По заявке клиента, компания «Электрогидромаш» поставит запасные части к насосам собственного производства: Х, АХ, АХП, АНС 60, АНС 130, С569М, С245 . А так же к насосам различных типов: Д, 1Д, СДВ, СМ, СД, ЦНС, ВК, К, КМ, НКУ, КС, НК, СМ, ЦВК, СЭ, Ш, НМШ, ВВН, и многим другим насосам. В частности, поставляются такие узлы, как ротор в сборе, рабочее колесо, уплотняющее кольцо, вал, втулка защитная, направляющий аппарат, корпус насоса.

Что дает установка новых запчастей:

Запасные части насосов — это не только продление срока службы агрегата , но и существенная экономия денег . Можно привести такой пример: у насоса Д 320/50 с электродвигателем мощностью 75 кВт за 5 лет работы на водопроводе КПД снизился на 10%. Это привело к незначительному спаду подачи (с 320 до 304 м3/ч) и напора (с 50 до 47,5 м). Однако соответствующие потери электроэнергии оказались весьма существенными: за год они составили 65 700 кВт/ч, т. е. 45 990 руб. , что значительно превосходит стоимость нового колеса (4600 руб. )

2.1. Устройство рабочего колеса

На рисунке 4 приведен продольный разрез (вдоль оси вала) рабочего колеса центробежного насоса. Межлопастные каналы колеса образуются двумя фасонными дисками 1, 2 и несколькими лопастями 3. Диск 2 называется основным (ведущим) и составляет одно единое целое со ступицей 4. Ступица служит для жесткой посадки колеса на вал 5 насоса. Диск 1 называется покрывающим или передним. Он составляет единое целое с лопастями в насосах.

Рабочее колесо характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром входа D 0 потока жидкости в колесо, диаметрами входаD 1 и выходаD 2 с лопатки, диаметрами валаd в и ступицыd ст , длиной ступицыl ст , шириной лопатки на входеb 1 и выходеb 2 .

d стd в

l ст

Рисунок 4

2.2. Кинематика потока жидкости в колесе. Треугольники скоростей

Жидкость подводится к рабочему колесу в осевом направлении. Каждая частица жидкости движется с абсолютной скоростью с .

Попав в межлопастное пространство, частицы принимают участие в сложном движении.

Движение частицы, вращающейся вместе с колесом, характеризуется вектором окружной (переносной) скорости u . Эта скорость направлена по касательной к окружности вращения либо перпендикулярно к радиусу вращения.

Частицы перемещаются также относительно колеса, и это движение характеризуется вектором относительной скорости w , направленной по касательной к поверхности лопатки. Эта скорость характеризует движение жидкости относительно лопатки.

Абсолютная скорость движения частиц жидкости равна геометрической сумме векторов окружной и относительнойr скоростей

c = w+ u.

Эти три скорости образуют треугольники скоростей, которые можно построить в любом месте межлопастного канала.

Для рассмотрения кинематики потока жидкости в рабочем колесе принято строить треугольники скоростей на входной и выходной кромках лопатки. На рисунке 5 приведен поперечный разрез колеса насоса, на котором построены треугольники скоростей на входе и выходе межлопастных каналов.

w 2β 2

Рисунок 5

В треугольниках скоростей угол α – это угол между векторами абсолютной и окружной скоростей, β – угол между вектором относительной и обратным продолжением вектора окружной скорости. Углы β1 и β2 называются углами входа и выхода с лопатки.

Окружная скорость жидкости равна

u = π 60 Dn,

где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин.

Для описания потока жидкости используются также проекции скоростей с u ис r . Проекцияс u – это проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости,с r – проекция абсолютной скорости на направление радиуса (меридиональная скорость).

Из треугольников скоростей следует
с1 u = с1 cos α 1 ,	с2 u = с2 cos α 2 ,
с 1r= с 1sin α 1,	с 2r= с 2sin α 2.

Треугольники скоростей удобнее строить вне рабочего колеса. Для этого выбирается система координат, в которой вертикальное направление совпадает с направлением радиуса, а горизонтальное – с направлением окружной скорости. Тогда в выбранной системе координат треугольники входа (а) и выхода (б) имеют вид, показанный на рисунке 6.





			с 2r

Рисунок 6

Треугольники скоростей позволяют определить величины скоростей и проекций скоростей, необходимых для расчета теоретического напора жидкости на выходе колеса нагнетателя

H т = u2 c2 u g − u1 c1 u .

Данное выражение называется уравнением Эйлера. Действительный напор определяется выражением

Н = µ ηг Н т ,

где µ – коэффициент, учитывающий конечное число лопастей, ηг – гидравлический КПД. В приближенных расчетах µ ≈ 0,9. Более точное его значение рассчитывается по формуле Стодолы.

2.3. Типы рабочих колес

Конструкция рабочего колеса определяется коэффициентом быстроходности n s , который является критерием подобия для нагнетательных устройств и равен

n Q n s = 3,65 H 3 4 .

В зависимости от величины коэффициента быстроходности рабочие колеса разделяют на пять основных типов, которые показаны на рисунке 7. Каждому из приведенного типа колеса соответствуют определенные форма колеса и соотношение D 2 /D 0 . При малыхQ и большихH , соответствующих малым значениямn s , колеса имеют узкую проточную полость и самое большое отношениеD 2 /D 0 . С увеличениемQ и уменьшениемH (n s возрастает) пропускная способность колеса должна расти, и поэтому его ширина увеличивается. Коэффициенты быстроходности и соотношенияD 2 /D 0 для различных типов колес приведены в табл. 3.

Рисунок 7

		Таблица 3
Коэффициенты быстроходности и соотношения D 2 /D 0 для колес
	различной быстроходности
Тип колеса	Коэффициент бы-	Соотношение D 2 /D 0
	строходности n s
Тихоходное	40÷ 80
Нормальной	80÷ 150
быстроходности
Быстроходное	150÷ 300	1,8 ÷ 1,4
Диагональное	300÷ 500	1,2 ÷ 1,1
	500 ÷ 1500

2.4. Упрощенный способ расчета рабочего колеса центробежного насоса

Заданы производительность насоса, давления на поверхностях всасываемой и нагнетаемой жидкости, параметры подключенных к насосу трубопроводов. Задача состоит в расчете колеса центробежного насоса, и включает в себя расчет основных его геометрических размеров и скоростей в проточной полости. Необходимо также определить предельную высоту всасывания, обеспечивающую бескавитационный режим работы насоса.

Начинается расчет с выбора конструктивного типа насоса. Для подбора насоса необходимо рассчитать его напор Н . По известнымН иQ , используя полные индивидуальные либо универсальные характеристики, приведенные в каталогах или литературных источниках (например , подбирается насос. Выбирается частота вращенияn вала насоса.

Для определения конструктивного типа рабочего колеса насоса рассчитывается коэффициент быстроходности n s .

Определяется полный КПД насоса η =η м η г η о . Механический КПД принимается в пределах 0,92-0,96. У современных насосов значенияη о лежат в пределах 0,85-0,98, аη г – в пределах 0,8- 0,96.

Коэффициент полезного действия η о можно рассчитать по ориентировочному выражению

d в = 3 М (0,2 τ доп ) ,

			η0 =
			η0 =		1 + аn − 0.66

	Для расчета гидравлического КПД можно использовать фор-

			ηг =1 −
			ηг =1 −	(lnD		− 0,172) 2

где D 1п – приведенный диаметр на входе, соответствующий живому
			рабочее колесо и			определяемый выражением
		D 2 − d	D 0 иd ст – соответственно диаметр входа жид-

кости в рабочее колесо и диаметр ступицы колеса. Приведенный диаметр связан с подачей Q иn соотношениемD 1п = 4,25 3 Q n .

Потребляемая мощность насоса равна N в = ρ QgH η . Она связана с крутящим моментом, действующим на вал, соотношениемM = 9,6 N в / n . В данном выражении единицы измеренияn –

На вал насоса в основном действует скручивающее усилие, обусловленное моментом М, а также поперечные и центробежные силы. По условиям скручивания диаметр вала рассчитывается по формуле

где τ - напряжение кручения. Его величина может задаваться в диа-

пазоне от 1,2·107 до 2,0·107 Н/м2 .

Диаметр ступицы принимается равным d ст = (1,2÷ 1,4)d в , ее длина определяется из соотношенияl ст = (1÷ 1,5)d ст .

Диаметр входа в колесо насоса определяется по приведенному

диаметру D 0 = D 1п = D 1п + d ст (D 02 − d ст2 ) η о.

Угол входа находится из треугольника скоростей входа. Предполагая, что скорость входа потока жидкости в рабочее колесо равна скорости входа на лопатку, а также при условии радиального входа, т.е. с0 = с1 = с1 r , можно определить тангенс угла входа на лопатку

tg β1 =c 1 . u 1

С учетом угла атаки i угол лопасти на входеβ 1 л =β 1 + i . Потери

энергии в рабочем колесе зависят от угла атаки. Для отогнутых назад лопаток оптимальный угол атаки лежит в диапазоне от -3 ÷ +4o .

Ширина лопасти на входе определяется на основании закона сохранения массы

b 1 = πQ µ,

D 1c 1 1

где µ 1 – коэффициент стеснения входного сечения колеса кромками лопастей. В ориентировочных расчетах принимаетсяµ 1 ≈ 0,9.

При радиальном входе в межлопастные каналы (c1u = 0) из уравнения Эйлера для напора можно получить выражение для окружной скорости на выходе колеса

ctgβ

Стремление к экономии энергии и реализации, по возможности, равномерного проведения технологических процессов в очистных сооружениях приводит к необходимости применения насосов с регулированием частоты вращения их рабочих колес. Однако при слишком малой частоте вращения возможно закупоривание как рабочего колеса, так и вертикальных трубопроводов, если не учитываются предельные значения скорости потока в сечении трубы. Расширение канализационных сетей требует перекачивания на большие расстояния сточных вод до ближайшей главной насосной станции или очистного сооружения. В напорных канализационных системах под большим давлением перекачиваются небольшие количества жидкости. Для исключения закупорок с небольшими геометрическими размерами проточной части требуются специальные технические решения. Необходимость сокращения затрат на техническое обслуживание все чаще приводит к отказу от применения сороудерживающих решеток, что предъявляет весьма высокие требования к канализационным насосам. Различные мероприятия по экономии воды и изменившиеся санитарно-гигиенические условия в цивилизованных промышленно развитых странах значительно повысили содержание твердых и волокнистых частиц в сточных водах и, соответственно, потребовали более высокую защиту насосов от закупоривания. Это означает, что доля воды в транспортирующей среде значительно уменьшилась относительно содержания волокнистых и твердых частиц. Особенно серьезной эта проблема становится после засушливых летних периодов. Волокна и твердые частицы могут осаждаться в коллекторах и сточных трубах и при последующем ливне смываться в виде комков на насосную станцию. В этом случае при неправильном выборе геометрической формы рабочего колеса возникает опасность закупоривания насосов. Различают два типа закупоривания:
твердыми предметами − нередко в насосы попадают твердые предметы: древесные отходы, игрушки или другие бытовые отходы. Примерно такие же твердые образования могут возникать в результате конгломерации мелких твердых частиц в крупные образования;
волокнами − образующимися, прежде всего, из бытовых отходов, предметов гигиены и промышленных отходов любого рода. Они скапливаются в зазоре между рабочим колесом и корпусом у входной части диска рабочего колеса или во всасывающем отверстии рабочего колеса.

На рис. 1 показано сечение типичной проточной части канализационного насоса. При сильном абразивном износе щелевого кольца корпуса увеличиваются утечки с напорной стороны в сторону всасывания, что приводит к проникновению волокон в зазор между корпусом и рабочим колесом. В экстремальных случаях эти скопления волокон в зазоре могут привести к торможению рабочего колеса. Нередко волокна кратковременно отлагаются на входной кромке рабочего колеса. При правильной геометрической форме входной кромки эти волокна вскоре смываются с рабочего колеса и выносятся из насоса. Если же форма входной кромки другая, то скопления волокон могут привести к полной закупорке всасывающего отверстия. Даже современные насосы могут оказаться ненадежными при неправильно выбранной геометрической форме рабочего колеса, не соответствующей конкретному случаю применения или специфическому составу сточных вод. Геометрические формы рабочих колес канализационных насосов представлены на рис. 2.

Нередко состав коммунальных сточных вод заранее не известен и может измениться после подключения к канализационной сети нового пользователя. Сточные воды подразделяются на дождевую воду, загрязненную воду и шлам. Для перекачивания шламов с содержанием сухого остатка более 5% на очистных сооружениях в настоящее время применяются преимущественно объемные, например эксцентриковые шнековые насосы. Центробежные насосы используются, как правило, для перекачивания загрязненных вод − коммунальных, бытовых и промышленных, а также сельскохозяйственных. Однако для этих видов сточных вод точно не определены измеряемые параметры. Они различаются разным содержанием газа, волокон, сухой субстанции и песка. Поэтому условия перекачивания сточных вод должны тщательно анализироваться для каждого отдельного случая. Общие указания или универсальные рекомендации возможны лишь в ограниченной степени. В табл. 1 приведены основные параметры перекачиваемых сточных вод и шламов.

На рис. 3 представлены значения КПД различных типов рабочих колес для одного расчетного режима. Видно, что между открытыми и закрытыми однолопастными рабочими колесами, так же как между открытыми и закрытыми двухканальными рабочими колесами различия несущественны (3−5%). Применение двухканальных рабочих колес дает незначительное увеличение КПД − порядка 2%. Для определения максимально достижимого КПД были проведены всесторонние сравнения известных проточных частей канализационных насосов. Диаграммы на рис. 4 показывают наилучшие значения КПД насосов наиболее часто применяемых типоразмеров с условным проходом DN 80, DN 100 и DN 150. У насосов со свободновихревыми рабочими колесами при всех типоразмерах максимально достижимый КПД составляет 55%. Значения КПД однолопастных и двухканальных рабочих колес закрытого или открытого типа находятся в диапазоне от 75 до 85%. Только при относительно высокой быстроходности и сравнительно больших расходах (типоразмер DN 150), с открытым однолопастным рабочим колесом можно достичь повышения КПД на 3%. Путем направленной гидравлической оптимизации закрытого двухканального рабочего колеса удалось получить очень высокий КПД − более 80%. КПД закрытых двухканальных рабочих колес имеют те же значения, что и у многоканального рабочего колеса. КПД открытых двухканальных рабочих колес, например, рабочего колеса типа N одного из шведских производителей, почти на 5% ниже, чем того же колеса в закрытом исполнении. Очевидно, что потери в щели между корпусом и лопастями рабочего колеса и в специально устроенном пазу для отклонения волокон значительно выше, чем потери в диске и щелевом уплотнении закрытого колеса.

Столь же важным, как КПД в оптимальной точке характеристики, является КПД в диапазоне неполных нагрузок. Здесь можно обнаружить существенное влияние геометрической формы рабочего колеса. Для детального анализа на рис. 5 показан характер изменения КПД в зависимости от подачи для рабочих колес различной геометрической формы. Зависимости η = f(Q) построены в относительных единицах по отношению к подаче Q/Qопт = 1. Свободновихревое рабочее колесо имеет в широком диапазоне подачи насоса постоянный, но небольшой КПД. Низкий КПД обусловлен гидродинамическими условиями и может быть улучшен лишь в узких пределах. Многоканальные рабочие колеса благодаря большему числу лопастей наиболее эффективно преобразуют энергию во всем диапазоне нагрузок, но они пригодны для перекачивания только предварительно очищенных сточных вод. Рабочие колеса закрытого типа отличаются более плоской кривой КПД и, таким образом, более высоким КПД в режиме неполных нагрузок, чем рабочие колеса открытого типа. Например, в диапазоне неполных нагрузок КПД закрытого одноканального рабочего колеса может отличаться от КПД открытого одноканального рабочего колеса на 10%, хотя в оптимальной точке характеристики их КПД одинаков. Это положение справедливо также и для двухканальных рабочих колес. Поэтому при оценке энергетических параметров насосов необходимо учитывать не только КПД в оптимальной точке характеристики, но и КПД в режимах неполных нагрузок, в которых канализационные насосы работают очень часто.

В течение эксплуатационного периода происходит изменение КПД и зависимости P = f(Q). Это обстоятельство следует обязательно учитывать при проектировании насосной станции для перекачки сточных вод. На рис. 6 показано влияние износа щелевого зазора на рабочие характеристики открытого однолопастного рабочего колеса. Хорошо видно, что снижение КПД в оптимальной точке характеристики может достигать до 10%. По мере абразивного износа изменяется и напорная характеристика насоса. Для приведенной на рис. 6 характеристики сети примерно на 8% уменьшается подача. Однако этот эффект не заметен при повседневной работе , так как в общем случае расходомеры не устанавливаются, а количество потребляемой энергии остается примерно постоянным из-за уменьшения подачи. На рис. 7 показано, как непрерывно снижается величина КПД в зависимости от увеличения зазора. Хорошо видно, что у рабочего колеса открытого типа, например типа N, КПД снижается значительно быстрее, чем у колеса закрытого типа.

Важным критерием оценки вероятности закупоривания рабочих колес насосов является свободный проход, опре- деляемый диаметром шара, который может пройти через рабочее колесо. На рис. 8 показано сравнение максимального свободного прохода различных рабочих колес. Свободный проход зависит от типоразмера и числа лопастей рабочего колеса. Требуемые потребителями для перекачки неочищенных сточных вод свободные проходы минимум 80 мм или даже 100 мм могут быть обеспечены только определенными типами рабочих колес. Как свободновихревые, так и однолопастные рабочие колеса имеют относительно большие свободные проходы и в течение многих лет оправдывают себя при перекачивании неочищенных сточных вод с крупными твердыми частицами. Для открытых однолопастных рабочих колес характерны несколько меньшие свободные проходы, но все же при всех типоразмерах не менее 75 мм. При DN 150 свободный проход составляет даже 100 мм. У закрытых двухканальных рабочих колес свободный проход находится на том же уровне, что и у открытых однолопастных. Однако открытые двухканальные и многоканальные рабочие колеса имеют более узкий, зависимый от конструкции, свободный проход и поэтому не могут обеспечить работу без закупорки в присутствии крупных твердых примесей. У двухканальных рабочих колес свободный проход ограничен. Это относится также и к рабочему колесу типа N. Только при специальном оформлении в виде так называемого колеса горшкового типа закрытое двухканальное рабочее колесо может иметь свободный проход более 75 мм при DN 80 и DN 100 и более 100 мм начиная с DN 150. Для обеспечения надежного перекачивания неочищенных сточных вод и надежной работы насосов свободный проход должен быть не менее 100 мм. Такое требование содержится в новых нормативах по выбору канализационных насосов ATV-134 немецкого объединения специалистов по очистке сточных вод.

При выборе канализационных насосов все более важным критерием становятся издержки за срок их службы. При работе в периодическом режиме, характерном для канализационных насосных станций, стоимость энергии составляет около 50% затрат за срок службы. При непрерывном режиме, в котором часто работает водоприемная станция очистного сооружения, расходы на энергию превышают 80% общих затрат. Это положение справедливо, естественно, только для безотказной работы канализационного насоса и без его закупорок. При закупорках насоса (рис. 9) прямые расходы, связанные с устранением неполадки, и косвенные затраты из-за простоя насоса являются решающим фактором издержек. Эти затраты могут превысить стоимость насоса. По этой причине владельцы канализационных насосных станций придают первоочередное значение эксплуатационной надежности и лишь во вторую очередь − коэффициенту полезного действия. Выбор рабочего колеса насоса всегда означает компромисс между вероятностью закупорки насоса, КПД в рабочей зоне и характеристикой износа. Выбирать форму рабочего колеса можно только с учетом специфического состава сточных вод. Поэтому не может быть универсального рабочего колеса, как это пропагандируется одним из крупных шведских производителей насосов.

Некоторые рекомендации по выбору оптимальной формы рабочего колеса приводятся в табл. 2. При высоком содержании газовых включений свободновихревое рабочее колесо, как и прежде, является наилучшим решением. При высоком содержании волокнистых веществ получены хорошие результаты с открытыми однолопастным и двухканальными рабочими колесами. При среднем содержании волокон, характерном для коммунальных сточных вод, предпочтение отдается закрытым однолопастным и двухканальным рабочим колесам вследствие их высокой эксплуатационной надежности. При экстремальной загрязненности промышленными отходами или бытовым мусором применяется свободновихревое рабочее колесо, несмотря на неудовлетворительную эффективность использования энергии. Это в особой мере относится к небольшим типоразмерам − DN 80 и DN 100.

Это было подтверждено многочисленными экспериментами с различными видами и концентрациями волокнистых материалов на испытательном стенде фирмы KSB, моделирующем условия перекачивания сточных вод. Очевидный вывод, который можно сделать - для экономичной транспортировки сточных вод необходимо выбирать геометрические формы рабочих колес канализационных насосов строго в соответствии с составом и характеристиками перекачиваемой среды.

Рабочее колесо насоса. Материал и конструкция крыльчатки.

Ведущую роль среди деталей насосов занимает рабочее колесо. Рабочее колесо центробежного насоса является важнейшим элементом конструкции. Его основное назначение состоит в передаче энергии от вращающегося вала к жидкости.

Проточная часть рабочего колеса центробежного насоса определяется гидродинамическим расчетом. Рабочее колесо насоса подвержено действию значительных сил реакции потока, действию центробежных сил и в случае посадки на вал с натягом – действию сил в месте посадки.

Крыльчатка насоса - это совокупность лопастей, расположенных по окружности рабочего колеса. Эти лопасти представляют собой пластины, изогнутые в противоположном водотоку направлении. Расположение, геометрия и направление крыльчатки определяет рабочие характеристики насоса. Все эти параметры определяются расчетом на этапе проектирования насоса.

Рабочее колесо и крыльчатка центробежного насоса являются одними из важнейших элементов устройства насоса .

Принцип работы

При работе насоса колесом создается центробежная сила, которая буквально выталкивает жидкость из рабочей камеры насоса в трубопровод.

Если рассматривать принцип работы более подробно, то цикл будет выглядеть следующим образом.
1 В начале цикла рабочая камера насоса заполнена жидкостью(перекачиваемой средой).
2 С началом вращения вала насоса после пуска электродвигателя, начинает вращаться рабочее колесо, закрепленное на валу.
3 С рабочей полости создается давление, обусловленное появление центробежной силы.
4 Под действием центробежной силы жидкость перемещается от центра колеса к стенкам камеры
5 Увеличивающееся давление выталкивает жидкость в нагнетательный канал трубопровода
6 В центре крыльчатки насоса давление падает, что способствует всасыванию новой порции жидкости в рабочую камеру.

Центробежное рабочее колесо такого типа широко применяются в конструкции поверхностного насоса , теплового насоса и насоса для повышения давления .

Типы рабочих колес

По конструктивному исполнению рабочие колеса насосов бываю закрытые – с покрывным диском, открытые и колеса двустороннего входа.

Открытое рабочее колесо

Отрытые колеса в подавляющем большинстве – литые. Рабочие колеса отливаются в специальную форму, методами точного литья. В этом случае колеса получаются с проточной частью высокой точности и чистоты поверхности.

Рабочее колес отрытого типа применяют для перекачивания загрязненных и/или густых жидкостей. Конструкция такого колеса несет в себе как плюсы, а именно:
большой срок эксплуатации и высокий уровень износостойкости
способность эффективно очищаться от разного рода засорений

Так и минусы – сравнительно невысокий КПД (коэффициент полезного действия), в среднем около 40%.

Закрытое рабочее колесо насоса

В закрытом рабочем колесе к основному диску с отлитыми или профрезерованными лопастями подгоняют и приваривают покрывающий диск.

Конструкция закрытого типа характеризуется высоким значением КПД, что делает насосы с колесами такого типа очень востребованными.

Насосы, оборудованные колесами данного типа, применяются как для перекачивания чистых жидкостей, так и незначительно загрязненных сред.

Рабочие колеса двустороннего входа представляют собой попарно соединенные рабочие колеса одностороннего входа с одинаковой формой проточной части. Такие колеса могут быть цельными (литыми) или состоящими из двух половин (сварно-литыми).

По силовому взаимодействию лопатки рабочего колеса с обтекающим её потоком они делятся на осевые и радиальные. Различие этих типов заключается в направлении течения.

Радиальное рабочее колесо

В насосах, где установлено радиальное рабочее колесо, поток жидкости имеет радиальное направлении и поэтому создается условия для работы центробежных сил.

Работа насоса выглядит следующим образом: при вращении радиального рабочего колеса(2) внутри корпуса(1) в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой лопатки, и следовательно силовое взаимодействие потока с крыльчаткой. Силы давление лопаток на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая её давление и скорость, т.е. механическую энергию.

Удельное приращение энергии потока жидкости в этом случае зависит от сочетания скоростей протекания потока, скорости вращения крыльчатки водяного насоса, диаметра рабочего колеса и его формы, т.е. от сочетания конструкции размеров и числа оборотов.

Осевое рабочее колесо

В насосах, где установлено осевое рабочее колесо, поток жидкости параллелен оси вращения лопастного насоса. Принцип действия центробежного агрегата похож на предыдущий вариант и основан на передаче энергии от лопасти к потоку жидкости.

Влияние монтажа насоса на рабочее колесо.

Способ монтажа насоса непосредственно влияет на сроки безотказной работы насоса, и на его ресурс в целом. Подробнее о всех нюансах монтажа описано в статье о напоре насоса . Вкратце на срок службы рабочего колеса влияет:
диаметр всасывающего участка трубопровода меньше диаметра всасывающего патрубка насоса
уклон в сторону от всаса насоса или провисание горизонтального участка трубопровода со стороны всаса
большое число поворотов и изгибов трубопровода.

Диаметр и расчет рабочего колеса

Расчет ведется по заданным значениям подачи Q, напора Н и числа оборотов n с целью определения проточной части, диаметра и размеров рабочего колеса.

Расчет остальных элементов проточной части насоса – подвода и отвода потока - выполняется с целью обеспечить условия, принятые при предыдущем расчете.

Задание для расчета рабочего колеса определяется по данным для насоса в целом на основании принятой схемы насоса.

Подача колеса

где К – число потоков в насосе

Напор колеса

где i – число ступеней в насосе(если колес несколько).

В расчете необходимо учитывать потери. Расчетная подача Q будет больше Q1 на величину объемных потерь, величина которых определяется объемным КПД. Величина объемного КПД обычно находится в пределах 0,85 – 0,95, причем большие значения относятся к насосам с большим коэффициентом быстроходности.

Аналогично дела обстоят и для напора. Гидравлические потери определяются гидравлическим КПД, который зависит от совершенства формы проточной части насоса, качества её выполнения и размеров агрегата. Значение гидравлического КПД находится в пределах 0,85-0,95.

При определении диаметра рабочего колеса и выполнении расчета вначале определяют основные размеры канала и угла лопаток на входе и выходе, а затем профилируют канал в меридианном сечении и контур лопаток.

Работы с выполнение расчета относятся к высокоточным, ведь от этого зависит рабочая характеристика и каждая ошибка несет за собой большие финансовые потери при серийном изготовлении. Поэтому такие работы выполняются только силами профильных расчетных организаций

Крыльчатка для насоса и причины разрушения

Кавитация

Кавитация возникает в результате местного снижения давления в жидкости. Процесс кавитации представляет собой парообразование с последующим схлопыванием пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости. В результате этих многочисленных всхлопываний – микроскопических взрывов, возникают скачки давления, которые могут повредить рабочее колесо насоса и даже привести в поломке всей гидравлической системы.

Характерным признаком кавитации является повышенный шум при эксплуатации насосного агрегата.

Сухой ход

Сухой ход характеризуется работой насоса при отсутствии жидкости на входе. При работе без движения жидкости, из-за трения и отсутствия охлаждения происходит нагрев и закипание жидкости в рабочей камере насоса. Такие явления приводят к деформации рабочего колеса, а затем к его полному разрушению

Коррозия металла

Коррозия металлов в воде или водных растворах имеет электрохимический характер. Этот процесс возникает из-за разности потенциалов, т.е. при наличие так называемой гальванической пары.

Возникновение гальванической пары происходит при погружении двух или нескольких различных металлов (макропары) или при наличии структурной неоднородности металла (микропары).

Разные составляющие как в микропарах, так и в макропарах имеют разные электродные потенциалы, вследствие чего возникает электрический ток. Составляющие, имеющие более положительный потенциал, называют катодами, более отрицательный – анодами.

Разрушение металла рабочего колеса насоса происходит на анодных участках из-за перехода ионов(электрически заряженных частиц) из металла в рабочую среду насоса. Освободившиеся электроны перетекают по металлу от анодных к катодным участкам и разряжаются на них.

Таким образом коррозия – это совокупность двух процессов: анодный процесс (переход ионов из металла в раствор) и катодный процесс (разрядка электронов).

Материалы рабочих колес насосов

При выборе материалов рабочих колес необходимо придерживаться ряда требований. Механические свойства материала должны обеспечивать требуемую прочность рабочего колеса с учетом температурных напряжений. Коэффициент линейного расширения не должен сильно отличаться от коэффициента линейного расширения материала вала.

Не менее важной характеристикой является стойкость материала против коррозии в перекачиваемой жидкости.

В общем, получается, что материал рабочего колеса центробежного насоса должен отвечать сложному сочетанию требований.

Механические свойства материала должны обеспечивать прочность колеса не только в условиях нормальной эксплуатации, но и при специальных режимах работы, связанных с температурными толчками.

В некоторых случаях возможно попадание посторонних тел в насос, которые могут нанести ущерб рабочему колесу, например, привести к образованию вмятин. Поэтому материал колеса должен быть прочен, пластичен и обеспечивать высокую коррозионную стойкость.

Наиболее всего этим требованиям удовлетворяет бронза, но бронза вместе с тем является и самым дорогим материалом. Кроме того в условиях высоких температур механические свойства бронзы резко снижаются. Возникают неудобства связанные с высоким коэффициентом линейного расширения бронзового колеса по сравнению со стальным валом. В результате посадка бронзового рабочего колеса на вал в условиях нормальной температуры, ослабевает в рабочих условиях при большой температуре.

Хорошими механическими свойствами и коррозионной стойкостью обладают нержавеющие стали. Но вследствие низких литейных качеств, колеса из таких сталей приходится изготавливать сварным способом из механически обработанных поковок.

В качестве материала для рабочего колеса насоса, работающего в низко-коррозионной среде, может быть использован чугун.

В последнее время в конструкции крыльчатки насоса набирают популярность различные виды пластмасс, имеющие относительно высокие механические свойства и стойкость к воздействию агрессивных сред.

В больших насосах в благоприятных от коррозии условиях, рабочие колеса выполняют из углеродистой стали, а места подверженные усиленному износу защищают специальными наплавками.

Ремонт и замена крыльчатки для насосов (видеоинструкция)

Если насосное оборудование выходит из строя, то одной из причин является рабочее колесо и тогда необходима замена крыльчатки насоса.

Если у Вас возник вопрос о том как снять крыльчатку насоса, воспользуйтесь предлагаемой ниже инструкцией:

1 Убедитесь в отсутствии питания насосного агрегата;

2 Для негерметичных насосов необходимо разъединить муфту, которая соединяет насос и электродвигатель;

3 В зависимости от конструкции агрегата (при необходимости) отсоедините всасывающую и/или напорную трубы;

4 Снять корпус насоса открутив соответствующие болты;

5 Выбить шпонку, соединяющую вал и рабочее колесо;

6 Снять рабочее колесо.

Посадочные места колеса на вал двигателя может быть выполнено в крестообразном или шестигранном исполнении или в форме шестигранной звезды.

Колесо рабочее

В рубрике «Общее» рассмотрим рабочие колеса для насосов или крыльчатки, как часто их называют. – является основным рабочим органом насоса. Назначение рабочего колеса заключается в том, что оно преобразует вращательную энергию, получаемую от двигателя, в энергию протока жидкости. За счет вращения крыльчатки жидкость, находящаяся в ней, тоже вращается и на нее действует центробежная сила. Эта сила заставляет жидкость передвигаться от центральной части крыльчатки к его периферии. В результате этого перемещения в центральной части крыльчатки создается разрежение. Это разряжение создает эффект всасывания жидкости центральным отверстием рабочего колеса непосредственно через всасывающий патрубок насоса.

Жидкость, достигая периферии рабочего колеса, под давлением выбрасывается в напорный патрубок насоса. Наружный и внутренний диаметр, форма лопастей и ширина рабочего зазора колеса определяется при помощи расчетов. Рабочие колеса могут быть разных типов радиальные, диагональные, осевые, а также открытые, полузакрытые и закрытые. Крыльчатки в большинстве насосов имеют трехмерную конструкцию, которая объединяет преимущества радиальных и осевых рабочих колес.

Типы рабочих колес

Рабочее колесо по своей конструкции бывает открытым, полузакрытым и закрытым. На (Рис. 1) изображены их типы.

Открытое (Рис. 1а) колесо состоит из одного диска и лопастей, находящихся на его поверхности. Количество лопастей в таких крыльчатках чаще всего бывает либо четыре, либо шесть. Они очень часто применяются там, где необходим низкий напор, а рабочая среда загрязненная или содержит маслянистые и твердые включения. Данная конструкция колеса удобна для очистки его каналов. К.п.д. открытых колес маленький и составляет примерно 40%. Наряду с указанным недостатком открытые рабочие колеса имеют существенные преимущества, они менее всего подвергаются засорению и их легко очистить от грязи и налета в случае засорения. И еще, данная конструкция колеса характеризуется высокой износостойкостью к абразивным составляющим перекачиваемой среды (песок).

Полузакрытое (Рис. 1б) колесо отличается от закрытого тем, что у него отсутствует второй диск, а лопасти колеса с небольшим зазором прилегают непосредственно к корпусу насоса выполняющего роль второго диска. Полузакрытые колеса применяются в насосах, предназначенных для перекачивания сильно загрязненных жидкостей (илов или осадка).

Закрытое (Рис. 1в) колесо состоит из двух дисков, между которыми располагаются лопасти. Такой тип колеса наиболее часто применяется в центробежных насосах, так как они создают хороший напор, и у них минимальные утечки жидкости из выхода на вход. Изготавливаются закрытые колеса различными способами: литьем, точечной сваркой, клепкой, либо штамповкой. Количество лопастей в колесе влияет на эффективность работы насоса в целом. Кроме того, количество лопастей влияет и на крутизну рабочей характеристики. Чем больше лопастей, тем меньше пульсации давления жидкости на выходе из насоса. Существуют различные способы посадки колес на вал насоса.

Виды посадок рабочих колес

Посадочное место рабочего колеса на вал двигателя в одноколесных насосах может быть коническим или цилиндрическим. Если посмотреть на посадочное место крыльчаток в многоступенчатых вертикальных или горизонтальных насосах, а также насосах для скважин, то там посадочное место может быть, либо крестообразным, либо в виде шестигранника, либо в виде шестигранной звездочки. На (Рис. 2) изображены рабочие колеса с различными видами посадок.

Коническая (конусная) посадка (Рис 2а). Коническая посадка обеспечивает простую посадку и снятие рабочего колеса.К недостаткам такой посадки необходимо отнести менее точное положение рабочего колеса относительно корпуса насоса в продольном направлении, чем при цилиндрической посадке, Крыльчатка на вал посажена жестко, и двигать ее на валу нельзя. Также следует сказать, что коническая посадка, в основном, дает большие биения колеса, что отрицательно сказывается на торцевых уплотнениях и сальниковых набивках.

Цилиндрическая посадка (Рис 2б). Такая посадка обеспечивает точное положение рабочего колеса на валу. Фиксация рабочего колеса на валу происходит за счет одной или несколько шпонок. Такая посадка применяется в , и . Данное соединение имеет преимущество по отношению к коническому соединению за счет более точного положения крыльчатки на валу. К недостаткам цилиндрической посадки следует отнести необходимость точной обработки, как вала насоса, так и самого отверстия в ступице колеса.

Посадка крестообразная или шестигранная (Рис 2в и 2д) . Данные виды посадок используется чаще всего в . Эта посадка позволяет легко насадить и снять рабочее колесо с вала насоса. Она жестко фиксирует колесо на валу в оси его вращения. Зазоры в рабочих колесах и диффузорах регулируется при помощи специальных шайб.

Посадка в виде шестигранной звезды (Рис 2г) . Такая посадка используется в и , где рабочие колеса изготавливаются из нержавеющей стали. Это наиболее сложная конструкция посадочного места, требующая очень высокого класса обработки, как самого вала, так и рабочего колеса. Она жестко фиксирует колесо в оси вращения вала. Зазоры в рабочих колесах и диффузорах регулируются при помощи втулок.

Существуют и другие виды посадок крыльчатки на вал насоса, но мы не ставили себе цель разобрать все существующие способы. В данной главе рассмотрены виды крыльчаток наиболее часто применяемых.

Эксплуатация, обслуживание и ремонт

Как известно, рабочее колесо или крыльчатка является основным элементом насоса. Рабочее колесо определяет основные технические характеристики и параметры насоса. Срок эксплуатации и использования насосов во многом зависит от срока службы рабочих колес. На срок службы крыльчатки влияет много факторов, наиболее значимые из них, это качество выполненного монтажа и условия эксплуатации оборудования.

Качество монтажа. Казалось, что тут сложного, подключил трубу или шланг на всасывающий и напорный патрубки, заполнил насос, и всасывающий патрубок водой, включил вилку в розетку и все хорошо. Насос начал подавать воду и на этом можно пожинать плоды своего труда. Так кажется на первый взгляд, а на самом деле все намного сложнее. От качества выполненного монтажа очень сильно зависит и срок службы оборудования, и условия его эксплуатации. Самые распространенные ошибки при монтаже:

подсоединение трубы меньшего диаметра, чем входной патрубок насоса. Это приводит к тому, что увеличивается сопротивление во всасывающей магистрали и соответственно приводит к уменьшению глубины всасывания насоса и его производительности. Заводы производители насосного оборудования рекомендуют увеличивать диаметр всасывающей магистрали на один типоразмер при глубине всасывания свыше 5 метров. Усечение диаметра всасывающего трубопровода приводит также к потере производительности насоса. Усеченный всасывающий трубопровод не в состоянии пропустить тот объем жидкости, которую может выдавать насос. Если к всасывающему патрубку насоса подсоединен шланг, то он в обязательном порядке должен быть гофрирован и подходящего диаметра; Простые шланги на всасывающий трубопровод подключать категорически запрещено. В этом случае за счет разряжения создаваемого рабочим колесом на всасывании шланг сжимается и происходит усечение всасывающей магистрали. Насос будет подавать воду в лучшем случае плохо, а в худшем совсем не подавать;
отсутствие обратного клапана с сеточкой на всасывающей магистрали. При отсутствии обратного клапана, после выключения насоса, вода может уходить обратно в колодец или скважину. Эта проблема актуальна для насосов, у которых всасывающий трубопровод находится ниже оси всасывания насоса, или для насосов у которых всасывающий патрубок находиться под давлением, при его остановке. Осью всасывания насоса является центр всасывающего патрубка;
провисание трубы на горизонтальном участке или контр уклон от насоса во всасывающем трубопроводе. Данная проблема приводит к «завоздушиванию» всасывающего трубопровода и соответственно, к потере производительности насоса или полностью к прекращению его работы;
большое число поворотов и изгибов на всасывании. Такой монтаж также приводит к увеличению сопротивления во всасывающем трубопроводе и соответственно к уменьшению глубины всасывания и производительности насоса;
плохая герметичность во всасывающем трубопроводе. В этой ситуации происходит подсос воздуха в насос, что сказывается на всасывающей способности насоса и его производительности. Наличие воздуха приводит также к повышенному шуму при эксплуатации оборудования.

Условия эксплуатации оборудования. К этому фактору относится эксплуатация оборудования в режиме кавитации и работа без протока жидкости «сухой ход»

Кавитация. В режиме кавитации насос работает при недостатке воды на его входе. Этот режим работы оборудования полностью зависит от правильности выполненного монтажа. При недостатке воды на входе в насос за счет разряжения создаваемого рабочим колесом, в зоне перехода с низкого давления на высокое происходит так называемое «холодное кипение жидкости» на поверхностях рабочего колеса. В этой зоне начинают схлопываться воздушные пузырьки. Из-за этих многочисленных микроскопических взрывов в области с более высоким давлением (например, на периферии крыльчатки) микроскопические взрывы вызывают скачки давления, которые повреждают или могут даже разрушить гидравлическую систему. Основным признаком кавитации является, повышенный шум при эксплуатации насоса и постепенная эрозия рабочего колеса. На (Рис. 3) можно увидеть, во что превратилось латунное рабочее колесо при его эксплуатации в режиме кавитации.

NPSH . Эта характеристика определяет то минимальное, дополнительное значение давление подпора на входе в конкретном типе насоса, необходимое для работы его без кавитации. Значение NPSH зависит от типа рабочего колеса, от типа перекачиваемой жидкости, а также от количества оборотов двигателя. На значение минимального подпора влияют и внешние факторы, такие как температура перекачиваемой жидкости и атмосферное давление.
Работа без протока жидкости «сухой ход». Этот режим работы может возникнуть как при отсутствии перекачиваемой жидкости на входе в насос, так и при работе оборудования на закрытую задвижку или кран. При работе без протока жидкости, за счет трения и отсутствия охлаждения происходит быстрый нагрев и закипание жидкости в рабочей камере насоса. Нагрев приводит сначала к деформации рабочих элементов насоса (трубки Вентури, диффузора(ов) и рабочего(их) колеса(с)), а затем и к полному их разрушению. На (Рис. 4) можно увидеть деформацию рабочих колес при эксплуатации насосного оборудования в режиме «сухой ход»

Последствия «Сухого хода»

Для исключения подобных ситуаций необходимо предупреждать такие случаи и устанавливать дополнительно защиту от работы оборудования в режиме «сухой ход». Об некоторых способах защиты можно узнать . Также нужно проводить периодический осмотр и обслуживание оборудования чтобы увеличить срок его эксплуатации. Во время осмотра надо обратить внимание на предмет подсоса воздуха (всасывающий трубопровод) и отсутствие утечек в соединениях и торцевом уплотнении. Это особенно актуально в тех случаях, когда насосное оборудование длительный срок простаивало и не эксплуатировалось. В случае обнаружения неполадок их надо устранить самостоятельно или пригласить специалиста из сервисного центра, если, например, возникла необходимость в замене . Ремонт в таких случаях будет не долгим и не дорогим. Гораздо сложнее и дороже ремонт стоит тогда, когда нужно будет поменять все внутренности насоса и, вдобавок, еще и статор перемотать. Ремонт в этом случае может стоить примерно столько, сколько стоит новый насос. Поэтому при обнаружении отклонений в работе оборудования (уменьшился напор и расход, появился шум при работе) надо тщательно обследовать и осмотреть всю систему самостоятельно и устранить неполадки. Следует добавить, что при проведении ремонта насосного оборудования, очень часто при замене рабочего колеса, можно столкнутся с такой проблемой, как его снять? Это актуально для насосов у которых рабочее колесо латунное или из норила, но с латунной вставкой либо чугунное с цилиндрической посадкой под шпонку. В процессе эксплуатации такие колеса «прикипает» к валу. Способствует этому также качество нашей воды, с большим содержанием солей жесткости или железа. Снять с вала такие колеса и при этом ничего не повредив очень тяжело. Для снятия колес, следует сначала очистить их от накипи и отложений солей жесткости при помощи средства применяемого в быту «САНТРИ» или ему подобное. Это средство прекрасно очищает внутренности насоса от отложений солей жесткости. Если после очистки рабочее колесо не снимается, следует применить «WD» средство, которое используется при проведении ремонта автомобилей или любую жидкую смазку, которая есть под рукой. За счет большой текучести жидкость «WD» проникает глубоко во все пустоты и поры, тем самым смачивая и смазывая рабочие поверхности. Затем при помощи втулки (втулка должна быть диаметром га 3-5 мм больше диаметра вала, но не выходить за пределы латунной вставки, это актуально для рабочих колес из пластика) и молотка попытаться сдвинуть рабочее колесо с его посадочного места. Обращать нужно также внимание и на сам вал, чтобы не повредить резьбу на которую накручивается гайка, крепящая рабочее колесо. Для этого втулку одеваем на вал двигателя и молотком ударяем по ней. Бить нужно с таким усилием, чтобы не повредить механическое торцевое уплотнение, которое находится на валу, сразу же за рабочим колесом. Как известно у подвижной части механического торцевого уплотнения есть пружина, которая постоянно прижимает рабочие поверхности подвижной и неподвижной частей торцевого уплотнения друг к другу. За счет сжатия этой пружины мы сможем сдвинуть рабочее колесо на 1-2 мм. по валу двигателя. Затем нам надо сдвинуть рабочее колесо по валу в другую сторону. Для этого понадобятся две шлицевые мощные отвертки. Отвертки вставляются между опорой двигателя (суппорт) и рабочим колесом напротив друг друга обязательно под перегородки лопастей (чтобы не сломать лопасти пластикового рабочего колеса). Подваживаем рабочее колесо и пытаемся сдвинуть его по валу в обратную сторону. Затем берем молоток, втулку и проделываем процедуру описанную выше. Таких попыток может быть несколько, пока рабочее колесо не снимется. Таким же способом приходилось снимать латунные и чугунные рабочие колеса. При правильном монтаже и соблюдении условий эксплуатации рабочее колесо или крыльчатка , как и сам насос могут прослужить долго и надежно в течение многих лет.

Спасибо за внимание.