Насосы циркуляционные горизонтальные

Циркуляционные горизонтальные насосы: конструкция, типы, применение и подбор

Циркуляционные горизонтальные насосы представляют собой центробежные насосы консольного типа с горизонтальным расположением вала и осевым подводом перекачиваемой среды. Их основное функциональное назначение – обеспечение принудительной циркуляции жидкости (чаще всего воды, теплоносителей, технологических растворов) в замкнутых системах. Ключевыми областями применения являются системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК), технологические линии промышленных предприятий, системы холодоснабжения, а также контуры циркуляции в различных теплообменных аппаратах.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция горизонтального циркуляционного насоса является классической для центробежных машин. Основные узлы включают в себя:

• Корпус (спиральный отвод): Изготавливается из чугуна, стали, бронзы или нержавеющей стали. Предназначен для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную (давление) и направления жидкости в нагнетательный патрубок.
• Рабочее колесо (крыльчатка): Ключевой элемент, создающий напор. Имеет радиально-осевую или чисто радиальную конструкцию с закрытыми или полуоткрытыми лопатками. Материал – полимер, чугун, бронза, нержавеющая сталь.
• Вал: Передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу. Изготавливается из нержавеющей или углеродистой стали. Устанавливается на подшипниках качения.
• Электродвигатель: Асинхронный, с воздушным охлаждением. Класс защиты, как правило, IP44 или IP55. Мощность варьируется в широких пределах.
• Торцевое уплотнение (сальник): Обеспечивает герметичность вала в месте его выхода из корпуса. В современных насосах применяются малообслуживаемые торцевые (механические) уплотнения из керамики, графита или карбида кремния. В устаревших моделях могут использоваться сальниковые набивки.
• Фланцевые или резьбовые соединения: Обеспечивают подключение к трубопроводу. Для систем отопления и ВКХ стандартом являются фланцы по DIN или ГОСТ.

Принцип действия основан на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса жидкости. Жидкость, поступающая в центр колеса (в зону низкого давления), отбрасывается центробежной силой к периферии, где попадает в спиральную камеру корпуса. В камере скорость потока снижается, а давление возрастает, после чего жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод.

Классификация и типы горизонтальных циркуляционных насосов

По типу ротора

• Насосы с «мокрым» ротором: Ротор двигателя находится в непосредственном контакте с перекачиваемой жидкостью, которая выполняет функции смазки и охлаждения. Статор изолирован герметичной гильзой. Характеризуются низким уровнем шума, не требуют обслуживания подшипников, но имеют ограниченный КПД (до 50%) и чувствительны к чистоте теплоносителя. Типичны для маломощных бытовых и коммерческих систем.
• Насосы с «сухим» ротором: Ротор двигателя и перекачиваемая среда разделены торцевым уплотнением. Двигатель имеет воздушное охлаждение, стандартные подшипники, требующие периодической смазки. Обладают высоким КПД (до 80% и более), широким диапазоном мощностей и напоров, но создают более высокий уровень шума. Применяются в мощных промышленных и коммунальных системах.

По типу управления

• С постоянной скоростью (нерегулируемые): Работают с фиксированной частотой вращения, заданной при изготовлении. Просты и надежны.
• С частотным регулированием (со встроенным или внешним преобразователем частоты): Позволяют плавно изменять производительность в зависимости от потребности системы (например, от температуры наружного воздуха). Обеспечивают значительную энергоэффективность и гибкость управления.
• Многоскоростные: Имеют возможность ручного переключения на 2-3 фиксированные скорости вращения.

По назначению и исполнению

• Стандартные (для чистой воды/теплоносителя)
• Для вязких жидкостей (с увеличенными проточными каналами).
• Коррозионностойкие (из нержавеющей стали или с покрытиями).
• Высокотемпературные (для теплоносителей с температурой до +200°C и выше, с системой охлаждения подшипникового узла).

Ключевые технические параметры и характеристики

Подбор насоса осуществляется на основе анализа двух основных графиков: характеристики системы (сопротивления трубопровода) и характеристики насоса (напорно-расходной кривой).

Основные параметры для подбора циркуляционного насоса

Параметр	Обозначение, единица измерения	Описание и методика определения
Расход (подача)	Q, м³/ч (л/с)	Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени. Рассчитывается исходя из тепловой нагрузки системы (для отопления: Q = 0.86 P / ΔT, где P – тепловая мощность [кВт], ΔT – расчетный перепад температур [°C]) или технологических требований.
Напор	H, м. вод. ст. (кПа, бар)	Энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости. Необходим для преодоления гидравлического сопротивления труб, арматуры, теплообменников в самом удаленном контуре. Рассчитывается как сумма потерь на трение и местных сопротивлений.
Рабочая точка	—	Точка пересечения напорно-расходной характеристики насоса и характеристики гидравлической системы. Должна находиться в зоне максимального КПД насоса (обычно в средней трети кривой).
Кавитационный запас	NPSH, м. вод. ст.	Показатель, характеризующий вероятность возникновения кавитации – вредного явления, связанного с вскипанием жидкости на входе в колесо. Должен выполняться критерий: NPSHдост (системы) > NPSHтр (насоса).
Мощность	P, кВт	Потребляемая электрическая мощность. Полезная гидравлическая мощность рассчитывается как Pг = ρ g Q H. Мощность на валу выше за счет КПД.
КПД	η, %	Коэффициент полезного действия, отношение полезной гидравлической мощности к мощности, потребляемой из сети. Для «сухих» насосов достигает 75-85%.
Температура перекачиваемой среды	T, °C	Определяет требования к материалам уплотнений, корпуса и системе охлаждения подшипников.

Особенности монтажа и эксплуатации

Правильный монтаж – залог долговечной и безаварийной работы насоса. Ключевые требования:

• Ориентация вала: Вал насоса должен располагаться строго горизонтально. Допустимое отклонение – не более 0.2 мм на 1 м длины.
• Обвязка: На входе и выходе насоса рекомендуется установка запорной арматуры (шаровых кранов) для обслуживания. На всасывающей линии перед насосом обязательна установка сетчатого фильтра (грязевика). Для гашения гидроударов и компенсации температурных расширений могут применяться гибкие вставки.
• Размещение в системе: Насос устанавливается на обратном трубопроводе (более холодный теплоноситель) перед котлом или теплообменником. Это увеличивает ресурс уплотнений и снижает риск кавитации.
• Прямой участок: До и после насоса должны быть предусмотрены прямые участки трубопровода (обычно 5-10 диаметров трубы) для выравнивания потока и снижения вибрации.
• Удаление воздуха: Корпус насоса должен иметь возможность удаления воздушных пробок через предусмотренные воздушные клапаны или краны.
• Электрическое подключение: Должно выполняться в соответствии с ПУЭ, с обязательным заземлением и защитой от токов короткого замыкания и перегрузки (автоматический выключатель, тепловое реле).

Эксплуатация требует периодического контроля:

• Визуальный осмотр на отсутствие протечек.
• Контроль уровня шума и вибрации (повышение может указывать на износ подшипников, кавитацию или разбалансировку ротора).
• Для насосов с «сухим» ротором – регулярная проверка и смазка подшипников в соответствии с регламентом производителя.
• Контроль потребляемого тока (отклонение от паспортных значений свидетельствует о неисправности).

Типовые неисправности и методы их устранения

Диагностика и устранение неисправностей

Симптом/Неисправность	Возможные причины	Методы устранения
Насос не запускается	Отсутствие электропитания, срабатывание защиты, заклинивание ротора.	Проверить напряжение, автоматы защиты. Вручную проверить вращение вала (при отключенном питании). Очистить от накипи или загрязнений.
Насос работает, но не дает давления/расхода	Завоздушивание системы, засорение фильтра или рабочего колеса, неправильное направление вращения.	Удалить воздух, промыть фильтр и проточную часть, проверить фазировку электропитания.
Сильный шум и вибрация	Кавитация, износ подшипников, нарушение центровки с двигателем (для сборных конструкций), попадание твердых частиц.	Проверить давление на всасе, увеличить его. Заменить подшипники. Проверить соосность. Установить/очистить фильтр.
Течь через уплотнение	Износ механического торцевого уплотнения, повреждение сальниковой набивки.	Заменить уплотнительный узел в сборе. Для сальника – подтянуть или заменить набивку.
Перегрев двигателя	Неверный подбор (работа в зоне малых расходов), заклинивание, повышенное напряжение, загрязнение охлаждающих ребер («сухой» ротор).	Проверить соответствие рабочей точке характеристикам. Очистить вал и крыльчатку. Проверить напряжение. Очистить двигатель.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается горизонтальный насос от вертикального в циркуляционных системах?

Горизонтальные насосы имеют опору (лапы) для монтажа на фундамент или металлоконструкцию, вал расположен параллельно полу. Они, как правило, легче в обслуживании (доступ к подшипникам, уплотнению), но требуют больше площади для размещения. Вертикальные насосы (in-line) монтируются непосредственно на трубопроводе, вал расположен вертикально, что экономит площадь. Обслуживание может быть сложнее из-за компоновки. Горизонтальные насосы чаще применяются для высоких напоров и мощностей, вертикальные – для экономии пространства в стандартных системах ОВиК.

Как правильно рассчитать необходимые напор и расход для системы отопления здания?

Расход (Q, м³/ч) рассчитывается по формуле: Q = 0.86

• P / ΔT, где P – суммарная тепловая мощность всех потребителей (радиаторов, теплых полов, калориферов) в кВт, ΔT – расчетный перепад температур между подающей и обратной линиями (чаще всего 20°C для радиаторов, 5-10°C для теплых полов). Напор (H) должен преодолеть сумму гидравлических сопротивлений самого «невыгодного» циркуляционного кольца. Для предварительной оценки небольших систем можно принять 0.04-0.06 м.вод.ст. на 1 погонный метр трубопровода, но точный расчет требует учета сопротивлений всех местных сопротивлений (арматура, теплообменники, отопительные приборы) по методу удельных потерь на трение.

Что такое кавитация и как ее избежать при эксплуатации горизонтального циркуляционного насоса?

Кавитация – это процесс образования и схлопывания пузырьков пара в жидкости при локальном падении давления ниже давления насыщенного пара. Проявляется в виде шума, похожего на шелест с гравием, падением параметров и эрозионным разрушением рабочего колеса и корпуса. Для предотвращения необходимо обеспечить на всасывающем патрубке насоса избыточное давление, превышающее потребный кавитационный запас насоса (NPSH_тр). На практике это достигается: правильным расположением насоса (на обратке, в самой низкой точке), увеличением диаметра всасывающего трубопровода, минимизацией сопротивления на всасе (арматуры, фильтров), поддержанием температуры теплоносителя в расчетных пределах.

Когда необходим байпас (обводная линия) и как его правильно настроить?

Байпас с балансировочным клапаном необходим в системах с переменным расходом и при использовании насосов с постоянной скоростью. Его основная функция – обеспечить минимально необходимый расход через котел или основной теплообменник для защиты от перегрева, а излишек напора насоса «сбросить» через байпас обратно во всасывающую линию. Настройка заключается в измерении перепада давления или расхода на основном оборудовании и регулировке клапана на байпасе до достижения паспортных значений расхода, указанных в инструкции к котлу или теплообменнику.

Какой тип насоса выбрать – с «мокрым» или «сухим» ротором – для промышленной котельной?

Для промышленной котельной, где приоритетами являются высокая энергоэффективность, надежность, ремонтопригодность и возможность работы на высоких параметрах теплоносителя (температура, давление), однозначно выбираются горизонтальные насосы с «сухим» ротором. Они обладают высоким КПД (что дает существенную экономию электроэнергии), возможностью быстрой замены уплотнений и подшипников без вскрытия гидравлической части, широким диапазоном рабочих характеристик. Насосы с «мокрым» ротором в таких условиях не применяются из-за низкого КПД, ограничений по мощности и чувствительности к качеству воды.

Нужно ли обслуживать современные циркуляционные насосы с «мокрым» ротором и магнитным соединением?

Насосы с «мокрым» ротором и магнитной муфтой (где ротор двигателя и рабочее колесо не имеют механического контакта, а крутящий момент передается через магнитное поле) позиционируются как необслуживаемые. Действительно, в них отсутствуют изнашивающиеся механические уплотнения и подшипники качения, требующие смазки. Однако они все равно требуют контроля условий эксплуатации: обеспечения чистоты теплоносителя (во избежание заклинивания ротора магнита частицами шлама), предотвращения работы «всухую», контроля перегрева. Периодическая проверка на наличие посторонних шумов и вибраций также необходима.