирование

После того, как насосный агрегат внедряется в производственную систему, он должен пройти ещё одно испытание. К пробному запуску следует приступать после окончания монтажа всей сети: самого насоса; запорной и измерительной арматуры, станции управления, трубопровода, вентиляционной и смазочной системы.
Итак:

  • Непосредственно перед запуском двигателя агрегата, ответственные лица обязаны проверить затяжку резьб всех соединений. Затем, воздушной струёй удаляют пыль, проверяют качество смазки, а в редуктор и картер доливают масло. Для контроля плавности вращения, муфта прокручивается сначала вручную.
Испытание промышленного циркуляционного насоса

Испытание промышленного циркуляционного насоса

  • Если насос циркуляционный, и предназначен для горячей воды, то перед запуском его прогревают как минимум до +40 градусов. Пробный запуск должен производиться при минимальной нагрузке, которая через определённое время увеличивается.
  • Как только обороты вала достигнут необходимой частоты, а давление приблизится к номинальному показателю, постепенно открывают задвижку трубопровода. При возникновении каких-либо проблем: шумов и вибрации, течи, перегрузки – агрегат сразу же отключают, выясняют причины неисправности, и, устранив их, производят повторный запуск.

После того, как насос бесперебойно проработал два часа, и все показатели при этом были устойчивыми, предварительное тестирование считается пройденным. Но промышленному агрегату предстоит ещё одно, последнее испытание: четыре часа при полной эксплуатационной нагрузке.

Проблемы и их решение

Появление сильного шума при испытании насоса, или его эксплуатации, может свидетельствовать о серьёзных неполадках. Резкие звуки могут быть вызваны явлением кавитации (парообразования). В воде образуются пузырьки газа, которые лопаются, вызывая скачки давления в системе.
Отсюда и сильный шум, но это ещё полбеды — главная опасность заключается не в этом:

  • Дело в том, что пар, выходящий из пузырьков, провоцирует микровзрывы, то есть, выбрасывается с силой — это можно сравнить с пробкой от шампанского. Кавитация в центробежных насосах не только способствует быстрому износу их рабочих деталей. Она способна даже полностью разрушить и агрегат, и трубопровод.
Воздействие кавитации на рабочие детали насоса

Воздействие кавитации на рабочие детали насоса

  • Кроме циклического воздействия пара, высвобождающегося из каверн, поверхность рабочих деталей вовлекается и в химические процессы. Ведь воздух, выделившийся из воды, вступает в реакцию окисления с металлами.
    На фоне постоянного механического воздействия, коррозия делает своё дело гораздо быстрее. И если не принимать никаких мер, детали насоса в скором времени будут выглядеть, как на фото сверху.

Как избежать кавитации

Во избежание таких проблем, давление на входном патрубке насоса нужно повышать, а скорость вращения вала и колёс – наоборот, снижать. Больше всего от кавитации страдают те органы, которые неравномерно обтекаются водой.
Именно поэтому, в центробежных насосах быстрее изнашиваются лопасти рабочих колёс, хотя они и имеют плавные изогнутые формы:

  • На основании вышесказанного любому становится понятно, что основная задача, которая стоит перед производителями насосов, а так же решается при проектировании гидравлических трубопроводов – это предотвращение кавитационных явлений.
  • Вообще, образование пара зависит от температуры перекачиваемой воды и атмосферного давления. Имеет значение и высота всасывания: чем она больше, тем выше вероятность появления пара в системе.
Контрольно-измерительная арматура на гидравлическом оборудовании

Контрольно-измерительная арматура на гидравлическом оборудовании

  • Кавитационное воздействие губительно не только для рабочих колёс, окислиться может и спиральный отвод. Это произойдёт ещё быстрее, если в перекачиваемой воде много твёрдых включений, так как в этом случае, механическое воздействие на поверхность деталей удваивается.
  • Из металлов, наиболее устойчивы к кавитации бронза, латунь и нержавеющая сталь. А вот чугун, как не покажется странным, разрушается быстрее всего. Поэтому многие производители стали устанавливать в насосы детали с защитным покрытием. Это может быть поверхностная закалка металла, либо наплавка твёрдых сплавов.
  • Инструкция производителя обязательно информирует о том, из какого материала выполнены колёса и корпус насоса. Так что, подбирая своими руками оборудование для домашнего водопровода или автономной отопительной системы, обязательно ознакомьтесь с этой информацией, а не только интересуйтесь мощностью и напором.
Установка поверхностного насоса

Установка поверхностного насоса

  • Кавитации больше подвержены поверхностные агрегаты, так как им приходится всасывать воду, находясь гораздо выше поверхности воды. Это явление существенно снижает все эксплуатационные характеристики насоса. Поэтому, нужно постараться создать такие условия для его работы, которые исключат возможность образования пара.

Нужно помнить, что давление во всасывающей части должно соответствовать определённой величине. Её регламентирует производитель, и обозначается оно аббревиатурой NPSH.
Эта величина именуется кавитационным запасом, и от неё, в общем-то, зависит производительность агрегата. Естественно, что в процессе эксплуатации, давление на входе воды в насос необходимо отслеживать в первую очередь.

Регулировка параметров насоса

Для того, чтобы добиться для насоса максимально комфортных условий эксплуатации, приходится регулировать его работу. По сути, искусственно меняются его первоначальные характеристики.
Бывает, это необходимо сделать, чтобы обеспечить определённый режим работы: если не всей системы, то в какой-то конкретной точке. Одним из основных критериев такого вмешательства является экономия электроэнергии.
Итак:

  • Чаще всего, это касается не бытовых насосов, а промышленных насосных станций — особенно, когда они укрупняются. Строгий контроль давления в сети снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций, утечек воды из трубопроводов. Большинство насосных агрегатов оснащаются приборами, позволяющими плавно регулировать их параметры.
Центробежные насосы для воды российского производства

Центробежные насосы для воды российского производства

  • Урегулировать можно сетевые характеристики, частоту вращения колеса, давление потока жидкости на входе, и даже геометрию каналов между лопастями. В производственных гидравлических сетях, для этой цели нередко применяются дроссельные заслонки — их устанавливают на напорном трубопроводе.
  • Такие задвижки позволяют регулировать сопротивление потока, а значит, влиять на напор и подачу насосов. Это очень удобно, если учесть, что другого оборудования при наличии дроссельной заслонки устанавливать не требуется. Но есть и минусы: этот способ не очень экономичен, а в результате регулировки подачу можно только уменьшить.
  • По этим причинам, данный способ применяют на небольших агрегатах, и только в том случае, когда характеристики требуют лишь кратковременной корректировки. Существуют и другие способы, позволяющие устранить неустойчивость работы насосного оборудования, и отрегулировать их подачу.
  • Например: вода из напорного трубопровода перепускается во всасывающую линию. Данный способ снижает возникновение кавитации, но требует обустройства ветви трубопровода, обеспечивающей такую циркуляцию. Соответственно, добавляется и запорная арматура, и дополнительные приборы. Всё это усложняет систему, поэтому перепускной способ применяют только в промышленных системах.
Промышленная насосная станция

Промышленная насосная станция

  • В магистральных водопроводных сетях, регулирование подачи в большую сторону, чаще производят путём изменения частоты вращения колеса. Сделать это можно с помощью таких двигателей: внутреннего сгорания; постоянного тока; коллекторного; газовой или паровой турбины. Двигатель переменного тока тоже может участвовать в данном процессе – просто его обмотки переключаются на разное количество пар полюсов.
  • Но самыми популярными сегодня являются асинхронные двигатели — их устанавливают и в промышленные, и в бытовые насосы. Они не допускают самопроизвольного изменения частоты вращения, делая работу агрегата стабильной. В этом случае, чтобы изменить частоту, к двигателю насоса подсоединяется электромагнитная муфта скольжения, гидромуфта, либо частотный преобразователь.
Частотный привод с преобразователем

Частотный привод с преобразователем

  • Экономическая целесообразность данных способов наиболее высока, и ещё возросла благодаря полупроводниковым выпрямителям, внедряемым в системы. Гидравлические муфты, например, способны внести изменения в скорость вращения вала мощного агрегата автоматически, быстро, и, что немаловажно, плавно.

Этот вариант просто незаменим в производственных системах. Для регулировки работы бытового насоса в автономной сети водоснабжения, достаточно и небольшого преобразователя частот. Но на этот счёт, нужно проконсультироваться со специалистом.

Автор статьи:
Серебрякова
Анна
Поделись полезной статьей:
Комментарии
Всего комментариев:    0

Извините, комментариев не найдено.

Добавьте комментарий
Всего комментариев:    0
Оцените:

Смотреть похожие записи
  • Центробежный водяной насос: основные виды
    Центробежные водяные насосы поверхностного типа Если рассматривать бытовые устройства, используемые для водоснабжения, водоотведения и отопления жилых домов, то их основную часть составляют насосы водяные центробежные. Их название объясняется принципом работы агрегатов, в которых напор и давление жидкости образуются из-за центробежной силы, возникающей при вращении рабо...
    Подробнее >>>
  • Центробежный насос: схема конструкции
    Фото насоса в разрезе Центробежные насосы – самые распространенные гидравлические машины, применяемые для водоснабжения, водоотведения и перекачивания различных жидкостей не только в быту, но и в промышленности, строительстве, теплоэнергетике, автомобильной и авиационной технике и т.д. Схема действия центробежного насоса, принцип его работы и устройства, особенности конструкции описаны в этой стать...
    Подробнее >>>
  • Центробежные насосы для воды: как выбрать для себя
    Поверхностный центробежный насос для грязной воды Живя за городом, без насосов не обойтись. Они нужны для подачи воды в дом, обеспечения циркуляции жидкости в системах отопления, откачки сточных вод, полива и т.д. yandex_partner_id = 147329; yandex_stat_id = 8; yandex_site_b...
    Подробнее >>>
  • Центробежный поверхностный насос: характерные особенности
    Поверхностный насос для полива можно установить своими руками на берегу водоема Сегодня мало кто согласится на жизнь за городом без привычного комфорта. Даже на летней даче нужен водопровод и канализация, но садовые участки редко подключаются к централизованным системам, поэтому обеспечивать себе удобства приходится самостоятельно. ...
    Подробнее >>>
  • Конструкция центробежного насоса: типы, разновидности, характеристики
    Насос центробежный консольной конструкции В общей классификации присутствует более полусотни различных конструкций насосного оборудования, но самую большую группу представляют модели лопастные. Причиной тому гениальная в своей простоте конструкция центробежного насоса, позволяющая осуществлять подачу с такой глубины, где другие агрегаты бессильны. ...
    Подробнее >>>