Принцип действия центробежного насоса с торцевым уплотнением
Небольшая теоретическая статья про устройство и принцип действия горизонтального центробежного насоса с торцевым уплотнением. Для людей, перед которыми стоит задача выбора типа насосов, приведены плюсы и минусы данной конструкции.
Горизонтальный химический центробежный насос состоит из двух основных частей: электродвигателя и механической части. В моноблочных насосах, на примере которых демонстрируется конструкция в этой статье, электродвигатель соединяется с механической частью фланцем.
Электродвигатель
Производитель при выборе типа электродвигателей для химических центробежных насосов придерживается следующего принципа: если мощность электродвигателя менее 250 кВт., то используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, если более 250 кВт. – используют синхронные электродвигатели высокого напряжения. Второй вариант встречается значительно реже.
Основной характеристикой электродвигателя центробежного насоса является создаваемая им мощность. Именно этой характеристикой необходимо руководствоваться при подборе электродвигателя центробежного насоса для той или иной задачи. К примеру, если для перекачивания воды с определенными производительностью и напором подойдет электродвигатель с обычной мощность, то для жидкостей с повышенной плотностью, для сохранения изначальных параметров насоса, необходимо подбирать электродвигатели с большей мощностью.
Механическая часть
В состав механической части входят: узел соединения вала электродвигателя с валом насоса и сам корпус насоса, включающий в себя проточную часть. Вал насоса крепится к валу электродвигателя при помощи соединительной муфты или двух полумуфт. С другой стороны вал соединяется с рабочим колесом насоса.
Рабочее колесо является главным рабочим органом любого центробежного насоса. В зависимости от области применения рабочие колеса бывает открытого, закрытого и полуоткрытого типа. В случае если перекачиваемая жидкость содержит твердые включения, необходимо использовать открытое рабочее колесо, однако данный тип менее эффективен в сравнении с предыдущими.
В зависимости от своей конструкции рабочее колесо включает в себя: ступицу, ведущий диск, лопасти (или лопатки), обтекатель, покрывающий диск. В колесах открытого типа покрывающий и ведущий диски отсутствуют. Лопасти рабочего колеса изогнуты назад против направления вращения самого колеса. Каким будет угол изгиба лопасти рабочего колеса зависит от производителей насоса, но он в любом случае не должен превышать 90 градусов.
Рабочее колесо центробежного насоса находится в рабочей камере, которая ограничена задней частью корпуса насоса и передней частью корпуса – улиткой. Рабочую камеру очень часто еще называют проточной частью. Передняя часть корпуса имеет также всасывающий и нагнетательный патрубки или отверстия для подвода и отвода жидкости. Всасывающий и нагнетательные патрубки могут иметь как резьбовое, так и фланцевое подсоединение. С внутренней стороны передняя часть корпуса имеет форму улитки, то есть площадь сечения нагнетательного патрубка увеличивается по направлению потока. Такое увеличение площади помогает вместить пребывающий поток жидкости, а также снизить скорость выходящего потока. Снижение скорости потока приводит к увеличению статического давления, которое необходимо для преодоления сопротивления насосной системы.
Так как во время работы насоса давление жидкости внутри корпуса высокое, используют торцевое уплотнение. Оно используется в насосном оборудовании для обеспечения герметизации приводного вала. Выбор конструкции торцевого уплотнения в значительной степени определяется физико-химические свойствами среды, для которых оно предназначено: ее агрегатным состоянием, давлением, температурой, вязкостью, содержанием взвешенных твердых частиц и солей, химической агрессивностью, воспламеняемостью, степенью опасности воздействия на людей и окружающую среду.
Материал изготовления рабочего колеса и проточной части выбирают исходя из условий работы насоса и агрессивности перекачиваемой жидкости. Для химических центробежных насосов чаще всего используют следующие материалы: полипропилен, фторопласт, нержавеющие стали, хастеллои (сплавы на основе никеля).
Принцип работы
Крутящий момент от вала электродвигателя передаётся на вал насоса через соединительную муфту, в результате чего рабочее колесо, закрепленное на валу насоса, вращается в наполненном жидкостью корпусе. Это движение рабочего колеса заставляет вращаться окружающую его жидкость. Частицы жидкости приобретают центробежную силу и радиально выводятся наружу. Так как механическая энергия передается жидкости, её кинетическая энергия и давление увеличиваются на нагнетательной стороне рабочего колеса. Со стороны всасывания перекачиваемая жидкость вытесняется к периферии вызывая понижение давления в центральной части. В результате пониженного давления в центральной части, жидкость непрерывно всасывается в проточную часть перпендикулярно оси вращения рабочего колеса. Жидкость двигается по направлению вращения рабочего колеса к нагнетательному патрубку и далее в линию нагнетания.
Регулировка производительности насоса можем производиться только изменением количества оборотов электродвигателя, например частотным преобразователем.
Преимущества и недостатки
Главными преимуществами химических центробежных насосов с торцевым уплотнением являются:
- Высокий коэффициент полезного действия;
- Простота технического обслуживания и ремонта;
- Надежность и долговечность.
Из недостатков можно отметить, что стандартные модификации насоса не являются самовсасывающими и не предназначен для перекачивания жидкостей с повышенной вязкостью.
Модели с одним рабочим колесом не предназначен для создания большого давления.
Ещё одним возможным недостатком центробежных насосов можно считать тот факт, что рабочее колесо насоса подвержено явлению кавитации. Это явление происходит, когда давление на всасывающей стороне рабочего колеса достигает давления насыщенного пара. Как следствие – вода закипает образуя мелкие пузыри пара. Пузыри схлопываются, повреждая материал рабочего колеса. Центробежные насосы с торцевым уплотнением — это самые частовстречающиеся насосы среди промышленного насосного оборудования. Насосы применяются практически во всех отраслях промышленности, перекачивают самые различные жидкости, начиная с воды и заканчивая высоко агрессивными и абразивными суспензиями. Насосы успешно применяются в химической промышленности, в очистных сооружениях, при водоподготовке, для циркуляции теплоносителя в системах отопления.
Источник статьи: http://ytspumps.ru/info/articles/printsip-deystviya/printsip-deystviya-tsentrobezhnogo-nasosa-s-tortsevym-uplotneniem/
Центробежные насосы бессальниковые с двойным торцевым уплотнением
На данный момент времени в процессах нефтепереработки и химической отрасли среди центробежных насосов применяются 3 типа конструкции. У каждого исполнения есть свои преимущества и недостатки.
Основные типы насосов для нефтепродуктов и химических процессов:
Выбор типа насоса связан со свойствами перекачиваемой жидкости, требованиями стандартов и опытом предприятия, на котором будут работать насосы.
Также при сравнении химических центробежных насосов можно выделить технические параметры и по ним провести сравнение:
- Уровень герметичности
- Надежность
- Класс взрывозащиты
- Ремонтопригодность
- Допустимые давления
- КПД
- Затраты на обслуживание и стоимость насоса
- Способность перекачивать жидкости с различными свойствами — (вязкость, плотность, загрязненность, полимеризация, температура)
- Возможные варианты монтажа и т.д.
Как не существует ничего универсального, так и не существует универсальных центробежных насосов. Каждый тип конструкции насоса не может в полной мере обеспечить все параметры и поэтому, наиболее правильно подбирать насос под конкретную жидкость и условия.
Насосы с двойными торцевыми уплотнениями вала не могут обеспечить полную герметичность, но могут перекачивать загрязненные жидкости. Насосы с двойными уплотнениями дороже герметичных насосов, так как к цене насоса добавляется стоимость обвязки. Эксплуатация системы обвязки торцевых уплотнений насоса требует расходов на обслуживание (балансировка, контроль герметичности, контроль и поддержание давления в системах обвязки, КИП для систем обвязки), также требуется оплачивать персонал, выполняющий эти процедуры, регулярно проводить замены самих уплотнений. Герметичные насосы лишены этих недостатков.
Насосы с магнитной муфтой более дорогие, чем насосы с гильзованным двигателем, требуют центровки ротора, но зато двигатель насоса с магнитной муфтой можно легко перематывать или быстро найти замену на аналогичный двигатель даже отечественного производства.
На сегодняшний момент существует ряд ведущих производителей насосов. В основном это американские, немецкие и японские заводы, изготавливающие насосы для перекачивания нефтепродуктов и химических жидкостей. У каждого завода есть свои преимущества и сильные стороны.
Сильной стороной является высокая надежность, наличие встроенного КИП и систем мониторинга состояния насоса. Герметичные насосы с гильзованным двигателем представляют собой полностью герметичную конструкцию, без уплотнения вала и, как следствие, отсутствует всякая возможность утечки. Единственным изнашивающимся элементом являются подшипники скольжения, за состоянием которых следит встроенная система мониторинга. Передача энергии на рабочее колесо происходит магнитным путем, при помощи так называемого экранированного двигателя. При необходимости насос может быть высоконапорным, многоступенчатым.
Такая конструкция делает насос удобным для перекачивания ядовитых, летучих жидкостей и синильной кислоты, фосгена, фтороводорода, монохлорной уксусной кислоты, нитрил акриловой кислоты, плавиковой кислоты, соляной кислоты, хлора, аммиака, аминов, хлорноватой сульфокислоты, гидразина, хлорной кислоты и др. Также эти насосы хорошо применимы для перекачивания пожароопасных сред — этилена, этана, пропилена, винилхлорида, теплоносителей, дифила с высоким давлением насыщенных паров. С другой стороны, данные насосы не применимы для перекачивания загрязненных и вязких жидкостей.
Насосы с экранированным гильзованным двигателем, особенно в вертикальном исполнении, обладают очень компактной конструкцией, удобной при реконструкции старых насосных установок, без изменения обвязки. Корпус насоса цельнолитой, без сварных швов. Электродвигатель и насос образуют моноблок. Ротор герметичного насоса, рабочее колесо установлены на едином валу, исключающем какие-либо муфты и, как следствие, балансировки и вибрации.
Смазка ротора и подшипников производится перекачиваемой жидкостью. Статор мотора отделен от перекачиваемой жидкости защитной гильзой (экраном) из никель сплава hastelloy C/B, стойкого к коррозии. Так как гильза цельная, то отсутствует коррозия сварных швов.
Охлаждение двигателя происходит потоком перекачиваемой жидкости, либо, при высоких температурах, с помощью теплообменника. Кроме самой гильзы, обеспечивающей герметичность, дополнительной защитой обладает корпус двигателя, что гарантирует полную герметичность насоса, при работе с ядовитыми и взрывоопасными жидкостями.
Как следствие герметичные насосы имеют больший межремонтный интервал.
Также, герметичные насосы Teikoku соответствуют стандарту API 685, что гарантирует надежное перекачивание сложных и взрывоопасных жидкостей:
- перекачивание ядовитых жидкостей: кислоты, толуол, анилин, окись этилена, сероводорода и т.п.
- перекачивание жидких веществ и газов, в сверхкритических состояниях, в условиях циклов высокого давления.
- перекачивание радиоактивных жидкостей.
- перекачивание продуктов с высоким давлением паров: сжиженные углеводороды, сжиженные газы, пропан, бутан и т.д.
- жидкостей с очень низкой вязкостью (
Сравнение центробежных нефтяных химических насосов
Герметичные насосы с гильзованным герметичным двигателем
Герметичные насосы с магнитной муфтой
Насосы с двойными торцевыми уплотнениями
Герметичность Обеспечивается защитной гильзой и при повреждении гильзы дополнительно обеспечивается корпусом насоса. Применимы для перекачивания опасных (класс I,II,III) и взрывоопасных жидкостей Обеспечивается одной защитной гильзой. В спец исполнении возможна установка 2-го уплотнения перед подшипником каченияПрименимы для перекачивания опасных (класс I,II,III) и взрывоопасных жидкостей
Обеспечивается двойными торцевыми уплотнениями и системой затворной жидкости или газа требующей постоянного контроля. Применимы для перекачивания опасных (класс I,II,III) и взрывоопасных жидкостей
Соответствие насосов стандартам API Герметичные насосы с гильзованным двигателем полностью соответствуют API 685 В спец исполнении могут быть выполнены по API 685 Насосы с двойными уплотнениями могут быть выполнены по API 610 Класс взрывозащиты двигателя Различные варианты исполнения двигателя по ATEX EExde / TE Приборы контроля обеспечивают защиту от сухого хода и превышения допустимых температур не только в двигателе, но и в самом насосе.
Практически любые варианты исполнения двигателя Практически любые варианты исполнения двигателя Ремонтопригодность Гильзованный двигатель более сложен в ремонте, чем обычный и чаще всего меняется на новый. Вал и защитная гильза могут самостоятельно ремонтироваться, при наличии навыков сварки по сплавам и нержавеющим сталям. Все элементы насоса могут самостоятельно ремонтироваться, кроме магнитной муфты, требующей специальных инструментов и навыков. Все элементы насоса могут самостоятельно ремонтироваться Возможные напряжения питания двигателя Стандартно 380 V, 660 V, исполнение по заказу 6000 V 380 V, 660 V, 6000 V, 10000 V и другие 380 V, 660 V, 6000 V, 10000 V и другие Возможные типы приводов для насоса Встроенный электрический двигатель Электродвигатель, паровая турбина Электродвигатель, паровая турбина, привода через редуктор Варианты монтажа Горизонтально, вертикально Горизонтально Горизонтально, вертикально, в том числе и погружное исполнение Температура перекачиваемой жидкости От –60 С до +400 С От –60 С до +200 С От -60 до +500 С Давления корпуса насоса Допустимое давление до 80 bar Допустимое давление до 60 bar Допустимое давление до 250 bar Мощность и КПД насоса Мощность до 250 КВТ КПД 60-70 % Мощность до 200 КВТ КПД 60-70 % Мощность не ограничена. КПД может доходить до 87-89 % Способность перекачивать загрязненные жидкости Ограниченно применимы, только при условии установки фильтров и систем промывки. Без установки данных систем произойдет повреждение защитного экрана и подшипников Ограниченно применимы, только при условии установки фильтров и систем промывки. Возможно применение винтовых насосов с магнитной муфтой, для загрязненных жидкостей, даже без фильтров
Возможно применение при специально подобранных уплотнениях, конструкции проточной части и системах промывки. Значительно лучше применимы, в сравнении с герметичными насосами.
Варианты исполнения корпуса насоса Стали, сплавы, титан, hastelloy Стали, сплавы, титан, hastelloy, стекловолокно, фторопласт, тефлон, возможность различных футеровок Стали, сплавы, титан, hastelloy, стекловолокно, фторопласт, тефлон, возможность различных футеровок Габариты и монтаж Возможно вертикальное и горизонтальное исполнение. Не требует обвязки, занимающей много мета. Насос компактен, может устанавливаться без рамы Возможного только горизонтальное исполнение. Не требует обвязки, занимающей много места. Возможного вертикальное и горизонтальное исполнение. Требуется место для установки системы обвязки, занимающей дополнительное место. Шумы Так как отсутствует вентилятор, насос достаточно тихий (45 — 60 dBa) Вентилятор мотора и подшипники качения создают шумы больше 60 dBa Вентилятор мотора и подшипники качения создают шумы больше 60 dBa Расходы на эксплуатацию Замена подшипников скольжения Замена подшипников качения и подшипников качения Замена подшипников качения и торцевых уплотнений Допустимая вязкость перекачиваемой жидкости До 200 cP До 200 cP До 600 cP Создаваемый напор До 600 метров До 200 метров До 2500 и более в спец исполнении метров Работа при понижении давления на всасе насоса Крайне нежелательна, так как защитная гильза и подшипники скольжения быстро выйдут из строя, из-за возникновении кавитации и исчезновения смазывающей пленки Нежелательна Допустима, при правильном выборе насоса и системы уплотнений Перекачивание загазованных жидкостей Возможна, при наличии системы вентиляции насоса Работа насоса с магнитной муфтой невозможна, так как газ может привести к работе подшипников без смазки и их поломке Допустимо, при правильном выборе насоса и системы уплотнений Перекачивание жидкостей склонных к кристаллизации Работа герметичного насоса затруднена, так как кристаллы могут повредить подшипники скольжения и защитную гильзу Работа насоса с магнитной муфтой невозможна, так как кристаллы могут повредить подшипники скольжения и защитную гильзу Допустима, при правильном выборе насоса и системы уплотнений Перекачивание жидкостей склонных к полимеризации Работа герметичного насоса затруднена, так как частицы могут вызвать “залипание” ротора, повреждение подшипников и гильзы. Частичным решением является использование рубашки обогрева Работа насоса с магнитной муфтой затруднена, так как частицы могут вызвать “залипание” ротора, повреждение подшипников и гильзы Допустима, при правильном выборе насоса, системы обогрева и уплотнений