Насосы ЦН

Насосы типа ЦН: конструкция, принцип действия, сфера применения и технические характеристики

Насосы типа ЦН (центробежные многоступенчатые секционные) представляют собой класс высоконапорного оборудования, предназначенного для перекачивания чистой воды (кроме морской) и других жидкостей, близких к воде по плотности, вязкости и химической активности, с температурой от 0 до 105°С. Основная область их применения – системы водоснабжения, повышения давления, орошения, а также технологические процессы в энергетике (котельные установки, питательные системы), промышленности и коммунальном хозяйстве. Ключевая особенность – возможность создания высокого напора за счет последовательного соединения нескольких рабочих колес в едином корпусе.

Конструктивные особенности насосов ЦН

Конструкция насоса ЦН является секционной, что и отражено в его названии. Агрегат собирается из отдельных гидравлических секций (ступеней), соединенных между собой стяжными шпильками. Каждая секция включает в себя:

• Рабочее колесо (крыльчатка): Как правило, закрытого типа, закрепленное на валу. Изготавливается из чугуна, углеродистой или нержавеющей стали.
• Направляющий аппарат: Неподвижный элемент, установленный за рабочим колесом. Его функция – преобразование кинетической энергии потока жидкости в потенциальную (давление) и направление потока на вход следующего колеса с минимальными потерями.
• Разгрузочные диски (втулки): Установлены на валу между колесами. Их назначение – частичное уравновешивание осевого усилия, возникающего из-за разности давлений на входе и выходе рабочего колеса.

Корпус насоса, собираемый из секций, обычно чугунный. Вал – стальной, вращается на подшипниках качения (реже скольжения). Торцевое уплотнение или сальниковая набивка обеспечивают герметизацию вала в месте выхода из корпуса. Направление разъема корпуса – горизонтальное. Всасывающий и напорный патрубки расположены в торцевых крышках насоса, что упрощает монтаж и обвязку.

Принцип действия и маркировка

Принцип действия основан на преобразовании механической энергии привода (электродвигателя) в кинетическую, а затем в потенциальную энергию жидкости. Вращение рабочего колеса создает центробежную силу, отбрасывающую жидкость от центра к периферии, где она через направляющий аппарат поступает в следующую ступень. Каждая последующая ступень увеличивает давление на выходе. Суммарный напор насоса приблизительно равен сумме напоров отдельных ступеней.

Маркировка насосов ЦН расшифровывается следующим образом: ЦНС 300-240.

• Ц – центробежный;
• Н – насос;
• С – секционный;
• 300 – подача, м³/ч;
• 240 – напор, метров водяного столба.

Существуют модификации: ЦНС (секционный), ЦНСГ (горячего водоснабжения), ЦНСМ (морской, из специальных материалов) и др.

Основные технические параметры и характеристики

Рабочие характеристики насосов ЦН определяются их геометрией, количеством ступеней и частотой вращения вала. Основные параметры:

• Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/с).

Напор (H): Удельная энергия, сообщаемая насосом жидкости, выраженная в метрах водяного столба (м.в.ст.) или давления (МПа, бар).

• Мощность (N): Потребляемая мощность на валу насоса (кВт).
• Частота вращения (n): Как правило, 1450 или 2900 об/мин для асинхронных электродвигателей.
• Допустимый кавитационный запас (Δh_доп): Критический параметр, определяющий условия бескавитационной работы. Для его обеспечения необходимо рассчитывать высоту всасывания или давление на входе.

Примеры типоразмеров и характеристик (сводная таблица)

Марка насоса	Подача, Q (м³/ч)	Напор, H (м)	Кол-во ступеней	Частота вращения, n (об/мин)	Мощность двигателя, N (кВт)
ЦНС 13-140	13	140	4	2950	15
ЦНС 60-132	60	132	4	2950	37
ЦНС 105-98	105	98	3	2950	45
ЦНС 300-240	300	240	8	1450	315
ЦНС 500-170	500	170	6	1450	355

Области применения в энергетике и промышленности

• Теплоэнергетика: Питательные насосы для котлов среднего давления, насосы подпитки тепловых сетей, циркуляционные насосы в системах химводоподготовки.
• Водоснабжение: Станции второго и последующих подъемов в системах хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, повысительные насосные станции.
• Промышленность: Обеспечение технологических процессов, требующих высокого давления воды (гидроиспытания, мойка, подача на охлаждение).
• Ирригация и мелиорация: Оросительные системы, требующие создания значительного напора.

Достоинства и недостатки насосов типа ЦН

Достоинства:

• Возможность создания высокого напора в компактных габаритах.
• Плавная характеристика напора в зависимости от подачи.
• Относительно высокий КПД, особенно в рабочей точке.
• Унификация и взаимозаменяемость многих деталей (ступеней, узлов) в рамках одного ряда.
• Надежность и длительный срок службы при работе на чистой воде.

Недостатки:

• Сложность конструкции и ремонта по сравнению с одноступенчатыми насосами. Требуется разборка всего агрегата для замены уплотнений или деталей внутренних ступеней.
• Чувствительность к наличию абразивных механических примесей в перекачиваемой жидкости, вызывающих износ уплотнительных колец рабочих колес и направляющих аппаратов.
• Наличие значительного остаточного осевого усилия, требующего применения упорных подшипников.
• Жесткие требования к кавитационному запасу на всасывании.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж насоса должен осуществляться на жестком, выровненном фундаменте с точной центровкой валов насоса и электродвигателя. Обязательна установка запорной арматуры и обратного клапана на напорном трубопроводе. Перед первым пуском насос и всасывающий трубопровод необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью, удалив воздух через воздушные клапаны.

Эксплуатация должна вестись в пределах рабочей зоны, указанной в паспортной характеристике, чтобы избежать перегрузки двигателя и кавитации. Не допускается работа при закрытой задвижке на напоре в течение длительного времени.

Техническое обслуживание включает регулярный контроль:

• Вибрации и уровня шума.
• Температуры подшипниковых узлов (не должна превышать 70-80°С).
• Состояния торцевого уплотнения или сальника (допустимая утечка – несколько капель в минуту для сальника).
• Смазки подшипников качения с заменой через установленные регламентом интервалы.

Капитальный ремонт предполагает полную разборку насоса, проверку зазоров, замену изношенных рабочих колес, направляющих аппаратов, уплотнительных колец и износостойких втулок вала.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем насос ЦН отличается от насоса ЦНС?

В современной терминологии это, как правило, одно и то же. Буква «С» (секционный) часто опускается в разговорной речи, но в технической документации используется полное обозначение ЦНС. Исторически существовали модели ЦН без секционного исполнения, но сегодня доминирует именно секционная конструкция.

Как подобрать насос ЦН для конкретных параметров системы (Q и H)?

Необходимо построить характеристику трубопроводной сети (зависимость требуемого напора от расхода) и найти точку ее пересечения с рабочей характеристикой насоса (H-Q). Эта точка должна находиться в зоне максимального КПД насоса (обычно в средней части кривой). Важно обеспечить запас по кавитации: доступный кавитационный запас системы (NPSH_A) должен быть на 0,5-1,0 м больше, чем требуемый кавитационный запас насоса (NPSH_R).

Что делать, если насос не развивает заданный напор?

Возможные причины: снижение частоты вращения (проверить напряжение, двигатель), износ уплотнительных колец рабочих колес и направляющих аппаратов (требуется ремонт с заменой), засорение проточной части, повышенная шероховатость внутренних поверхностей из-за коррозии или кавитации, наличие воздуха в системе или негерметичность всасывающего трубопровода.

Как регулировать производительность насоса ЦН?

Основные методы: 1) Дросселирование задвижкой на напорном трубопроводе (наиболее простой, но наименее экономичный способ). 2) Изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя (наиболее эффективный способ, позволяющий поддерживать высокий КПД). 3) Обточка рабочих колес (постоянное изменение характеристики, выполняется на ремонтном предприятии).

Почему насос сильно вибрирует и перегревается?

Вибрация может быть вызвана кавитацией, разбалансировкой ротора (например, после ремонта), износом подшипников, нарушением центровки с двигателем или работой в нерасчетной зоне. Перегрев подшипников – следствие неправильной смазки (недостаток, избыток, несоответствующая марка), чрезмерной затяжки или выхода из строя самого подшипника.

Какие аналоги насосов ЦН существуют за рубежом?

К прямым аналогам по конструкции (многоступенчатые секционные насосы) можно отнести серии типа Multistage от ведущих мировых производителей: Grundfos (CR, BM), Wilo (MH, H), KSB (Multitec, Amarex KRT), Lowara (e-HM, HM). Они часто предлагают более широкие возможности кастомизации, использование современных материалов и встроенную частотную регулировку.

Заключение

Насосы типа ЦН остаются востребованным и надежным решением для задач, требующих перекачивания больших объемов чистой воды с высоким давлением. Их секционная конструкция, проверенная десятилетиями эксплуатации, обеспечивает необходимую гибкость в формировании напорных характеристик. Успешная и долговечная работа агрегата зависит от корректного подбора, правильного монтажа, соблюдения условий эксплуатации (чистота перекачиваемой среды, отсутствие кавитации) и проведения регулярного технического обслуживания в соответствии с регламентом завода-изготовителя. При выборе между классическими моделями ЦН и современными импортными аналогами необходимо проводить комплексную оценку, учитывая не только первоначальную стоимость, но и затраты на весь жизненный цикл, включая энергоэффективность, ремонтопригодность и доступность запасных частей.