Насосы консольные поверхностные: конструкция, принцип действия, сфера применения и подбор
Консольные поверхностные насосы (типа К) представляют собой центробежные насосы с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, горизонтальным валом и консольным расположением рабочего колеса. Это означает, что рабочее колесо закреплено на конце вала, а опорные подшипники расположены с противоположной стороны от корпуса насоса и гидравлической части. Данная конструктивная схема является классической для широкого спектра задач перекачивания чистых и загрязненных жидкостей в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве.
Конструктивные особенности и основные компоненты
Конструкция консольного насоса обеспечивает простоту обслуживания и ремонта без необходимости демонтажа трубопроводов. Основные узлы и материалы исполнения регламентируются ГОСТ 22247-96 «Насосы консольные для воды. Общие технические условия».
- Корпус (спиральный отвод): Изготавливается из чугуна, сталей (углеродистых, нержавеющих), реже из бронзы или полимеров. Предназначен для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную (давление) и направления жидкости в нагнетательный патрубок.
- Рабочее колесо: Бывает закрытого (наиболее распространенное для чистых жидкостей) или открытого типа (для жидкостей с абразивными включениями). Крепится консольно на конце вала. Материал – чугун, сталь, бронза, полимеры в зависимости от агрессивности перекачиваемой среды.
- Вал: Изготавливается из углеродистой или нержавеющей стали. Вращается в опорных подшипниках, воспринимает радиальные и осевые нагрузки. Герметизация вала в месте выхода из корпуса – критически важный узел.
- Уплотнение вала:
- Сальниковое уплотнение: Традиционное, ремонтопригодное. Требует поджатия и охлаждения/смазки уплотнительной набивки (сальника).
- Торцевое (механическое) уплотнение: Современное, более надежное, с минимальными утечками. Бывает одинарным, двойным, для различных условий.
- Опорный кронштейн (стойка): Литая конструкция, являющаяся основанием для монтажа опорных подшипниковых узлов и соединяющая насосную и электродвигательную части агрегата.
- Подшипниковый узел: Обычно включает два радиальных шариковых или роликовых подшипника и один упорный, воспринимающий осевую нагрузку. Требует регулярной смазки.
- Фундаментная плита: Общая для насоса и электродвигателя, обеспечивает соосность и жесткость конструкции. Насосы монтируются на ней через демпфирующие прокладки.
- Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/с).
- Напор (H): Приращение удельной энергии жидкости на выходе из насоса относительно входа (м вод. ст. или Па). Фактически – высота, на которую насос может поднять жидкость с учетом гидравлических потерь.
- Мощность (N): Потребляемая мощность на валу насоса (кВт). Полезная мощность – мощность, сообщаемая потоку жидкости.
- Частота вращения (n): Обычно синхронная с частотой сети: 2900-3000 об/мин или 1450-1500 об/мин.
- Кавитационный запас (NPSH): Параметр, характеризующий склонность насоса к кавитации. Должен быть меньше кавитационного запаса системы (NPSHa).
- Водоснабжение и водоотведение: Подача воды из скважин, колодцев, открытых источников, циркуляция в системах, перекачка сточных вод (малозагрязненных).
- Промышленность: Технологические линии, системы охлаждения и промывки, подача химических реагентов (в соответствующем исполнении), циркуляция теплоносителей.
- Сельское хозяйство: Орошение, осушение, мелиорация, системы водопоения.
- Пожаротушение: В составе пожарных насосных установок.
- Определение расчетной подачи (Qр) и напора (Hр) с запасом 5-15%.
- Выбор типа насоса (консольный) по параметрам и характеру среды.
- Выбор материала проточной части по химическому составу, температуре, абразивности среды.
- Выбор типа уплотнения вала: сальник – для простых условий, вода; торцевое уплотнение – для агрессивных, токсичных сред, повышенных требований к герметичности.
- Проверка кавитационных качеств: расчет доступного кавитационного запаса системы (NPSHa) и сравнение с требуемым для насоса (NPSHr). Должно выполняться: NPSHa ≥ NPSHr + 0.5 м.
- Определение мощности на валу и подбор электродвигателя с запасом 10-15%.
- Ежесменный контроль вибрации, шума, температуры подшипников (не выше 70°C).
- Периодическая проверка и пополнение смазки в подшипниковых узлах (согласно инструкции).
- Контроль состояния уплотнения вала (регулировка сальника, замена при износе).
- Проверка затяжки фундаментных болтов и соединений трубопроводов.
- Капитальный ремонт с заменой изношенных пар трения (уплотнения колеса, втулки вала) после выработки ресурса.
- g), где Σhпот рассчитывается по формулам гидравлики.
Принцип действия и рабочие характеристики
Принцип работы основан на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса жидкой среде. Жидкость, поступающая через всасывающий патрубок в центр колеса, под действием центробежной силы отбрасывается к периферии и попадает в спиральную камеру корпуса, где ее скорость преобразуется в давление, после чего направляется в нагнетательный трубопровод.
Основные рабочие параметры, определяющие выбор насоса:
Материальное исполнение и маркировка
Согласно ГОСТ, маркировка консольных насосов включает тип, подачу, напор, вариант исполнения и материалы проточной части. Пример: К 8-18-У2. К – консольный; 8 – диаметр входного патрубка в мм, деленный на 25; 18 – коэффициент быстроходности, умноженный на 10; У2 – климатическое исполнение. Ключевое значение имеет индекс износостойкости (И) и коррозионной стойкости (К, М, Н):
| Индекс | Материал рабочего колеса | Материал корпуса | Рекомендуемая среда |
|---|---|---|---|
| И (без индекса) | СЧ 20 | СЧ 20 | Чистая вода (t до 80°C) |
| И1 | СЧ 25 | СЧ 25 | Вода с абразивом до 0.1% |
| И2 | Сталь 25Л | СЧ 25 | Вода с абразивом до 0.2% |
| К | Сталь 12Х18Н10Т | Сталь 12Х18Н10Т | Слабоагрессивные среды |
| М | Бронза БрА9Ж3Л | Бронза БрА9Ж3Л | Морская вода |
| Н | Сталь 06ХН28МДТЛ | Сталь 06ХН28МДТЛ | Высокоагрессивные среды |
Области применения и схемы установки
Консольные насосы универсальны. Основные области применения:
Схема установки должна обеспечивать бескавитационный режим работы. На всасывающем трубопроводе обязательна установка обратного клапана с сеткой (для насосов, работающих с подпором) или задвижки. На нагнетательном – задвижки и обратного клапана. Трубопроводы должны иметь независимые опоры, не передающие нагрузку на корпус насоса. Для заполнения корпуса перед пуском предусматривается заливная воронка или вакуум-насос.
Критерии выбора и расчетные параметры
Подбор насоса осуществляется по сводному графику характеристик (насосных полей) или с использованием специализированного ПО. Последовательность:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж – залог долговечности. Необходимо обеспечить строгую соосность валов насоса и двигателя, проверить биение полумуфт. Перед первым пуском насос должен быть заполнен перекачиваемой средой. Запрещен пуск при закрытой задвижке на нагнетании (кроме кратковременного теста).
Регламент ТО включает:
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами насосов
| Критерий | Консольный насос (тип К) | Моноблочный насос | Насос с магнитной муфтой |
|---|---|---|---|
| Конструкция | Раздельный вал, общая плита | Общий вал насоса и двигателя | Бессальниковый, герметичный |
| Ремонтопригодность | Высокая, замена уплотнений и подшипников без демонтажа двигателя | Низкая, требуется демонтаж всего агрегата | Сложная, требует специального оборудования |
| Стоимость | Средняя | Ниже | Выше |
| Герметичность | Зависит от типа уплотнения вала | Зависит от типа уплотнения вала | Абсолютная (нет торцевого уплотнения) |
| Применение для агрессивных сред | Да, в специсполнении | Ограничено | Идеально |
| Максимальные параметры (напор/подача) | Высокие | Средние | Ограниченные |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается консольный насос от моноблочного?
Основное отличие – в конструкции привода. У консольного насоса (тип К) собственный вал, установленный на опорных подшипниках в кронштейне, и соединение с валом электродвигателя через муфту. У моноблочного насоса рабочее колесо насажено непосредственно на удлиненный вал стандартного электродвигателя. Консольные насосы, как правило, более ремонтопригодны и рассчитаны на большие нагрузки.
Как правильно рассчитать необходимый напор насоса?
Напор (H) рассчитывается как сумма геометрической высоты подъема (разница отметок уровня жидкости в приемном и напорном резервуарах), потерь напора на трение и местные сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, а также требуемого избыточного давления в напорном резервуаре. Формула: H = Hг + Σhпот + Pизб / (ρ
Что такое кавитация и как ее избежать при работе консольного насоса?
Кавитация – это образование и схлопывание пузырьков пара в жидкости при локальном падении давления ниже давления насыщенных паров. Приводит к эрозии рабочего колеса, вибрации, падению параметров. Для избегания необходимо обеспечить условие NPSHa > NPSHr. На практике это достигается: увеличением давления на всасе (уменьшением высоты всасывания, подпором), снижением гидравлических потерь на всасывающем тракте (увеличение диаметра трубы, минимизация колен и арматуры), выбором насоса с меньшим значением NPSHr (например, с меньшей частотой вращения).
Как часто нужно проводить техническое обслуживание подшипниковых узлов?
Периодичность ТО подшипников указывается в паспорте насоса и зависит от типа подшипников, смазки и режима работы. Для насосов с жидкой масляной смазкой в картере необходимо регулярно контролировать уровень и состояние масла, заменяя его по регламенту (обычно 2000-5000 моточасов). Для подшипников с консистентной (пластичной) смазкой пополнение смазки производится через пресс-масленки каждые 1500-3000 часов работы. Пересмазка так же вредна, как и недостаток смазки.
В каких случаях требуется двойное торцевое уплотнение?
Двойное торцевое уплотнение (тандемное или back-to-back) применяется для перекачивания токсичных, горючих, взрывоопасных, сильноагрессивных или ценных жидкостей, где утечки в атмосферу недопустимы. В пространство между уплотнениями подается барьерная жидкость (уплотнительная) под давлением, превышающим давление в камере уплотнения, что исключает протечки перекачиваемой среды наружу. Также используется при работе в режиме «сухого всаса» или с парами жидкости для охлаждения и смазки контактных пар.
Можно ли регулировать производительность консольного насоса?
Да, основными способами регулирования являются: 1) Дросселирование задвижкой на нагнетательном трубопроводе (наиболее простой, но наименее энергоэффективный метод). 2) Изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя (наиболее экономичный способ, позволяющий поддерживать высокий КПД насоса в широком диапазоне подач). 3) Обточка рабочего колеса (постоянное изменение характеристики, выполняется на этапе капремонта для подгонки параметров насоса под постоянные новые условия).
Заключение
Консольные поверхностные насосы остаются одним из наиболее востребованных типов насосного оборудования благодаря своей надежности, ремонтопригодности и адаптируемости к различным условиям эксплуатации. Правильный выбор материала проточной части, типа уплотнения вала и схемы установки, а также соблюдение регламентов технического обслуживания являются ключевыми факторами для обеспечения длительного и экономичного срока службы агрегата. При проектировании новых систем или модернизации существующих необходим тщательный гидравлический расчет и анализ условий работы для оптимального подбора насоса по кавитационным и энергетическим характеристикам.