Конструкция центробежных насосов и анализ причин поломки

Конструкция центробежного насоса

Бесперебойное снабжение населения теплом и водой зависит от состояния используемых центробежных насосов, которые создают необходимое давление в сетях. В таких аппаратах создание давления производится вращением рабочих колес, в результате чего создается давление в системе.

Главным элементом центробежного насоса является колесо, насаженное на вал, которое вращается внутри корпуса, обычно состоящее из двух и более дисков, между которыми располагаются лопасти, изогнутые в противоположные стороны от направления движения колеса. Вместе же это каналы колеса, которые заполняются жидкостью.

Естественно, при вращении колеса центробежная сила действует на жидкость, и, как следствие, в центре создается разряжение, а ближе к периферии давление. Для осуществления потока среды через насос производят подвод среды к аппарату и отвод ее от нее. По всасывающему патрубку среда поступает на первое колесо вследствие разности давлений.

В насосе имеется спиральная камера, куда поступает жидкость, предназначенная для отвода. Далее эта камера из короткого диффузора образует патрубок, который далее идет в напорный трубопровод. Обычно, в качестве привода насоса центробежного применяют любые высокооборотные электродвигатели.

В нынешнее время разработано большое число разновидностей центробежных насосов, классифицирующихся:

• по числу рабочих колес (1,2),
• по способу подвода жидкости колесу (одно-, двухсторонние),
• по способу отвода жидкости из колеса (турбинные, спиральные и т.п.),
• по способу коммуникации с двигателем (привод, моноблок),
• по расположению вала (горизонталь, вертикаль),
• по конструкции колеса (закрытые и открытые),
• по типу ротора (мокрый и сухой).

По количеству колес соответственно различают одно- и многоступенчатые аппараты. В многоступенчатых агрегатах перекачиваемая среда проходит сразу через несколько колес, помещенных на вал, соответственно, напор такого аппарата равен сумме напоров каждого колеса. Соответственно, они могут быть двух-, трехступенчатыми и т.д.

По способу подвода среды к колесу различают центробежные агрегаты с одно- и двухсторонним подводом, или же насосы с двухсторонним входом.

По способу же отвода жидкости различают только агрегаты с турбинными и спиральными отводами. В агрегатах со спиральным отводом с колеса жидкость поступает в спиральную камеру, а затем либо по каналам поступает к следующим колесам, либо удаляется в напорный трубопровод. В аппаратах же с турбинным отводом жидкость проходит через множество неподвижных лопаток, прежде чем попасть в камеру. То есть образуется особое устройство, которое называется аппарат направляющий.

По компоновке центробежного аппарата, т.е. по расположению вала различаются горизонтальные и вертикальные конструкции. По способу коммуникации с электродвигателем аппараты разделяются на приводные и моноблочные. То есть одни соединяются с двигателем с помощью муфты, а на других рабочее колесо установлено на конце вала.

По конструкции колеса различают аппараты с открытым и закрытым рабочим колесом. Так же различают аппараты по типу ротора, то есть сухим или мокрым.

В общепроизводственной практике применяются центробежные аппараты, перекачивающие среду с температурой не больше 100 градусов и содержанием твердых включений до 4 Г/Кл и размером не более 0,2 мм. Распространено использование горизонтальных одноступенчатых с полуспиральным отводом воды насосов двустороннего входа, обычно с чугунным корпусом, что позволяет производить ремонт без демонтажа.

Так же применяют консульные насосные аппараты, горизонтальные, одно и многоступенчатые с рабочим колесом, расположенным на конце вала аппарата, в котором напорный патрубок может быть повернут на 90-270 градусов, а смазка подшипников жидкая. Возможно применение как без двигателя, так и в моноблочном исполнении.

При заглублении приветствуется применение центробежных вертикальных аппаратов, что позволяет уменьшить площадь операторного помещения, а так же упростить доступ к электродвигателям. Своей конструкцией они напоминают консольные аппараты. В таких аппаратах применяются подшипники с вкладышами из пластичного материала, которые смазываются средой. При этом следует учитывать ее абразивность, так как при перекачивании загрязненной среды должна быть организована специальная система смазки.

На станциях канализирования бытовых или промышленных стоков возможно установка сточных динамических вертикальных агрегатов, предназначенных для среды с РН 6-9 и плотностью до 1000 кг/Н и температурой до 90 градусов с минимальным содержанием абразива. То есть, это центробежные аппараты с колесом одностороннего входа, которые бывают горизонтальные, вертикальные, полупогружные и двухступенчатые. При необходимости, для уплотнения и охлаждения сальников в таких аппаратах, возможен подвод воды с напором выше, чем у насоса, или же, при необходимости, с избыточным.

В некоторых случаях, при водоотведении применяются аппараты с увеличенным проходным сечением, т.е. грунтовые, предназначенные для перекачивания среды с твердыми включениями. Эти агрегаты характеризуются увеличенными зазорами между лопастями и упрощенной их конструкцией, так же меньшим числом лопастей. Понятно, что эти особенности приводят к значительному снижению коэффициенту полезного действия аппаратов данного типа и они имеют посредственные динамические характеристики, так как вода, подводимая для охлаждения одновременно промывает пространство между колесом и крышкой, а следовательно, напор воды должен быть значительно выше, чем развивает сам аппарат.

Причины поломок и особенности ремонта центробежных насосов

Обычно при эксплуатации учитываются ряд важных параметров: подача, напор, КПД, допустимая высота всасывания и мощность, напряжение электродвигателя и скорость вращения колеса. При изготовлении деталей основного количества центробежных насосных агрегатов используется чугун, далее, незначительно бронза, нержавеющая сталь, керамика.

Как наиболее вероятной причиной отказа от работы после пуска насоса является не плотность всасывающей линии, наличие в корпусе воздуха или закупорка трубок сальника.

При снижении производительности в процессе работы наиболее вероятной причиной может быть уменьшение числа оборотов, попадание воздуха в корпус или в всасывающую линию. Так же возможно из-за увеличения сопротивления в напорной линии или при увеличении высоты всасывания. Еще одной причиной может быть засорение рабочего колеса или его износ.

Часто виной уменьшения напора в процессе работы центробежного аппарата наиболее вероятной причиной может быть износ рабочих колец, колеса, повреждение напорного трубопровода, наличие воздуха в среде.

Перегрузка же двигателя возможна из за механических повреждений двигателя или насосного оборудования, повышенной и выше расчетной производительности, при напоре меньше расчетного.

При вибрации и шуме стоит проверить правильность установки чистоту рабочего колеса, износ подшипников и вала, ослабление различных креплений, как на напорной, так и на всасывающей линиях, исключить явление кавитации.

В практике успешно применяют станковый ремонт валов фрезерованием, использованием токарного и прочих станков, для чего вначале необходимо освободить вал от колес и при обнаружении деформации придать правкой нужный вид.

Так же большое значение при ремонте уделяется балансировке вращающейся части, корпуса, так как при дисбалансе возникает вибрация всего агрегата, что ведет к разрушению подшипников и со временем даже фундамента.

Далее, большой проблемой является ремонт ротора насоса, так он наиболее подвержен коррозии и подвергается в процессе эксплуатации гидравлическим и механическим перегрузкам. Поломки возникают и при неточных зазорах, осевом сдвиге, при неправильной сборки, попадания инородных тел. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется материалу и качеству исполнения данных деталей, применяются и разрабатываются новые виды высокопрочных сталей.

Так же не редки поломки муфт, в частности задиры, износ зубьев и посадочных мест, нарушение соосности и балансировки, неправильная посадка, вследствие биение и разрушение. При диагностике следует обратить внимание на точный контроль зазоров и размеров.

Часто в процессе эксплуатации встречаются проблемы и с торцевыми уплотнениями, которые возникают из за износа пар трения. При их замене стоит обратить внимание на притирку рабочих поверхностей трущихся пар торцевого уплотнения, чтобы создать по возможности близкую к эталону плоскостность трущейся поверхности

В процессе эксплуатации так же наиболее часто встречающейся проблемой является износ подшипников, так как их долговечность напрямую определяется количеством выработанных мото часов, наличием или отсутствием смазки, температуры, вследствие чего наступает усталость металла и разрушение либо износ материала изготовления, а при нарушении конструктивных требований это происходит значительно быстрее.

Так же причинами выхода из строя подшипников могут быть названы: несоблюдение допусков при подборе к валу, отсутствие соосности между насосом и шкивом, деформация вала, дисбаланс вращающихся элементов.

В последнее время появилось множество инновационных разработок в области изготовления подшипников, которые с успехом применяются и в производстве насосов GAC (Россия), DESMI (Дания), MAAG (Германия), Pompe Cucchi (Италия) обширно представленных на нашем сайте, это и новые стали и высокотехнологичные композиты, углероды, которые обеспечивают ранее не достижимые показания по своим свойствам и длительный срок службы.

Активно используются для изготовления и ремонта различных узлов современных насосных аппаратов и полимерные композиционные материалы, состоящие из активатора и базовой части, содержащей мелкодисперстные волокна или порошки, что позволяет возможность проводить ремонт в неудобных и труднодоступных местах без подвода энергии за очень короткий промежуток времени, сократить сроки ремонта, дает возможность соединять разнородные материалы, увеличить срок эксплуатации изделий после ремонта, проводить ремонт без демонтажа.