Насосы горизонтальные
Горизонтальные насосы: конструкция, типы, применение и критерии выбора в электротехнических и энергетических системах
Горизонтальные насосы представляют собой класс динамических лопастных насосов, в которых ось вращения рабочего колеса расположена горизонтально. Данная компоновка является одной из наиболее распространенных в промышленности и энергетике благодаря своей универсальности, удобству обслуживания и широкому диапазону рабочих параметров. Основным принципом действия является преобразование механической энергии привода (электродвигателя) в кинетическую и потенциальную энергию перекачиваемой жидкости за счет центробежной силы, создаваемой вращающимся рабочим колесом.
Конструктивные особенности и основные компоненты
Конструкция горизонтального центробежного насоса является типовой, однако вариации в исполнении отдельных узлов определяют его специализацию и рабочие характеристики.
- Корпус (спиральный отвод, улитка) – выполняется из чугуна, углеродистой или нержавеющей стали, бронзы, в зависимости от среды. Предназначен для преобразования кинетической энергии потока в статическое давление и направления жидкости в напорный патрубок. Может иметь консольное (тип К) или опорное исполнение.
- Рабочее колесо (крыльчатка) – ключевой элемент, создающий напор. Бывает закрытого (с двумя дисками и лопатками между ними), открытого или полуоткрытого типа. Материал подбирается исходя из требований к износостойкости и коррозионной стойкости.
- Вал – передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу. Изготавливается из высококачественной стали, часто с защитными покрытиями в зоне уплотнений.
- Уплотнение вала – критический узел, предотвращающий утечку перекачиваемой среды. Применяются сальниковые уплотнения с набивкой или торцевые (механические) уплотнения, одно- или двойные. Выбор зависит от давления, температуры, агрессивности и абразивности среды.
- Опорные подшипники – обычно используются шариковые или роликовые подшипники качения, реже – подшипники скольжения. Обеспечивают минимальное радиальное и осевое биение вала.
- Фланцы всасывающего и напорного патрубков – стандартизированы по ГОСТ, DIN, ANSI. В горизонтальных насосах часто располагаются на одном уровне (in-line) или со смещением.
- Консольные (тип К) – рабочее колесо расположено на консоли вала, а опоры находятся вне полости корпуса. Корпус имеет торцевой разъем. Наиболее распространенный тип для чистой и слабозагрязненной воды, нейтральных жидкостей.
- С двухопорным валом (тип Д) – рабочее колесо расположено между опорами, корпус имеет осевой (продольный) разъем. Отличаются повышенной жесткостью вала, применяются для высоких давлений, температур и в многоступенчатых исполнениях.
- Моноблочные – рабочее колесо насажено на удлиненный вал электродвигателя. Отличаются компактностью, отсутствием необходимости в центровке. Мощность обычно ограничена.
- Одноступенчатые – создают напор до 100-150 м. Просты, надежны, экономичны.
- Водные (для чистой, загрязненной, морской воды)
- Химические (химстойкие) – из специальных материалов (нерж. сталь AISI 316, Hastelloy, PTFE).
- Нефтяные и шламовые – с усиленной конструкцией и износостойкими материалами.
- Питательные и циркуляционные (для энергетики) – высоконапорные, для котлов высокого давления.
- Тепловая и атомная энергетика: Питательные насосы (ПЭ, ПТ), сетевые насосы, циркуляционные насосы конденсатных установок (КсВ), насосы технического водоснабжения (В, Д), химически очищенной воды.
- Водоснабжение и водоотведение: Насосы первого и второго подъема, повысительные станции, дренажные и фекальные насосы.
- Промышленность: Перекачка технологических жидкостей, теплоносителей, рециркуляция в системах охлаждения, подача в промывочных установках.
- Нефтегазовая отрасль: Перекачка нефтепродуктов, закачка воды в пласт, насосы систем пожаротушения.
- Свойства перекачиваемой среды: Температура, плотность, вязкость, концентрация твердых частиц, химическая агрессивность, давление насыщенных паров.
- Материалы проточной части: Подбираются в соответствии со средой (чугун, сталь 20/40, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (AISI 304/316), бронза, дуплексные стали, полимеры).
- Тип уплотнения: Сальник – для воды, нейтральных жидкостей; одинарное торцевое уплотнение – для широкого класса сред; двойное торцевое уплотнение с барьерной жидкостью – для агрессивных, токсичных, абразивных сред.
- Класс энергоэффективности (IE): В соответствии с директивой IEC 60034-30-1. Для насосных агрегатов рекомендуется использование двигателей класса IE3 и выше.
- На всасывающем трубопроводе: Установка запорной арматуры (задвижка, поворотный затвор), фильтра-грязевика (перед насосом). Трубопровод должен иметь непрерывный подъем к насосу для удаления воздуха. Диаметр всасывающего трубопровода, как правило, на размер больше присоединительного патрубка насоса.
- На напорном трубопроводе: Установка запорной арматуры, обратного клапана (после насоса, перед задвижкой), манометра, регулятора частоты вращения (при необходимости).
- Фундамент и центровка: Насосный агрегат монтируется на жестком, массивном фундаменте. Обязательна точная центровка вала насоса и электродвигателя с использованием щупов или лазерного центровщика. Неправильная центровка – основная причина вибрации и выхода из строя подшипников и уплотнений.
- Подвод кабеля и заземление: Электродвигатель подключается кабелем соответствующего сечения через защитную аппаратуру (автомат, УЗО, контактор). Корпус насоса и двигателя должны быть надежно заземлены.
Классификация горизонтальных насосов
Горизонтальные насосы классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения.
По типу конструкции и разъема корпуса
По количеству ступеней
Многоступенчатые (секционные) – несколько рабочих колес последовательно расположены на одном валу. Каждая ступень повышает давление. Способны создавать напор в несколько сотен метров. Применяются в котельных, системах водоснабжения, технологических линиях.
По роду перекачиваемой среды
Сферы применения в энергетике и смежных отраслях
Горизонтальные насосы являются основой множества технологических процессов.
Критерии выбора и подбора насоса
Правильный выбор насоса определяет его ресурс, КПД и надежность системы. Подбор осуществляется по рабочим точкам на основе следующих параметров.
| Параметр | Обозначение, единица измерения | Описание и влияние |
|---|---|---|
| Подача (расход) | Q, м³/ч (л/с) | Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени. Определяет пропускную способность системы. |
| Напор | H, м (или бар, атм.) | Приращение удельной энергии потока. Должен покрывать геодезическую высоту, гидравлические потери в трубопроводе и требуемое давление в конечной точке. |
| Допустимый кавитационный запас | NPSHтреб, м | Критический параметр, определяющий условие бескавитационной работы. Должен быть меньше, чем NPSHдост системы. |
| Мощность на валу | N, кВт | Мощность, потребляемая насосом. Зависит от плотности жидкости, подачи, напора и КПД. |
| КПД насоса | η, % | Отношение полезной гидравлической мощности к мощности на валу. Работа в зоне максимального КПД экономит энергию. |
| Скорость вращения | n, об/мин | Стандартно 1500 или 3000 об/мин. Влияет на габариты, напор и кавитационные качества. |
Дополнительные критерии выбора:
Схемы обвязки и требования к монтажу
Правильная обвязка насоса обеспечивает его стабильную и долговечную работу.
Эксплуатация, диагностика и типовые неисправности
Регламентное обслуживание включает визуальный контроль, измерение вибрации, температуры подшипников и уплотнений, контроль потребляемого тока.
| Симптом (неисправность) | Возможные причины | Методы диагностики и устранения |
|---|---|---|
| Нет подачи после пуска | Насос или всасывающая линия не залиты; засор всасывающего фильтра; обратный клапан неисправен; вращение в обратную сторону. | Проверить заливку, прочистить фильтр, проверить направление вращения (фазировку). |
| Недостаточная подача или напор | Забито рабочее колесо или проточная часть; износ рабочего колеса или уплотнительных колец; кавитация; завышенная вязкость среды. | Измерение рабочих параметров, разборка и осмотр, проверка NPSH, замена изношенных деталей. |
| Повышенная вибрация и шум | Кавитация; износ подшипников; дисбаланс рабочего колеса (зависание посторонних предметов, износ); нарушение центровки; резонанс. | Вибродиагностика, проверка центровки, осмотр подшипников и рабочего колеса. |
| Утечка через уплотнение | Износ или повреждение торцевого уплотнения или сальниковой набивки; перекос вала; работа всухую; превышение давления/температуры. | Визуальный контроль, замена уплотнения, проверка биения вала. |
| Перегрев подшипников | Недостаток или ухудшение качества смазки; перетяжка; нарушение центровки; повышенная осевая нагрузка. | Измерение температуры, проверка смазки, центровки, осевого зазора. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем горизонтальный насос принципиально отличается от вертикального?
Основное отличие – ориентация вала. Горизонтальные насосы, как правило, проще в обслуживании (легкий доступ к уплотнениям и подшипникам), требуют большую площадь для монтажа, но меньшую высоту. Вертикальные насосы (в частности, вертикальные погружные) экономичны по площади, часто не требуют заливки, но для ремонта нуждаются в демонтаже всего агрегата. Выбор зависит от условий площадки, глубины забора и специфики обслуживания.
Как правильно рассчитать необходимый напор насоса для системы?
Напор H (в метрах) рассчитывается как сумма: H = Hг + Hпот + Hсв, где Hг – геодезическая высота подъема (разница отметок конечной точки и уровня жидкости в источнике); Hпот – потери напора на трение и местные сопротивления в трубопроводе (рассчитываются по формулам Дарси-Вейсбаха с учетом длины, диаметра, шероховатости труб и количества арматуры); Hсв – свободный напор на излив или требуемое давление в конечной точке системы.
Что такое кавитация и как ее предотвратить?
Кавитация – это образование и схлопывание пузырьков пара в зоне низкого давления на входе в рабочее колесо. Проявляется шумом, вибрацией, падением параметров и эрозионным разрушением лопастей. Для предотвращения необходимо обеспечить условие: NPSHдост (доступный кавитационный запас системы) > NPSHтреб (требуемый для насоса, указывается в каталоге). NPSHдост увеличивается путем снижения гидравлических потерь на всасывании, повышения давления в питающей емкости, снижения температуры жидкости или установки насоса с более низким значением NPSHтреб.
Какой тип уплотнения вала выбрать: сальник или торцевое уплотнение?
Сальниковое уплотнение (набивка) – ремонтопригодно, допускает незначительную регулировку подтяжкой, но имеет постоянную протечку (необходима для смазки и охлаждения), требует периодического обслуживания. Применяется для воды и нейтральных жидкостей. Торцевое уплотнение – практически бесследное, не требует обслуживания в течение срока службы, но неремонтопригодно (замена модулем), более чувствительно к наличию абразива и перекосам вала. Применяется для агрессивных, токсичных, дорогих сред. Для особо ответственных применений выбирают двойные торцевые уплотнения с контролируемой барьерной жидкостью.
Как влияет частота вращения электродвигателя на работу насоса?
Параметры насоса подчиняются законам подобия. При изменении частоты вращения n (в пределах допустимой для прочности колеса): подача Q изменяется пропорционально n, напор H – пропорционально n², а потребляемая мощность N – пропорционально n³. Это позволяет эффективно регулировать производительность системы с помощью частотных преобразователей (ЧП), обеспечивая значительную экономию электроэнергии по сравнению с дросселированием задвижкой.
Каковы основные требования к кабельной продукции для питания насосных агрегатов?
Для подключения электродвигателей насосов применяются силовые кабели с медными жилами (например, ВВГ, ВВГнг-LS, КГ) или бронированные для прокладки в земле (ВБШв). Сечение жил выбирается по току двигателя (с учетом пусковых токов) и способу прокладки с обязательной проверкой на потерю напряжения. Кабель должен иметь соответствующее климатическое исполнение и быть стойким к возможным воздействиям масел, влаги. Для насосов с ЧП рекомендуется использовать экранированные кабели для управления и симметричные силовые кабели с низкими уровнями излучаемых помех.