Центробежный насос как генератор

Центробежный насос как генератор

Новое в блогах

Сообщество «Физика»

Водяные насосы для обеспечения электроэнергией

Во многих отдалённых районах и сельской местности вопрос организации электроснабжения с целью обеспечения светом, теплом и охлаждением по-прежнему остаётся злободневным. И именно для этих районов очень актуален поиск альтернативных источников качественной электроэнергии. Малая энергетика — это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем для территорий, относящихся к зонам децентрализованного электроснабжения.

Специалисты, занимающиеся разработкой инфраструктуры, всё больше внимания уделяют методу получения электроэнергии путём использования стандартного центробежного насоса, работающего в турбинном режиме (Pump As Turbine, PAT), что является альтернативой гидротурбинам — со значительной экономической выгодой и более высокой экологичностью. В этом случае применяемый центробежный насос работает в «обратном направлении», чтобы генерировать механическую энергию, которая затем может быть использована для производства электроэнергии.

В процессе использования центробежного насоса в турбинном режиме перекачиваемая среда направляется от выходного патрубка к входному, вращая лопасти рабочего колеса в противоположном направлении. Если энергия давления (напор турбины) достаточна для преодоления пускового момента как рабочего колеса, так и вала, то крутящий момент может использоваться для привода генератора, позволяя насосу работать как турбина.

В процессе организации водоснабжения южных территорий Германии возникла необходимость рассмотреть потенциал насосов, работающих в режиме турбины, с целью решения вопроса электроснабжения этих районов. Разработчиков интересовало, может ли геодезический напор в их трубопроводной сети использоваться для производства дешёвой электроэнергии. Ещё 40 лет назад специалисты KSB начали заниматься исследованиями и разработками в этой области.

Сначала конструкторы рассчитали рабочие кривые для насосов, работающих в обратном направлении. Стало ясно, что при определённых условиях энергия, генерируемая при работе насоса в турбинном режиме, может быть больше, чем энергия, затрачиваемая в процессе традиционной эксплуатации агрегата. Данное открытие дало возможность концерну KSB в течение многих лет поставлять на предприятия водоснабжения центробежные насосы в качестве гидротурбин — как экономически эффективную альтернативу серийно выпускаемому турбинному оборудованию.

На этот момент по всему Европейскому союзу эксплуатируется более 3000 таких агрегатов. Сейчас разработчики изучают возможности применения данной технологии для выработки и снабжения электроэнергией небольших населённых пунктов, изолированных от централизованной электросети.

Благодаря проведению дополнительных исследований и усовершенствованию существующей технологии, концерн KSB может предложить так называемые «малые гидроэнергетические установки под ключ», которые позволят обеспечить электрической энергией населённые пункты, находящиеся вдали от энергосетей. Это будет наиболее экономически эффективный и экологичный способ электрификации отдалённых районов и сельской местности (рис. 1).

«, — объясняет Ленар Форпаль, руководитель проекта. — ».

Комплектация малой гидроэнергетической установки KSB

Установка включает в себя два основных элемента: энергоблок контейнерного исполнения (рис. 2) и водоприёмное сооружение (резервуар) для хранения воды, которое приводит в действие насос в турбинном режиме. В комплект поставки также входит система управления, преобразователи и трансформаторы, которые отвечают за выработку электроэнергии. Водоприёмное сооружение из бетона может легко строиться непосредственно на месте монтажа с помощью комплекта опалубки, поставляемого вместе со всей установкой. В конце должны быть сооружены подводящий и отводящий контейнеры, которые соединят энергоблок и водоприёмное сооружение.

Очевидно, что для работы насоса в турбинном режиме требуется перепад высот и геодезический напор как минимум 10 м над уровнем установки. В зависимости от типа и размера установки геодезический напор может достигать 640 м. Максимальная рекомендуемая удалённость источника воды до установки — не более 1800 м. В зависимости от подачи диаметр поставляемого напорного трубопровода может быть 250 или 400 мм.

Крайне важно, чтобы используемая вода была очищена от примесей твёрдых частиц. Поэтому в состав бетонного резервуара входит самоочищающийся сетчатый фильтр (рис. 3). Соответственно, прежде чем попасть в резервуар, откуда через напорный трубопровод будет осуществляться подача на «гидротурбину», вода пропускается через фильтр, диаметр отверстий которого не более 1 мм. Через такие отверстия твёрдые частицы пройти не могут, они скатываются по наклонной поверхности фильтра и смываются потоком воды.

Малая гидроэнергетическая установка KSB может генерировать от 30 до 750 кВт электроэнергии. Все основные компоненты автоматического управления устанавливаются внутри контейнера и, таким образом, защищены от погодных явлений и несанкционированного использования. Панели управления и мониторинга смонтированы так, что в процессе эксплуатации оператору не придётся открывать контейнер до тех пор, пока не потребуется техническое обслуживание. А учитывая тот факт, что единственными изнашиваемыми компонентами являются подшипники насосов и торцевое уплотнение, которые обычно имеют огромный эксплуатационный ресурс и межремонтный пробег, затраты на техническое обслуживание ничтожно малы.

Дорогостоящие синхронные электрогенераторы не нужны

В отличие от других мини-ГЭС установка KSB оснащена собственной инновационной системой управления. Это решает две основные проблемы, из-за которых многие годы тормозилось развитие и массовое внедрение этой технологии получения электроэнергии. Первая сложность связана с разработкой электрогенератора для малых гидроэнергетических установок. Для этих целей обычно используют синхронный генератор с постоянными магнитами, который не требует техобслуживания, но достаточно дорог. Альтернативой ему будет асинхронный генератор, которым фактически является асинхронный двигатель насоса. Однако, как и любой другой генератор, этот агрегат запускается с помощью электричества.

В состав установки KSB входит асинхронный генератор, который, в свою очередь, запускается с помощью аккумуляторного прибора управления. Ленар Форпаль поясняет: «».

Насосы

Для применения в турбинном режиме допущены серийные консольные насосы Etanorm, насосы Omega с рабочим колесом двухстороннего входа и многоступенчатые насосы высокого давления Multitec (рис. 4). Они давно зарекомендовали себя во всём мире как высокотехнологичные и надёжные агрегаты. При работе насоса в турбинном режиме объёмный расход будет на треть выше объёмного расхода в насосном режиме. Поэтому необходимо учесть и более высокий крутящий момент.

Электронный блок управления, который активирует установку с насосами в турбинном режиме, питается от компактного источника бесперебойного питания (ИБП). Он включает в себя литийионный аккумулятор, за поддержание полной зарядки которого отвечает система электронного мониторинга и преобразователь (обратный) для обеспечения генератора током возбуждения. Если блок управления определяет, что установка с насосом в турбинном режиме не работает, он посылает сигнал на ИБП запустить её снова по мере необходимости. Вторая функция заключается в том, что с помощью трансформатора блок управления предотвращает скачки напряжения.

Если подача воды прекращается, установка с насосами в турбинном режиме автоматически отключается для защиты от «сухого хода». После возобновления подачи воды блок управления запускает установку снова с помощью ИБП.

Качество производимой электроэнергии должно соответствовать самым высоким международным стандартам, чтобы избежать повреждения современных электронных приборов, таких как компьютеры, мобильные телефоны и прочее телекоммуникационное оборудование. Поэтому трансформатор в составе установки используется для разъединения системы выработки от системы приёмников электроэнергии до тех пор, пока не будет 100 %-й гарантии обеспечения соответствующего напряжения и тока для работы потребляющего оборудования.

«, — продолжает Ленар Форпаль. — ».

На сегодняшний момент KSB поставила более 200 малых гидроэнергетических установок, а это около 3000 насосных агрегатов в турбинном режиме. Ленар Форпаль так говорит о дальнейших перспективах: «».

В Российской Федерации программам развития малой гидроэнергетики в настоящее время уделяют всё больше внимания. Это обусловлено не только резким повышением стоимости энергоносителей, но и ужесточением требований к охране окружающей среды, сельскохозяйственным и промышленным освоением отдалённых районов и необходимостью их электрификации, трудностями с финансированием освоения крупных водотоков, совершенствованием технологии проектирования, строительства и эксплуатации малых ГЭС. В этом случае комплектная гидроэнергетическая установка KSB может представлять большой интерес для российского рынка.

Выбираем резервный генератор для питания скважинного насоса

К сожалению, достаточно часто имеют место случаи скачков и перебоев в электроснабжении. В ряде сельских районов до сих пор наблюдаются поставки электроэнергии ненадлежащего качества, что приводит к выходу из строя электрооборудования или вообще делает его эксплуатацию невозможной.

Единственным способом избежать этого является обеспечение автономного энергоснабжения частного дома. В этом случае подача воды не прекратится.

Выбираем генератор

Производители предлагают широчайший выбор топливных генераторов, вырабатывающих электроэнергию. По сути, это своеобразная мини электрическая станция.

И выбирать её желательно не только для питания погружного насоса. Но и с таким расчётом. Чтобы вырабатываемой электроэнергии было достаточно для обеспечения нормальной жизнедеятельности (холодильник, телевизор, микроволновка и т. п.).

Выбор можно условно свести к получению ответа на два вопроса:

• на каком топливе будет работать агрегат;
• каким характеристикам должен удовлетворять сам генератор.

Выбираем тип двигателя

Современные модели генераторов работают с использованием двигателей, использующих топливо следующих видов:

• газ;
• бензин;
• дизельное топливо (солярка).

Первые практически не используются в частном домовладении, т. к. они очень громоздки, стоят дорого и требуют подключения к системе централизованного газоснабжения. Поэтому выбирать следует между дизелем и бензоагрегатом.

Ответ на этот вопрос зависит от цели его использования. В том случае, когда генератор приобретается в качестве аварийного, работающего кратковременно, однозначно требуется покупать бензоагрегат. В тех случаях, когда он будет использоваться в качестве основного источника электроснабжения, выбор в пользу дизельного агрегата. Несмотря на то, что они гораздо дороже бензиновых, разница в цене окупается за счёт более низкой стоимости солярки и ТО.

В нашей ситуации (для того, чтобы иметь резервный источник питания для скважинного насоса) больше подойдёт генератор с бензиновым двигателем.

Выбираем генератор

Это наиболее ответственный этап выбора. Предварительно следует определиться со следующими требованиями к изделию:

• вес и габаритные размеры;
• допустимая продолжительность непрерывной работы;
• наличие автоматики;
• уровень шумности;
• потребные расходы топлива;
• мощность;
• приемлемая стоимость.

1. Одна фаза или три. Что лучше?

К 3-ёх фазному генератору можно подключать любые потребители (те же погружные насосы могут быть одно или трёхфазными). Но у них есть существенный недостаток. Нагрузка на фазу не может быть ≥ 30%. Т. е. с 6кВт генератора с розетки на 220В невозможно получить ≥ 2кВт. И распределять нагрузку обязательно нужно равномерно.

2. Какая мощность (N) необходима

Требуемая вам N должна ≥ суммарной мощности все запитываемых потребителей, включенных одновременно (если они работают больше пяти минут) минимум на (20–30)%. Объясняется это тем, что ваш генератор будет функционировать в оптимальном режиме только тогда, когда одновременно подключенная к нему нагрузка ≤ (40–80)% от Nномин.

В противном случае возможны следующие проблемы:

• Существенно возрастает расход бензина;
• Работа на предельном режиме приводит к сокращению сроков эксплуатации;
• Генератор перегружается и отключается.

3. Подбираем коэффициент мощности (потребное количество Ватт и кВА)

Для того, чтобы перевести кВА в кВт, требуется первую цифру умножить на cosφ (к-т мощности).

4. Знать, какие потребители необходимо питать

Всё электрооборудование можно разделить по типам:

• Резистивные — это приборы, не имеющие электродвигателя (плиты, лампы и т. п.). для них подходят любые генераторы;
• Индуктивные — приборы, имеющие двигатель (погружные насосы, например). Потребляют в качестве полезной N ≤ 70% от её суммарного значения. Нуждаются в дополнительных мощностях на момент запуска. Поэтому требуют генератора, мощность которого ≥ 20% номинального значения. Если планируется подключение подобного оборудования, требуется дополнительно уточнить max значение выдерживаемого генератором тока;
• Ёмкостные — наиболее чувствительное оборудование. Требует только асинхронных моделей генераторов.

5. Токи пусковые

При запуске насоса возникают пусковые токи, многократно (примерно в 7 раз) превышающие N номин (указано в паспорте на насос).
Вывод. Для правильного подбора генератора требуется:

• Составить перечень подключаемых к генератору приборов;
• Установить их мощность (по паспортам или шильдикам);
• Уточнить к-ты пускового тока;
• С учётом мощности и типа прибора рассчитать N генератора.

Лучше выбирать синхронные генераторы, т. к. при сопоставимых мощностях они значительно лучше реагируют на пиковые нагрузки по току (при запуске насоса). Недостаток — требуют дополнительной защиты от пыли и воды (рекомендуется устанавливать в помещениях).

Кавитационный теплогенератор: устройство, виды, применение

Для отопления помещений или нагрева жидкостей зачастую применяются классические приспособления – тэны, камеры сгорания, нити накаливания и т.д. Но наряду с ними применяются устройства с принципиально иным типом воздействия на теплоноситель. К таким устройствам относится кавитационный теплогенератор, работа которого заключается в формировании пузырьков газа, за счет которых и возникает выделение тепла.

Устройство и принцип работы

Принцип действия кавитационного теплогенератора заключается в эффекте нагрева за счет преобразования механической энергии в тепловую. Теперь более детально рассмотрим само кавитационное явление. При создании избыточного давления в жидкости возникают завихрения, из-за того, что давление жидкости больше чем у содержащегося в ней газа, молекулы газа выделяются в отдельные включения – схлопывание пузырьков. За счет разности давления вода стремиться сжать газовый пузырь, что аккумулирует на его поверхности большое количество энергии, а температура внутри достигает порядка 1000 — 1200ºС.

При переходе кавитационных полостей в зону нормального давления пузырьки разрушаются, и энергия от их разрушения выделяется в окружающее пространство. За счет чего происходит выделение тепловой энергии, а жидкость нагревается от вихревого потока. На этом принципе основана работа тепловых генераторов, далее рассмотрите принцип работы простейшего варианта кавитационного обогревателя.

Простейшая модель

Посмотрите на рисунок 1, здесь представлено устройство простейшего кавитационного теплогенератора, который заключается в нагнетании насосом воды к месту сужения трубопровода. При достижении водяным потоком сопла давление жидкости значительно возрастает и начинается образование кавитационных пузырьков. При выходе из сопла пузырьки выделяют тепловую мощность, а давление после прохождения сопла значительно снижается. На практике может устанавливаться несколько сопел или трубок для повышения эффективности.

Идеальный теплогенератор Потапова

Идеальным вариантом установки считается теплогенератор Потапова, который имеет вращающийся диск (1) установленный напротив стационарного (6). Подача холодной воды осуществляется с трубы расположенной внизу (4) кавитационной камеры (3), а отвод уже нагретой с верхней точки (5) той же камеры. Пример такого устройства приведен на рисунке 2 ниже:

Рис. 2: кавитационный теплогенератор Потапова

Но широкого распространения устройство не получило из-за отсутствия практического обоснования его работы.

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

• Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
• Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
• Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели вихревого теплогенератора. Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Применение

В промышленности и в быту кавитационные теплогенераторы нашли реализацию в самых различных сферах деятельности. В зависимости от поставленных задач они применяются для:

• Отопления – внутри установок происходит преобразование механической энергии в тепловую, благодаря чему нагретая жидкость двигается по системе отопления. Следует отметить, что кавитационные теплогенераторы могут отапливать не только промышленные объекты, но и целые поселки.
• Нагревание проточной воды – кавитационная установка способна быстро нагревать жидкость, за счет чего может легко заменять газовую или электрическую колонку.
• Смешение жидких веществ – за счет разрежения в слоях с получением мелких полостей такие агрегаты позволяют добиться надлежащего качества перемешивания жидкостей, которые естественным образом не совмещаются из-за разной плотности.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.

К плюсам таких устройств следует отнести:

• Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
• Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
• Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
• Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.

К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:

• Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
• Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
• Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м 2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

• Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
• 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
• Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
• Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
• Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
• Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
• Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.

Центробежные насосы устройство и принцип действия

Принцип действия

Центробежные насосы – одни из наиболее распространенных машин промышленности. По количеству они уступают только электрическим двигателям. Т.к. электрические двигатели используются для приведения в действие насосов, то, можно сказать, что львиная доля электроэнергии мира расходуется на транспортировку жидкости центробежными насосами.

Центробежные насосы получили своё название от способа, в котором жидкость передаётся энергии.

Когда жидкость подводится к насосу, она соприкасается с вращающимся колесом и выталкивается в напорный патрубок с центробежной силой через полость специальной формы, называемой спиральным . Все центробежные насосы работают по такому принципу, но среди них могут быть конструктивные различия.

Насос передает . Кинетическая энергия подразумевает . – это всего лишь половина уравнения.

Рис.1 – Центробежный насос

входит в насос по центру колеса через . Трение между частицами жидкости и рабочим колесом заставляет жидкость вращаться. Например, как трение между дорогой и резиной шины заставляет машину двигаться.

тянет частички жидкости, поэтому они вращаются при контакте с ними. Жидкость выталкивается наружу колеса с помощью центробежной силы – явление, которое выталкивает прочь любой объект из центра круга к его границам. Вот так жидкость получает кинетическую энергию от колеса.

Поэтому эти насосы называются .

Количество энергии, передаваемое жидкости зависит от трех факторов:

• плотности жидкости:
• частоты вращения рабочего колеса:
• диаметра рабочего колеса:

После рабочего колеса жидкость попадает в полость спирального корпуса, откуда попадает в напорный патрубок.

Давление. Насос также должен создавать избыточное давление, чтобы отвечать требованиям системы. Обычно это преодоление гравитации при подъёме жидкости из низшего уровня на высший, и сопротивление трения трубопроводов.

Проще говоря, давление – это возможность выполнить задание. А скорость жидкости – это то, как скоро оно будет выполнено.

Насосы должны превращать динамическое давление в статическое.

По мере прохождения жидкости по спиральному корпусу она замедляется, так как площадь прохода увеличивается, потому что производительность или количество жидкости, перекачиваемое за какое-то время, зависит от двух факторов: первое – это , второе – , через которую она продвигается.

Если поток постоянный, то увеличение проходного сечения ведёт к уменьшению скорости и росту давления. Достигая напорного патрубка, большая часть кинетической энергии превращается в давление.

Конструкция

Насос – это машина, которая превращает механическую энергию в кинетическую энергию, перекачиваемую жидкость с электро-транспортировки ее из одной точки в другую.

Центробежный насос состоит из основных компонентов.

1. – это вращающийся диск с изогнутыми лопастями. Он называется рабочим колесом.
2. – это труба специальной формы, называемая спиральным корпусом, в котором содержится и .

Есть 5 элементов конструкции, которые могут различаться:

• вид колеса;
• вид подшипника;
• расположение корпуса;
• крепление двигателя;
• число ступеней.

Корпус

Он сделан в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожим на раковину улитки. Полость этого корпуса не остается одной и той же везде. Площадь проходного сечения увеличивается при приближении к напорному патрубку.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается напорный патрубок, есть выступающий клин, называемый .

Он физически разделяет спиральный корпус и напорный патрубок и гарантирует, что жидкость будет покидать насос, а не просто крутиться по кругу в спиральном корпусе.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, т. к. с помощью неё насос создает давление.

Рабочее колесо

Есть 3 вида рабочих колёс:

• открытые,
• полузакрытые
• закрытые

Самая простая конструкция у колеса, которая состоит из острых, как лезвие, лопастей, равномерно расположенных на втулке.

Открытое колесо

Большой неограниченный подвод жидкости позволяет этому виду колес транспортировать жидкости содержащие грязь, пыль, осадки, твёрдые примеси, что делает их идеальными для мусорных насосов.

Применяется на водоочистных заводах, где перекачиваются сточные воды для обработки грубых шламов с твердыми примесями. Поэтому он имеет режущие лопатки спереди колеса, чтобы резать очень большие примеси.

Если лопасти размещены на задней пластине, то такое колесо называется .

Полузакрытое колесо

Если лопасти находятся между двумя пластинами, то оно называется .

Закрытое колесо

колеса более эффективны, чем полузакрытые и открытые колеса. Потому что поток жидкости идет по строго заданному пути. Значит, больше жидкости выходит из насоса и меньше просто циркулирует внутри колеса.

Их недостаток это то, что они могут легко загрязниться мусором.

Очень популярное заблуждение, будто закрученные лопасти помогают толкать жидкость. Но на самом деле это не то, для чего они предназначены.

Назначение лопаток – это проводить жидкость по наиболее плавному пути. Закрученные назад лопасти помогают стабилизировать условия течения жидкости на высоких скоростях и уменьшить нагрузку на двигатель.

Правильное направление вращения для этого колеса – . Поэтому по направлению сгибов лопастей можно сказать направление движения колеса.

Вал и подшипники

Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

1. Консольно
2. Симметрично

Консольное закрепление

При укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.

Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с .

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Расположение вала

Центробежные насосы обычно расположены . Но иногда .

насосы применяются для уменьшения места под установку. Вы можете встретить их на дне скважины или колодца, соединенными длинным-длинным валом с двигателем сверху. Это подводит нас к соединению с двигателем. Обычно электрического.

Тип присоединения вала

Есть 2 способа предать вращения от двигателя к насосу: или .

Если насос и двигатель – это две отдельные машины, то они должны быть соединены муфтой.

Соединение муфтой

Муфты бывают разных форм, размеров и исполнений. И одно общее требование к ним – обеспечение правильной целостности валов, иначе без них обеспечение целостности было бы очень изощренным процессом.

Для облегчения и поддержания целостности, двигатель и насос установлены на общей опоре – опорной плите.

Или, в случае с вертикальными установками, двигатель расположен на раме.

Такой вид соединения двигателя и насоса называется . Для больших мощных установок и насосов с разборным корпусом соединение через муфту единственно возможное.

Второй способ соединения – . Двигатель и насос находятся на общем валу с колесом, расположенном консольно на другой стороне вала двигателя. В этом случае установка не требует муфты или сложных процедур по поддержанию целостности.

Тем не менее, из-за того, что двигатель и насос расположены на одном валу, поддерживаемые лишь подшипниками двигателя, этот способ подходит только для маленьких и средних насосов с торцевым всасыванием.

Количество ступеней

Насос классифицируется по количеству ступеней, которое он имеет. Большинство насосов имеет одну ступень с одним рабочим колесом и одним спиральным кожухом. Тем не менее, некоторые насосы имеют дополнительные ступени, соединённые последовательно для увеличения давления.

Ротор многоступенчатого насоса

Суть в том, что одно колесо придает энергию жидкости, а затем направляет его в следующее колесо, которое добавляет еще энергии жидкости, а затем направляет ее к следующему колесу, и так далее, пока, в конце концов, жидкость не попадает в напорный патрубок.

Центробежный насос

Центробежные насосы являются одним из самых распространенных типов оборудования для перекачивания жидкостей (и газов). С их помощью выкачивают воду из колодцев и скважин, поднимают ее на значительную высоту и предают на большие расстояния по трубам. Такие насосы перекачивают теплоноситель в системах отопления и технологические жидкости на производствах. Идея использовать центробежную силу для перекачивания жидкостей принадлежит Леонардо да Винчи, первые действующие образцы были созданы французским инженером и ученым Дени Папеном в конце 17 века.

Особенности конструкции и принцип действия

Устройство и принцип действия центробежного насоса принципиально не изменились с 17 века. Насос состоит из следующих деталей и узлов:

• Источник энергии — электрический (или бензинового) двигатель, смонтированный на одном валу с собственно насосной частью механизма.
• Вал, опирающийся на подшипники.
• Рабочее колесо, на поверхности которого размещены лопатки.
• Корпус с направляющими поток профилями.
• Уплотнения на валу.
• Входной патрубок, находящийся на оси изделия.
• Выходной патрубок, расположенный у внешней стенки корпуса по касательной к нему.

Устройство центробежного насоса

Кроме перечисленных основных узлов, насос центробежный комплектуется вспомогательными:

• Входные и выходные шланги или трубопроводы.
• Запорный клапан, не дающий жидкости течь в обратном направлении.
• Фильтр.
• Манометр для измерения давления жидкой среды.
• Датчик сухого хода, отключающий насос при отсутствии жидкости в магистрали.
• Краны и вентили для управления напором.

Принцип действия центробежного насоса несложен:

• При вращении рабочего колеса его лопатки захватывают жидкую среду и увлекают ее за собой
• Центробежные силы, возникающие при вращении жидкости, отжимают ее к внешним стенкам корпуса, где создается избыточное давление
• Давление выталкивает жидкую среду в выходной патрубок
• Под действием разрежения, создающегося в центре насоса, очередная порция жидкости всасывается из приемного патрубка.

Принцип работы центробежного насоса

В конструкцию центробежного насоса могут вноситься изменения и дополнения, направленные на повышение его эффективности и приспособление к конкретной перекачиваемой жидкости.

Преимущества и недостатки

Большая популярность устройства центробежного типа обуславливается его несомненными достоинствами:

• Высокая эффективность.
• Простота конструкции.
• Постоянство характеристик создаваемого потока: скорости и напора.
• Компактность и относительно малый вес.
• Простое техобслуживание. Достаточно общих навыков слесарных работ.
• Высокая надежность, большой срок наработки на отказ.

Кроме достоинств, данному типу гидромашин свойственен ряд недостатков:

• Для запуска необходимо заполнить рабочую камеру жидкой средой. Нарушение этого правила приводит к быстрому износу и выходу из строя.
• Малый напор, создаваемый рабочим колесом.

Функционирование насоса в системе

Чтобы обеспечить эффективное функционирование центробежного устройства, при монтаже приходится предусматривать схему заполнения рабочей камеры водой, через перепускные патрубки или заливные горловины.

Для повышения напора приходится ставить центробежные электронасосы в каскад.

Классификация

Рынок полон предложений самых разнообразных моделей центробежных систем. Основные типы центробежных насосов представлены в следующей классификации:

• По параметрам потока:
  • большого напора;
  • большой подачи;
  • загрязненных сред;
• По типу агрегата:
  • консольные;
  • двухстороннего входа;
  • многоступенчатые;
• По типу привода:
  • электродвигатель;
  • двигатель внутреннего сгорания;
  • ручной;
• По типу всасывания:
  • самовсасывающие;
  • эжекторные;
  • инжекторные;
• По степени автоматизации управления:
  • ручное;
  • полуавтоматическое;
  • автоматическое;
• По мобильности:
  • стационарные;
  • передвижные.

Классификация центробежных насосов

Кроме того, по месту установки относительно уровня жидкости в емкости различают

• поверхностные;
• погружные.

В быту применяются в основном одноступенчатые центробежные насосы.

Сферы применения

Трудно сегодня найти отрасль быта или промышленности, в которой использовались бы жидкие среды и не применялись центробежные насосы. Самыми популярными областями применения стали:

• Водоснабжение всех уровней и масштабов — от водозаборных станций до промышленных предприятий и от жилых домов до станций очистки стоков.
• Перекачка технологических жидкостей на промышленных установках и между объектами производства.
• Циркуляция теплоносителя в системах отопления, централизованных или локальных.
• Циркуляция воды в стиральных и посудомоечных машинах.
• Орошение сельскохозяйственных посадок.
• Подача воды в поилки и перекачивание молока на продуктивных фермах.
• Циркуляция антифриза в системе охлаждения автомобильного двигателя и климатических установках.
• Заполнение и осушение балластных цистерн на надводных судах и подводных лодках.
• Транспортировка сырья на предприятиях пищевой промышленности и при массовом производстве напитков.

Циркуляционные насосы применяются везде, где используются жидкости и не требуется сверхвысокий напор или усилие всасывания. Для специальных приложений служат устройства других типов — вибрационные, роторные, поршневые или индукционные.

Как правильно выбрать центробежный насос

Чтобы правильно выбрать устройство, начинать лучше не с обзоров и рейтингов и уж тем более не с пафосных рассказов продавцов консультантов. Они знают все о своих агрегатах, но ничего — о ваших потребностях. Эти потребности следует определить, измерить или оценить и зафиксировать, лучше всего — записать. Итак:

• Назначение приобретаемого агрегата
  • Полив садового участка.
  • Откачка воды из подвала.
  • Подача воды из скважины.
  • Что-либо еще.
• Место установки — поверхностное или погружное. Этот параметр часто определяется уже в процессе консультации и покупки.
• Высота от места установки до зеркала воды для определения всасывающего усилия.
• Высота от места установки до самой высокой точки водоразбора и расстояние по горизонтали от скважины (колодца, емкости) до места установки для определения напора.
• Потребность (в кубометрах в час и в кубометрах в день) для подбора системы достаточной производительности и ресурса.
• Стабильность электропитания в месте установки для определения необходимости в приобретении стабилизатора напряжения. Многие системы автоматики стабильно работают только в определенном диапазоне напряжения.
• Допустимое энергопотребление для определения мощности двигателя.
• Бюджет, минимальный и максимальный.

И вот с этой бумажкой можно смело атаковать продавца-консультанта. Теперь, вместо того, чтобы продать вам самую дорогую систему, он будет вовлечен в процесс осмысленного выбора оптимального варианта.

Подготовка к работе

В отличие от вибрационных насосов, не требующих для начала работы заполнения всей рабочей камеры жидкой средой, центробежный не сможет начать перекачку «на сухую». Параметры упругости воздуха сильно отличаются орт параметров воды, и ротор будет просто крутиться вхолостую, не создавая требуемого разряжения. Это приведет к перегреву и преждевременному износу устройства вплоть до выхода его из строя.

Схемы заполнения насосов

Эту техническую проблему решают различными способами

Заливка воды из трубопровода

Способ применяется для стационарных систем водоснабжения с фиксированным расположением трубопроводов. Схему постоянно работающего водоснабжения строят таким образом, чтобы центробежный насос находился в нижней точке, и выше его по уровню всегда были заполненные водой трубы. На всасывающем трубопроводе ставят обратный клапан, препятствующий вытеканию воды обратно в колодец, скважину или емкость. Такую систему надо заполнить водой только при первом старте, все последующие будут происходить в «мокром» режиме.

Если система используется эпизодически или обратный клапан, по каким – либо причинам установить не удается, применяют другие способы. Обвязку насоса монтируют таким образом, чтобы иметь возможность подать воду из трубопровода в обратную сторону, до заполнения рабочей камеры и всасывающего трубопровода. Воздух при этом выпускают через односторонний воздушный клапан. Как только свист воздуха из него прекратится и появится вода — значит, система заполнена и можно включать насос.

Для заливки из трубопровода высокого давления используют понижающий давление эжектор. Заливка также производится до момента появления жидкости.

Еще один способ применяют на крупных насосных станциях высокой степени автоматизации. Там для откачки воздуха используют вакуумный насос, и после заполнения рабочей камеры и срабатывания датчика наличия воды автоматика запускает установку.

Заливка воды из резервуара

Если в трубопроводе нет воды, то ее заливают из временно или постоянно присоединенного к выходному патрубку резервуара, снабженного вентилем. В стационарных системах резервуар монтируют постоянно, перед пуском вентиль открывают, и вода заполняет рабочую камеру и подающий трубопровод. Осуществляют запуск насоса. Убедившись в успешном запуске по ровному низкому звуку его работы, вентиль закрывают.

Схема заливки насоса из резервуара

Мобильные системы, например, садовые насосы или насосы для систем фильтрации надувных бассейнов, заполняют из ведра или лейки, отвинтив крышку фильтра грубой очистки до тех пор, пока не перестанут выходить пузырьки воздуха и не покажется зеркало воды. Далее крышку закрывают и запускают прибор.

Эксплуатация и ремонт

Весной техники в окружающем нас мире пока не создано, и центробежные насосы также подвержены неисправностям. Благодаря простоте устройства перечень их короток.

Главная причина неисправности устройства — это работа без воды.

К выходу из строя электродвигателя также могут привести броски напряжения в питающей электросети.

Если внимательно следить за этими факторами риска — прибор успешно отработает не только гарантийный срок, но будет работать на вас еще долгое время.

Еще один фактор риска — это загрязнение рабочей камеры при перекачке грязной воды, например, из канавы. Трава и другой мусор могут намотаться на лопатки, препятствуя их вращению. Если камера выполнена разборной, то можно аккуратно снять часть корпуса и вытащить мешающий мусор. После этого насос, как правило, продолжает работать, только следует подумать об установке фильтра на входе.

Ремонт центробежного насоса

С более серьезным техническим обслуживанием и ремонтом неполадками, особенно связанными с разборкой герметичного корпуса электродвигателя у погружных насосов, лучше обращаться в ремонтную мастерскую. Вряд ли вам удастся самостоятельно восстановить герметичность и избежать пробоя напряжения на корпус или в воду, а это чревато серьезным риском для жизни.

Центробежные насосы в системах отопления, водоснабжения

Современные системы отопления и водоснабжения “напичканы” насосным оборудованием. Циркуляционные прокачивают теплоноситель через радиаторы, теплый пол, теплообменники, змеевики. Насосные станции обеспечивают автономное водоснабжение. Рециркуляционные поддерживают температуру горячей воды на смесителе. Скважинные и колодезные дают возможность устроить водоснабжение из больших глубин, дренажные и фекальные отводят стоки. В это статье мы рассмотрим самый распространенный вид такого оборудования — центробежный насос.

Назначение
Конструкция центробежного насоса
Классификация
Подбор насоса — общая информация
Бренды

Назначение

Центробежный насос — устройство, обеспечивающее движение рабочего вещества за счет центробежной силы от вращающихся лопастей. На входе перемещаемая среда подхватывается лопастями и за счет центробежной силы переносится к выходному патрубку. Перемещение вещества идет непрерывным потоком.
Устройства для перекачивания жидкостей называют “”, тогда как для газов “компрессор” или “вентилятор”.

Они широко применяются во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Применительно к отоплению и водоснабжению их основное назначение это:

• прокачка теплоносителя через отопительные контуры;
• прокачка теплоносителя через теплообменник, змеевик бойлера для приготовления горячей воды;
• рециркуляция ГВС;
• передача тепла через теплообменник в системах с возобновляемой энергией (гелиосистемы, тепловые насосы, геотермальное отопление);
• подача воды для водоснабжения и бытовых нужд из скважин, резервуаров, водоемов, колодцев.

Сложно найти частный дом, где бы не было нескольких центробежных насосов. Чаще больше, в домах значительной площади их количество может достигать нескольких десятков.

Конструкция центробежного насоса

Существует много разных конструкций центробежных насосов. Рассмотрим наиболее простую.

Агрегат состоит из следующих элементов:

• корпус
• впускной и выпускной патрубки
• вал
• рабочее колесо
• уплотнения
• электродвигатель

Ниже изображение конструкции центробежного насоса in-line с сухим ротором:

Корпуса устройств изготавливаются из самых разных материалов. Чугун — наиболее дешевый вариант, нержавейка — повышенная коррозионная устойчивость, бронза — для питьевого водоснабжения.
Напорный патрубок у центробежных насосов всегда направлен перпендикулярно оси вращения вала. Всасывающий может быть направлен перпендикулярно или параллельно.

Вал насоса передает вращение от вала двигателя к рабочему колесу.

При вращении лопасти передают энергию рабочей жидкости и перемещают ее от всасывающего к напорному патрубку. Конструкция рабочего колеса может быть разной. С ободами с обеих сторон лопастей — закрытая, с ободом с одной стороны — полузакрытая, без ободов (только лопасти) — открытая.

Закрытое рабочее колесо имеет наибольший КПД. По направлению жидкости колеса могут быть радиальными, осевыми, диагональными. Компания WILO приводит такой рисунок:

В качестве уплотнителей, предотвращающих протечку на входе вала в корпус монтируются скользящие или сальниковые уплотнения.

Электродвигатель обеспечивает вращение рабочего колеса.

Принцип работы центробежного насоса заключается в следующем. Электродвигатель вращает вал насоса. Лопасти рабочего колеса, размещенного на валу, подхватывают жидкость на всасывающем отверстии, придают ей центробежное ускорение и она выталкивается в напорный патрубок.

Классификация

При выборе центробежного насоса важно знать как они классифицируются, что позволит купить агрегат с оптимальными характеристиками. Мы не будем рассматривать их все, а только те, которые важны при оснащении систем отопления и водоснабжения. Основные классифицирующие признаки следующие:

тип ротора

• мокрый ротор
  Ротор погружен в перекачиваемую среду и отделен от статора нержавеющей гильзой. Подшипники насоса керамические, графитовые. Смазываются рабочей средой. Позволяют быстро перемещать воду с минимальными затратами на электричество. Насос с мокрым ротором хорошее решение для закрытой системы отопления частного дома, прокачки теплоносителя по контурам.
• сухой ротор
  В центробежных насосах с сухим ротором электродвигатель отделен от перекачиваемой жидкости. Мотор прикрепляется к корпусу насоса фланцем или иным способом. Вал двигателя соединяется с валом насоса. Такие насосы выпускаются в широком диапазоне мощностей.

назначение

• для отопления
  Для отопления применяются центробежные насосы с мокрым и сухим ротором. При потребности до 100 м.куб/час чаще устанавливаются с мокрым ротором, более высокой — с сухим.
• для водоснабжения
  Снабжение населения и промышленных предприятий невозможно без использования центробежных насосов. Для централизованного водоснабжения применяются мощные агрегаты, устанавливаемые на специальных насосных станциях. Они прокачивают жидкость с большим напором и расходом. Для автономного водоснабжения частных домов применяются насосные станции. Сам насос может быть как погружным, так и поверхностным. Зависит от того, откуда забирается вода.
• для рециркуляции горячей воды
  Рециркуляционные насосы обеспечивают прокачку горячей воды по кольцу, поддерживая ее постоянную температуру.

размещение

• поверхностные
  Центробежный насос размещается на поверхности. Максимально такие насосы могут забирать воду с глубины 7-8 метров, оснащенные эжектором с 20-25 метров. Поверхностные насосы удобно обслуживать, они дешевле.
• погружные
  У погружных центробежных агрегатов насос и электродвигатель соединены в единое целое. Они работают погруженными в перекачиваемую жидкость. Подвиды такого оборудования:
  • скважинные
  • дренажные
  • фекальные
  • колодезные

возможность всасывания (для поверхностных)

• нормальновсасывающие
  Не поднимают жидкость из глубины при пустой трубе перед насосом. Требуют предварительного наполнения всасывающего трубопровода.
• самовсасывающие
  Способны удалить воздух из всасывающего трубопровода и поднять жидкость.

Подбор центробежного циркуляционного насоса для отопления

Два основных параметра по которым подбирается агрегат это расход и напор.

Количество теплоносителя, которое должен перемещать циркуляционный насос системы отопления, определяется теплопотерями дома. Для расчета напора учитываются гидравлические потери по пути движения воды в трубах, трубопроводной арматуре и отопительном оборудовании. Как правильно подобрать насос для отопления? Лучшее решение — обратиться к специалисту. Он подберет устройство с помощью специальной компьютерной программы, которая будет учитывать все нюансы вашего строения — характеристики стеновых ограждений и проемов, расположение на местности, регион и т. п.

Как альтернативный вариант, можно рассчитать насос системы отопления по формулам ниже (из брошюры компании WILO)

Бренды

На рынке центробежного насосного оборудования представлено большое количество брендов. Так как агрегаты пользуются популярностью, достаточно много некачественной продукции, контрафакта. Приобретать такое оборудование мы рекомендуем в специализированной фирме (магазине). При покупке требуйте сертификаты, паспорта, инструкции. Их наличие повышает вероятность приобретения оригинального оборудования.

На рынке Украины хорошо зарекомендовали себя центробежные насосы производства Германии, Дании, Италии, Франции. Мы не будем перечислять здесь все бренды, а ограничимся только теми, которые присутствуют в линейке нашего интернет-магазина:

• GRUNDFOS
• WILO
• HALM
• PEDROLLO
• SPERONI
• НАСОСЫ+

Это достойные агрегаты, которые при нормальной эксплуатации прослужат вам долгие годы.

Источник: nevinka-info.ru