Разбор внутреннего устройства и принципа работы самовсасывающего насоса для воды

Принцип работы

Принцип действия вихревого насосного оборудования так же, как и в приборах центробежного типа, основан на использовании центробежного усилия, которое возникает при вращении рабочего колеса. Однако в отличие от центробежных аналогов вихревые насосы имеют свои особенности работы, которые состоят в следующем:

1. Во время вращения рабочего колеса насосного оборудования небольшой объём воды из всасывающего трубопровода попадает в пазы на рабочем колесе.
2. В результате она продвигается от периферии к центру агрегата, что не похоже на работу центробежного насоса.
3. После этого этот объём воды под влиянием центробежного усилия начинает продвигаться вдоль лопаток от центральной части к периферии.
4. В итоге вода получает ускорение и выбрасывается в выходное отверстие.
5. Здесь скоростная энергия воды переходит в энергию давления.
6. Под влиянием давления и всасывающего действия лопаток новый объём жидкости снова попадает на лопатки и происходит повторение цикла.

Особенности конструкции и принцип действия

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.

Вспомогательные узлы:

• 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.

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 консольном 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 разборным корпусом.

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.

Подключение к электропитанию

Работают циркуляционные насосы от сети 220 в. Подключение — стандартное, желательна отдельная линия электропитания с автоматом защиты. Для подключение требуются три провода — фаза, ноль и заземление.

Схема электрического подключения циркуляционного насоса

Само подключение к сети можно организовать при помощи трехконтактных розетки и вилки. Такой способ подключения используется, если насос идет с подключенным питающим проводом. Также можно подключить через клеммную колодку или напрямую кабелем к клеммам.

Клеммы располагаются под пластиковой крышкой. Ее снимаем, открутив несколько болтов, находим три разъема. Они обычно подписаны (нанесены пиктограммы N — нулевой провод, L — фаза, а «земля» имеет интернациональное обозначение), ошибиться трудно.

Куда подключать кабель электропитания

Так как от работоспособности циркуляционного насоса зависит вся система, имеет смысл сделать резервированное питание — поставить стабилизатор с подключенными аккумуляторами. При такой системе электропитания все будет работать и несколько суток, так как сам насос и автоматика котла «тянут» электричества по максимуму 250-300 Вт. Но при организации надо все просчитать и подобрать емкость аккумуляторов. Недостаток такой системы — необходимость следить за тем, чтобы аккумуляторы не разряжались.

Как подключить циркуляционник к электричеству через стабилизатор

Здравствуйте. Моя ситуация, насос 25 х 60 стоит сразу после электрокотла на 6 квт, далее магистраль из трубы 40 мм идёт в баню (там три стальных радиатора) и возвращается к котлу; после насоса ответвление вверх, далее 4 м, вниз, окольцовывает дом 50 кв. м. через кухню, далее через спальню, где удваивается, потом зал, где утраивается и вливается в обратку котла; в бане ответвление 40 мм вверх, выходит из бани, входит на 2 этаж дома 40 кв. м. (там два чугунных радиатора) и возвращается в баню в обратку; на второй этаж тепло не пошло; идея установить второй насос в бане на подачу после ответвления; общая длина трубопровода 125 м. Насколько решение правильное?

Идея правильная — слишком длинная трасса для одного насоса.

Устройство центробежного насоса

Центробежный насос, оптимальное назначение которого заключается в создании постоянного потока жидкости без ее обратного движения — популярное у потребителей устройство. Его конструкция состоит из нескольких крупных функциональных блоков.

1. Узел привода, роль которого состоит в создании крутящего момента. В качестве силового агрегата для решения такой задачи может выступать электродвигатель (с питанием от переменного однофазного, трехфазного напряжения, постоянного тока), двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизель).
2. Силовой вал, передающий момент на рабочий орган.
3. Колесо турбины, оснащенное расположенными под наклоном лопатками, являющееся основным рабочим органом.
4. Защитный корпус, который может выполнять функции силового элемента для крепления всех частей конструкции.

В оснащение центробежного насоса также входят подшипники, обеспечивающие плавное вращение, снижение потерь на трение, повышение надежности, а также разнообразные уплотнительные устройства. Характер последних может меняться в зависимости от типа жидкости, для работы с которой создавалась установка.

Принцип работы

Принцип работы центробежного насоса — это забор воды в результате снижения давления во входном патрубке и выброс жидкости с напором из выходного патрубка. Это реализовано благодаря физическому явлению центробежной силы. Чтобы понять, как все работает, нужно пошагово проиллюстрировать принцип действия установки и происходящие процессы.

1. При пуске привода начинается вращение рабочего органа — колеса турбины с наклонными лопатками.
2. Входной патрубок подает воду в зону оси турбины.
3. Захватываясь лопастями, жидкость начинает круговое движение вместе с ними.
4. Благодаря наклону лопаток осуществляется быстрый отвод воды к краю круговой области рабочей зоны. Это происходит как под действием центробежной силы вращения, так и из-за силовой механики, обусловленной углом наклона лопасти.
5. При движении жидкости от точки отбора происходит падение давления, что обуславливает естественный забор воды из входного патрубка.
6. Заканчивая свое движение на краю круговой зоны турбинного колеса, вода перемещается с большой скоростью, создает значительное давление и выбрасывается естественным образом через выходной патрубок.

Такая физика процесса позволяет объяснить, почему центробежный насос способен не только перекачивать воду с поверхности, но и поднимать ее из скважин. При определенных соотношениях габаритов колеса, его оборотов, мощности привода достигаются настолько высокие показатели всасывающей силы, что жидкость легко поднимается из глубины в несколько метров.

Дополнительные элементы конструкции

Если приведенная выше функциональная схема содержит малое число значимых узлов, реальное устройство центробежного насоса включает дополнительные конструкционные элементы:

• передающий трубопровод, по которому жидкость поступает к точке отбора;
• фильтры грубой очистки, решающие задачу недопущения присутствия механических взвесей в турбинной камере;
• системы клапанов, блокирующих нештатное обратное движение жидкости;
• измеритель давления, контролирующий показатели внутри рабочей камеры;
• манометр для контроля выходного потока, поступающего в систему водоснабжения.

В оснащение любого бытового и особенно промышленного центробежного насоса входит запорная арматура. Она может быть ручной или автоматической. Задача узлов этого класса, без которых не обходится не один чертеж системы подачи жидкости — не только защищать насос от нештатных и аварийных ситуаций, но и при необходимости управлять входными и выходными потоками перекачиваемого тела

Проиллюстрировать важность работы запорной арматуры легко на примере дозаторов. Центробежные насосы такого типа действуют по следующей схеме:

• сигнал с управляющего устройства инициирует пуск;
• установленный на выходном патрубке датчик считает перекачанный объем;
• при достижении определенного порогового значения, сигнал счетчика поступает на электронно управляемый затвор выходного патрубка, который перекрывает поток;
• рост давления на выходе отслеживается датчиком, который и останавливает работу двигателя по достижении определенного значения параметра.

Вентиль ProFactor запорно-регулировочный

Можно ли отремонтировать деталь?

На подавляющем большинстве машин устанавливается неремонтируемая помпа охлаждения двигателя. При желании автолюбитель сможет ее снять и разобрать, но поменять сальник и подшипник вряд ли получится, поскольку данных запчастей нет в продаже. Исключение – классические модели «Жигулей» и ряд других моделей авто, для которых производятся ремонтные комплекты.

Водяные насосы принято менять в сборе. Причем сама замена не составляет большой сложности – очистили посадочное место от старой прокладки, нанесли герметик и прикрутили новый насос. Наиболее трудоемкая часть процедуры – это разборка узла ГРМ с выставлением меток, снятием шкивов и заливкой / опорожнением системы охлаждения. Если у вас недостаточно опыта в ремонте автомобилей, лучше доверить работу мастерам станции техобслуживания.

Оптимальное место установки циркуляционного насоса

Хотя интернет изобилует массой информации на эту тему, однако простому пользователю не всегда удается определиться с оптимальной схемой подключения циркуляционного насоса в систему отопления. Причина заключается в противоречивости подаваемой информации, из-за чего на тематических форумах постоянно возникают жаркие дискуссии.

Приверженцы установки аппарата исключительно на обратном трубопроводе приводят в защиту своей позиции такие доводы:

• Более высокая температура теплоносителя на подаче по сравнению с обраткой провоцирует существенное сокращение срока службы насоса.
• Горячая вода внутри подающей магистрали менее плотна, из-за чего возникают дополнительные затруднения в ее перекачке.
• В обратном трубопроводе теплоноситель имеет высокое статическое давление, что облегчает работу насоса.

Нередко такая убежденность складывается также от случайного лицезрения того, где установлен циркуляционный насос на отопление в традиционных котельных: там насосы, действительно, иногда врезают в обратку. При этом в других котельных установка центробежных насосов может осуществляться на подающих трубах.

Аргументы против каждого из приведенных доводов в пользу установки на обратной трубе следующие:

1. Стойкость бытовых циркуляционных насосов к температуре теплоносителя обычно достигает +110 градусов, тогда как внутри автономных систем отопления вода редко нагревается выше +70 градусов. Что касается котлов, то они на выходе выдают температуру теплоносителя примерно +90 градусов.
2. Вода при температуре +50 градусов имеет плотность 988 кг/м³, а при +70 градусов – 977.8 кг/м³. Для приборов, создающих давление 4-6 м водного столба, и способных перекачать примерно тонну теплоносителя за 1 час, такая мизерная разница в плотности в 10 кг/м³ (вместимость канистры на 10 л) не играет существенной роли.
3. Фактическая разница статического давления теплоносителя внутри подачи и обратки также минимальна.

В качестве вывода можно сказать, что схема подключения циркуляционного насоса может предполагать его установку как на обратной, так и подающей трубе отопительного контура. Тот или иной вариант, где устанавливать циркуляционный насос в системе отопления, не оказывает значимого влияния на его уровень работоспособности и эффективности. Исключением является использование недорогих твердотопливных котлов прямого горения, в которых отсутствует автоматика. Так как горящее топливо в таких нагревателях быстро потушить нет возможности, это нередко провоцирует закипание теплоносителя. Если подключение насоса отопления было проведено на подающей трубе, это позволяет образовавшемуся пару вместе с горячей водой попасть внутрь корпуса с крыльчаткой.

Далее события разворачиваются следующим образом:

• Аппарат резко снижает свою производительность, так как его рабочее колесо не в состоянии перемещать газы. Это провоцирует снижения скорости циркуляции теплоносителя.
• Наблюдается уменьшение поступающей в котловой бак охлаждающей воды. Как результат, прибор перегревается еще больше, а образование пара возрастает.
• После того, как объем пара достигнет критических значений, он попадает внутрь крыльчатки. После этого наступает полная остановка циркуляции теплоносителя: возникает аварийная ситуация. Давление в системе возрастает, из-за чего сработавший предохранительный клапан выбрасывает клубы пара внутрь котельной.
• Если не затушить дрова, то на каком-то этапе клапан не справится с возрастающим давлением. В результате этого возникает реальная опасность взрыва котла.

Если схема установки циркуляционного насоса в систему отопления предполагает его монтаж на обратную трубу, то это уберегает прибор от прямого воздействия водяного пара. Как результат, увеличивается период времени до аварии (почти на 15 минут). То есть это не предотвращает взрыв, а лишь дает дополнительное время на принятие дежурных мер по устранению возникшей перегрузки системы. Поэтому при поиске места, где ставить насос на отопление, в случаях с простейшими дровяными котлами лучше выбирать для этого обратный трубопровод. Современные автоматизированные обогреватели на пеллетах могут монтироваться на любом удобном участке.

Устройство и схема гидравлического насоса с ручным приводом

Схема гидравлического насоса ручного

Ручной гидронасос состоит из двух главных частей, качающий узел (1) и гидравлический бак (2). Они соединены между собой шпилькой (3).

Залив жидкости через отверстие, предварительно открутив закрывающую его пробку (4).

Ручка (6) с рычагом (7) приводит в движение плунжер (8) первой и второй ступеней, сделанных как одна деталь.

Качающий узел имеет двухступенчатую структуру. 

Защиту от перегрузки осуществляет предохранительный клапан (9).

Скидывание давления и извлечение гидравлической жидкости из полости цилиндра в бак происходит с помощью винта (10).

Основные характеристики центробежных насосов

Чтобы правильно выбрать насос для подачи воды в частный дом из скважины или решения другой задачи, нужно рассматривать не только цифры, приведенные в документации к устройству. Однако для общего ознакомления с параметрами, которые полезны для правильной постановки задачи, разумно привести характеристики устройств для перекачки жидкости.

1. Производительность или подача. Данная цифра характеризует количество жидкости, которое насос выбрасывает из выходного патрубка в случае, когда двигатель развивает номинальную мощность.
2. Напор — разница в давлениях между входным и выходным патрубком.
3. Напорно-расходная характеристика центробежного насоса — данный график показывает зависимость между напором и производительностью установки, позволяет эмпирически проанализировать достаточность подачи на отдельных этажах.
4. Высота всасывания показывает, с какой глубины насос способен забирать воду.
5. Номинальное давление — показатель, при котором насос в сети водоснабжения может работать в постоянном режиме.

Существует целый ряд параметров, которые полезны для профессионального анализа и проектирования сети водоснабжения, к примеру, частного дома. На практике часто применяются упрощенные методики. Примерная схема выбора насоса выглядит так.

1. Делается среднестатистический расчет потребления. Для этого анализируются существующие устройства отбора воды, производится суммирование их показателей. В двух и более этажных домах определяется общая цифра потребления, а также выделяются объемы воды, необходимые для обеспечения комфорта каждого этажа.
2. Определяется характер зоны отбора воды. Для скважины учитывается глубина, анализируется место установки насоса (высота от поверхности земли).
3. Фиксируются высотные параметры сети водоснабжения. Это делается для двух и более этажных домов.

По этим параметрам уже с достаточной точностью можно выбрать подходящий насос. Характер места забора скажет, какой показатель высоты всасывания должен быть у устройства. По этажности (высоте подъема жидкости) делается расчет и выбор модели по характеристике напора.

Самая важная часть анализа — напорно-расходная характеристика, она покажет, способен ли насос обеспечить поставку воды в объемах комфортного пользования на этажи выше первого. Порядок действий при этом следующий:

• для этажа высчитывается падение напора (метраж подъема);
• на графике находится точка, соответствующая сниженному показателю;
• определяется объем подачи по графику.

Если полученная цифра больше нужного объема для конкретного этажа — насос справится с поставленной задачей. Иначе нужно более производительное или мощное устройство.

Но и при тщательном учете всех особенностей точки отбора воды и сети распределения бывают ошибки. Их причина — отсутствие учета гидравлического сопротивления трубопроводной структуры, зависимостей показателей отбора и давления, анализа соответствующих характеристики насосов. Но это уровень проектирования, недоступный среднестатистическим пользователям.

Совет! Чтобы создать некий технологический буфер, рекомендуется выбирать насос с запасом в 20% по ключевым характеристикам, прежде всего, напору.

Сфера применения

Благодаря своей некоторой универсальности в вопросе характеристик перекачиваемой жидкости, центробежные насосы нашли огромный список вариантов применения. Они используются в нефтегазовой промышленности, устанавливаются в бытовых сетях водоснабжения, работают на автозаправочных станциях.

Без центробежных насосов, компактных и надежных, не может обойтись ни один самолет для борьбы с огнем, набирающий воду в открытых водоемах. Установки такого класса используют пожарные городские службы. Перечислить все сферы применения устройств с центробежным нагнетателем попросту нереально.

Чем отличается электрическая помпа от механической помпы для воды

Обе работают по принципу насосного оборудования. Механическая — приводиться в действие при помощи нажатия рукой на крышку гофры. Электрическая — за счет батареек и тока. Во втором случае агрегат оснащён дополнительными техническими элементами.

Устройство и принцип работы

Изделие схоже по своей конструкции с механическими образцами, но имеет электротехническую часть. Приспособление оснащено:

• батарейками или аккумуляторами;
• гнездами прикуривателя ( для подзарядки).

Привести его в действие можно при помощи двух аккумуляторов. Их заряда хватит на 70 бутылей. Включается помпа для воды простым нажатием кнопки. Как только влаги вытекло столько, сколько требуется, еще раз нажав клавишу, необходимо отключить подачу. Жидкость мгновенно перестанет течь без потерь. Электрическое устройство позволит потреблять воду крупногабаритной емкости быстро и легко.

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.

Материальное исполнение насосов

Универсальность конструкции центробежных агрегатов предопределяет широкое распространение установок. Оборудование используется для перекачки очищенной воды, нефтепродуктов и жидкостей, смешанных с агрессивными или абразивными веществами. Для изготовления корпусов и роторов используются материалы, устойчивые к воздействию тех реагентов, для перекачки которых создана помпа. Дополнительно учитываются условия работы и длительность непрерывных рабочих циклов.

Металлическое исполнение

Стандартные устройства, используемые для перекачки воды и водных растворов, оснащаются корпусами из серого чугуна. В конструкции узлов применяются нержавеющая сталь и цветные металлы (для подшипниковых опор), роторы изготовлены из чугуна или углеродистой стали. Изредка используются установки, выполненные из титановых сплавов.

Футерованные и пластиковые исполнения

Если насос используется для перекачки агрессивных веществ (например, кислот или щелочей), то металлические компоненты разрушаются в результате коррозии. Применение нержавеющих или специальных сталей снижает степень износа, но приводит к росту стоимости конструкции. В этом случае целесообразно использовать компоненты, изготовленные из пластика или композитов. Тип материала, применяемого для производства деталей, указывается в технической документации (например, поливинилхлорид обозначается как PVC).

Встречается оборудование с корпусами из пластика, который проходит дополнительную механическую обработку. Но из-за сниженной механической прочности подобная конструкция используется для малогабаритных установок. Промышленные насосы для кислоты изготовлены из металла, который футерован слоем полимерного материала, предотвращающего коррозию

При изготовлении деталей важно обеспечить адгезию разнородных веществ и избежать трещин, через которые агрессивные растворы проникнут под слой пластика

Материалы уплотнительных колец

В зависимости от того, для чего планируется применение помпы, используются различные материалы для уплотнительных элементов. Наиболее часто встречаются детали, изготовленные из каучука на этилен-пропиленовой основе (код EPDM) и бутадиен-нитрильного типа (NBR). Каучук с фтором (Viton или FPM) или материал перфторированного типа используется в нагруженных установках для перекачки жидкостей с абразивной взвесью.

Устройство насоса

Главными элементами, из которых состоит циркуляционный насос, являются:

• корпус из нержавеющей стали, бронзы, чугуна или алюминия;
• роторный вал и ротор;
• колесо с лопастями или крыльчатка;
• двигатель.

Как правило, рабочее колесо – это конструкция из двух параллельных дисков, которые соединяются друг с другом посредством радиально выгнутых лопастей. В одном из дисков есть отверстие для протекания жидкости. Второй диск фиксирует крыльчатку на валу электродвигателя. Теплоноситель, проходящий через двигатель, выполняет функции смазки и охладителя для роторного вала в месте фиксирования рабочего колеса.

Поскольку статор двигателя находится под напряжением, он отделяется от ротора при помощи стакана, выполненного из нержавейки или углеродистого материала. Стенки стакана  толщиной 0,3 мм. Ротор фиксируется на керамических или графитовых подшипниках для скольжения.