Центробежные насоса. Базовые факты.

Центробежные насосы. Базовые факты.

1. Центробежные насосы предназначены для работы в точке наивысшего КПД.

Центробежные насосы, перемещающие чистую холодную воду, принципиально предназначены для работы только в одной гидравлической точке – соотношении напора и производительности, соответствующем точке наивысшего КПД. Любое другое место на графике насоса – не более чем коммерческий компромисс, направленный на возможность относительной адаптации насоса к другому набору гидравлических условий, отличающемуся от точки наивысшего КПД. Производителям слишком дорого проектировать типоразмеры насосов для идеального соответствия любым возможным уникальным гидравлическим условиям, которые задает конечный потребитель.

2. График насоса.

График насоса – основа для выбора. По умолчанию график насосов указаны для чистой воды с температурой около 18^оС. Если опубликованный производителем график насоса заканчивается в некой точке соотношения расхода и напора, не достигая максимального или нулевого значения, это будет обусловлено вескими причинами, которые нельзя игнорировать. Насос недопустимо использовать за пределами указанного рабочего поля и желательно не использовать в начале и конце допустимого рабочего поля.

3. Насос – гидравлическая машина, не обладающая интеллектом.

Насос – это только гидравлическая машина, способная при заданном наборе свойств жидкости, геометрии рабочего колеса и скорости вращения адаптироваться к гидравлической системе, в которую он установлен. Производительность и напор насоса будут определяться не возможностями насоса или желаниями потребителя, а точкой пересечения его графика характеристикой гидравлической системы. График гидравлической системы будет определять рабочую точку для насоса.

4. Характеристика гидравлической системы.

График гидравлической системы представляет изменение суммы потерь напора на трение, статического напора и остаточного давления в зависимости от расхода.

5. Насосы не "всасывают" воду.

Очень распространенное заблуждение приписывать насосу способность всасывать воду. Следует понимать, что  существует другой, отличный от насоса, источник энергии, который обеспечивает поступление воды в насос. Этим источником энергии есть атмосферное давление и сила тяжести. Вода не обладает прочностью на разрыв. Поэтому насос не в состоянии самостоятельно «дотянуться» до жидкости и «втянуть» ее в насос.

6. Максимальное реалистичное значение высоты всасывания для центробежного насоса не превышает 8 метров.

Если Ваш насос расположен на уровне моря тогда атмосферное давление будет соответствовать абсолютному давлению 10000 ньютон на 1 квадратный метр или 1 бар или 100кПа. Каждое из этих значений атмосферного давления равно напору в 10,2 метров водяного столба. Это означает, что в идеальном мире в отсутствии трения и давления парообразования, действующих на систему, Ваш насос мог бы «поднять» (смотреть пункт 5) холодную воду с геометрической высоты в  минус10 метров. В реальном мире трение и давление парообразования всегда работают против Вашего центробежного насоса и препятствуют подъему воды с отрицательной высоты более 8 метров ( для струйных самовсасывающих насосов максимальная высота всасывания достигает значения в 9 метров).

7. Изменение направления вращения рабочего колеса  не меняет направление движения жидкости через центробежный насос. 

Трехфазный центробежный насос, в котором из-за неправильной последовательности чередования фаз, рабочее колесо вращается в противоположную сторону, не меняет направление перемещения жидкости. Вода в любом случае будет перемещаться в направлении из всасывающего патрубка в нагнетательный патрубок.   В зависимости от реальной геометрии рабочего центробежного колеса напор и подача насоса будут сильно уменьшены. Производительность сократится на приблизительно вдвое, а значение напора составит приблизительно 60% от номинального значения. 

8. Нельзя удалить воздух из всасывающего канала центробежного рабочего колеса в процессе работы насоса.

Принцип работы центробежного насоса очень похож на работу центрифуги. Более плотная вода отталкивается к внешнему диаметру колеса, менее плотный воздух остается посредине на оси насоса. Для того, чтобы удалить этот воздух, нужно, как минимум, остановить насос. 

9. Подавляющее большинство проблем в работе центробежного насоса связаны со стороной всасывания.

Почти все проблемы в работе центробежного насоса ассоциированы со стороной всасывания. Существует множество заблуждений о основах работы насоса, не позволяющих адекватно понимать суть возникшей проблемы в работе насоса. При выявлении неполадок представляйте себе насосную систему как три отдельные системы: систему всасывания, сам центробежный насос и систему нагнетания. Опыт поиска проблем указывает на то, что приблизительно 90% всех проблем так или иначе связаны с линией всасывания. Если Вы сомневаетесь в причинах возникших проблем, начинайте поиск причин этих проблем со стороны всасывания насоса. 

10. Кавитация.

Кавитация – явление, обусловленное образованием в жидкости пузырьков пара вследствие падения давления ниже давления парообразования. Образование пузырьков пара, как правило, происходит непосредственно перед входом в лопасть рабочего колеса, так как в этом пространстве формируется зона самого низкого давления в насосе. Это явление получило название «холодного кипения». Далее, двигаясь вместе с потоком жидкости, пузырьки попадают в зону с более высоким давлением и разрушаются с выделением тепла и созданием волны давления.

11. Кавитация разрушает рабочее колесо.

Разрушение пузырьков – это то, что вызывает разрушение рабочего колеса, если схлопывание происходит не в средине потока жидкости, а вблизи на периферии потока или непосредственно на поверхности колеса. Схлопывание пузырька пара происходит ассиметрично, с образованием кумулятивного эффекта, с созданием направленной микроструи. Несмотря на то, что коллапс пузырька пара происходит в наномасштабе, создаваемое давление приблизительно равно 700 бар, а скорость распространения волны соответствует скорости звука в воде, т.е. 1490 м/с. 

12. Всегда рассчитывайте кавитационный запас (NPSHa). 

В области применения промышленных центробежных насосов недостаточный кавитационный запас считается самой распространенной и дорогостоящей ошибкой. Многие ошибочно думают, что из-за высокого подпора или небольшой высоты всасывания проводить расчет кавитационного запаса нет необходимости. Однако, потери на трение или потери вследствие парообразования способны аннулировать тот кавитационный запас (NPSHa), на который Вы изначально полагались. Итог ошибки – кавитация в рабочем колесе. Различают допустимый кавитационный запас NPSHa и требуемый кавитационный запас NPSHr. Требуемый кавитационный запас NPSHr предоставляется производителем и зависит от конструктивных особенностей центробежного насоса. Допустимый кавитационный запас NPSHа не имеет ничего общего с конструкцией насоса и рассчитывается владельцем гидравлический системы для сравнения с требуемым кавитационным запасом NPSHr. Для предотвращения кавитации необходимо чтобы рассчитанное значение NPSHа было больше предоставленного производителем насоса значения NPSHr.

13. Кавитационный шум в низком диапазоне частот. 

Кавитационный шум можно слышать в низком диапазоне частот. Если Вы слышите специфический шум в гидравлической части, похожий на то, как если бы в корпус поместили мелкий гравий, это прямо указывает на кавитацию. Однако, если Вы не слышите шум, это точно не означает то, что Ваш насос не работает в кавитационном режиме -  большая часть кавитационного шума находится  в диапазоне низких частот за пределами восприятия человеческого уха. Поэтому отсутствие специфического шума в насосе не означает то, что насос работает без кавитации.

14. Требуемый кавитационный запас (NPSHr).

Проще говоря, NPSHr – это тот подпор жидкости во всасывающем патрубке насоса, который компенсирует падение давления в насосе и удерживает давление жидкости выше уровня давления парообразования,  ограничивает дополнительные потери на трение в результате кавитации и предполагает падение напора  в результате кавитации на 3%. NPSHr  = NPSH 3%. Это означает, что если производитель заявляет что насосу в данной рабочей точке необходимо определенное количество NPSHr насос уже находится в состоянии кавитации с падением напора на 3%. Падение напора на 3% - общепринятый критерий для определения производителем NPSHr.

15. Погружение всасывающего патрубка в воду.

Центробежные насосы значительно теряют производительность, если содержание воздуха в воде превышает 3%, а при содержании воздуха в воде более 14% все центробежные насосы независимо от конструкции перестают перекачивать воду. Исключение из правила составляют только самовсасывающие насосы. Предотвращение попадания воздуха во всасывающий трубопровод определяет критический уровень погружения трубопровода в жидкость. Завихрение жидкости при отборе воды с высокой скоростью способно создать условия (воздушную "воронку") для поступления воздуха в линию всасывания.  Завихрение увеличивается с ростом скорости жидкости. Простое эмпирическое правило уровня погружения трубопровода в воду следующее – 1 метр погружения на 1 метр в секунду скорости движения воды во всасывающем трубопроводе. 

16. Температура подшипников. 

Многие потребители комментируют состояние подшипников в насосе, ссылаясь на высокую температуру подшипника или суппорта подшипника. Такие комментарии часто носят субъективный характер, далекий от объективности. Тактильное ощущение температуры человеком останавливается на  около 50^оС. Температуры больше 50^оС  воспринимаются на  уровне "очень горячо". При этом нормальная рабочая температура шарикоподшипников обычно составляет 70-80 ^оС. Это означает, как минимум, то, что нужно использовать термометр или пирометр для определения фактической температуры подшипника или подшипниковой опоры. 

17. Удельная скорость.

Удельная скорость – критерий, которым пользуются конструкторы для оценки производительности и геометрии рабочего колеса. Различают рабочие колеса с низкой, средней и высокой удельной скоростью. Простое понимание этого критерия следующее:
- в рабочее колесо с низкой удельной скоростью жидкость поступает параллельно оси вала и покидает его под углом в 90 градусов;
- в рабочее колесо со средней удельной скоростью жидкость поступает параллельно оси вала и покидает его под углом в 45 градусов;
- в рабочее колесо с высокой удельной скоростью жидкость поступает параллельно оси вала и покидает параллельно оси вала.

18. Вязкость.

Насос выбирается в соответствии со свойствами перекачиваемой жидкости. Это простое и основное правило выбора. Большинство продаваемых нами центробежных насосов, как правило, рассчитаны на перекачивание нейтральной жидкости, т.е. чистой воды с температурой до 100^оС, нейтральным рН и кинетической вязкостью около 1 сСт (сантиСтокс). Для перекачивания такой воды выбирают центробежный насос с проточной частью из чугуна и типоразмером, обеспечивающим требуемый напор и производительность. Однако, различные жидкости обладают различной вязкостью. Как правило, центробежные насосы рассчитаны на перекачивание жидкостей с вязкостью не более 200 сСт и это означает то, что центробежные насосы не способны перекачивать такие жидкости как, например, концентрированный глицерин. Графики центробежных насосов указаны для воды. При перекачивании жидкостей с другой вязкостью требуется коррекция графиков.  

Частотні перетворювачі

Обладнання для водопідготовки

Насоси Pedrollo

Насоси промислові ви-ва Україна, СНГ(К, КМ, Д, ЭЦВ...)

Насоси Speroni

Силова електроника Schneider Electric