Насосы циркуляционные для масла

Насосы циркуляционные для масла: конструкция, типы, применение и критерии выбора

Циркуляционные масляные насосы представляют собой ключевые элементы гидравлических систем, предназначенные для непрерывной подачи и циркуляции масел в замкнутых контурах. Их основная функция – обеспечение стабильного давления и расхода рабочей жидкости для смазки, охлаждения, передачи усилия или управления в различных промышленных установках. Работа с маслами, обладающими специфическими свойствами (вязкость, температурная зависимость, химическая активность), предъявляет особые требования к материалам, конструктивному исполнению и надежности данного оборудования.

Классификация и принцип действия циркуляционных масляных насосов

Насосы для циркуляции масла классифицируются по принципу действия, что определяет их рабочие характеристики, область применения и стоимость.

Шестеренные насосы (с внешним и внутренним зацеплением)

Наиболее распространенный тип для работы с маслами. Принцип действия основан на захвате жидкости зубьями двух шестерен, вращающихся в плотно пригнанном корпусе. Масло перемещается из зоны всасывания в зону нагнетания по периферии корпуса.

• Преимущества: Простота конструкции, надежность, относительно низкая стоимость, способность создавать высокое давление (до 30 МПа и более), хорошая самовсасывающая способность, эффективность с жидкостями средней и высокой вязкости.
• Недостатки: Пульсация подачи, повышенный шум при высоких оборотах, чувствительность к загрязнениям, ограниченный ресурс при работе на высоких оборотах.
• Применение: Системы смазки промышленных редукторов, турбин, станков; гидроприводы; масляные системы трансформаторов.

Винтовые насосы (одно-, двух-, трехвинтовые)

Работают по принципу вытеснения жидкости вращающимися винтами (шнеками), которые находятся в зацеплении и перемещают масло вдоль оси вращения.

• Преимущества: Исключительно равномерная, безударная подача без пульсаций, низкий уровень шума и вибраций, высокая эффективность при работе с высоковязкими маслами, способность перекачивать загрязненные жидкости (для некоторых конструкций).
• Недостатки: Сложность изготовления и высокая стоимость, чувствительность трехвинтовых насосов к чистоте масла, более низкие пиковые давления по сравнению с шестеренными.
• Применение: Перекачка топливных масел, циркуляция смазочных масел в тяжелом машиностроении, судовых энергетических установках, гидравлические системы с высокими требованиями к равномерности потока.

Пластинчатые (шиберные) насосы

В роторе с пазами установлены подвижные пластины (шиберы), которые при вращении выдвигаются под действием центробежной силы или давления и прижимаются к статору, образуя камеры переменного объема.

• Преимущества: Хорошая самовсасывающая способность, относительно равномерная подача, возможность регулирования рабочего объема (в регулируемых моделях), средний уровень шума.
• Недостатки: Чувствительность к загрязнению масла (износ пластин и статора), более сложная конструкция, чем у шестеренных насосов, ограничения по максимальному давлению и вязкости.
• Применение: Гидроприводы станков, системы смазки, мобильная техника.

Центробежные насосы

Динамического действия. Передача энергии маслу происходит за счет центробежной силы, создаваемой вращающимся рабочим колесом с лопастями.

• Преимущества: Большая подача при сравнительно низком давлении, равномерный поток, простота конструкции и обслуживания, способность перекачивать загрязненные жидкости, надежность.
• Недостатки: Низкое давление на выходе (обычно до 2.5 МПа, реже выше), плохая самовсасывающая способность (требуют заливки), резкое падение характеристик при увеличении вязкости масла.
• Применение: Циркуляция масла в системах охлаждения и смазки крупных турбоагрегатов, трансформаторов, в системах теплоснабжения с термомаслом.

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

Выбор циркуляционного масляного насоса осуществляется на основе комплексного анализа условий работы и требуемых параметров системы.

Таблица 1. Основные параметры для выбора насоса

Параметр	Описание и единицы измерения	Влияющие факторы
Подача (Расход) (Q)	Объем масла, перекачиваемый в единицу времени (л/мин, м³/ч).	Требования системы: объем контура, теплосъем, скорость циркуляции. Зависит от вязкости и противодавления.
Давление (Напор) (P, H)	Давление на выходе насоса (Бар, МПа) или напор (м).	Гидравлическое сопротивление системы: длина трубопроводов, количество и тип местных сопротивлений (фильтры, теплообменники, арматура), перепад высот.
Вязкость масла (ν)	Кинематическая вязкость при рабочей температуре (сСт, мм²/с).	Температура масла, марка масла. Определяет тип насоса, потери на трение, требуемую мощность двигателя.
Рабочая температура	Температура масла в системе (°C).	Влияет на вязкость, испаряемость, окисление. Определяет требования к материалам уплотнений и зазорам в насосе.
Самовсасывающая способность	Высота всасывания (м) или создаваемое разрежение.	Расположение насоса относительно маслобака. Шестеренные и винтовые насосы обладают хорошей самовсасывающей способностью.
Мощность привода (N)	Мощность электродвигателя (кВт).	Рассчитывается исходя из расхода, давления, вязкости и общего КПД насосного агрегата. Требуется запас 10-15%.
Чистота масла (класс чистоты)	По ISO 4406 или ГОСТ.	Наличие абразивных частиц. Определяет стойкость насоса к износу, необходимость установки фильтров на входе/выходе.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция насоса должна обеспечивать долговечную работу в конкретной среде.

• Корпус: Чаще всего из чугуна (для неагрессивных масел), стали (углеродистой, нержавеющей), алюминиевых сплавов. Для высоких давлений – стальное литье или поковка.
• Рабочие органы (шестерни, винты, роторы): Изготовлены из закаленных сталей (например, 40Х, 12ХН3А), легированного чугуна, бронзы. Для пар трения (шестерня-шестерня, винт-втулка) часто подбирают материалы с разной твердостью для снижения износа.
• Уплотнения:
  • Сальниковые набивки: Применяются реже, требуют обслуживания, допускают незначительную протечку.
  • Торцевные механические уплотнения (ТМУ): Основной современный тип. Обеспечивают герметичность, долговечны. Выбираются по паре трения (графит-керамика, карбид вольфрама-карбид вольфрама и т.д.) в зависимости от температуры, давления и наличия примесей.
  • Манжетные уплотнения: Для низких и средних давлений.
  • Бессальниковое исполнение (магнитная муфта): Полная герметичность. Приводной момент передается через магнитную муфту, разделенную герметичной перегородкой. Критически важно для токсичных, дорогих или агрессивных масел.
• Предохранительный (перепускной) клапан: Обязательный элемент в насосах положительного вытеснения. Защищает насос и систему от превышения давления при закрытой или заблокированной линии нагнетания. Может быть встроенным или выносным.

Схемы включения и вспомогательное оборудование

Циркуляционный насос редко работает изолированно. Он является частью маслостанции или гидроагрегата, в состав которого входят:

• Маслобак (гидробак): Резервуар для масла с запасом по объему. Оснащается воздушным фильтром (сапуном), указателем уровня, перегородками для отделения пены, сливным краном, термометром.
• Фильтры грубой и тонкой очистки: Устанавливаются на линии всасывания (сетчатый фильтр) и/или на линии нагнетания (магнитные, щелевые, бумажные фильтры). Класс тонкости фильтрации выбирается исходя из требований насоса и потребителей (например, сервоклапанов).
• Охладитель масла (теплообменник): Воздушный (с вентилятором) или водяной. Необходим для отвода тепла, выделяющегося в системе из-за гидравлических потерь.
• Нагреватель масла (электрический): Для предпускового подогрева масла в холодное время года до рабочей вязкости.
• Запорная и регулирующая арматура, контрольно-измерительные приборы (КИП): Краны, задвижки, манометры, датчики температуры и давления, расходомеры.

Области применения в энергетике и промышленности

• Турбинные установки (паровые и газовые турбины): Системы регулирования и защиты (работающие под высоким давлением до 40 МПа) и системы смазки подшипников (низкое давление, 0.3-0.6 МПа). Применяются шестеренные и струйные насосы.
• Силовые трансформаторы: Циркуляция трансформаторного масла через охладители (радиаторы) для отвода тепла от активной части. Используются специальные центробежные насосы с низкой скоростью потока для минимизации электризации масла.
• Гидравлические системы станков и прессов: Шестеренные, пластинчатые и аксиально-поршневые насосы в качестве силового привода.
• Системы смазки тяжелонагруженных редукторов, подшипников качения и скольжения: Централизованные системы смазки, использующие шестеренные или плунжерные насосы.
• Системы с термомаслом (теплоносители): Циркуляция высокотемпературного органического теплоносителя в системах технологического нагрева. Применяются специальные консольные центробежные или винтовые насосы с торцевым уплотнением, рассчитанным на высокие температуры.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какой тип насоса выбрать для циркуляции индустриального масла И-40 в системе смазки редуктора при давлении 10 Бар?

Для данной задачи оптимальным выбором является шестеренный насос с внешним зацеплением. Он эффективно работает с маслами средней вязкости (И-40 имеет вязкость ~40 сСт при 40°C), способен создавать необходимое давление, отличается надежностью и приемлемой стоимостью. Необходимо убедиться, что материал шестерен и корпуса совместим с индустриальным маслом, а уплотнение рассчитано на рабочую температуру системы.

Почему насос шумит и вибрирует после замены масла на более вязкое?

Увеличение вязкости масла приводит к росту гидравлического сопротивления во всасывающей линии. Это может вызвать кавитацию – образование и схлопывание пузырьков пара/газа в зоне всасывания насоса. Кавитация проявляется повышенным шумом, вибрацией, падением производительности и приводит к эрозионному разрушению рабочих поверхностей насоса. Необходимо проверить: достаточен ли диаметр всасывающей линии, не засорен ли всасывающий фильтр, соответствует ли температура масла (и, следовательно, его вязкость) паспортным данным насоса.

Что такое магнитный привод (магнитная муфта) и в каких случаях его применение обязательно?

Магнитный привод – это способ передачи крутящего момента от двигателя к рабочему колесу насоса через герметичную разделительную перегородку с помощью магнитного поля. Это исключает использование торцевого уплотнения вала. Применение обязательно или крайне рекомендуется для перекачки:

• Токсичных, опасных для здоровья масел.
• Чрезвычайно дорогих или специальных жидкостей, где даже минимальная утечка недопустима.
• Агрессивных сред, разрушающих материалы обычных уплотнений.

Недостатки: более высокая стоимость, риск размагничивания при перегреве, невозможность работы на сухую (проскальзывание муфты).

Как правильно подобрать фильтр на всасывающую линию насоса?

Фильтр грубой очистки на всасывании защищает насос от крупных механических частиц. Критически важно, чтобы его гидравлическое сопротивление не вызывало кавитацию. Рекомендуется:

• Выбирать фильтр с номинальной тонкостью фильтрации не менее 125-200 мкм (для шестеренных насосов).
• Площадь фильтрующего элемента должна быть в 3-5 раз больше площади сечения всасывающего трубопровода.
• Обязательна установка манометра до и после фильтра или дифференциального реле для контроля перепада давления, сигнализирующего о загрязнении.
• Диаметр всасывающей линии должен быть завышен для снижения скорости потока (рекомендуемая скорость 0.5-1.5 м/с).

Каковы основные причины падения производительности циркуляционного масляного насоса?

• Износ рабочих пар: Увеличение зазоров в шестеренных, винтовых или пластинчатых насосах приводит к увеличению внутренних перетечек (обратных утечек).
• Кавитация: Описана выше.
• Забитый всасывающий фильтр или сетка.
• Повышение вязкости масла из-за снижения температуры или смена масла на более вязкое.
• Неправильная настройка или неисправность предохранительного клапана, вызывающая постоянный перепуск части потока обратно в бак.
• Износ или повреждение уплотнений, приводящее к подсосу воздуха на линии всасывания.

Заключение

Выбор и эксплуатация циркуляционного масляного насоса требуют системного подхода, учитывающего взаимосвязь характеристик насоса, свойств рабочей жидкости и параметров гидравлического контура. Правильный подбор типа насоса (шестеренного, винтового, центробежного), материалов исполнения, типа уплотнения и вспомогательного оборудования определяет не только эффективность, но и надежность, долговечность и безопасность работы всей системы в целом. Регулярный мониторинг рабочих параметров (давление, температура, шум, вибрация) и своевременное техническое обслуживание (замена фильтров, контроль зазоров, проверка клапанов) являются обязательными условиями для предотвращения аварийных ситуаций и обеспечения бесперебойного технологического цикла.