Насосы горизонтальные секционные

Горизонтальные секционные насосы: конструкция, принцип действия и область применения

Горизонтальные секционные насосы представляют собой класс центробежных насосов с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, собранных в единый корпус из последовательно соединенных отдельных секций (камер). Каждая секция включает в себя рабочее колесо, направляющий аппарат (спиральный отвод) и разъемные соединения. Основное назначение данных агрегатов – создание высокого напора при сравнительно небольшой подаче, что достигается последовательной работой нескольких ступеней (секций). Ключевым параметром является количество ступеней, которое может варьироваться от 2 до 10 и более, определяя итоговый напор, который пропорционален их числу при прочих равных условиях.

Конструктивные особенности и принцип работы

Конструкция горизонтального секционного насоса является модульной. Основные компоненты включают:

• Корпус (корпусные секции): Изготавливается из чугуна, легированной стали, нержавеющей стали или других сплавов в зависимости от перекачиваемой среды. Секции стянуты между собой шпильками, образуя единый жесткий блок.
• Ротор: Сборная конструкция, состоящая из вала, набранных на него рабочих колес, защитных втулок, подшипниковых узлов и механического уплотнения/сальника. Вал опирается на два радиальных подшипника, а для восприятия осевых усилий используется упорный подшипник качения или гидроразгрузочное устройство.
• Рабочие колеса (импеллеры): Как правило, закрытого типа, жестко зафиксированы на валу. Лопатки колес имеют конфигурацию, рассчитанную на высоконапорный режим.
• Направляющие аппараты (диффузоры): Устанавливаются после каждого рабочего колеса в соответствующей секции. Их функция – преобразование кинетической энергии потока в потенциальную (давление), а также корректная подача жидкости на вход следующей ступени.
• Уплотнения: Торцевые механические уплотнения (ТМУ) или сальниковые набивки используются для уплотнения вала в месте выхода из корпуса. Межсекционные уплотнения (прокладки) обеспечивают герметичность между камерами.
• Опорная рама (фундаментная плита): Общая плита, на которую монтируются насос и электродвигатель, обеспечивая соосность и минимизируя вибрации.

Принцип работы основан на последовательном преобразовании энергии. Жидкость поступает в первую секцию через всасывающий патрубок. Рабочее колесо первой ступени сообщает ей кинетическую энергию, которая в направляющем аппарате частично преобразуется в давление. Затем жидкость поступает во вторую секцию, где процесс повторяется. С каждым последующим колесом давление (напор) ступенчато возрастает. На выходе из последней секции жидкость через нагнетательный патрубок с суммарным высоким напором поступает в систему.

Классификация и технические характеристики

Горизонтальные секционные насосы классифицируются по ряду ключевых признаков:

• По типу соединения секций: с общим разъемом в горизонтальной плоскости (для насосов низкого давления) и с соединением на призонных шпильках (для высоких давлений).
• По способу разгрузки осевого усилия: с гидроразгрузочным диском, с разгрузочными отверстиями в рабочих колесах, с упорным подшипником.
• По роду перекачиваемой среды: для чистой воды (конденсатные, питательные), для химически активных сред, для высокотемпературных жидкостей (например, в системах теплоснабжения).

Основные технические характеристики определяются рабочим колесом и количеством ступеней. Типовой диапазон для насосов общего назначения:

Типовые диапазоны параметров горизонтальных секционных насосов

Параметр	Диапазон значений	Примечание
Подача (Q)	от 5 до 500 м³/ч	Зависит от типоразмера проточной части
Напор (H)	от 50 до 1500 м и более	Прямо пропорционален количеству ступеней
Рабочее давление	до 25 МПа (250 бар)	Определяется классом прочности корпуса и уплотнений
Температура среды	от -40 до +180 °C (до +400 °C для специсполнений)	Требует специальных материалов и системы охлаждения подшипников
Мощность привода	от 5 до 2000 кВт	Зависит от подачи, напора и КПД

Области применения в энергетике и промышленности

Благодаря способности создавать высокий напор, данные насосы нашли широкое применение в ответственных системах:

• Энергетика: Питательные насосы для котлов высокого давления (ТЭС, АЭС), насосы подпитки тепловых сетей, циркуляционные насосы в некоторых схемах, конденсатные насосы.
• Водоснабжение: Станции повышения давления в системах хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, противопожарные системы.
• Промышленность: Технологические линии, требующие высокого давления (гидроочистка, опреснительные установки, подача реагентов под давлением, системы обратного осмоса).
• Нефтегазовая отрасль: Насосы поддержания пластового давления (закачка воды в пласт), технологические насосы.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Возможность достижения чрезвычайно высоких напоров в компактной горизонтальной конструкции.
• Высокий КПД, особенно в расчетной точке работы.
• Унификация и взаимозаменяемость секций и рабочих колес в рамках одного типоразмера.
• Относительная простота обслуживания и ремонта (возможность замены ротора в сборе).
• Устойчивость к гидроударам за счет прочной многосекционной конструкции.

Недостатки:

• Сложная конструкция с большим количеством разъемных соединений и уплотнений, что повышает риск протечек.
• Высокая чувствительность к наличию абразивных частиц в перекачиваемой среде, вызывающих износ уплотнений и рабочих колес.
• Наличие значительного осевого усилия, требующего сложных систем разгрузки.
• Более высокая стоимость и металлоемкость по сравнению с одноступенчатыми насосами при равной подаче.
• Сложность балансировки многоступенчатого ротора.

Критерии выбора и особенности монтажа

Выбор насоса осуществляется на основе анализа рабочих параметров системы: требуемые подача (Q) и напор (H), свойства жидкости (температура, вязкость, химическая агрессивность, наличие взвесей), характеристики всасывающего тракта (кавитационный запас NPSH). На основе этих данных строится рабочая точка, которая должна находиться в зоне максимального КПД характеристики насоса. Особое внимание уделяется материальному исполнению: для горячей воды – углеродистая сталь, для химических сред – нержавеющая сталь или сплавы (Hastelloy, дуплекс), для морской воды – бронза или CuNi-сплавы.

Монтаж требует тщательной подготовки фундамента и точной центровки валов насоса и электродвигателя с использованием лазерных или индикаторных методов. Обязательна установка запорно-регулирующей арматуры, обратного клапана на напорном трубопроводе, фильтра на всасывающем трубопроводе (при необходимости), манометров и расходомеров. Для предотвращения сухого хода и перегрева обязательна система защиты и автоматики.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Эксплуатация должна вестись в пределах, указанных в паспорте. Критически важно обеспечить требуемый кавитационный запас на всасывании для предотвращения кавитации, разрушающей рабочие колеса. Регламентное ТО включает:

• Контроль вибрации и температуры подшипников.
• Проверку и подтяжку механических уплотнений или подтяжку сальниковой набивки.
• Контроль герметичности межсекционных соединений.
• Мониторинг рабочих параметров (давление, расход, ток двигателя).

Капитальный ремонт предполагает полную разборку насоса, дефектовку ротора, замену изношенных рабочих колес, направляющих аппаратов, уплотнительных колец и уплотнений вала, динамическую балансировку ротора в сборе.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается горизонтальный секционный насос от многоступенчатого насоса с корпусом типа «in-line»?

Основное отличие – в конструкции корпуса и компоновке. В секционном насосе ступени собраны последовательно в линейном горизонтальном блоке, что позволяет наращивать напор практически линейно. Насосы «in-line» имеют моноблочный корпус с последовательными ступенями, но их конструкция часто более компактна и предназначена для монтажа непосредственно на трубопроводе, однако количество ступеней и, соответственно, максимальный напор обычно меньше, чем у классических горизонтальных секционных насосов.

Как бороться с осевым усилием в многоступенчатых насосах?

Существует три основных метода: 1) Использование гидроразгрузочного устройства (разгрузочный диск или барабан), которое создает противодавление; 2) Применение рабочих колес с разгрузочными отверстиями, уравновешивающими давление с обеих сторон; 3) Установка упорного подшипника качения, воспринимающего остаточное осевое усилие. В современных насосах часто комбинируют эти способы.

Можно ли регулировать производительность горизонтального секционного насоса?

Да, основными способами являются: дросселирование задвижкой на напорном трубопроводе (наиболее простой, но наименее экономичный метод), изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя (наиболее эффективный способ, позволяющий поддерживать высокий КПД), а также перепуск части жидкости через байпас. Для насосов с большим количеством ступеней иногда применяют обточку рабочих колес, но это разовая регулировка, смещающая характеристику.

Какой тип торцевого уплотнения предпочтительнее: одинарное, двойное или сальниковая набивка?

Выбор зависит от перекачиваемой среды и требований безопасности. Сальниковая набивка требует обслуживания и допускает незначительную капельную протечку, но ремонтопригодна и надежна для простых сред. Одинарное торцевое уплотнение (ТМУ) – стандарт для чистой воды и неагрессивных жидкостей, обеспечивает нулевую утечку. Двойное ТМУ с барьерной жидкостью под давлением обязательно для агрессивных, токсичных, взрывоопасных или абразивных сред, а также при работе на всасывание (подпор отсутствует).

Почему при пуске насоса после ремонта может наблюдаться повышенная вибрация?

Наиболее вероятные причины: 1) Некачественная динамическая балансировка ротора в сборе после замены рабочих колес. 2) Неправильная сборка, приведшая к затиранию вращающихся деталей о неподвижные. 3) Нарушение центровки с электродвигателем. 4) Недостаточная обтяжка шпилек корпуса, приводящая к изменению соосности секций под нагрузкой. 5) Попадание посторонних предметов в проточную часть. Необходимо немедленно остановить агрегат для диагностики.

Как подобрать материал проточной части для перекачки высокотемпературной воды (180°C) в системе теплоснабжения?

Для температур до 180°C стандартным материалом для корпусных деталей является углеродистая сталь (например, Ст25 или аналог). Рабочие колеса и вал изготавливаются из коррозионно-стойкой стали (например, 20Х13 или 14Х17Н2). Уплотнительные кольца – из износостойких материалов (графит, керамика). Критически важно обеспечить систему охлаждения подшипниковых узлов и сальниковой камеры, так как штатные уплотнения рассчитаны на более низкие температуры.