Насосы центробежные одноступенчатые

Добавлено 30.10.2025

Насосы центробежные одноступенчатые: конструкция, принцип действия, сферы применения и технические аспекты выбора

Одноступенчатый центробежный насос представляет собой динамический лопастной насос, в котором движение жидкости и повышение ее энергии происходят за счет взаимодействия потока с вращающимся рабочим колесом, имеющим одну ступень давления. Это наиболее распространенный и конструктивно простой тип центробежных насосов, являющийся базовым элементом в системах водоснабжения, отопления, кондиционирования, водоотведения и множества технологических процессов в промышленности.

Принцип действия и основные конструктивные элементы

Принцип работы основан на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса перекачиваемой среде. При вращении колеса жидкость, находящаяся в межлопастных каналах, под действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии, где попадает в спиральный отвод (улитку) или направляющий аппарат. В отводе кинетическая энергия потока частично преобразуется в энергию давления. Образовавшееся разрежение в центральной части колеса обеспечивает непрерывный подток жидкости через всасывающий патрубок.

Ключевые конструктивные элементы одноступенчатого центробежного насоса:

Корпус (корпусная часть): Обычно чугунный, стальной, нержавеющий или бронзовый. Имеет спиральную форму (отвод типа «улитка») для сбора жидкости и преобразования скорости в давление. Конструктивно может быть консольным (тип INLINE) или с осевым разъемом.
Рабочее колесо: Закрытого, полуоткрытого или открытого типа. Изготавливается из чугуна, латуни, нержавеющей стали или полимеров. Закрытые колеса с двумя дисками и лопастями между ними наиболее эффективны и распространены для чистых жидкостей.
Вал: Передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу. Изготавливается из углеродистой или нержавеющей стали. Герметизация вала в месте выхода из корпуса — критически важный узел.
Уплотнение вала: Может быть сальниковым (набивка) или торцевым механическим уплотнением (ТМУ). ТМУ более современно, обеспечивает полную герметичность, не требует обслуживания, но чувствительно к качеству перекачиваемой среды.
Опорный кронштейн (стойка): В консольных насосах (типа К) воспринимает радиальные и осевые нагрузки, содержит подшипниковый узел (обычно шариковые или роликовые подшипники).
Всасывающий и напорный патрубки: Могут быть расположены радиально (перпендикулярно валу) или осевым (in-line исполнение, где патрубки находятся на одной оси).

Классификация одноступенчатых центробежных насосов

Насосы классифицируются по ряду ключевых признаков, определяющих их область применения и монтажные особенности.

По типу разъема корпуса:

С осевым разъемом: Корпус разъединен по плоскости, перпендикулярной оси вала. Позволяет получить доступ к внутренним частям (колесу, уплотнению) без отсоединения трубопроводов и двигателя.
С радиальным разъемом (консольные): Корпус представляет собой монолитную улитку, присоединенную к кронштейну. Разборка требует отсоединения корпуса от кронштейна и сдвига его вдоль вала.

По способу соединения с двигателем:

Моноблочные: Рабочее колесо насажено на удлиненный вал электродвигателя. Конструкция компактна, отсутствует необходимость центровки.
Приводные (на собственной опоре, с муфтовым соединением): Насосный агрегат и электродвигатель установлены на общей раме и соединены упругой муфтой. Требуют точной центровки. Наиболее распространенный тип для промышленных применений.

По способу подвода жидкости к рабочему колесу:

С односторонним подводом: Жидкость подводится с одной стороны колеса. Преобладающий тип.
С двухсторонним подводом (Double Suction): Жидкость подводится к колесу с двух сторон. Это позволяет существенно снизить осевое гидравлическое усилие на ротор, увеличить подачу и улучшить условия всасывания (меньшее значение NPSH_треб).

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор насоса осуществляется на основе гидравлических параметров системы и свойств перекачиваемой среды.

Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/с). Определяется потребностями системы.
Напор (H): Приращение удельной энергии жидкости на выходе из насоса относительно входа (м). Компенсирует геодезическую высоту подъема, гидравлические потери в трубопроводах, арматуре и аппаратах, а также необходимое давление в конечной точке системы.
Мощность: Потребляемая мощность (N_потр) и полезная мощность (N_п). N_п = (ρ g Q
H) / 1000, кВт, где ρ – плотность, g – ускорение свободного падения. Мощность на валу двигателя должна быть с запасом относительно N_потр.
Частота вращения (n): Как правило, 1500 или 3000 об/мин для асинхронных электродвигателей. Высокооборотные насосы компактнее, но имеют худшие кавитационные качества.
_треб (Net Positive Suction Head): Кавитационный запас, необходимый для бескавитационной работы насоса. Должен быть обеспечен характеристиками всасывающего тракта: NPSH_дост > NPSH_треб. Критический параметр для предотвращения кавитации.
КПД (η): Отношение полезной мощности к потребляемой. Для одноступенчатых насосов общего назначения обычно лежит в диапазоне 50-85%. Максимальный КПД достигается в зоне оптимальной (расчетной) подачи.

Материальное исполнение

Выбор материалов проточной части определяется агрессивностью, абразивностью, температурой и взрывоопасностью перекачиваемой среды.

**Типовые материалы проточной части насосов**
Среда	Корпус	Рабочее колесо	Уплотнение вала
Чистая холодная/горячая вода	Чугун СЧ20	Латунь ЛЦ40Сд, Чугун	ТМУ (графит/керамика), сальник
Техническая, морская вода	Чугун, Бронза	Бронза БрАЖ9-4, Нерж. сталь	Двойное ТМУ, сальник с промывкой
Химически агрессивные жидкости (кислоты, щелочи)	Нерж. сталь AISI 304/316, Полипропилен, PVDF	Нерж. сталь AISI 304/316, Hastelloy, PVDF	ТМУ из карбида кремния/вольфрама, магнитная муфта
Абразивные суспензии (гидросмеси)	Износостойкий чугун, с резиновой или полиуретановой футеровкой	Высокохромистый чугун, полиуретан	Торцевое уплотнение с абразивостойкими парами, сальник

Области применения

ЖКХ: Станции холодного и горячего водоснабжения, повысительные и циркуляционные насосы в системах отопления и кондиционирования, насосы для дренажа и канализации.
Промышленность: Обеспечение технологических процессов (подача охлаждающей воды, конденсата, химических реагентов), системы пожаротушения, моечные и очистные установки.
Сельское хозяйство: Оросительные системы, перекачка жидких удобрений.
Энергетика: Циркуляционные насосы в системах подпитки котлов, химводоочистки, технического водоснабжения.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Простота конструкции, надежность, долговечность.
Равномерная подача и плавная характеристика H-Q.
Возможность работы на загрязненных жидкостях (в соответствующем исполнении).
Легкость в обслуживании и ремонте.
Широкий диапазон подач (до 1000 м³/ч и более).
Возможность прямого подключения к электродвигателю или через редуктор/вариатор.

Недостатки:

Относительно низкий КПД при малых подачах.
Неспособность к самовсасыванию (требуется заливка перед пуском, если насос расположен выше уровня жидкости).
Чувствительность к кавитации.
Сравнительно пологий напор при изменении подачи, что может требовать дополнительных мер регулирования.

Особенности монтажа и эксплуатации

Правильный монтаж — залог долгой и безотказной работы. Насос должен устанавливаться на жесткое, ровное основание. Обязательна точная центровка валов насоса и двигателя (для приводных моделей). Всасывающий трубопровод должен быть герметичным, по возможности коротким и прямолинейным, с уклоном в сторону забора жидкости. Диаметр всасывающей линии, как правило, на размер больше входного патрубка насоса. На всасывающем трубопроводе обязательна установка запорной арматуры и обратного клапана с сеткой (при заборе из емкости). Напорный трубопровод должен иметь запорную арматуру и обратный клапан для защиты от гидроударов.

Эксплуатация требует контроля за вибрацией, шумом, температурой подшипников и сальникового уплотнения. При использовании сальника необходима регулировка подтяжки и капельная протечка для смазки и охлаждения. Для ТМУ протечки недопустимы. Важно не допускать работы насоса при закрытой задвижке на напоре (режим «затвор») длительное время, кроме специально предназначенных для этого моделей.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается одноступенчатый насос от многоступенчатого?

Одноступенчатый насос имеет одно рабочее колесо и создает относительно умеренный напор (примерно до 100-150 м, в зависимости от типа и скорости). Многоступенчатый насос содержит несколько рабочих колес, последовательно расположенных на одном валу. Жидкость, проходя через каждое колесо, последовательно увеличивает давление. Такие насосы применяются для создания высокого напора при сравнительно небольшой подаче (например, в котельных, системах высокого давления).

Как правильно подобрать насос для системы отопления?

Необходимо рассчитать гидравлическое сопротивление системы (потери в трубопроводах, котле, радиаторах, арматуре) при требуемом расходе теплоносителя. Расход определяется по формуле: Q = N / (Δt c ρ), где N — тепловая мощность системы (кВт), Δt — разность температур на подаче и обратке (°C), c — теплоемкость, ρ — плотность. Насос подбирается по точке пересечения расчетных Q и H на его характеристике, при этом рабочая точка должна находиться в зоне максимального КПД агрегата. Для систем с переменным расходом предпочтительны насосы с частотным регулированием.

Что такое кавитация и как ее избежать?

Кавитация — это образование и схлопывание пузырьков пара в жидкости при локальном падении давления ниже давления насыщенных паров. Проявляется шумом, треском, вибрацией, падением параметров и приводит к эрозионному разрушению рабочего колеса и корпуса. Для избежания кавитации необходимо обеспечить достаточный кавитационный запас со стороны системы: NPSH_дост = (P_вх — P_нас) / (ρ

g) ± H_г — H_пот_вс. Следует увеличивать давление на входе (опустить насос ниже уровня жидкости, повысить давление в емкости), уменьшать потери на всасывании (увеличить диаметр трубопровода, укоротить его, убрать лишние местные сопротивления) или выбирать насос с меньшим значением NPSH_треб (например, с двухсторонним входом или сниженной частотой вращения).

Когда применяется сальниковое уплотнение, а когда механическое (ТМУ)?

Сальник (набивное уплотнение): Применяется для перекачки жидкостей с абразивными включениями, при высоких температурах (где ТМУ могут терять упругость), на медленно вращающихся валах или когда допустима незначительная регулируемая протечка (например, для чистой воды). Требует периодической подтяжки и обслуживания.
Торцевое механическое уплотнение (ТМУ): Применяется для агрессивных, токсичных, дорогих или чистых жидкостей, где протечки недопустимы. Обеспечивает полную герметичность, не требует обслуживания в течение срока службы. Чувствительно к наличию абразива, сухому ходу и перегреву.

Почему насос после ремонта или длительного простоя может не развивать давление или подачу?

Основные причины: наличие воздуха в проточной части («завоздушивание»), неправильное направление вращения рабочего колеса, повышенные зазоры в уплотнениях колеса после износа или ремонта, засорение фильтра на всасывании или проточной части, значительное изменение вязкости или температуры перекачиваемой среды относительно паспортных данных. Перед пуском насос должен быть заполнен перекачиваемой средой и развоздушен.

Насосы центробежные одноступенчатые