Конструктивные особенности насосов ЦНС

Насосы ЦНС – лопастные, центробежные, многоступенчатые, секционные.

Подвод жидкости к первой ступени осуществляется при помощи кольцевого подвода.

Подвод жидкости к промежуточным и последней ступени насоса производится при помощи лопаточных направляющих аппаратов, что обеспечивает максимально точное соответствие угла установки лопасти рабочего колеса на входе и угла натекания жидкости на него. Это позволяет единовременно минимизировать гидравлические потери на входе в рабочее колесо (что обеспечит максимальный к.п.д. машины), а также повысить кавитационные качества насоса (что позволит избежать срыва параметров насоса и снизить износ элементов проточной части его первой ступени).

Для отвода жидкости первой и промежуточных ступеней насоса используются лопаточные отводящие устройства (направляющий аппарат). Отвод жидкости от последней ступени – комбинированный, используется лопаточное отводящее устройство совместно с кольцевым отводом, направляющий патрубок которого расположен радиально, что позволяет избежать появление опрокидывающего момента, а также упростить процесс присоединения насоса к трубопроводной сети.

Насосы типа ЦНС оснащаются центробежными тихоходными рабочими колесами одностороннего входа. Такое конструктивное решение предполагает создание высокого давления в гидравлической сети при относительно невысоких значениях расхода жидкости.

Закрытая конструкция рабочего колеса (при наличии основного и покрывного дисков) позволяет достигнуть высоких значений объемного к.п.д. насоса 95 – 98 %.

Конструкция межлопастных каналов рабочих колес нашего производства предполагает наличие минимальных гидравлических потерь, что обеспечивает достижение максимального значения гидравлического к.п.д. насоса в целом. Лопасти рабочего колеса выполнены таким образом, чтобы обеспечить оптимальное натекание потока, как на входную кромку, так и по всей длине лопасти, в том числе и на выходе из него. Увеличение толщены лопасти рабочих колес нашего производства по направлению течения жидкости позволяет оптимизировать стеснение потока и избежать значительных гидравлических потерь на входе в рабочее колесо.

Конструкция рабочего колеса разработана с использованием признанной в научном сообществе методики проектирования рабочих колес, и отработана путем проведения моделирования течения потока в проточной части насоса с использованием ведущего программного обеспечения, а также путем проведения натурных испытаний насосов с использованием испытательных стендов.

Одним из наиболее важных элементов проточной части насоса с точки зрения обеспечения максимального к.п.д. насоса является отводящее устройство. Как указывалось выше, первая и промежуточная ступени оснащаются лопаточными отводами, которые также называются направляющими аппаратами.

Конструкция лопаточного отвода предполагает наличие следующих основных составных частей: спиральный, диффузорный, переводной и подводной канал. Основной функцией спирального канала является сбор жидкости в области за выходом из рабочего колеса и перевод ее в диффузорный канал. Диффузорный канал предназначен для превращения кинетической энергии (энергии скорости) в потенциальную (энергия давления) путем увеличения площади проходного канала. Функция переводного канала – изменение направления потока с радиального на осевое, с последующим изменением направления течения жидкости от периферии к центру в области подводного канала. Основными назначениями подводного канала является подвод жидкости к рабочему колесу следующей ступени, а также обеспечение правильного момента количества движения на входе в него.

Таким образом, лопаточный отвод (направляющий аппарат) является одним из наиболее ответственных элементов проточной части, качественное выполнение которого значительно влияет на параметры насоса в целом, прежде всего его напор и к.п.д.

Лопаточные отводы (направляющие аппараты) нашего производства выполнены с использованием ведущей методики проектирования насосного оборудования, признанной научным сообществом, и отработаны путем моделирования процессов течения жидкости в проточной части насоса при помощи ведущих образцов программного обеспечения, а также путем проведения натурных испытаний с использованием испытательного стенда.

Достижение максимальных эксплуатационных параметров наших насосов обеспечивается качественным выполнением проектирования и отработки конструкции элементов их проточных частей на каждом этапе.

Обеспечение надежности и эффективности насосного оборудования важный аспект качественного и долговечного его функционирования. Проточные части насосов ЦНС нашего производства выполнены с условием отсутствия неуравновешенных гидродинамических сил, а также неуравновешенных пульсаций давления. Это достигается путем правильного выбора числа лопастей рабочего колеса и лопаточного отвода с учетом так называемых таблиц гармоники.

В насосах ЦНС используются рабочие колеса одностороннего входа. Поскольку в таком случае рабочее колесо несимметричное, то и площадь основного и покрывного дисков, на которые действует давление в пазухах рабочего колеса неодинаковая, что приводит к возникновению неуравновешенного осевого усилия.

Как правило, конструкция насосов типа ЦНС предполагает направление движения жидкости в одну сторону при прохождении всех его ступеней. Таким образом, осевая сила, которая действует на ротор насоса, увеличивается при прохождении жидкости каждой последующей ступени насоса, и она направлена в сторону входа в рабочие колеса насоса. Осевое усилие в многоступенчатых насосах может быть довольно большим, что негативно влияет на срок службы подшипникового узла. В насосах ЦНС предусмотрено использование разгрузочного устройства для разгрузки осевой силы в виде гидравлической пяты. Это саморегулирующееся устройство, которое создает осевое в направлении противоположном осевому усилию в проточной части насоса в результате перепада давления на торцевые стенки гидравлической пяты. Разница давлений на торцевых стенках гидравлической пяты обеспечивается путем дросселлирования потока в щелях устройства. При этом присутствует возможность осевого передвижения вращающегося элемента гидравлической пяты, что позволяет изменять ширину радиальной щели, в результате чего устройство работает эффективно работает как не расчетном режиме, так и на нерасчетных.

Использование лопаточных отводов (направляющих аппаратов) в конструкции центробежных насосов позволяет минимизировать радиальную силу, которая действует на ротор насоса.

В роли опор ротора служат подшипники скольжения, которые эффективно воспринимают остаточные неуравновешенные радиальные усилия на ротор насоса.

Осевая сила, как уже говорилось выше, при стационарной работе насосов типа ЦНС отсутствует в виду действия гидродинамической пяты. Однако, в момент запуска насоса возможно возникновение некоторого неуравновешенного усилия, которое действует по направлению ко входу в рабочее колесо. Такие нестационарные осевые усилия воспринимаются непарным радиально-упорным подшипником, функцией которого и является разгрузка нестационарных осевых усилий в момент пуска насоса.

В качестве концевого уплотнения используются торцевые уплотнения, что обеспечивает максимальную герметичность насосов ЦНС и высокую продолжительность межремонтного цикла данного узла. В другой вариации конструктивного исполнения насоса возможно использование сальникового концевого уплотнения вала, который является более дешевым, более простым в эксплуатации, ревизии и ремонте, но менее долговечный, и требует регулярного обслуживания.