Центробежные насосы: принцип работы, конструкция и классификация по типам

Другие виды механических насосов

Ручные механические устройства для водоснабжения использовались с древнейших времен, в настоящее время их заменили модели промышленного производства. В некоторых случаях при отсутствии электричества использование механических заводских агрегатов неэффективно, и народные умельцы придумывают свои схемы и чертежи, как сделать ручной насос для скважины своими руками.

Если в приведенном случае (водозабор из скважины) можно использовать принцип действия промышленных агрегатов, то для забора воды из открытых водоемов используют собственные разработки на основе древних технологий.

Винт Архимеда

Винт Архимеда и его использование

Конструкция придумана греческим мыслителем в 250 году до нашей эры и состоит цилиндрической трубы, внутри которой находится винт, система опускается в открытый водоем под небольшим углом. При работе вращающиеся лопасти захватывает воду и продвигают ее вверх по трубе, по окончании которой она выливается в подготовленную емкость.

Гидравлический таран

Гидравлический таран

Механик Монгольфье является создателем гидравлического насоса, поднимающего воду за счет своей кинетической энергии. Его принцип действия заключается в перекрытии быстрого потока клапаном, после чего вода под давлением поступает в размещенный вверху гидравлический бак и затем по напольному шлангу доставляется потребителю. Устройство работает повторяющимися циклами, некоторые производители выпускают гидронасосы кустарными способами.

Аэролифт

Аэролифт – принцип работы

Германский инженер Карл Лошер разработал данный метод в 1797 году, его сущность состоит в выталкивании жидкости из опущенной в источник полой трубы воздухом. Для работы аэролифта в нижнюю часть трубы через входной патрубок закачивают ручным насосом воздух, его пузырьки растворяются в воде и вследствие легкого веса поднимаются на поверхность вместе с жидкостью.

Данную конструкцию можно использовать при наличии электричества, подключая вместо механического насоса компрессор.

Самодельная поршневая помпа

Некоторые народные умельцы изготавливают поршневые насосы самостоятельно. Обычная конструкция представляет собой рабочую камеру из сваренной трубы, в качестве поршня используют металлический или пластиковый диск с уплотнительным резиновым кольцом по диаметру. Чтобы обеспечить с помощью самодельной конструкции водоснабжение, в пластиковых или металлических поршневых дисках просверливают отверстия для установки системы обратных клапанов.

 Устройство самодельного поршневого насоса

Большинство современных механических агрегатов, как и поверхностные электронасосы, способны поднимать жидкость из скважин глубиной до 10 метров. Наибольшую высоту подачи обеспечивает штанговая помпа, работающая по аналогии с электрическими погружными видами. Ее корпус и рабочий клапан могут опускаться в источник глубиной до 30 метров, обеспечивая забор при аналогичном расстоянии до водного зеркала.

Среди всех видов в быту наиболее распространены поршневые ручные насосы, которые монтируются непосредственно над выходом обсадной скважинной трубы, при этом всасывание происходит через опущенную в отверстие трубу с обратным клапаном.

Принцип и особенности работы

Изменяющаяся сила давления внутри нагнетающей камеры позволяет работать насосу. Возвратно-поступательные передвижения поршня (или диафрагмы, в зависимости от модели) из резины вызывают скоростное поступление воды. При детальном поэтапном рассмотрении складывается следующая картина. Агрегат, получающий электричество, провоцирует возникновение на обмотках катушки магнитного поля. П-образный сердечник при намагничивании притягивает вибрационную часть агрегата – катушку, которая расположена в камере нагнетания.

Полученный импульс влияет на поршень, тот заворачивается внутрь, а штоковое устройство следом отбрасывается с действием обратных клапанов. Принцип обратно-поступательного тока обусловлен условиями работы переменного тока, поочередно возникающего и пропадающего и образуя провалы без намагниченности катушки. Это свойство позволяет катушке каждый раз отбрасываться назад и при намагничивании опять повторять действие. Поршень, давящий на воду, высвобождает новое пространство для следующей порции воды, мгновенно отправляющейся в муфту из-за создавшегося давления.

Такие циклы проходят с периодичностью 100 раз в секунду, позволяя перенести около сотни объёмов камеры. Именно такая ритмичность действия, вызванного движением штока, и создаёт постоянную вибрацию во время работы агрегата. Благодаря этому процессу насосы получили название «вибрационные».

Конструктивные особенности насосов помповых

Все оборудование с учетом применяемого силового агрегата, делится на 3 типа:

1. Насосы с ручным приводом. Используются в местности, где необходимо обеспечение водными ресурсами при перебоях подачи электроснабжения;
2. Приводные помпы с работой от двигателя внутреннего сгорания. Используются при отсутствии стационарного энергообеспечения.

1. Бытовые, промышленные или специальные насосы с электроприводным двигателем. Самые популярные конструкции, обладающие расширенным функционалом.

Ручные насосы: устройство и принцип действия

Агрегат включает элементы и детали, для работы которых не требуется электроэнергия или двигатель. Основа конструкции – цилиндрический корпус из металла, где размещен поршневой элемент с приводом. Движение поршня понижает давление в корпусе, за счет чего из колодца происходит всасывание воды и дальнейшее перемещение потоков в сливную трубу.

Ручные агрегаты показаны для работы со скважиной не глубже 8 метров. Производительность зависит от конструкции обратного клапана (шарикового или мембранного), поддерживающего нужное давление. Изготавливается оборудование из чугуна, стали, а детали могут быть пластиковыми, резиновыми. Основные достоинства:

1. Отсутствие необходимости в питании;
2. Достаточная глубина забора (6-8 метров);
3. Эксплуатация при пониженных температурных условиях.

Мотопомпы

Насосы, оснащаемые силовыми агрегатами и применяемые в работе на участках без энергоснабжения, называются мотопомпами. Как и насос с поплавком, мотопомпа имеет центробежный насос, привод которого соединенен с двигателем внутреннего сгорания. Конструкция включает в себя корпус, рабочее колесо с лопастями, закрепляемыми между парой дисков. Вращение колеса направляет поток воды к патрубку выпуска, за счет чего жидкость поступает на нужное расстояние, поддерживая необходимую мощность напора.

Достоинства мотопомпы:

1. Работа с большой глубиной (до 15 метров);
2. Подача потока на расстояние до 35 метров;
3. В зависимости от двигателя (двух-, четырехтактный), обеспечение водой составляет до 1800 м3/мин;
4. Возможность перекачки жидкостей с вкраплениями посторонних нерастворимых примесей до 25 мм диаметром.

Все мотопомповые насосные конструкции изготавливаются из металла предельно повышенной прочности или другого композитного материала. Что гарантирует долгий срок эксплуатации как в теплое, так и прохладное время года.

Бытовые электрические насосы с помпой

Конструкции оснащены электродвигателями и могут выполнять функции водоснабжения не только в быту, но и промышленных масштабах. Для небольших хозяйств производители предлагают мини-насосы помпового типа с аккумуляторами не более 12 вольт. Такое бытовое оборудование также снабжено узлами и предназначается для различных работ:

1. шредерные конструкции дополнены измельчителями для ускорения работы с крупными нерастворимыми массами в потоке жидкости;
2. помповые насосы для удаления шлама, накоплений воды дренажного типа, отходов.

Если в хозяйстве требуется особо мощный насос для добычи воды из колодца или перекачки грязных потоков дренажного типа, лучше выбрать помповую конструкцию полупромышленного типа для перекачки нефтешламов. Обладая максимальной мощностью, агрегат справится с выкачкой воды из колодцев большой глубины. При этом цена оборудования намного меньше, чем стоимость стандартного скважинного насоса.

Широчайший перечень выпускаемого оборудования имеет все возможности, которыми обладают бытовые насосы. При этом, помпа ручная может работать как в целях дренажного откачивания воды, так и получения жидкости для питья/полива без энергоснабжения. А это не только прямая экономия средств, но, иногда и единственный выход из положения в дачных хозяйствах, где центральное электроснабжение находится лишь в стадии проекта.

Строение и принцип действия

По способу действия самовсасывающий насос может быть вихревым и центробежным. В обоих ключевым звеном является крыльчатка только имеет она разное строение и установлена в корпусе разной форы. От этого меняется принцип работы.

Центробежные

Центробежные самовсасывающие насосы имеют интересное строение рабочей камеры — в виде улитки. В центре корпуса закреплены рабочие колеса. Колесо может быть одно, тогда помпа называется одноступенчатой, может быть несколько — многоступенчатая конструкция. Одноступенчатые всегда работают на одной мощности, многоступенчатые могут в зависимости от условий изменять производительность, соответственно, являются более экономичными (меньше расходую электроэнергии).

Устройство самовсасываюшего центробежного насоса

Основной рабочий элемент в данной конструкции — колесо с лопастями. Лопасти загнуты в обратном направлении по отношению к движению колеса. При движении они как-бы расталкивают воду, отжимая ее к стенкам корпуса. Такое явление называется центробежной силой, а зону между лопастями и стенкой называют «дифузор». Итак, рабочее колесо движется, создавая на периферии область повышенного давления и подталкивая воду в сторону выходного патрубка.

Схема движения воды в центробежном насосе

Одновременно в центре рабочего колеса образуется зона пониженного давления. В нее засасывается вода из подающего трубопровода (всасывающей магистрали). На рисунке выше поступающая вода обозначена желтыми стрелками.  Далее она крыльчаткой проталкивается к стенкам и за счет центробежной силы поднимается наверх. Этот процесс постоянный и бесконечный, повторяется до тех пор, пока крутится вал.

С принципом действия центробежных насосов связан их недостаток: создавать центробежную силу из воздуха крыльчатка не может, потому перед работой корпус заполняют водой. Так как часто работают помпы в прерывистом режиме, чтобы вода не вытекала из корпуса при останове, на всасывающем патрубке ставят обратный клапан. Вот такие особенности работы центробежных самовсасывающих насосов. Если обратный клапан (он должен быть обязательно) на подающем трубопроводе стоит внизу, заполнять приходится и весь трубопровод, а для этого понадобится не один литр.

Вихревые

Вихревой самовсасывающий насос отличается строением корпуса и рабочего колеса. Рабочее колесо — диск с короткими радиальными перегородками, располагающиеся по краям. Называется он импеллер.

Строение вихревого насоса

Корпус сделан так, что он довольно плотно охватывает «плоскую» часть рабочего колеса, а в районе перегородок остается значительный боковой зазор. При вращении импеллера вода увлекается перемычками. За счет действия центробежной силы она отжимается к стенкам, но через какое-то расстояние снова попадает в зону действия перегородок, получая дополнительную порцию энергии. Таким образом в зазорах она еще и закручивается в вихри. Получается сдвоенный вихревой поток, что и дало название оборудованию.

Благодаря особенностям работы вихревые насосы могут создавать давление в 3-7 раз больше, чем центробежные (при одинаковых размерах колес и скорости вращения). Они идеальны, когда необходим малый расход и высокое давление. Еще один плюс — они могут качать смесь воды и воздуха, иногда даже создают разрежение если заполнены только воздухом. Это делает проще его запуск в работу — не надо заполнять камеру водой или достаточно ее небольшого количества. Недостаток вихревых насосов — низкий КПД. Он не может быть выше 45-50%.

Места и способы применения погружного насоса

Неприхотливость данных агрегатов позволяет вводить их в эксплуатацию в разных климатических условиях. Особого обслуживания и профилактики не требуется. Нет вращающихся деталей и двигающихся механизмов. Специальная оптимизированная конструкция насосов даёт возможность деталям изнашиваться в разы меньше, чем у других агрегатов. Такое решение будет выгодным для вашей дачи.

Сам процесс действия, а именно вибрации, нагнетающие жидкость, могут разрушить механизм. Со временем они вызывают смещение любых частей, независимо от условий эксплуатации. Вышедшая из паза часть создаёт дополнительную вибрацию и нарушает собственную структуру. Знание принципа работы позволяет изредка проводить профилактические работы. Также следует исключить некоторые условия для работы, а именно:

• Не откачивайте воду с помощью погружного аппарата из только что выкопанного колодца. Витающие частицы и грязь очень быстро забьют ёмкость агрегата, если без данного мероприятия не обойтись – следует прочистить основные узлы аппарата.
• Не используйте погружной аппарат в большом водоёме, таком как река, озеро, болота.
• Не подавайте воду из ёмкости с ограниченным запасом воды, такой как цистерна либо бак.
• Не используйте насос в качестве аппарата, откачивающего жидкость из затопленного помещения вашей дачи.

Если рассмотреть опыт использования вибрационных насосов со скважинами, то отзывы потребителей будут различаться. У некоторых, использующих такие насосы десятилетиями, весь процесс эксплуатации проходит без проблем. Некоторые потребители моментально выводят из строя сам насос, а также разрушают скважину. Видимо, здесь имеет значение целая совокупность факторов, говорящая о качестве насоса и скважины, но не оставляющая шансов предугадать развитие событий.