Насосы ЦНС: конструкция, принцип действия, сфера применения и технические характеристики
Насосы типа ЦНС (Центробежный Насос Секционный) представляют собой многоступенчатые центробежные насосы консольного типа, предназначенные для перекачивания чистой воды (кроме морской) с температурой до 45°C, содержащей механические примеси не более 0.1% по массе с размером твердых частиц до 0.1 мм. Основное назначение – подача воды в системы водоснабжения, ирригации, а также для технологических нужд на промышленных предприятиях, в коммунальном хозяйстве и энергетике. Ключевая особенность – создание высокого напора за счет последовательного соединения нескольких рабочих колес в одном корпусе.
Конструктивные особенности насосов ЦНС
Конструкция насоса ЦНС является модульной и состоит из следующих основных узлов:
- Секционный корпус: Состоит из отдельных чугунных или стальных секций (направляющих аппаратов), стянутых между собой шпильками. Количество секций определяет количество ступеней и, соответственно, конечный напор агрегата.
- Рабочие колеса (крыльчатки): Изготавливаются из чугуна или латуни. Устанавливаются на общем валу. Каждое колесо расположено в своей секции и отвечает за одну ступень давления.
- Вал: Стальной, вращается на подшипниках качения (обычно радиально-упорных). Герметизация вала в области выхода из корпуса осуществляется с помощью сальникового уплотнения с мягкой набивкой или торцевого уплотнения (манжеты).
- Опорный кронштейн (стойка): Чугунная литая конструкция, служащая для крепления насоса к фундаменту и размещения опор подшипникового узла.
- Всасывающий и напорный патрубки: Расположены в торцевых крышках насоса. В стандартном исполнении имеют фланцевое присоединение по ГОСТ. Напорный патрубок находится в противоположной от привода крышке, всасывающий – со стороны привода.
- Уплотнительные элементы: Резиновые или паронитовые кольцевые прокладки между секциями, обеспечивающие герметичность проточной части.
- Ц – центробежный;
- Н – насос;
- С – секционный;
- 180 – подача, м³/ч;
- 1900 – напор, м вод. ст.
- Запорную арматуру на всасывающем и напорном трубопроводах.
- Обратный клапан на напорном трубопроводе после насоса для защиты от гидроудара.
- Манометры на всасывающем и напорном патрубках.
- Вакуумметр на всасывающем патрубке.
- Систему подпитки для заполнения корпуса насоса перед пуском (заливная воронка или подпор от другого насоса).
- Дренажный и воздушный краны.
- Пуск: Перед пуском насос должен быть полностью заполнен перекачиваемой жидкостью. Задвижка на напорном трубопроводе должна быть закрыта. Пуск производится при закрытой задвижке с последующим ее плавным открытием.
- Контроль: Регулярный контроль за вибрацией, температурой подшипников (не должна превышать 70°C), состоянием сальниковых уплотнений (допустимая протечка – 30-60 капель в минуту).
- Осевое усилие: В насосах ЦНС возникает значительное нескомпенсированное осевое усилие, направленное в сторону всасывающего патрубка. Оно воспринимается упорным подшипником вала. Износ этого подшипника приводит к осевому смещению ротора и затиранию рабочих колес.
Принцип действия и маркировка
Принцип работы основан на преобразовании кинетической энергии вращения рабочего колеса в энергию давления жидкости. Поток последовательно проходит через все рабочие колеса, установленные на одном валу. В каждой ступени давление повышается на приблизительно равную величину. Суммарный напор насоса равен сумме напоров, создаваемых каждой ступенью. Это позволяет достигать значительных значений напора (сотни метров) при сравнительно компактных габаритах.
Маркировка насосов ЦНС расшифровывается следующим образом: ЦНС 180-1900.
Дополнительные индексы могут указывать на модификацию: например, ЦНСг – с гидравлической разгрузкой осевого усилия, ЦНСн – насос для перекачивания нефтепродуктов (в невзрывоопасном исполнении).
Технические характеристики и параметры выбора
Основные параметры, определяющие выбор насоса ЦНС: подача (Q, м³/ч), напор (H, м), частота вращения вала (n, об/мин), допустимый кавитационный запас (NPSHдоп), мощность на валу (N, кВт) и КПД (η, %). Характеристики являются строго индивидуальными для каждого типоразмера и количества ступеней.
Таблица 1. Примерный ряд насосов ЦНС и их основные параметры (при n=2950 об/мин)
| Марка насоса | Подача, Q (м³/ч) | Напор, H (м) | Количество ступеней | Мощность двигателя, N (кВт) | КПД, η (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| ЦНС 13-70 | 13 | 70 | 2 | 5.5 | ~48 |
| ЦНС 38-44 | 38 | 44 | 2 | 7.5 | ~62 |
| ЦНС 60-66 | 60 | 66 | 2 | 22 | ~68 |
| ЦНС 105-98 | 105 | 98 | 3 | 55 | ~72 |
| ЦНС 180-1900 | 180 | 1900 | ~12 | 1600 | ~70 |
Схемы обвязки и требования к монтажу
Монтаж насоса ЦНС требует жесткого фундамента. Ось вала насоса должна быть точно совмещена с осью вала электродвигателя. Типовая схема обвязки включает:
Обязательным условием бескавитационной работы является обеспечение необходимого подпора на всасе (NPSHрасп ≥ NPSHтреб). При работе от закрытого бака или при отрицательной геодезической высоте всасывания требуется установка дополнительного подпорного насоса.
Особенности эксплуатации, ремонта и устранения неисправностей
Эксплуатация насосов ЦНС регламентируется инструкцией завода-изготовителя. Ключевые моменты:
Таблица 2. Типовые неисправности насосов ЦНС и методы их устранения
| Неисправность | Возможная причина | Способ устранения |
|---|---|---|
| Насос не развивает подачу и давление | 1. Неполное заполнение корпуса жидкостью. 2. Засорение всасывающего трубопровода или фильтра. 3. Большая высота всасывания. 4. Неправильное направление вращения. | 1. Заполнить насос, удалить воздух. 2. Прочистить трубопровод и фильтр. 3. Проверить расчеты, увеличить подпор. 4. Изменить фазировку питающего кабеля. |
| Снижение подачи | 1. Износ уплотнительных колец рабочего колеса и направляющего аппарата. 2. Засорение проточной части. 3. Кавитация. | 1. Заменить изношенные кольца. 2. Разобрать и прочистить насос. 3. Увеличить давление на всасе. |
| Сильный шум и вибрация | 1. Кавитация. 2. Разбалансировка ротора. 3. Износ подшипников. 4. Ослабление стяжных шпилек корпуса. | 1. Ликвидировать причину кавитации. 2. Произвести балансировку. 3. Заменить подшипники. 4. Подтянуть шпильки с предписанным моментом. |
| Перегрев подшипников | 1. Неправильная центровка. 2. Недостаток или избыток смазки. 3. Перетяжка подшипникового узла. | 1. Произвести точную центровку. 2. Привести уровень смазки в норму. 3. Отрегулировать затяжку. |
Сравнение с другими типами насосов и область применения в энергетике
В энергетике насосы ЦНС находят применение в качестве питательных насосов для котлов низкого и среднего давления, насосов подпитки тепловых сетей, циркуляционных насосов в системах технического водоснабжения, где требуется высокий напор при относительно небольшой и стабильной подаче. В сравнении с поршневыми насосами они обладают большей равномерностью подачи, меньшими габаритами и простотой в обслуживании. В сравнении с одноступенчатыми центробежными насосами – способны создавать на порядок большее давление. Однако их КПД на номинальном режиме может быть несколько ниже, чем у специально спроектированных одноступенчатых насосов. Главный конкурент для высоконапорных применений – насосы типа СП (секционные питательные) или многоступенчатые насосы с барабанным корпусом, которые предназначены для более высоких параметров среды (температура, давление).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается насос ЦНС от насоса ЦН?
Насосы ЦН (Центробежный Насос) – это, как правило, одноступенчатые консольные насосы. Они проще по конструкции, но создают значительно меньший напор при сравнимой подаче. ЦНС – многоступенчатый, что и позволяет достигать высоких значений напора за счет последовательного соединения ступеней в одном корпусе.
Как подобрать количество ступеней для насоса ЦНС?
Количество ступеней является конструктивным параметром, определяемым заводом-изготовителем на основе требуемых значений напора и подачи. Подбор осуществляется по каталогам и рабочим характеристикам (кривым Q-H) для каждого типоразмера насоса. Увеличение количества ступеней при неизменном диаметре колеса приводит к пропорциональному росту напора.
Какие уплотнения вала предпочтительнее: сальниковые или торцевые?
Сальниковое уплотнение (набивка) дешевле, ремонтопригодно и допускает регулировку. Однако требует постоянного обслуживания (подтяжки), имеет протечки и неприменимо для агрессивных или опасных сред. Торцевое уплотнение (манжета) обеспечивает полную герметичность, не требует обслуживания в течение срока службы, но имеет высокую стоимость и сложность замены. Выбор зависит от условий эксплуатации, стоимости владения и требований экологической/технологической безопасности.
Как компенсируется осевое усилие в насосах ЦНС?
Полная гидравлическая разгрузка осевого усилия в классической конструкции ЦНС не предусмотрена. Усилие воспринимается упорным подшипником качения (шариковым или роликовым), установленным в опорном кронштейне. В модификациях ЦНСг применяется гидравлическая разгрузочная камера с разгрузочным диском, что значительно снижает нагрузку на подшипник.
Можно ли регулировать производительность насоса ЦНС дросселированием?
Да, регулирование подачи дросселированием задвижкой на напорном трубопроводе является наиболее простым и распространенным способом. Однако это ведет к потерям энергии и снижению общего КПД системы. Для частого и точного регулирования в современных системах рекомендуется применение частотного преобразователя для управления скоростью вращения вала электродвигателя.
Какой межремонтный интервал у насосов ЦНС?
Межремонтный интервал (МРИ) устанавливается на основе регламента завода-изготовителя и фактических условий эксплуатации. В среднем, для насосов, работающих на чистой воде, текущий ремонт рекомендуется проводить каждые 8-12 тыс. часов, капитальный – каждые 25-50 тыс. часов. Критерием для внепланового ремонта служат: снижение параметров на 10-15% от номинальных, увеличение вибрации выше допустимых норм (более 4.5 мм/с), повышенные протечки или температура подшипников.
Заключение
Насосы типа ЦНС остаются надежным и проверенным решением для задач, требующих высокого напора при перекачивании чистых и слабозагрязненных жидкостей. Их модульная секционная конструкция обеспечивает гибкость в наборе необходимых параметров, ремонтопригодность и длительный срок службы при соблюдении правил монтажа и эксплуатации. Понимание принципа работы, особенностей конструкции и типовых неисправностей позволяет эксплуатирующему персоналу энергетических и промышленных предприятий обеспечивать надежную работу этих агрегатов в составе критически важных систем водоснабжения и технологических линий.