Насосы центробежные самовсасывающие

Насосы центробежные самовсасывающие: принцип действия, конструкция, применение и подбор

Центробежные самовсасывающие насосы представляют собой класс динамических насосов, объединяющий преимущества центробежного принципа работы со способностью к самостоятельному удалению воздуха из всасывающей линии и корпуса. Это позволяет им запускаться без предварительного заполнения магистрали жидкостью при наличии в корпусе рабочей среды, что критически важно для систем с переменным режимом работы, часто подверженных завоздушиванию.

Принцип действия и ключевое отличие от стандартных центробежных насосов

Основой работы является центробежная сила, создаваемая вращающимся рабочим колесом. Однако, в отличие от классических консольных насосов, которые перед пуском требуют полного заполнения корпуса и всасывающего трубопровода жидкостью для создания разрежения, самовсасывающие модели оснащены специальной конструкцией корпуса. Эта конструкция включает в себя расширенную полость (сепаратор) или контур рециркуляции, которая позволяет осуществлять процесс самовсасывания.

При первом пуске или после перерыва в работе корпус насоса должен быть заполнен жидкостью до уровня выше оси рабочего колеса. При включении насоса происходит двухфазный процесс:

Фаза сепарации воздуха: Рабочее колесо, вращаясь в жидкости, создает воздушно-жидкостную эмульсию. За счет разности плотностей в расширенной камере сепаратора происходит разделение фаз: воздух вытесняется в напорный патрубок, а более тяжелая жидкость возвращается в зону рабочего колеса.
Фаза установившегося режима: После полного удаления воздуха из всасывающей магистрали насос переходит в режим работы, идентичный обычному центробежному насосу, с характерной для него напорно-расходной характеристикой.

Эта особенность исключает необходимость использования обратных клапанов на всасывающей линии для удержания жидкости, хотя их установка часто рекомендуется для сокращения времени повторного самовсасывания.

Конструктивные разновидности самовсасывающих насосов

Существует несколько инженерных решений, реализующих принцип самовсасывания. Выбор конкретной конструкции влияет на эффективность, стоимость и область применения.

Насосы с внутренним эжектором (струйно-центробежные)

Внутри корпуса установлен эжектор (диффузор Вентури). Часть жидкости из напорной линии через специальный канал возвращается в эжектор, создавая в его суженной части область высокого разрежения, которое усиливает всасывающую способность. Такие насосы способны поднимать воду с больших глубин (до 8-9 метров и более), но имеют более низкий КПД по сравнению с другими типами и чувствительны к загрязнениям.

Насосы с внешним рециркуляционным контуром и сепарационной камерой

Это наиболее распространенная конструкция. Корпус насоса разделен на две функциональные зоны: рабочее колесо находится в передней части, а в верхней расположена объемная сепарационная камера. В этой камере происходит отделение воздуха от жидкости. Отделенная жидкость по внешнему или внутреннему каналу возвращается в зону всасывания рабочего колеса. Такие насосы отличаются высокой надежностью, стабильным самовсасыванием и хорошим КПД.

Насосы с боковым периферийным каналом (вихревые самовсасывающие)

Вместо стандартного рабочего колеса используется импеллер специальной формы, вращающийся в камере с боковым периферийным каналом. Такая конструкция обеспечивает многократное прохождение жидкости через лопасти, что приводит к созданию мощного вихревого потока и отличным самовсасывающим свойствам. Эти насосы способны перекачивать жидкости с большим содержанием воздуха или газа, но, как правило, имеют более низкий КПД и не предназначены для сред с абразивными включениями.

Материалы исполнения и рабочие среды

Выбор материалов определяется агрессивностью перекачиваемой среды, наличием абразивных частиц и требованиями к гигиене.

Компонент насоса	Типичные материалы	Применение / Примечание
Корпус	Чугун (GG25), Нержавеющая сталь (AISI 304, 316), Бронза, Пластик (PP, PVDF)	Чугун – для чистой воды, нейтральных жидкостей. Нержавеющая сталь – для агрессивных, пищевых сред. Пластик – для химически активных сред.
Рабочее колесо	Латунь, Бронза, Нержавеющая сталь, Полимеры (Noryl, PP)	Материал должен быть стойким к кавитации и химическому воздействию. Полимерные колеса часто используются в химических насосах.
Уплотнение вала	Сальниковое уплотнение, Торцовое механическое уплотнение (одинарное, двойное)	Сальник – ремонтопригоден, допускает незначительную каплеутечку. Механическое уплотнение – сухой вал, высокая надежность, требуется чистая среда.
Вал	Нержавеющая сталь (AISI 420, 304)	Обеспечивает коррозионную стойкость и прочность.

Основные технические параметры и характеристики

Подбор насоса осуществляется на основе анализа следующих ключевых параметров:

Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/мин).
Напор (H): Энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости. Измеряется в метрах водяного столба (м). Определяет способность поднимать жидкость на высоту и преодолевать гидравлические сопротивления в трубопроводе.
Высота самовсасывания (Hs): Максимальная геометрическая высота (по вертикали) от уровня жидкости в источнике до оси всасывающего патрубка насоса, с которой насос способен поднять жидкость в условиях атмосферного давления. Теоретический предел – около 10.33 м, практический – от 6 до 9 м для моделей с эжектором.
Мощность (N): Потребляемая мощность на валу (кВт). Важно различать потребляемую и полезную (гидравлическую) мощность.
Кавитационный запас (NPSH): Параметр, характеризующий склонность насоса к кавитации. NPSHr (требуемый) – минимальное давление на входе в насос, необходимое для предотвращения кавитации. Должен быть меньше, чем NPSHa (доступный) в системе.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Самовсасывающие центробежные насосы находят широкое применение благодаря своей автономности:

Водоснабжение: Забор воды из открытых источников (реки, озера, колодцы) для технических нужд, орошения, осушения котлованов.
Пожаротушение: В составе мотопомп и стационарных систем, где требуется быстрый запуск и работа с завоздушенными магистралями.
Химическая и нефтегазовая промышленность: Перекачка летучих жидкостей, растворителей, топлива, где возможно образование паровой фазы.
Судостроение: Осушение трюмов, балластные системы, где положение уровня жидкости относительно насоса меняется.
Коммунальное хозяйство: Откачка дренажных и загрязненных вод из приямков, коллекторов, очистных сооружений.
Промышленные моечные системы: Подача моющих растворов, часто с возможным попаданием воздуха.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Способность к самозаполнению и удалению воздуха из всасывающей линии.
Относительная простота монтажа и запуска по сравнению с погружными насосами.
Широкий диапазон подач и напоров.
Как правило, более низкая стоимость владения по сравнению с насосами, требующим сложных систем заливки.
Возможность перекачивания газожидкостных смесей.

Недостатки:

Ограниченная высота всасывания (максимально до ~9 м).
Более низкий КПД по сравнению с обычными центробежными насосами аналогичных размеров из-за потерь в сепарационной камере.
Более сложная и громоздкая конструкция корпуса.
Потеря самовсасывающих свойств при износе рабочих зазоров между колесом и корпусом.
Необходимость контроля уровня жидкости в корпусе перед повторным пуском.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Сколько времени требуется насосу для самовсасывания?

Время зависит от объема всасывающей магистрали, высоты подъема и модели насоса. Обычно оно составляет от 30 секунд до 3-5 минут. Если процесс занимает значительно больше времени или не завершается, необходимо проверить герметичность всасывающей линии и уровень заливки корпуса.

Можно ли использовать самовсасывающий насос как обычный центробежный?

Да, после заполнения магистрали и корпуса жидкостью и удаления воздуха насос работает в штатном центробежном режиме. Однако его КПД будет несколько ниже, чем у специализированного насоса консольного типа, рассчитанного только на работу с заполненной всасывающей линией.

Как часто нужно обслуживать механическое уплотнение?

Ресурс механического уплотнения зависит от чистоты перекачиваемой среды, правильности монтажа вала (отсутствие биений) и режима работы. В среднем, при работе на чистой воде, ресурс составляет несколько тысяч часов. Признаком износа является постоянная течь в области уплотнения. Сальниковое уплотнение требует периодической подтяжки и замены набивки.

Почему насос теряет производительность или перестает всасывать?

Основные причины:

Износ рабочего колеса или увеличение зазоров в торцевом уплотнении корпуса.
Забитый сетчатый фильтр или всасывающая линия.
Нарушение герметичности всасывающего трубопровода (подсос воздуха).
Кавитация из-за слишком высокой температуры жидкости или превышения высоты всасывания.
Износ или повреждение механического уплотнения, приводящее к подсосу воздуха со стороны вала.

Чем отличается самовсасывающий насос от нормальновсасывающего?

Нормальновсасывающий (стандартный центробежный) насос не имеет встроенной конструкции для сепарации воздуха и требует, чтобы всасывающая линия и корпус были постоянно заполнены жидкостью. Для этого используются обратные клапаны, заливные воронки или внешние вакуумные системы. Самовсасывающий насос выполняет эту операцию самостоятельно при условии заполнения его корпуса.

Как подобрать насос для работы с агрессивными химическими средами?

Необходимо выбирать модель с маркировкой «химическая» или «для агрессивных сред». Критически важно соответствие материалов корпуса, рабочего колеса и уплотнения химическому составу, концентрации и температуре перекачиваемой жидкости. Чаще всего используются насосы из полипропилена (PP), поливинилиденфторида (PVDF) или нержавеющей стали AISI 316L. Тип уплотнения (двойное механическое, торцовое из карбида кремния/керамики) также подбирается индивидуально.

Заключение

Центробежные самовсасывающие насосы являются универсальным и надежным решением для широкого спектра задач, где присутствует переменный режим работы, возможны завоздушивание системы или перекачка газосодержащих жидкостей. Правильный подбор насоса с учетом конструкции, материалов исполнения и технических параметров (Q, H, NPSHr, Hs) обеспечивает его длительную и экономичную эксплуатацию. Ключевыми факторами успешной работы остаются грамотный монтаж, соблюдение правил первого пуска и проведение регулярного технического обслуживания в соответствии с регламентом производителя.

Насосы центробежные самовсасывающие