Насосы горизонтальные поверхностные

Горизонтальные поверхностные насосы: конструкция, типы, применение и критерии выбора

Горизонтальные поверхностные насосы представляют собой класс центробежных насосов, у которых ось вращения рабочего колеса расположена горизонтально, а сам агрегат монтируется на поверхности, вне перекачиваемой среды. Они предназначены для перекачивания чистых, маловязких жидкостей (преимущественно воды) из открытых источников, колодцев, резервуаров или других систем, где высота всасывания не превышает 7-9 метров. Основная сфера их применения – водоснабжение, ирригация, повышение давления в системах ХВС, водоотведение, циркуляция в системах отопления и охлаждения, а также технологические процессы в промышленности.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция горизонтального поверхностного насоса базируется на центробежной силе. Основные узлы, смонтированные на общей раме (плите), включают:

• Электродвигатель – асинхронный, с воздушным охлаждением, обеспечивающий вращение вала. Соединение с насосной частью может быть прямым (через муфту) или через редуктор.
• Насосная часть (гидравлика) – состоит из корпуса (чаще всего чугунного, реже – из нержавеющей стали или композитных материалов), рабочего колеса (крыльчатки) с лопастями, и вала, установленного на подшипниках. Корпус имеет патрубки для всасывающего и напорного трубопроводов.
• Уплотнение вала – критически важный элемент, предотвращающий утечку жидкости. Применяются сальниковые набивки (для крупных или загрязненных сред) и торцевые (механические) уплотнения, более надежные и не требующие обслуживания.
• Рама (плита основания) – стальная конструкция для жесткого крепления двигателя и насосной части, обеспечивающая виброустойчивость и правильную соосность.
• Запорно-регулирующая арматура и КИП – обратный клапан на всасывающей линии с сетчатым фильтром, задвижки или шаровые краны, манометры для контроля давления.

Принцип работы: при вращении рабочего колеса создается центробежная сила, отбрасывающая жидкость от центра к периферии корпуса. Это создает разрежение во всасывающем патрубке, благодаря чему происходит подъем жидкости по всасывающему трубопроводу, и избыточное давление в напорном патрубке, обеспечивающее ее дальнейший транспорт по системе.

Классификация и основные типы горизонтальных поверхностных насосов

1. По количеству ступеней (рабочих колес):

• Одноступенчатые – имеют одно рабочее колесо. Характеризуются простотой, высоким КПД на номинальном режиме, большим расходом, но относительно небольшим напором. Применяются для водоснабжения, полива, дренажа.
• Многоступенчатые (секционные) – несколько рабочих колес, последовательно расположенных на одном валу. Каждая ступень увеличивает давление. Обеспечивают высокий напор при умеренном расходе. Ключевое применение – системы повышения давления, водоснабжения многоэтажных зданий, технологические линии.

2. По типу соединения с двигателем:

• Моноблочные – рабочее колесо насоса насажено на удлиненный вал электродвигателя. Конструкция компактна, не требует центровки, но менее ремонтопригодна.
• Консольные (тип К, по ГОСТ) – насосная часть и двигатель установлены на общей плите и соединены через упругую муфту. Требуют точной центровки, но более универсальны и удобны в обслуживании. Являются промышленным стандартом.
• С редуктором или шкивным приводом – используются для согласования оптимальных скоростей вращения двигателя и насоса или при приводе от ДВС.

3. По специфике применения:

• Самовсасывающие насосы – имеют специальную конструкцию гидравлической части (встроенный эжектор или полость для заполнения жидкостью), позволяющую автоматически удалять воздух из всасывающей магистрали при запуске. Не требуют заполнения водой перед каждым пуском.
• Насосы для чистой воды – стандартное исполнение с рабочими колесами для жидкостей без абразивных включений.
• Циркуляционные насосы – предназначены для работы в замкнутых контурах (отопление, ГВС). Отличаются малой высотой всасывания, компактностью, низким уровнем шума.
• Насосные станции – комплекс на базе горизонтального насоса, дополненный гидроаккумулятором (ресивером), реле давления, манометром и системой управления. Обеспечивают автоматическое поддержание давления в системе водоснабжения.

Технические характеристики и параметры выбора

Выбор насоса осуществляется на основе анализа двух основных графических характеристик: зависимости напора (H) от расхода (Q) и КПД/потребляемой мощности (N) от расхода. Ключевые параметры:

• Подача (расход) (Q) – объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/мин).
• Напор (H) – энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости, выраженная в метрах водяного столба (м). Суммируется из геодезической высоты подъема и гидравлических потерь в трубопроводе.
• Мощность: потребляемая (Nп) и полезная (Nп = ρ g Q
• H). Их отношение определяет КПД насоса (η).
• Кавитационный запас (NPSH) – критический параметр, определяющий условие бескавитационной работы. Должен быть меньше кавитационного запаса сети (NPSHa).
• Материалы проточной части – определяют коррозионную стойкость и износостойкость (чугун, бронза, нержавеющая сталь, полимеры).

Сравнительная таблица типов горизонтальных поверхностных насосов

Тип насоса	Типичный диапазон напора	Типичный диапазон расхода	Ключевое преимущество	Основное применение
Одноступенчатый консольный (К)	до 100 м	до 400 м³/ч	Высокий КПД, простота, надежность	Водоснабжение, ирригация, промышленная перекачка
Многоступенчатый	до 300 м и более	до 100 м³/ч	Высокий напор	Повышение давления, водоподготовка, котельные
Самовсасывающий	до 60 м	до 50 м³/ч	Простота запуска, не требует заливки	Временное водоснабжение, полив, осушение
Циркуляционный	до 15 м	до 100 м³/ч	Компактность, низкий шум, работа в замкнутом контуре	Системы отопления, ГВС, охлаждения

Расчет и подбор насоса: ключевые аспекты

Процедура подбора включает несколько обязательных этапов:

1. Определение требуемых параметров системы (рабочей точки): расчет необходимого расхода (Q) и полного напора (H). Напор рассчитывается по формуле: H = Hг + ΔHпот + Hсв, где Hг – геодезическая высота подъема, ΔHпот – суммарные потери давления в трубопроводах и арматуре, Hсв – требуемое свободное давление на изливе.
2. Анализ кавитации: проверка условия NPSHa > NPSHr + 0.5 м. NPSHa рассчитывается исходя из атмосферного давления, давления насыщенных паров жидкости, геометрической высоты всасывания и потерь во всасывающем трубопроводе.
3. Выбор по каталогу и характеристикам: рабочая точка должна находиться в зоне максимального КПД насоса (обычно в средней трети кривой Q-H). Предпочтение отдается точке с меньшей частотой вращения (если допустимо), что увеличивает ресурс.
4. Определение материалов исполнения в зависимости от химических свойств перекачиваемой жидкости (pH, наличие хлоридов, абразивов).
5. Выбор схемы управления и защиты (прямой пуск, частотное регулирование, защита от «сухого хода», перегрузки).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж – залог долговечности. Насос устанавливается на жесткое, ровное, виброизолированное основание в сухом, вентилируемом, незатопляемом помещении с плюсовой температурой. Обязательна точная центровка валов насоса и двигателя (для консольных исполнений). Диаметр всасывающего трубопровода должен быть не меньше патрубка насоса, магистраль должна иметь непрерывный подъем к насосу без мешков. На всасывающей линии обязательны обратный клапан с сеткой и запорная арматура, на напорной – задвижка и обратный клапан.

Эксплуатация требует соблюдения правил: запрещен пуск без заливки насоса (кроме самовсасывающих моделей) и при закрытой задвижке на напоре. Регулирование производительности должно осуществляться изменением частоты вращения или диаметра рабочего колеса, а не дросселированием на всасывании.

Техническое обслуживание включает регулярный контроль:

• виброакустических характеристик,
• температуры подшипников,
• состояния уплотнения вала,
• затяжки фундаментных болтов и соединений муфты.

Периодически проводится замена масла в подшипниковых узлах (если предусмотрено), сальниковой набивки, проверка и замена изношенных колец, рабочих колес.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами насосов

Преимущества:

• Относительная простота конструкции, монтажа и обслуживания.
• Легкая доступность всех узлов для ремонта и контроля.
• Широкий диапазон подач и напоров за счет вариативности конструкций (одно- и многоступенчатые).
• Возможность работы в режиме частотного регулирования для экономии энергии.
• Как правило, более низкая стоимость по сравнению с погружными аналогами сопоставимой производительности.

Недостатки и ограничения:

• Ограниченная высота всасывания (теоретически до 10.34 м, практические 7-8 м).
• Высокие требования к герметичности всасывающего трубопровода.
• Необходимость заливки перед пуском (кроме самовсасывающих).
• Повышенный уровень шума по сравнению с погружными моделями.
• Чувствительность к наличию воздуха или паров в перекачиваемой жидкости (кавитация).
• Непригодность для перекачивания сильно загрязненных жидкостей с крупными включениями (для этого существуют шламовые или дренажные насосы).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой максимальной глубины колодец или скважину может обслуживать горизонтальный поверхностный насос?

Теоретический предел – около 9 метров по вертикали от уровня воды в источнике до оси насоса при идеальных условиях. На практике, с учетом потерь на трение в трубопроводе и запаса на кавитацию, рекомендуемая глубина всасывания не превышает 7 метров. Для больших глубин необходимо применять погружные насосы или выносные эжекторные системы.

2. Почему насос теряет производительность или перестает качать воду после периода эксплуатации?

Наиболее вероятные причины: разгерметизация всасывающего трубопровода (подсос воздуха), засорение сетки обратного клапана или фильтра, износ рабочего колеса или уплотнительных колец, повреждение механического уплотнения (подсос воздуха через него), снижение напряжения в электросети. Необходима последовательная диагностика, начиная с проверки герметичности всасывающей линии.

3. В чем принципиальная разница между насосом и насосной станцией?

Насос – это единичный агрегат, преобразующий механическую энергию в гидравлическую. Насосная станция – это комплекс, включающий насос, гидроаккумулятор (мембранный бак), реле давления, манометр и соединительную арматуру, смонтированные на одной раме. Станция автоматически поддерживает давление в системе, включая и выключая насос при достижении заданных порогов, что снижает количество пусков и обеспечивает стабильный напор у потребителя.

4. Можно ли использовать горизонтальный поверхностный насос для перекачки горячей воды или теплоносителя?

Да, но только специальные модели, предназначенные для этого. Обычные водопроводные насосы рассчитаны на температуру до +35°C. Для систем отопления и ГВС применяются циркуляционные насосы с термостойкими уплотнениями (графит-керамика, керамика-керамика) и подшипниками, способные работать при температуре до +110°C…+130°C. Материалы корпуса также должны быть устойчивы к термическим расширениям.

5. Что такое кавитация и как она влияет на работу насоса?

Кавитация – это процесс образования и схлопывания пузырьков пара в жидкости при локальном падении давления ниже давления насыщенных паров. Схлопывание пузырьков происходит в зоне повышенного давления (на выходе лопастей колеса), вызывая микрогидравлические удары. Последствия: эрозионное разрушение лопастей рабочего колеса и корпуса, вибрация, падение напора и КПД, повышенный шум. Для предотвращения необходимо обеспечивать достаточный кавитационный запас сети (NPSHa) – устанавливать насос как можно ближе к источнику, увеличивать диаметр всасывающего трубопровода, минимизировать местные сопротивления на всасывании.

6. Когда целесообразно применять частотное регулирование для горизонтального насоса?

Частотный преобразователь (ЧП) целесообразно применять в системах с переменным расходом: водоснабжение жилых домов, технологические линии, системы охлаждения. ЧП позволяет плавно регулировать производительность насоса, поддерживая постоянное давление, и избегать гидравлических ударов. Основные преимущества: значительная экономия электроэнергии (до 30-50%), снижение износа оборудования за счет уменьшения числа пусков/остановов, точное поддержание технологического параметра. Для систем с постоянным расходом применение ЧП экономически не оправдано.

7. Как правильно подобрать материал проточной части насоса для агрессивных сред?

Выбор материала определяется химическим составом, температурой, концентрацией и абразивностью перекачиваемой жидкости. Для слабоагрессивных сред (дождевая вода, нейтральные растворы) достаточно чугуна. Для морской воды, растворов с хлоридами – требуется нержавеющая сталь марки AISI 304 или 316. Для высокоагрессивных кислот и щелочей применяются специальные сплавы (хастеллой, дуплексная сталь) или насосы с проточной частью из термопластов (полипропилен, PVDF). В каждом конкретном случае необходимо сверяться с коррозионными таблицами и консультироваться с производителем насосного оборудования.