Центробежный насос: классификация, принцип работы и физическая зависимость

Пожарные центробежные насосы серии ПН В центробежных насосах движение перекачиваемой жидкости осуществляется за счёт возникающей при работе насоса центробежной силы частиц жидкости, т. е. центробежные насосы работают по принципу использования центробежной силы.

При вращении колеса, посаженного на вал 1, вода, находящаяся в каналах колеса (корпус насоса предварительно заполняется жидкостью), также начинает вращаться, под действием центробежной силы перемещаться от центра рабочего колеса к периферии и собираться в напорном патрубке 4 (спиральном отводе). В результате перемещения воды в центре рабочего колеса создаётся разрежение, куда через всасывающий патрубок 3 под действием атмосферного давления непрерывно поступает вода. В расширяющемся напорном патрубке 4 и в расположенном за ним диффузоре скорость движения потока жидкости уменьшается, и кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную (энергию давления). Схема центробежного насоса 1 — вал; 2 — рабочее колесо; 3 — всасывающий патрубок; 4 — напорный патрубок; 5 — корпус; 6 — спиральная камера Основные рабочие параметры насосов Работа насосов состоит из двух процессов: всасывания и нагнетания. Насос любого вида характеризуется следующими параметрами: высотой всасывания, высотой нагнетания, полным напором, подачей, мощностью и полным коэффициентом полезного действия (КПД). Подъём воды во всасывающем патрубке насоса происходит под действием разности атмосферного давления и давления (разряжения) в самом насосе. Поэтому теоретическая высота всасывания насоса (Нт) равная 1-ой атмосфере и составляющая 10,33 метра водного столба, или 760 мм. ртутного столба, или 1 кгс/см2, или 105 Па практически не достижима. Характерными признаками центробежного насоса является общее направление потока жидкости от центра к периферии. Обязательное условие работы центробежных насосов — предварительная заливка их водой перед пуском в работу. При наличии внутри корпуса и рабочего колеса воздуха центробежная сила будет недостаточной для перемещения его по каналам рабочего колеса и создания разрежения, т.к. масса воздуха в 775 раз меньше массы воды.

Например, при температуре воды 100 °C Рп (давление насыщенных паров всасываемой жидкости) = Ратм = 1 кг/см2 (10 м. вод. ст.), а при температуре воды 20 °C Рп = 0,024 кг/см2 (0,24 м. вод. ст.), следовательно, чем выше температура жидкости, тем сложнее забрать её насосом. С этим явлением связана кавитация — процесс образования пузырьков воздуха в жидкости. При кавитации происходит самовскипание жидкости, пузырьки пара увлекаются движущимся потоком и, встречая твёрдые поверхности корпуса и рабочего колеса, разрушаются («схлопываются»). При этом выделятся большая энергия, из-за чего повреждаются и даже при длительном воздействии разрушаются поверхности внутренней полости насоса (явление кавитационной эрозии). Кавитация сопровождается шумом и треском внутри насоса. Во избежание преждевременного износа рабочих органов насоса не допускается его работа в кавитационном режиме. Кавитационные явления могут возникать в случае работы насоса с большой геометрической высотой всасывания. Поэтому высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

На пожарных автомобилях устанавливаются, как правило, насосы центробежного типа. Это обусловлено тем, что центробежные насосы обладают рядом важных достоинств: равномерностью подачи огнетушащих средств (подачей без пульсаций); способностью работать «на себя» (т.е. при перекрытии пожарного ствола, засорении или заломе пожарного рукава в системе подачи воды не повышается чрезмерно давление), простотой управления насосом и его обслуживания при эксплуатации на пожарах. Для пожарных автомобилей важно, что центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, а их габариты и массы относительно невелики. В то же время, центробежные насосы имеют и ряд недостатков, важнейший из которых тот, что они не являются самовсасывающими — работают только после предварительного заполнения всасывающей линии и насоса водой. Этот недостаток компенсируют устройствами, позволяющими заполнять всасывающие тракты и полость насоса из цистерн. Кроме того, на пожарных автомобилях устанавливают вспомогательные насосы для заполнения полости всасывающего рукава и корпуса насоса водой. Для этой цели используют газоструйные, ротационные, поршневые и другие насосы. Вспомогательные насосы работают кратковременно, только при включении центробежного насоса в работу. Установка таких насосов усложняет конструкцию насосной установки, требует устройства дополнительного привода для их работы.

Насосы пожарные нормального давления — одноили многоступенчатые пожарные насосы, предназначенные для подачи при давлении на выходе до 2,0 МПа (20 кгс/смІ или 20 атм.) воды и водных растворов пенообразователей температурой до 303° К (30° С), плотностью до 1010 кг/мі, массовой концентрацией до 0,5% при их максимальном размере 3 мм. Устанавливаются в закрытых отсеках пожарных автомобилей, в которых во время работы обеспечивается положительная температура.

Пожарные центробежные насосы серии «ПН» — ПН-40-У, ПН-40-УВ, ПН-40-УВ.01, ПН-40УВ.02 (ПН-60) предназначены для подачи воды или водных растворов пенообразователя при тушении пожаров. Применяется в составе пожарного автомобиля. Пожарные насосы нормального давления В настоящее время в нашей стране широкое распространение на пожарных автомобилях имеют пожарные насосы нормального давления, обеспечивающие подачу 40 л/с с напором 1,0 МПа (10 кгс/смІ или 10 атм.).