Конструкции центробежных насосов и их промышленное применение
а) Насосы для водоснабжения. На рис. 28 изображен одноколесный горизонтальный центробежный насос консольного типа. Рабочее колесо с односторонним входом закреплено на конце вала. Последний имеет два шариковых подшипника, сидящих в опорной стойке, к фланцу которой крепится корпус насоса. 
Насос типа К состоит из корпуса 2, крышки / корпуса, рабочего колеса 4, узла уплотнения вала и опорной стойки. Крышка корпуса отлита за одно целое со всасывающим патрубком насоса. Рабочее колесо закрытого типа закреплено на валу 9 насоса с помощью шпонки и гайки 5. У насосов мощностью до 10 кВт рабочие колеса неразгруженные, а у насосов мощностью 10 кВт и выше разгруженные от осевых усилий. Разгрузка осуществляется через разгрузочные отверстия в заднем диске рабочего колеса и уплотнительный поясок на рабочем колесе со стороны узла уплотнения. Благодаря разгрузке снижается давление перед узлом уплотнения вала насоса.
Для увеличения ресурса работы насоса корпус (только у насосов мощностью 10 кВт и выше) и сменные корпуса (у всех насосов) защищены сменными уплотняющими кольцами 3. Небольшой зазор (0,3— 0,5 мм) между уплотняющим кольцом и уплотнитель-ным пояском рабочего колеса препятствует перетоку перекачиваемой насосом жидкости из области высокого давления в область низкого давления, благодаря чему обеспечивается высокий КПД насоса.
Для уплотнения вала насоса применяют мягкий набивной сальник. Для повышения ресурса работы насоса и предотвращения износа вала в зоне узла уплотнения на вал надета сменная защитная втулка 7. Набивка сальника 6 поджимается крышкой сальника 8. Опорная стойка представляет собой опорный кронштейн 10, в котором в шарикоподшипниках 11 установлен вал насоса. Шарикоподшипники закрыты крышками. Смазка шарикоподшипников консистентная.
В целях улучшения гидравлических свойств насоса отверстий о теперь не делают и воспринимают осевую силу либо упорным подшипником, либо полость а насоса соединяют при помощи обводной трубки с всасывающим патрубком. Всасывающий патрубок насоса расположен по оси. Отвод жидкости—помощью спирального канала в напорный патрубок, направление которого может быть различным. Привод насоса— обычно непосредственно от электромотора помощью упругой муфты.
Подобные насосы выпускались заводом им. Калинина на подачу до 150 л!сек и напор до 90 м. Меньшие размеры, на подачу до 14 л/сек—заводом «Красный факел».
В вертикальной конструкции такие насосы строят и на очень большие подачи, верхний предел которых не ограничен.
Консольные насосы выпускают с параметрами по ГОСТ 8337—57: Q=8,6÷288м3/ч, Н = 8,7÷110 м, п = 2900÷1450 об/мин.
Базовой деталью насоса является опорный кронштейн, в котором на двух шарикоподшипниках устанавливают вал. К кронштейну шпильками крепят спиральный корпус, напорный патрубок которого в нормальном исполнении направлен вертикально вверх. При необходимости патрубок можно повернуть на угол 90, 180 и 270° от нормального положения. В корпусе выполняют отверстия для выпуска воздуха, слива воды и подсоединения манометров.
На консольном конце вала крепят рабочее колесо. Со стороны входной воронки колеса корпус закрывают крышкой с входным патрубком, обеспечивающим осевой подвод жидкости к рабочему колесу.
Концевое уплотнение насоса сальникового типа, которое при необходимости можно заменить торцовым. Незначительные осевые усилия воспринимаются шарикоподшипниками, которые смазываются консистентной смазкой. Плавающий подшипник со стороны насоса воспринимает только радиальную нагрузку, а зафиксированный со стороны муфты шарикоподшипник — радиальную и осевую нагрузки. Для уравновешивания осевого усилия в насосах мощностью больше 10 кВт выполняют разгрузочные отверстия в рабочем колесе. Насос с электродвигателем устанавливают на общей фундаментной плите и соединяют упругой муфтой.
За рубежом большое распространение получила конструкция консольных насосов, базовой деталью которых служит спиральный корпус. Входной и напорный патрубки отлиты совместно с корпусом. К корпусу через промежуточную проставку прикреплен опорный узел, в котором на шарикоподшипниках установлен вал насоса. Насосы выпускают с сальниковым или торцовым уплотнением по согласованию с заказчиком. Для создания гидрозатвора в крышке корпуса предусмотрены специальные сверления. Осевое усилие уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий.
Отличительной особенностью насосов этого типа является компактность конструкции, малая масса, отсутствие необходимости демонтажи трубопроводов при разборке насосов. Чтобы не снимать электродвигатель при разборке насоса, соединительная упругая муфта выполнена с промежуточной проставкой.
Наиболее перспективными с точки зрения массы и габаритных размером являются консольные насосы моноблочной конструкции. Спиральный корпус насоса через промежуточный фонарь прикреплен к фланцу электродвигателя. Напорный патрубок можно установить в разных положениях аналогично насосам типа К. Рабочее колесо установлено на валу электродвигателя.
Наряду со стандартными, консольные насосы нашли широкое распространение в передвижных насосных установках. Консольное расположение рабочего колеса на валу применяется для ертикальных центробежных насосов. Обычно по такой схеме выполняют крупные насосы, используемые в системах орошения, промышленного водоснабжения. На рис. 29 приведен продольный разрез насоса В17-16/55 с параметрами: Q = (52÷58)103 м3/ч; Н = 57÷51 м; N= 9400 кВт; п = 250 об/мин. Масса собственно насоса около 100 т.
Спиральный корпус насоса состоит из двух частей и имеет торцовый разъем в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса. В верхней части корпус закрыт крышкой, служащей одновременно корпусом концевого уплотнения. Насос поставляют с двумя вариантами уплотнений: двойным торцовым или сальниковым. К верхней крышке прикреплен корпус направляющего подшипника скольжения с самоустанавливающимися сегментами, залитыми баббитом. Для смазки подшипников предусмотрена масляная ванна с системой охлаждения.
Для уравновешивания гидравлического осевого усилия ротора в рабочем колесе выполнены разгрузочные отверстия. Остаточное осевое усилие и вес ротора воспринимается пятой электродвигателя. Валы насоса и электродвигателя жестко соединены фланцевым соединением. В нижней части к корпусу присоединяется проставок и колено всасывающего трубопровода.
Горизонтальные одноколесные насосы для больших производительностей имеют колесо с двухсторонним входом. Приведенная на рис. 30 конструкция такого насоса изготовляется заводом им. Калинина для средних напоров 40—70 мно является типовой и для ряда других заводов (ЛМЗ им. Сталина, завод им. Фрунзе).
Эффективным способом разгрузки ротора одноступенчатого насоса от осевого усилия является применение насосов с колесами двустороннего всасывания типа Д (рис. 30), у которых благодаря симметрии не возникает осевого усилия. У этих насосов имеется раздваивающийся полуспиральный подвод 3. В рабочем колесе 1 эти потоки соединяются и выходят в общий спиральный отвод. Разъем корпуса насоса горизонтальный, благодаря чему; обеспечивается возможность вскрытия, осмотра, ремонта, замены отдельных деталей и всего ротора без демонтажа трубопроводов (напорный и всасывающий патрубки подсоединены к нижней части корпуса). Вал насоса защищен от износа закрепленными на валу смежными втулками. Эти же втулки крепят рабочее колесо в осевом направлении. Сальники, уплотняющие подвод насоса, имеют кольца гидравлического затвора 2. Жидкость подводится к ним под давлением из отвода насоса по трубам. Радиальная нагрузка ротора воспринимается подшипниками скольжения. Для фиксации вала в осевом направлении и восприятия осевого усилия, которое может возникнуть при неодинаковом изготовлении или износе одного из уплотнения рабочего колеса, в левом подшипнике имеются радиалыю-упорные шарикоподшипники 4. Насосы двухстороннего всасывания имеют большую высоту всасывания, чем насосы одностороннего всасывания при тех же подаче и частоте вращения вала.
Корпус насоса литой из чугуна имеет разъем по горизонтальной плоскости вдоль оси вала, что удобно для осмотра и замены деталей насоса без разборки трубопроводов, присоединяемых к нижней части корпуса. Сальники имеют водяной затвор, осуществляемый помощью трубок из спиральной камеры насоса. Опорами вала служат два подшипника с кольцевой смазкой. Случайные осевые силы воспринимаются радиальным шариковым подшипником. Насос помощью упругой муфты непосредственно соединяется с двигателем.
На рис. 31 представлена конструкция вертикального одноколесного насоса с двухсторонним входом завода «Борец». Этот насос рассчитан на подачу 1 000 л!сек при напоре 105 м и числе оборотов 1 000 об/мин. Такие насосы устанавливают в неглубоких колодцах шахт, почему они называются шахтными насосами.
Длинным валопроводом насос непосредственно соединяется с вертикальным электромотором, который устанавливается наверху для защиты от сырости. Насосы с напором выше 60—110 м в зависимости от их размера выполняются многоступенчатыми.
Два типа горизонтальных многоступенчатых насосов представлены на рис. 32 и 33. У первого из них, конструкции завода им. Кирова, корпус состоит из отдельных секций а. Насосы эти турбинного типа и снабжены направляющими аппаратами б. Каналы между ступенями имеют направляющие ребра. Осевое давление воспринимается гидравлической пятой. Сальник со стороны всасывания снабжен подводом воды из области нагнетания для устранения присасывания воздуха. Подшипники выполняются с кольцевой масляной смазкой, иногда резиновые со смазкой водой.
В нормальном исполнении эти насосы имеют секции, рабочие колеса и направляющие аппараты чугунные, уплотняющие кольца бронзовые, валы стальные.
Такие насосы строятся на производительность от 30 до 300 м3/час при напоре 150—700 м с числом оборотов 2 950 и 1 450 об/мин, главным образом, для шахтных водоотливных установок.
Многоступенчатые насосы спирального типа рис. 33 по сравнению с первыми имеют следующие преимущества:
1) меньшее количество деталей; 2) упрощение и ускорение сборки и разборки; 3) уменьшение количества стыков; 4) устранение возможности перекосов; 5) разгрузку осевого давления попарно-взаимообратным расположением колес. Недостатком их является сложность обработки и отливки корпуса.
Завод им. Калинина выпускал подобные насосы производительностью от 150 до 1000 м3\час при напоре от 100 до 250 м. Для получения более высоких напоров два насоса соединяются последовательно с приводом от общего двигателя.
Одноступенчатые насосы имеют ограниченный напор. Поэтому когда необходимый напор насоса не может быть создан достаточно экономично одним рабочим колесом, в конструкции многоступенчатого насоса применяют ряд последовательно расположенных колес. Схема многоступенчатого секционного центробежного насоса показана на рис. 34 Каждая ступень такого насоса состоит из рабочего колеса / и направляющего аппарата 2, который направляет поток к следующему рабочему колесу. В таком насосе напор повышается пропорционально числу колес.
Задача уравновешивания осевых сил для многоступенчатых насосов является особенно важной из-за более высоких напоров этих насосов и суммирования осевых сил, действующих на отдельные ступени. Одним из способов уравновешивания осевых сил многоступенчатых насосов (рис. 35) является применение самоустанавливающейся гидравлической пяты. Принцип работы этой пяты состоит в следующем. Все рабочие колеса расположены так, что поток при входе в них направлен а одну и ту же сторону. За колесом последней ступени находится разгрузочная камера, сообщаемая через патрубок с полостью всасывания, находящейся перед первым колесом. Осевая сила стремится переместить ротор, а следовательно, и гидравлическую пяту в сторону начнет перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на гидравлическую пяту.
Спиральные насосы(рис. 36) выпускают, как правило, для средних напоров. Число ступеней не более шести. Параметры насосов: Q = 90÷3600 м3/ч; Н=64÷1120 м; п= 1000÷2900 об/мин.
Корпус насоса имеет торцовый разъем в горизонтальной плоскости. Входной и выходной патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Ступени насоса соединены между собой переводными каналами или трубами. Для уравновешивания осевого усилия в насосах спирального типа рабочие колеса обычно насажены на вал с симметричным расположением входных воронок. Остаточное неуравновешенное осевое усилие воспринимается радиально-упорными шарикоподшипниками, фиксирующими одновременно положение ротора в насосе. Рабочее колесо первой ступени обычно имеет повышенную всасывающую способность или двусторонний вход. Сальниковое уплотнение со стороны первой ступени имеет гидравлический затвор. Для загрузки сальникового уплотнения другого конца вала используют отвод жидкости после дросселирующей щели во входной патрубок.
Опорами ротора могут быть как подшипники скольжения, так и качения устанавливаемые в разъемные корпуса. Смазка подшипников — жидкая кольцевая. В корпусах подшипников предусмотрены камеры или змеевики для охлаждающей воды.
В зависимости от размеров насосы поставляют на раздельных или на общих фундаментных плитах с электродвигателем.
Секционные насосыс направляющим аппаратом в соответствии с ГОСТ10407—70 по высоте всасывания разделяют на две группы: нормальную и высокооборотную. Насосы ЦНС (центробежный насос секционный) выпускают на параметры: Q = 8÷850 м3/ч; Н = 60÷900 м; п = 1475÷2950 об/мин.
Насос (рис. 37) представляет собой обычную секционную конструкцию с односторонним расположением рабочих колес. Направляющие аппараты в насосах одних типов изготовляют совместно с секциями, в других — запрессовывают в секции. Секции и крышки со стороны входа и выхода соединены стяжными
шпильками и образуют корпус насоса. В стыках корпуса проложены резиновые уплотнительные кольца. К крышкам корпуса на заточках шпильками прикреплены подшипниковые кронштейны. Совместно с крышками отлиты патрубки и опорные лапы. Осевое усилие ротора уравновешивается гидравлической пятой. Вода от разгрузочного устройства по трубопроводу отводится в кольцевую камеру подвода к первой ступени.
Концевые уплотнения ротора сальникового типа с гидравлическим затвором. Опорами ротора служат самоустанавливающиеся шарикоподшипники. Смазка подшипников — консистентная. Корпуса подшипников уплотнены резиновыми манжетами. Перед подшипниками на валу установлены водоотбойные кольца. В крупных насосах применяют подшипники скольжения с кольцевой смазкой.
Насос с электродвигателем соединен упругой пальцевой муфтой. Узел гидравлической разгрузки требует постоянного внимания при эксплуатации и часто служит причиной выхода насоса из строя. В зарубежном насосостроении довольно распространены конструкции секционных насосов без гидропяты. Так, например, в Германии многоступенчатые насосы общего назначения с напором до 200 м выполняют с рабочими колесами, осевое усилие которых уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий. В насосах типа HGV (ГДР) осевое усилие уравновешивается благодаря симметричному расположению рабочих колес, и необходимость применения гидропяты исключается (рис. 38). Входной патрубок направлен вертикально вверх, напорный — горизонтально. Группы ступеней соединены между собой переводной трубкой. Со стороны высокого давления предусмотрена гидравлическая разгрузка сальникового уплотнения. Остаточные неуравновешенные осевые усилия воспринимаются упорным шарикоподшипником. Насосы такого типа изготавливают с четным числом ступеней, достигающим 12.
Для перекачивания относительно небольших количеств жидкостей часто применяют многоступенчатые насосы консольного типа (рис. 39). Число ступеней такого насоса i=1÷6. Осевое усилие уравновешивается с помощью разгрузочных отверстий. Концевые уплотнения могут быть либо сальникового, либо торцового типов. Такие насосы выполняют с опорным кронштейном, или как моноблок горизонтального или вертикального типов. При значительном вылете вала во входном патрубке можно предусмотреть дополнительную опору скольжения со смазкой перекачиваемой жидкостью.
Своеобразная американская конструкция вертикального многоступенчатого насоса (так называемого «гидропресса») дана на рис. 40. Насос этот применяется для
гидравлических прессов, перекачки горячей нефти до 900°, для очистки отливок, для котельных установок и водоснабжения небоскребов. Эти насосы, преимущественно небольших размеров (внешний диаметр корпуса до 400 мм), имеют внутренний корпус а разъемный из двух половин, в котором размещены спиральные каналы. Внешний кожух б— стальная труба или кованый цилиндр.
Число колес в них доходит до 54, а создаваемый напор до 3 000 м при n=3 500 об'мин.
Особым типом многоступенчатых насосов являются так называемые глубокие артезианские или скважинные насосы, имеющие широкое применение при водоснабжении из артезианских скважин. На рис. 41 показана установка такого насоса для скважин диаметром до 1 000 мм.
Трехступенчатый насос а подвешен на отводных трубах 6 к верхней станине б, ча которой установлен вертикальный электромотор г. Вес вращающихся частей и осевое давление воспринимаются пятой п, расположенной вверху. Электромотор г имеет свою пяту. Отдельные элементы валопровода, который помещен внутри отводных труб, соединяются муфтами и направляются резиновыми или бакаутовыми подшипниками. Соединение вала насоса с валом электромотора—помощью эластичной муфты. Всасывающая труба насоса снабжена сеткой. Насосы этого типа изготовляются для расходов до 650 м3/час инапоров до 250 м при числе оборотов от 1450 до 2950 об/мин. Наибольший внешний диаметр насоса до 850 мм, глубина скважины допустима до 120 м. Дальнейшее углубление скважин, особенно малых диаметров, связано с их искривлением, а поэтому применение таких насосов становится затруднительным. Для этих случаев более удобной является конструкция, в которой электромотор, непосредственно связанный с насосом, опускается вместе с ним в скважину под уровень жидкости, чем устраняется необходимость в длинных валопроводах. К электромотору ток подводится бронированным кабелем, а его конструкция имеет защиту от проникновения жидкости. Подобные насосы американская фирма изготовляет для перекачки нефти на ежесуточную подачу до 6 500 м3 при глубине скважин до 1 400 м.
В ряде случаев для разгрузки насосов от осевого усилия используются многоступенчатые насосы со встречным расположением колес. На рис. 42 изображен двухступенчатый спиральный насос. Жидкость поступает из первой ступени во вторую по внутреннему каналу. Разъем корпуса продольный. Напорный и всасывающий трубопроводы присоединены к нижней части корпуса, что облегчает осмотр и ремонт насоса. Уплотняющие зазоры рабочих колес выполнены между сменными уплотняющими кольцами, защищающими корпус и рабочие колеса от износа. Фиксация ротора в осевом направлении осуществляется радиально-упорными шарикоподшипниками, расположенными в правом подшипнике. Расположенный со стороны всасывания сальник имеет кольцо гидравлического затвора, к которому жидкость подводится по трубке, идущей из отвода первой ступени. Сальник, расположенный справа, уплотняет подвод второй ступени. Жидкость подводится под напором, создаваемым отводом первой ступени.
б) Насосы для горячей жидкости. До температуры 90—110° С используются обычные конструкции центробежных насосов, разве только дополнительно вводится охлаждение подшипников.
Особую конструкцию имеют насосы, предназначенные для питания горячей водой паровых котлов высокого давления и перемещения горячей нефти.
На рис. 43 приведена конструкция питательного электронасоса для горячей воды с температурой до 180° С. Данные насоса : Q =350 т /час, развиваемое давление р=46кг/см2, п=1 470 об/мин.
При таких высоких температурах воды происходит значительное расширение внутренних частей насоса и его корпуса. Чтобы избегнуть искривления осей двигателя и насоса при расширении корпуса последнего от нагревания, крепление его к опорной плите осуществлено на высоких стойках так, что опорные лапы находятся в горизонтальной плоскости на уровне оси насоса. Со стороны привода корпус насоса крепится наглухо, а остальная его часть может скользить в горизонтальном направлении по стойкам. Таким образом, насос как бы подвешен и может свободно расширяться при сохранении неизменного положения своей оси, а следовательно, не нарушается связь с двигателем.
Насос имеет охлаждение проточной водой сальников и подшипников. Осевое усилие воспринимается гидравлической пятой. Тип насоса секционный. В стыках секций ставятся асбестовые прокладки.
В качестве двигателей для питательных насосов применяются электромоторы и паровые турбины. В последнем случае они называются турбонасосами и ставятся, главным образом, как паровой резерв на случай отсутствия тока.
На рис. 44 приведена конструкция питательного турбонасоса завода АЕG. Насос одноступенчатый, без направляющего аппарата, число оборотов может изменяться от 5 000 до 8 000 об/мин. Развиваемое насосом давление доходит до 25 ат.
Иногда насосы питательные и для подачи воды в экономайзер соединяются в одно целое. Такой насос изображен на рис. 45. Здесь холодная вода входит в насос через патрубок а, проходит два колеса и через патрубок б идет в подогреватель, из которого подводится к патрубку в насоса, проходит следующую его часть и подается в котел по трубе г.
Очень интересная конструкция, в которой осуществлено подогревание питательной воды непосредственно в насосе путем введения конденсата в последние ступени, приведена на рис. 46. Через патрубок а происходит подача внутрь насоса конденсата, который проходит специальное устройство (рис. 47), имеющее по окружности соплообразные отверстия, и поступает с температурой около 305◦С в направляющий аппарат, где происходит его смешение с питательной водой температуры около 200◦ С. При згом получается равномерное смешивание воды, и устраняется возможность парообразования в самом насосе.
Между конденсационным горшком и указанным патрубком а установлен обратный клапан, прекращающий доступ конденсата в насос, когда последний не работает.
в) Насосы для загрязненных и густых жидкостей. В настоящее время центробежные насосы широки применяются для перемещения канализационных и фекальных вод, подчас сильно загрязненных бумагой, песком, золой и металлическими предметами. Они используются в строительном деле для подачи всякого рода растворов, а также в качестве землесов и торфонасосов, на сахарных и целлюлозных заводах для перекачивания жома и шлама, в цементной промышленности для подачи клинкера, для удаления золы и шлаков из котельных (багерные насосы). В соответствии со своим назначением эти насосы имеют особую конструкцию.
Рабочие колеса выполняются специальной формы с достаточно большими проходными сечениями; предусмотрены устройства для легкой очистки или промывки насоса, а также для предварительного измельчения перекачиваемого материала; иногда вводится защита важнейших деталей насоса от быстрого износа путем сменных облицовок.
Насосы эти в большинстве своем одноколесные, с консольным расположением колеса на валу, без направляющих аппаратов, с большими проходными сечениями спирали. Различные типы рабочих колес подобных насосов приведены на рис. 48. Колеса а и b применяют для транспортировки целлюлозы с концентрацией до 8%. Они имеют радиальные открытые лопатки, связанные со втулкой. Колеса c и i, из которых первое имеет 5-образный канал, а второе такой же формы лопатку, наиболее пригодны для жидкостей, содержащих весьма грубые примеси (например, свекловичная резка).
Для сильно загрязненных сточных вод и жидкостей, содержащих песок, применяются колеса (d,c,g,h)закрытого типа, двух- или трехлопастное. При наличии волокнистых примесей применяются лопасти с заостренной входной кромкой, перед которой часто помешают специальные ножевые очистители, разрезающие задержавшиеся волокна.
Наряду с этим, особенно если жидкость перед поступлением в насос предварительно очищается, применяются и обычные рабочие колеса. Встречаются конструкции для перекачки земляной пульпы с колесами из резины с металлическим каркасом и втулкой.
В подобных насосах рабочие колеса часто имеют на наружной стенке так называемые «обратные лопатки», которые отбрасывают загрязняющие воду материалы от сальников. Помимо этого в тех случаях, когда это оказывается возможным, к сальникам подводят в качестве «защищающей» их жидкости чистую воду.
При колесах закрытого типа особое внимание, приходится также обращать на конструкцию уплотнений, которые должны быть легко доступными и сменными, не засоряющимися во время работы и допускающими регулировку зазора между ними и колесом по мере износа.
Для жидкостей, содержащих очень твердые примеси (шлак, зола, земляная пульпа), кожух насоса имеет облицовку о (рис. 49). Такая сменная облицовка изготовляется из хромистой стали или резины. Для предотвращения попадания твердых частиц уплотнения и сальник промываются чистой водой под давлением, а кроме того, наружные стенки рабочего колеса снабжены обратными лопатками, л. Вал насоса из нержавеющей стали подвергается поверхностной термообработке для повышения твердости; кроме того, он еще имеет защитные легко сменяемые втулки из такой же стали.
Конструктивно насосы для загрязненных жидкостей представляют собой одноступенчатые консольные насосы горизонтального или вертикального исполнений. Отличительной особенностью их является значительная ширина проходных сечений проточной части, обусловленная размером твердых частиц в перекачиваемой жидкости. Специальная форма проточной части, выбираемая обычно из условия обеспечения равномерного износа, обусловливает, как правило, более низкое значение к. п. д. по сравнению с к. п. д. насосов для чистой воды. В насосах для загрязненных жидкостей часто применяют специальные промывочные устройства, которые предотвращают попадание перекачиваемой среды в переднее уплотнение рабочего колеса и в сальниковое концевое уплотнение вала. В корпусе насоса выполнены специальные люки для очистки проточной части в процессе эксплуатации насоса. Для повышения ресурса работы на абразивных гидросмесях проточную часть насоса изготовляют из износоустойчивых материалов.
Характеристики насосов могут существенно изменяться в зависимости от концентрации твердых веществ в перекачиваемой жидкости, что должно учитываться при эксплуатации.
По назначению насосы для загрязненных жидкостей можно объединить в три группы.
Фекальные насосытипа Ф применяют для перекачивания бытовых и промышленных канализационных стоков, волокнистых сред и других нейтральных загрязненных жидкостей.
По ГОСТ 11379—73 определены параметры фекальных насосов с диаметром входного патрубка до 400 мм: Q = 14,5÷2700 м3/ч, Н =8÷95 м, п=730÷2900об/мин. Насосы с диаметром входного патрубка более 400 мм изготовляют по индивидуальным заказам.
Разработаны типовые унифицированные конструкции консольных насосов с рабочими органами, имеющими ns = 60, 90, 120 и рассчитанными на перекачивание крупных взвешенных частиц. Рабочие колеса имеют широкое меридианное сечение и малое число цилиндрических лопастей: z = 2÷3. Отводы насосов имеют полуспиральную форму с широкими проходными сечениями.
Базовой деталью насоса является чугунный литой кронштейн, на котором устанавливают ротор и крепят корпусные детали насоса.
Опорой ротора со стороны рабочего колеса служит роликовый подшипник со свободным осевым перемещением. Со стороны привода установлен шарикоподшипник (зафиксированный в осевом направлении) для восприятия радиальных и осевых усилий. Подшипники смазываются консистентной смазкой. К концевому уплотнению сальникового типа подводится чистая вода и вода для охлаждения. Корыто сальника закрыто прозрачным щитом. В корпусе насоса и на входном патрубке выполнены люки, закрытые крышками для осмотра и очистки проточной части насоса.
Крупные фекальные насосы имеют разъемный в горизонтальной плоскости корпус, который устанавливается на собственных опорных лапах.
Центробежные насосы для бумажной массытипа БМ предназначены для перекачивания бумажной массы концентрацией до 8% при температуре не более 100°С.
Параметры насосов определены ГОСТ 11377—73 при работе на воде: Q = 18÷ 2088 м3/ч, Н = 8÷79 м, п = 730÷2960 об/мин.
В приложении к ГОСТ даны ориентировочные характеристики для различной концентрации бумажной массы.
Для нормальной работы насосов скорость движения массы во входном трубопроводе надо выбирать по паспортным данным в зависимости от размеров насоса и концентрации массы.
Типовая конструкция массного насоса приведена на рис. 50. Насосы имеют рабочие органы с ns = 70, 140 и 200. Насосы — обычного консольного типа.
Для удобства сборки и разборки насосы выполняют с горизонтальным разъемом корпуса и кронштейна. Насосы малых размеров делают неразъемными. Для очистки проточной части в отводе и выходном патрубке выполняют люки. Между выходным патрубком насоса и трубопроводом устанавливают переходный патрубок (на рис. 50 не показан), размеры которого зависят от концентрации массы.
Рабочее колесо закрытого типа имеет малое число лопастей z = 2÷ 3. При z = 3 меридианное сечение колеса расширяется по радиусу к выходу.
К сальниковому уплотнению через кольцо гидрозатвора подводится чистая вода. Передней опорой ротора служит роликоподшипник. Задняя опора состоит из двух шарикоподшипников: радиального и радиально-упорпого, воспринимающего осевое усилие. Смазка подшипников консистентная.
Допускается подрезка рабочего колеса по наружному диаметру на 10—15% для изменения параметров и последовательная работа двух насосов.
Грунтовые насосытипа ГР предназначены для транспортирования земляных, угольных, лаковых и других гидросмесей.
Параметры грунтовых насосов определяются ГОСТ 9075—75: Q= 27÷ 16000 м3/ч, Н = 9,5÷ 100 м, п = 300÷1450 об/мин. Насосы могут быть горизонтального и вертикального типов.
По исполнению их разделяют на легкие (однокорпусиые) и тяжелые (двухкорпусные) с защитной футеровкой специальными сплавами, резиной, электроко-
рундом и др. Насосы с расширенной проточной частью для крупных фракций обозначают индексом ГРУ. Допускается последовательная работа двух насосов на общую систему.
Конструкции насосов типа ГР во многом похожи на конструкции массных насосов. Отличительной чертой является подача чистой промывочной воды в уплотнения ступени для уменьшения их износа. К сальнику подводится чистая вода под давлением, на 0,5 кгс/см2 превышающим давление в насосе.
Детали проточной части изготавливают из абразивностойких материалов: легированного чугуна ИЧХ28Н2 и ИЧХ16МТ, легированных сталей 35ХНВФЛ и 40ХГСНЛ.
Для ряда производств поставляют грунтовые насосы, проточная часть которых покрыта электрокорундом на бакелитовой связке.
Некоторые типы грунтовых насосов имеют гуммированную проточную часть, обеспечивающую высокую долговечность насоса при перекачивании химически активных жидкостей, содержащих твердые частицы размером до 8 мм (рис. 51).
По технологическим причинам рабочее колесо гуммированных насосов выполняют без покрывающего диска.
Насос приводится от электродвигателя через ременную передачу. Это дает возможность изменять частоту вращения насоса при эксплуатации путем замены шкива для регулирования подачи, так как подрезать гуммированное рабочее колесо нельзя.
Перспективным для применения в целлюлозной и некоторых других отраслях химической промышленности считается использование свободновихревых насосов (рис. 52).
Рабочее колесо открытого типа с радиальными или наклонными прямыми лопастями располагается в спиральном или кольцевом отводе с широкими проходными сечениями. При вращении колеса происходит закрутка жидкости и образуется вихревой шнур, который распространяется во входной патрубок. Под действием вихревого шнура жидкость засасывается в насос и направляется в выходной патрубок. Основной поток жидкости проходит через насос, минуя рабочее колесо. По имеющимся данным к. п. д. таких насосов не меньше к. п. д. центробежных насосов для перекачивания специальных взвешенных сред.
г) Насосы для химических жидкостей. Отличительной особенностью химических насосов является применение для изготовления их деталей, соприкасающихся с перекачиваемой жидкостью, стойких в отношении коррозии материалов, а также специальное устройство сальника. Существуют также бессальннковые конструкции этих насосов.
В зависимости от рода перемещаемой жидкости здесь находят применение различные сорта чугуна с большим содержанием кремния, высокохромистые чугуны, хромистые нержавеющие стали, сплавы свинца с сурьмой, а так же керамика, фарфор, отливки из горных пород диабаз, базальт.
Широко практикуется облицовка внутренних поверхностей эбонитом, пластмассой, каучуком (гуммирование).
Из специальных конструкций химических насосов отметим в первую очередь кислотный насос Гана (рис. 53). Он состоит из корпуса а, средней части о и крышки с кронштейном, в котором подвешен вертикальный вал с. На нижнем конце вала посажено рабочее колесо g, погруженное всегда в кислоту. Кислота поступает через отверстие е и находится все время на некоторой высоте, не достигая верхней опоры.
На случай внезапной остановки насоса корпус его имеет отверстие d,через которое отводится излишек кислоты трубкой, соединенной с приемным баком. Подобные насосы имеют подачу 10—15 м3/час с напором до 20 м. У них совершенно отсутствует сальник, который является наиболее уязвимым местом кислотных насосов. IIo своим габаритам насос недостаточно компактен.
На рис. 54 представлен термосилидовый насос, изготовляемый заводом «Большевик». Этот материал плохо поддается обработке, поэтому сверление и тем более нарезка отверстий в нем избегается. В соответствии с этим всасывающий и нагнетательный патрубки насоса выполнены конусными с накидными фланцами из обычного чугуна. Кроме корпуса и его крышки, из термосплида выполняются также рабочие колеса, во втулку которых заливается кольцо из стали, служащее для крепления его на валу. Насос этот имеет двойной сальник, набивкой для которого служит асбест, провариваемый в соляной кислоте и смешиваемый затем с воском и графитом. Насосы эти используются для перекачки серной и азотной кислоты в количестве от 1 400 до 1 500 л/мин с напором до 50 м при числе оборотов п = 1 450÷2 900 об/мин.
Особой кислотоупорностью отличаются керамиковые насосы, которые противостоят всем кислотам, за исключением плавиковой. Керамика хорошо работает на сжатие, но плохо противостоит растяжению (допустимое напряжение 5—7 кг/см2),поэтому корпус насоса обычно заключается в чугунный панцирь или скрепляется металлическими обоймами.
Разрез насоса такой конструкции показан на рис. 55. Рабочее колесо имеет хвостовик, которым надевается на стальной вал. Сальник имеет гидравлический затвор.
Подобные насосы выполняются для напоров до 30 м производительностью 500÷1 000 л/мин. Насосы гуммированные или с эбонитовой облицовкой (рис. 56) выполняются из обычного чугуна. Колеса представляют собой металлический каркас b, покрытый с передней и задней стороны эбонитовой облицовкой. Вал предохраняется от разъедания эбонитовой втулкой а. Такие насосы для удобства выполнения их внутренней облицовки о имеют разъем корпуса в вертикальной плоскости.
Насосы для нефтепродуктов.В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности применяют различные типы лопастных насосов, которые отличаются друг от друга по конструкции, свойствам перекачиваемой среды, компоновке в системе и т. д.
Отличительной особенностью специальных нефтяных насосов является преобладающее распространение насосов спирального типа. В нефтеперерабатывающей промышленности широко используют насосы с обогреваемым или охлаждаемым корпусом.
Ниже приводится описание наиболее характерных типов насосов.
Нефтяные магистральные насосыпредназначены для перекачки по трубопроводам нефти с температурой до 80° С, кинематической вязкостью до 3 см2/с, с механическими примесями размером не более 0,2 мм и содержанием до 0,05% по объему. Для мощных трубопроводов по ГОСТ 12124-74 выпускают насосы с параметрами: Q = 125÷10 000 м3/ч; Н = 550÷210 м; псинх =3000 об/мин.
Насосы имеют однотипную унифицированную конструкцию (рис. 57). Насос одноступенчатый, горизонтальный с рабочим колесом двустороннего входа, с двухзавитковым спиральным отводом. Разъем корпуса уплотнен паронитовой прокладкой и снаружи закрыт защитным щитком. Сварно-литое рабочее колесо плотно посажено на вал по двум шпонкам.
Концевые уплотнения торцовые, механические, гидравлически разгруженные. Уплотнения можно вынуть из корпуса без демонтажа электродвигателя. Для этого в зубчатой муфте предусмотрена проставка. Для разгрузки уплотнения имеется кольцевая щель и разгрузочный трубопровод. Во избежание парения нефти корыта корпуса закрыты уплотняющими кожухами.
Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой от маслоустановки агрегата. Для обеспечения смазки во время выбега насоса при повреждении маслосистемы предусмотрены смазочные кольца.
Насос приводится синхронным электродвигателем, который располагается в изолированном помещении.
В зарубежной практике наряду с насосами двустороннего входа применяют также двух-, четырехступенчатые насосы спирального типа.
Насосы для нефтеперерабатывающей промышленностиобеспечивают технологический процесс переработки нефти на нефтепродукты. Широко используют одно- и двухступенчатые насосы консольного типа с рабочими колесами одностороннего и двустороннего входа. Многоступенчатые насосы спирального типа также нашли широкое распространение в нефтепереработке.
Отличительной особенностью нефтяных насосов является применение механических торцовых концевых уплотнений. В насосах обычно предусмотрена возможность замены торцовых уплотнений сальниковыми. В «горячих» насосах имеются камеры для интенсивного охлаждения уплотнений. Для повышения всасывающей способности рабочее колесо первой ступени выполняют с двусторонним входом.
Из условий удобства компоновки в системе входной и выходной патрубки консольных насосов часто выполняют направленными вертикально вверх.
Высоконапорные «горячие» насосы, в первую очередь крекинг-насосы, изготовляют двухкорпусными, что обеспечивает их полную внешнюю герметичность, малую чувствительность к большим температурным расширениям, малую затрату времени на ревизию и ремонт. Принципиальное отличие этих насосов заключается в конструкции внутреннего корпуса.
В качестве привода насосов для нефтеперерабатывающей промышленности рекомендуется применять взрывонепроницаемые (взрывобезопасные) электродвигатели.
Насосы для заводнения нефтяных пластовиспользуют во многих нефтедобывающих районах страны. Широко применяют серию насосов ЦНС 180 на параметры: Q =180 м3/ч; Н = 950÷1900 м; п = 2950 об/мин. Насосы предназначены для закачивания нейтральных или агрессивных вод в нефтеносные пласты.
Насосы (рис. 58) горизонтальные, однокорпусные, секционного типа с односторонним расположением рабочих колес. Осевое усилие уравновешивается гидравлической пятой. Различные напоры получаются изменением числа ступеней от 8 до 16.
В насосах применяют комбинированное концевое уплотнение. Щелевое уплотнение предназначено для разгрузки сальникового уплотнения, которое препятствует выходу воды из насоса. В насосе можно установить торцовое уплотнение. Детали проточной части выполняют из хромистой стали, что обеспечивает ресурс до капитального ремонта порядка 15—20 тыс. ч. Насосы этой серии максимально унифицированы. Насосные агрегаты имеют индивидуальные маслоустановки.
Для откачки нефти из скважин широко используют погружные скважинные насосы. Они создают высокий напор (до 1500 м) и состоят из отдельных секций с общим числом ступеней до 300.
Химические насосы.Согласно ГОСТ 10168-75 химические насосы выпускают на параметры: Q=2÷2200 м3/ч; Н = 18÷390 м; п = 960÷2900 об/мин.
Конструкции химических насосов мало чем отличаются от конструкций насосов общего назначения. Как правило — это одноступенчатые насосы консольного типа с рабочими органами низкой быстроходности пs = 30÷90.
Основным конструктивным отличием химических насосов является концевое уплотнение, в качестве которого применяют сальниковое уплотнение с набивкой из специальных материалов с гидрозатвором; одинарное или двойное торцовое уплотнение со специальными материалами пар трения (керамика, углеграфит, спецсплавы фторопласт), часто его выполняют с сильфоном; стояночное уплотнение или динамическое уплотнение специальной конструкции.
Другим основным отличием является применение разнообразных материалов для изготовления насосов. Выбор материала обуславливается свойствами перекачиваемой жидкости, требуемой долговечностью работы и др. Детали насосов изготовляют из обычных металлов, высоколегированных сталей (например, 10Х18Н12МЗТЛ, Х23Н28МЗДЗЛ), железокремнистого сплава С15, титана и др. Широко используют для этого синтетические материалы (фенолит РСТ, полипропилен) или гуммирование проточной части резиной (ИРП1025, ИР1258). Отечественной промышленностью начат выпуск химических насосов из фарфора, а также насосов с эмалированной проточной частью.
Сильно нагруженные опоры химических насосов часто должны работать в условиях смазки маловязкой перекачиваемой жидкостью. В качестве материала вкладышей подшипников скольжения используют керамику ТК-21, хастеллой Д, композицию фторопласта-4 с коксом и дисульфид молибденом. В насосах применяют гидростатические подшипники (хастеллой Д по хастеллою Д).
Рабочие колеса химических насосов (особенно из неметаллических материалов) часто выполняют открытого типа. Со стороны покрывающего диска делают импеллер открытого или закрытого типа для уравновешивания осевого усилия и разгрузки концевого уплотнения.
В различных процессных насосах необходимо применять обогрев или охлаждение корпуса насоса, для чего в нем изготавливают специальные полости для подводимой от внешнего источника жидкости.
Выпускаемые отечественной промышленностью химические насосы можно разделить на три группы: консольные, погружные и герметичные.
Консольные насосытипа X (рис. 59) выполняют на отдельной стойке. В зависимости от типа применяемого материала в обозначение насоса вводят дополнительные буквенные обозначения.
Корпус насоса и крышка со стороны входа из ферросилида стяжными болтами прижимается к чугунной опорной стойке. Консольно посаженное на вал рабочее колесо имеет закрытый импеллер со стороны покрывающего диска. В качестве концевого уплотнения в насосе применено стояночное уплотнение, состоящее из конической втулки, уплотняющей вал при неработающем насосе, и импеллера, уплотняющего вал при работе насоса. Ротор насоса может сводобно перемещаться в осевом направнении в определенных пределах. Опорами ротора являются шариковый и роликовый подшипники. Для обеспечения работы стояночного уплотнения на роторе имеется центробежный регулятор, который преодолевает силу возвратной пружины и обеспечивает зазор между конической втулкой и ступицей до 0,5 мм.
Насос со стояночным уплотнением может надежно работать с подпором на входе не более 1,6 кгс/см2 и перекачивании недымящих и неиспаряющихся жидкостей.
Эксплуатировать насосы со стояночным уплотнением на пониженных частотах вращения не рекомендуется.
Насосы типа X выпускают и в моноблочном исполнении с торцовым уплотнением.
Погружные насосысерийно выпускают двух типов: ХП и ПХП.
Вертикальные насосы типа ХП (рис. 60) выполняют с рабочими колесами одностороннего входа. Насосы изготовляют одно-, двух- и трехступенчатыми.
Корпус насоса погружают в жидкость на определенную глубину, минимальная величина которой определяется паспортными данными насоса. Корпус может
быть выполнен в виде двух полуспиральных отводов или секционного типа с направляющими аппаратами. По отводящим трубам жидкость подается на поверхность емкости. Обычно отводяшие трубы объединяют в общий коллектор. Наряду с двухтрубным широко применяют также однотрубное исполнение погружных насосов.
Осевое усилие воспринимается опорно-упорным шарикоподшипником, который смазывается консистентной смазкой. Нижний опорный подшипник скольжения смазывается либо перекачиваемой жидкостью, либо чистой водой, которая подводится к подшипнику от внешнего источника. Средний подшипник часто служит ограничителем колебаний при разгоне ротора насоса.
Насосы типа ПХП имеют выносные нижний и верхний подшипники, расположенные над поверхностью (не менее 100—150 мм) жидкости в емкости. Подшипники имеют консистентную смазку. Для предотвращения попадания паров перекачиваемой жидкости в подшипники в них выполнены специальные уплотнения.
Герметичные насосывыпускают для подачи агрессивных, токсичных и взрывоопасных жидкостей. Отечественные насосы типа ХГ имеют следующие параметры: Q = 1÷300 м3/ч; Н = 10÷200 м.
Конструктивное исполнение герметичных насосов отличается большим разнообразием.Герметичные насосные агрегаты могут иметь общие и раздельные контуры циркуляции жидкости в насосе и двигателе. Выпускают насосы вертикального и горизонтального исполнения.
Типовая конструкция герметичного насоса приведена на рис. 61. Вся проточная часть и полость электродвигателя надежно герметизированы. Перекачиваемая жидкость попадает в нижний подшипник скольжения, а затем по пространству между ротором и статором электродвигателя к верхнему подшипнику. Обмотка статора отделена от перекачиваемой жидкости тонкой металлической рубашкой. После прохождения подшипников жидкость отводится во входной патрубок насоса. Циркулирующая жидкость служит также для отвода тепла электродвигателя.
Подшипниковый узел представляет собой совмещенный радиальный подшипник скольжения и пяту для восприятия осевых сил. В качестве материала вкладышей широко применяется пара-керамика ТК-21 и композиция фторопласта-4 с коксом и дисульфидмолибденом. В насосах применяют подшипники как гидростатического, так и гидродинамического типа. Для смазки подшипников необходима чистая жидкость. Если в перекачиваемой жидкости содержатся включения, то перед подшипниками выполняют очистительные устройства или фильтры.
Герметичные насосы, предназначенные для перекачивания сжиженных газов, обычно имеют рабочее колесо с повышенной всасывающей способностью. При перекачивании жидкостей с минусовой температурой вокруг статора электродвигателя выполняют либо змеевик, либо камеру для обогрева.
Обычно герметичные насосы не допускают работы при неполном заполнении. Для контроля заполнения насоса делают специальные сигнализаторы.
В зарубежной практике имеется тенденция создания малогабаритных химических насосов с высокой частотой вращения. Так, например, фирмой Зундстранд (Швеция) выпускает одноступенчатые высокооборотные насосы с параметрами: Q = 8÷80 м3/ч, Н = 500÷ 1700 м, п = 24 000÷ 35 000 об/мин, 
= 30÷ 60%, t = 100÷ 280° С. Для насосов применяют электродвигатели с частотой вращения 3000/4800 об/мин.
Насосы вертикального типа имеют встроенный мультипликатор с внутренним зацеплением. Долговечность редуктора при максимальной нагрузке 35 000 ч, мощность 150÷ 200 л. с.
Рабочее колесо одностороннего входа с радиальными лопастями. Для повышения всасывающей способности перед рабочим колесом устанавливают предвключенный шнек. Насос имеет кольцевой отвод и одноканальный диффузор. Насосы снабжают торцовыми уплотнениями: вольфрамо-карбидное вращающееся кольцо работает в паре с неподвижным графитным. Для отвода твердых частиц перед уплотнением предусмотрен специальный гидроциклон.
В Германии выпускают консольные насосы из твердого фарфора, который является стойким материалом для всех кислот (кроме плавиковой) и щелочей при температурах до 40° С.