Введение
Рабочее колесо (импеллер, РК) – это деталь насоса, которая передает энергию от двигателя к перекачиваемой среде (например, жидкости или газу). Давайте узнаем, каким должно быть рабочее колесо, в чем разница между открытыми и закрытыми колесами, и какие их параметры влияют на производительность насоса.
В стандартном насосе есть вращающийся диск с изогнутыми лопастями, которые создают вакуум. Жидкость стягивается к центру и выталкивается наружу именно благодаря крыльчатке на этом диске.
От этого диска (импеллера) зависят производительность и КПД насоса. При корректном подборе он позволяет:
- оптимизировать потребление энергии;
- достичь нужной скорости потока;
- сократить время простоев, уменьшить траты на работу и обслуживание оборудования.
Рисунок 1. Погружной центробежный насос (1 - рабочее колесо; 2 – вал; 3 – электродвигатель)
Если представить схему работы насоса кратко, получится такой алгоритм:
- двигатель насоса вращает РК с высокой скоростью;
- вращение крыльчатки создает центробежную силу, которая перемещает жидкость наружу, создавая область низкого давления в центральной части колеса;
- в зону низкого давления поступает больше жидкости из линии всасывания;
- цикл продолжается, создавая непрерывный поток.
Виды рабочих колес (РК)
РК открытого типа
У всех насосов есть вращающиеся лопасти, называемые лопатками. В открытых колесах лопатки не закрыты специальным корпусом, как на рисунке справа.
РК открытого типа подходят для перекачки жидкостей с низкой вязкостью без взвешенных твердых частиц. Их легко очистить от загрязнений или заменить, если одна или несколько лопастей сломаются.
Тем не менее открытые колеса уязвимы из-за отсутствия защиты вокруг лопаток. Они с трудом создают давление, из-за чего считаются менее эффективными по сравнению с полузакрытыми и закрытыми моделями. Их устанавливают, как правило, в небольшие маломощные насосы. У насосов с открытым импеллером более высокий NPSH для защиты от кавитации.
РК закрытого типа
У закрытых рабочих колес есть передняя и задняя крышки, которые защищают их от повреждений. При низком NPSH они обеспечивают достаточный напор в системе.
Их конструкция сложнее, а себестоимость – выше, поскольку крыльчатку и крышки производят из прочного чугуна или нержавеющей стали. Лопатки закрытых РК обычно имеют один изгиб назад, но есть и крыльчатка с двойным изгибом, скрученными входами и другой сложной формы. Такие колеса называют импеллерами с перемешанным потоком.
Модели с перемешанным потоком применяют для перекачки бытовых и ливневых стоков. Такие колеса с повышенным КПД подходят для слабо- и умеренно-загрязненных вод, иногда их применяют для перекачки стоков с твердыми примесями.
Закрытые импеллеры довольно эффективны, так как в них жидкость проходит через центр РК и движется между двумя кожухами по круговой траектории. Со временем, однако, их эффективность может снижаться из-за естественного износа между кольцами и другими элементами.
Полуоткрытые РК
У полуоткрытых колес есть металлическая задняя стенка. В такой конструкции лопатки защищены сильнее, чем в открытой.
Частично закрытые колеса подходят для жидкостей с большой долей твердых примесей – их используют даже в насосах для канализации и сточных вод. Они могут пропускать через себя грязную воду, волокна бумаги, волосы, обрывки тканей и другой мелкий мусор.
Тем не менее чем больше твердых примесей проходит через импеллер, тем быстрее изнашиваются его лопатки. В результате между ними и корпусом образуется зазор и начинается частичная рециркуляция жидкости. Это снижает КПД насоса.
Образовавшийся таким образом зазор можно компенсировать осевой регулировкой. Это повысит производительность насоса, но увеличит осевой зазор на передней стороне колеса, что, в свою очередь, скажется на напоре и объемной эффективности. Чем больше увеличен зазор, тем сильнее снижается эффективность.
Вихревые РК
Поток в таких моделях создается быстро вращающейся крыльчаткой, которая создает эффект водоворота. Это позволяет быстро перекачивать жидкости с твердыми примесями (песок, мусор) с высоким напором при сравнительно небольшой подаче.
Крыльчатка вихревого импеллера за счет эффекта водоворота почти не контактирует с твердыми частицами, а значит – изнашивается медленнее, чем у стандартных открытых или закрытых моделей.
Как выбрать рабочее колесо: 3 критерия
Чтобы подобрать насос по типу импеллера, нужно учесть условия, в которых он будет работать. Рассмотрим их подробнее.
Материал
Импеллер должен быть устойчив к износу и коррозии: выбирайте материал, способный выдерживать агрессивные среды. Например:
- Серый чугун. Противостоит коррозии при температурах до +200°С, по себестоимости доступнее латуни или бронзы. Не подходит для кислых сред.
- Нержавеющая сталь. Распространенный материал, хорошо противостоит ржавчине, химически активным средам.
- Высокохромистый чугун. В четыре раза прочнее по сравнению с обычным серым чугуном и вдвое прочнее обычной нержавейки. Представляет собой высокопрочный сплав с высоким содержанием хрома. Подходит для перекачки вод с высоким содержанием абразивных веществ.
Тип жидкости
Если сток содержит твердые частицы или пену, целесообразно выбрать рабочее колесо, которое не подвержено быстрому износу – например, полуоткрытого или вихревого типа.
Для вязкой жидкости понадобится импеллер, спроектированный для работы с вязкими средами, поскольку высокая тягучесть замедляет работу и снижает эффективность насоса.
Тип РК
- Открытые: справляются с твердыми веществами, но требуют высокого NPSH.
- Закрытые: подходят для менее загрязненных жидкостей и обеспечивают высокую эффективность.
- Полуоткрытые: компромисс между импеллерами открытого и закрытого типа.
Определение типа колеса по применению
Для перекачки агрессивных или загрязненных жидкостей выбирайте открытые или полузакрытые колеса. Для чистых жидкостей — закрытые колеса.
Причины поломок
Рабочие колеса насосов работают под большой нагрузкой, поэтому их повреждения и поломки на больших отрезках времени неизбежны.
Основные причины поломок крыльчатки и основы РК в насосах:
Кавитация
Возникает, когда давление падает ниже давления насыщения жидкости, из-за чего образуются пузырьки пара, которые схлопываются на поверхности колеса. Кромки лопаток под такой нагрузкой со временем разрушаются, а сам насос начинает шуметь и вибрировать.
Абразивный износ
Если перекачиваемая жидкость содержит твердые частицы (песок, окалина, ржавчина), они «пескоструят» поверхность рабочего колеса. Кромки его лопаток стачиваются и хуже качают воду.
Коррозия
Из-за химического воздействия агрессивной среды (морская вода, кислоты, щёлочи) начинается окисление металла, из-за которого колесо может заклинить.
Механические перегрузки и вибрации
Дисбаланс, перекос вала, гидравлические удары приводят к тому, что на поверхности лопаток появляются трещины, крыльчатка деформируется. При особо жестких повреждениях одна или несколько лопаток могут даже отвалиться.
Термические напряжения
При работе с горячими жидкостями, при перепадах температуры могут возникать микротрещины и усталостные разрушения.
Частые повреждения импеллеров:
- эрозионно-кавитационные разрушения (обсыпание кромок, раковины, «выкрашивание» материала);
- износ кромок лопаток от абразива;
- трещины у основания лопаток (усталостное разрушение);
- деформации или отлом лопатки при перегрузке;
- разрушение шпоночного паза или посадочного отверстия из-за вибраций и перекосов.
Заключение
Мы рассмотрели основные типы рабочих колес, которые встречаются в насосном оборудовании. Подбирать отвечающее конкретной задаче колесо нужно в зависимости от перекачиваемой среды и условий, в которых работает насос. Также разобрали причины поломок и неисправностей, которые возникают с РК.
Сотрудники сервисного центра «РДЭ Инжиниринг» готовы провести диагностику и ремонт рабочих колес насосов любой конструкции и сложности. Осмотрим оборудование и вернем его в строй, если есть такая возможность, а если колесо вышло из строя полностью – предложим замену на новое с нашего склада. Модель подберем самостоятельно с учетом ваших требований.
Предлагаем гарантийное и постгарантийное обслуживание насосного оборудования от Flygt, Lowara, Tsurumi и других производителей. Отремонтируем, подключим и настроим насос или насосную станцию на вашем предприятии. Запчасти – всегда в наличии.
Телефон для связи – 8-800-555-23-48.