Из группы лопастных в сельскохозяйственном водоснабжении широко применяют центробежные насосы, меньше вихревые и центробежно-вихревые насосы.

Центробежные насосы различают по расположению оси вала, по числу рабочих колес, по способу подвода воды к рабочему колесу и по виду разъема корпуса относительно вала.

По расположению оси вала насосы разделяют на горизонтальные и вертикальные. Насосы с горизонтальным расположением вала используют преимущественно для подачи воды из поверхностных источников и промежуточных резервуаров. При перекачке воды из промежуточных резервуаров их обычно применяют как основное водоподъемное оборудование на насосных станциях второго подъема. Для подачи воды из колодцев такие центробежные насосы устанавливают в тех случаях, когда уровень воды в колодцах стоит настолько высоко, что насос по своей всасывающей способности можно установить на поверхности земли или при небольшом заглублении его в шахте.

В остальных случаях для подачи воды из колодцев используют специальные центробежные насосы с вертикальным валом, которые можно опускать в колодец. Такие насосы, называемые артезианскими или глубинными, подразделяют на два основных типа. К первому типу относят насосы с двигателем, расположенным на поверхности земли, и передачей вращательного движения к валу насоса посредством длинного вертикального вала. Ко второму — с двигателем, соединенным непосредственно с насосом так, что весь агрегат, представляющий собой цилиндр небольшого диаметра, погружается в воду вместе с электродвигателем. Их называют погружными центробежными насосами.

По числу рабочих колес центробежные насосы разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые. Отдельные ступени насоса могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении нагнетательная часть каждой предыдущей ступени соединяется каналами со всасывающей стороной последующей ступени. Вода проходит последовательно через все рабочие колеса, при этом каждым рабочим колесом давление увеличивается на одну и ту же величину. Из последней ступени вода выходит с напором, увеличенным пропорционально числу рабочих колес. Производительность насоса при этом не изменяется и остается равной производительности одного из рабочих колес, входящих в многоступенчатый насос. При параллельном соединении всасывающая и нагнетательная части каждой предыдущей ступени соединяются каналами соответственно со всасывающей и нагнетательной сторонами последующей ступени. В этом случае напор, создаваемый насосом, определяется напором одного колеса, а производительность возрастает пропорционально числу рабочих колес.

Рабочее колесо, состоящее из двух дисков (переднего кольцевого и заднего сплошного), между которыми имеются изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения лопасти, образующие внутренние каналы, посредством которых соединяются между собой всасывающая и нагнетательная (напорная) полости насоса, называется колесом закрытого типа. Колесо без переднего диска называется колесом открытого типа. По способу подвода воды к рабочему колесу насосы бывают с односторонним и двусторонним подводами.

По виду разъема корпуса относительно вала центробежные насосы подразделяют на насосы с продольным и поперечным разъемами. Продольный разъем корпуса позволяет проводить монтажные работы при ремонте насоса, не отсоединяя его от всасывающего трубопровода. Центробежные насосы, корпус которых выполнен в виде спирали, называются спиральными. Насосы с цилиндрическими корпусами снабжены направляющими аппаратами и называются турбинными. Назначение направляющего аппарата, как и спирали, заключается в преобразовании скорости движения воды в насосе в напор.

Так как рабочее колесо центробежного насоса, вращаясь в воздушной среде, не способно создать разрежение, достаточное для всасывания воды из источника, то перед пуском в работу корпус и всасывающая труба насоса должны быть заполнены водой. Для удержания воды в корпусе и всасывающей трубе во время залива и перерывов в работе насоса на всасывающей трубе устанавливают приемный клапан, пропускающий воду только в одном направлении к насосу.

Центробежный насос работает следующим образом. При вращении рабочего колеса с большой угловой скоростью вода, залитая в насос перед пуском, увлекается лопастями и под действием центробежной силы протекает по межлопастным каналам от центра колеса к его периферии. Выброшенная из колеса с большой скоростью в расширяющееся русло спирали вода постепенно теряет скорость, создавая при этом возрастающее по мере приближения к нагнетательной полости насоса давление (напор), и далее под этим напором поступает через нагнетательный (напорный) трубопровод в водопроводную сеть. При вытеснении воды из рабочего колеса в центре его создается разрежение, вследствие чего вода из источника под действием атмосферного давления поступает в насос. Таким образом в насосе устанавливается равномерное и непрерывное движение воды от источника к напорному трубопроводу.

Особенностью центробежных насосов является тесная взаимосвязь между их производительностью и напором. С увеличением подачи напор насоса уменьшается, а с уменьшением подачи — возрастает.

Центробежные насосы — быстроходные машины. Непосредственное соединение их с быстроходными электродвигателями позволяет создавать компактные электронасосные агрегаты, не требующие для своего монтажа больших площадей.

Насосы типа К и КМ относятся к группе горизонтальных консольного типа одноступенчатых насосов с рабочим колесом одностороннего входа. Они предназначены для подачи воды  и других  неагрессивных жидкостей с температурой до 105° С. Так как проточная часть насосов К и КМ одинакова, то и все параметры соответствующих марок насосов полностью совпадают, а их особенности заключаются в следующем. Насосы марки К имеют собственный вал, вращающийся в шариковых подшипниках, помещенных в масляной ванне опорной станины. Привод их в работу может осуществляться как от электродвигателя, так и от двигателя внутреннего сгорания через упругую соединительную муфту или при помощи шкива и ременной передачи. Насосы марки КМ собственного вала не имеют и приводятся в работу электродвигателем, на  котором они смонтированы.

Рис. 1. Центробежный  насос 2КМ-6:
1 — гайка специальная;  2 — всасывающий  патрубок;  3 — уплотнительное  кольцо;  4 — рабочее колесо;  5 — спиральный  корпус; 6 — напорный  патрубок;  7 — крышка    корпуса;   8 — поджимная втулка; 9 — электродвигатель; 10 — вал; 11 — сальниковая   набивка. 

На рисунке 1 показан насос марки 2КМ-6, обозначающей: 2 — диаметр всасывающего патрубка в миллиметрах, уменьшенный в 25 раз (т. е. 50 мм или 2 дюйма); К — консольный; М — моноблочный; 6 — коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз (ns=60).

Насос состоит из корпуса 5, представляющего собой фасонную чугунную отливку с внутренней полостью, выполненной в виде спирали, постепенно переходящей в напорный патрубок 6, на фланце которого имеется закрытое резьбовой пробкой отверстие для установки манометра. Напорный патрубок расположен под углом 90° к оси насоса, и в зависимости от условий монтажа и эксплуатации его можно повернуть вместе с корпусом в любую сторону через каждые 90°. Корпус отлит заодно со всасывающим патрубком 2, примыкающим к нему в горизонтальном направлении, обеспечивающим осевой вход жидкости на рабочее колесо. На фланце всасывающего патрубка также имеется закрытое резьбовой пробкой отверстие, служащее для установки вакуумметра или мановакуумметра.

Крышка 7 насоса при закреплении на спиральном корпусе образует закрытую камеру, в которой помещено рабочее колесо 4. Крышка снабжена фланцем, при помощи которого насос присоединяется к фланцу электродвигателя 9. В самой высокой и самой низкой точках корпуса имеются отверстия, закрытые резьбовыми пробками; через верхнее отверстие заливают жидкость перед пуском насоса в работу, к этому отверстию может быть присоединен вакуум-насос для отсасывания воздуха из корпуса насоса и всасывающего трубопровода с целью заполнения их водой из источника под действием разности давлений. Нижнее отверстие служит для слива жидкости из насоса.

Рабочее колесо насажено на удлиненный конец вала 10, вращающегося в шариковых подшипниках электродвигателя, и закреплено на нем при помощи шпонки и специальной гайки 1. Особенностью рабочего колеса с односторонним подводом жидкости является то, что во время его работы возникает осевое гидравлическое давление, направленное против движения жидкости во всасывающем патрубке насоса и стремящееся сдвинуть вал насоса с закрепленным на нем колесом в эту сторону. Это объясняется тем, что у колес такого типа вследствие отсутствия симметрии на входе жидкости в колесо давление за колесом (справа) всегда больше давления до колеса (слева). Поэтому у насосов 2КМ-6 осевое давление рабочего колеса полностью воспринимается шариковым подшипником электродвигателя. У остальных насосов типа КМ давление перед рабочим колесом и за ним уравновешивается в основном разгрузочными отверстиями, просверленными в рабочем колесе. Остающаяся неуравновешенной часть осевого давления воспринимается подшипниками электродвигателя.

Направление вращения рабочего колеса левое, если смотреть на насос со стороны привода.

Так как давление жидкости на входе в рабочее колесо всегда меньше давления на выходе из него, то под действием разности давлений жидкость стремится перетечь из напорной полости насоса в его всасывающую полость. Эти перетоки жидкости, называемые щелевыми утечками, снижают объемный к.п.д. насоса. Для уменьшения потерь жидкости от перетоков ее из напорной во всасывающую полость насоса в корпусе установлено уплотнительное   кольцо 3 одностороннего    уплотнения. У остальных насосов типа КМ для защиты от перетоков жидкости перед и за рабочим колесом установлены два уплотнительных кольца. Уплотнение осуществляется за счет зазора между цилиндрическими поверхностями ступицы колеса и уплотнительными кольцами. Величина зазора колеблется от 0,2 до 0,4 мм.

Место ввода вала в насос уплотняют сальником, в который закладывают просаленную хлопчатобумажную набивку 11, уплотняемую поджимной втулкой 8. Все трущиеся сопряжения насоса смазываются и охлаждаются перекачиваемой водой.

Насосы типа К и КМ выпускают единой серией с производительностью от 4,5 до 360 м³/ч при напорах от 9 до 98 м. 

Техническая характеристика некоторых из насосов типа К и КМ приведена в таблице.

Насосы типа МС — горизонтальные многоступенчатые — предназначены для перекачки воды и других чистых жидкостей с температурой до 60° С, обладающих сходными с водой свойствами: вязкостью и химической активностью. Центробежные насосы типа МС обычно применяют для создания высоких напоров.

Марка насоса МС-30Х2 обозначает: М — многоступенчатый, С — секционный, 30 — подача в м³/ч, 2 — число ступеней насоса. Марка насоса 6МС-6Х4 обозначает: 6 — диаметр всасывающего патрубка в мм, уменьшенный в 25 раз, М — многоступенчатый, С — секционный, 6 — коэффициент быстроходности насоса, уменьшенный в 10 раз и округленный, 4 — число ступеней насоса.

Ступени насоса размещены между всасывающей и напорной крышками насоса, отлитыми соответственно заодно со всасывающим и напорным патрубками; число ступеней зависит от требуемого напора. Каждая ступень насоса состоит из корпуса, отлитого заодно с направляющим аппаратом, рабочего колеса закрытого типа с односторонним подводом жидкости и уплотнительных колец, служащих для уменьшения щелевых утечек жидкости.

Выходящие из насоса оба конца вала, вращающегося в шариковых подшипниках или подшипниках скользящего трения, уплотняют сальниками с набивкой из просаленного хлопчатобумажного шнура. Сальник со стороны всасывания снабжен еще кольцом гидравлического уплотнения, к которому от рабочего колеса первой ступени под давлением подается перекачиваемая жидкость.

Осевая сила, перемещающая ротор (вал с рабочими колесами) в сторону всасывания, возрастает пропорционально числу ступеней и у крупных насосов (8МС-7Х10) достигает 15 000 кгс.

У насосов МС осевая сила воспринимается специальным разгрузочным устройством — гидравлической пятой, имеющей очень большое значение для обеспечения надежной работы насоса. Неисправность пяты служит причиной выхода из строя рабочих колес и их уплотнений вследствие смещения ротора в сторону всасывания.

Насосы типа МС выпускают семи типоразмеров с подачей от 22 до 400 м³/ч при напорах от 30 до 1230 м.

Погружные центробежные насосы представляют собой комплектные электронасосные агрегаты, предназначенные для подачи воды из буровых скважин. Они рассчитаны на работу в неагрессивной воде с температурой до 25° С и с содержанием механических примесей не более 0,01 % по весу.

Из различных типов погружных центробежных насосов, применяемых в системах сельскохозяйственного водоснабжения, в настоящее время наиболее распространены насосы типа ЭЦВ, выпускаемые единой серией. У насосов этого типа, например ЭЦВб-7, 2-120, приняты следующие обозначения: Э — электрический, Ц — центробежный, В — водоподъемный. Первая цифра после шифра указывает минимальный диаметр эксплуатационной колонны обсадных труб скважины, на которой насос может быть установлен. В данном случае цифра 6 выражает диаметр скважины — 6 дюймов; при переводе в мм цифру 6 увеличивают в 25 раз (6X25=150 мм). Вторая цифра 7,2 показывает производительность насоса в м³/ч. Последняя цифра показывает напор насоса в м, т. е. насос развивает напор, равный 120 м.

На рисунке 2 показан насос марки ЭЦВ6. Агрегат состоит из многоступенчатого центробежного насоса 4 высокого давления и электродвигателя 1 специальной конструкции, обеспечивающей его надежную работу в воде в затопленном состоянии. Между насосом и электродвигателем помещена сетка-фильтр 2, предохраняющая насос от попадания в него крупных механических примесей.

Насос собирают из отдельных ступеней, в каждой из которых имеется рабочее колесо 10 и направляющий аппарат 9; число ступеней зависит от напора, создаваемого насосом. Рабочие колеса (рис. 2, а) насоса закрытого типа с односторонним подводом воды; осевое давление рабочих колес гидравлически уравновешено при помощи разгрузочных отверстий 3, выполненных в верхних (сплошных) дисках колес. Направляющие аппараты (рис. 2, б) снабжены лопастями 1 и 2, служащими соответственно для отвода жидкости от предыдущего рабочего колеса и подвода жидкости к последующему рабочему колесу.

Ступени монтируют в корпусе насоса одну над другой; стыки их герметизируют резиновыми уплотнительными кольцами 3 (рис. 2).

Рис. 2. Погружной центробежный насос ЭЦВ6: 1 — электродвигатель; 2 — фильтр; 3 — резиновое уплотнительное кольцо: 4 — насос; 5 — подшипник насоса верхний; 6 — обратный клапан; 7 — вал насоса; 8 — напорная камера; 9 — направляющий аппарат; 10 — рабочее колесо; 11 — распорная втулка; 12 — подшипник насоса нижний; 13 — соединительная муфта; 14 — кабель; 15 — вал электродвигателя; 16 — обмотка статора; 17 — ротор; 18 — пята (вращающаяся); 19 - подпятник; а — рабочее колесо: 1 — нижний диск; 2 — верхний диск; 3 — разгрузочные отверстия; 4 — шпоночный паз; 5 — всасывающее отверстие; 6 — лопасти; б —направляющий аппарат: 1 — отводящие лопасти; 2 — подводящие    лопасти; 3 — втулка.

Рабочие колеса насоса закреплены на его валу 7 при помощи одной общей шпонки, проходящей вдоль вала; положение рабочих колес фиксируется от осевого смещения распорными втулками 11. Вал насоса вращается в двух резинометаллических подшипниках 5 и 12, которые смазываются и охлаждаются перекачиваемой водой. Вал изготовлен из стали, корпуса ступеней — из чугуна, а рабочие колеса и направляющие аппараты — из пластмассы.

Участки секций (перед входом в насос и выходом из него), в которых помещены подшипники вала, служат для выравнивания потока воды, поступающей в насос из скважины и подаваемой им в водоподъемный трубопровод.

Для предохранения насоса от вредного действия гидравлических ударов, возникающих при внезапных ocтановках насоса, он снабжен обратным клапаном 6. Обратный клапан препятствует также стоку воды из водоподъемного трубопровода через насос в скважину при перерывах в работе насоса.

Насос работает следующим образом: вода из скважины поступает во всасывающее отверстие нижнего рабочего колеса, затем в направляющий аппарат, который подводит воду к следующему рабочему колесу. Пройдя последовательно снизу вверх через все ступени насоса, вода через напорную камеру 5 поступает в водоподъемный трубопровод, присоединяемый к верхнему патрубку насоса.

Электродвигатель насоса, относящийся к типу водозаполненных — асинхронный, трехфазный, с короткозамкнутым ротором, рассчитан на напряжение 380 В. Электродвигатель может работать только в погруженном в воду состоянии, при работе в воздушной среде двигатель быстро выходит из строя. Внутренняя полость электродвигателя заполнена чистой водой, что способствует хорошему охлаждению его в рабочем режиме. Смазка и охлаждение подшипников электродвигателя также осуществляются водой.

Ротор 17 электродвигателя состоит из вала 15 с напрессованным на него активным пакетом железа, в пазы которого залита алюминиевая короткозамкнутая обмотка. В корпус статора запрессован статорный сердечник, собранный из листовой электротехнической стали. В пазах статора уложена обмотка 16 из специального влагостойкого провода с полихлорвиниловой изоляцией. К выводным концам статорной обмотки присоединен кабель 14, питающий электродвигатель током. Верхний конец вала ротора электродвигателя соединен с валом насоса специальной муфтой 13.

Остающаяся неуравновешенной часть осевого давления рабочих колес и масса вращающихся частей агрегата (ротора электродвигателя, вала и рабочих колес насоса) воспринимаются опорной пятой 18 электродвигателя, опирающейся на подпятник 19, помещенный в нижней крышке электродвигателя. Техническая характеристика погружных центробежных насосов различных типов приведена в таблице.

Рис. 3. Вихревой насос 1,5В-1,3:
1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — крышка передняя; 4 — всасывающий патрубок; 5 — перемычка; 6 — нагнетательный (напорный) патрубок; 7 — крышка задняя; 8 — уплотнительные манжеты; 9 — вал; 10 — опорная станина; 11 — шариковый подшипник.

Вихревые насосы предназначены для перекачки чистой воды без абразивных примесей; их обычно применяют в тех случаях, когда требуется подавать небольшие количества воды.

На рисунке 3 показан вихревой насос марки 1,5В-1,3, буквы и цифры которой означают:  1,5 — диаметр всасывающего и напорного патрубков в  мм, уменьшенный в 25 раз; В — вихревой, 1,3 — коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный.

Насос состоит из чугунного корпуса 1 с крышками 3 7, образующими в сборе с корпусом рабочую камеру, которой помещено рабочее колесо 2. Рабочее колесо Представляет собой стальной диск с открытыми прямыми радиальными лопастями, расположенными по его окружности.

Корпус отлит заодно со всасывающим 4 и напорным (нагнетательным) 6 патрубками, направленными вверх и помещенными выше рабочей камеры. Расположение патрубков выше рабочей камеры обеспечивает постоянное заполнение ее жидкостью, что позволяет повторно запускать насос в работу без предварительных заливок.

Внутри корпуса имеется концентрично расположенный относительно рабочего колеса гидравлический канал, идущий по направлению вращения рабочего колеса от всасывающего патрубка до напорного. Канал прерывается перемычкой 5, перекрывающей не менее двух лопастей рабочего колеса, которая выполняет функции уплотнительного устройства, предназначенного для отделения всасывающей полости насоса от напорной.

Рабочее колесо расположено в корпусе насоса с весьма малыми торцевыми и радиальными зазорами в месте перемычки. Для нормальной работы вихревого насоса необходимо, чтобы торцевые и радиальные зазоры были от 0,05 до 0,15 мм. Торцевой зазор между крышками и рабочим колесом регулируют прокладками различной толщины. Рабочее колесо закреплено на валу 9 при помощи шпонки и специального болта с шайбой. Вал вращается в двух шариковых подшипниках 11, расположенных в масляной ванне опорной станины 10. Для смазки подшипников применяют жидкие смазочные материалы. В опорной станине имеются перекрытые резьбовыми пробками отверстия для залива, спуска и контроля за уровнем смазки. Направление вращения рабочего колеса — по часовой стрелке, если смотреть на насос со стороны привода.

Вихревые насосы обладают самовсасывающей способностью, т. е. способностью при пуске засосать жидкость без предварительного заполнения всасывающего трубопровода перекачиваемой жидкостью. Это достигается за счет установки на вихревых насосах типа В колпака с воздухоотводом. Марка насоса ВС означает — вихревой самовсасывающий насос.

Для уплотнения места ввода вала в насос установлен сальник с тремя резиновыми уплотнительными манжетами 8, причем первая манжета служит для уплотнения вала только при вакууме в камере сальника, что бывает в момент запуска насоса при самовсасывании. Она отделена от манжет, уплотняющих вал при давлении в камере сальника, двумя прокладочными кольцами.

Привод вихревых насосов осуществляется от электродвигателя через эластичную соединительную муфту.

Рабочий процесс вихревого насоса отличается от рабочего процесса в центробежном насосе. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 4 в корпус насоса, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 6. При вращении рабочего колеса лопасти его, воздействуя на жидкость, залитую в корпус, приводят ее во вращательное движение и вследствие действия возникающей при этом центробежной силы отбрасывают частицы жидкости вдоль лопастей к периферии корпуса. При движении вдоль лопастей частицы жидкости приобретают скоростную энергию, с которой выбрасываются в гидравлический канал вперед по движению и далее увлекаются рабочим колесом вдоль канала. В гидравлическом канале скоростная энергия частиц жидкости преобразуется в энергию давления, после чего частицы, обладающие некоторым давлением, вновь подхватываются лопастями колеса, отбрасываются вдоль лопастей к периферии корпуса и попадают в канал, где происходит приращение энергии давления.

Таким образом, в одном рабочем колесе вихревого насоса осуществляется работа, аналогичная работе нескольких рабочих колес многоступенчатого центробежного насоса, где для повышения давления жидкость заставляют проходить через ряд рабочих колес. Благодаря этому напор, развиваемый рабочим колесом вихревого насоса, в 3—5 раз больше, чем колеса центробежного насоса при тех же размерах и частоте вращения.

Техническая характеристика вихревых насосов типа В приведена в таблице.