Насосы полупогружные: конструкция, применение, выбор и эксплуатация

Полупогружные насосы представляют собой специализированный тип центробежных насосов, конструкция которых предназначена для работы с частичным погружением проточной части (рабочего колеса и входного патрубка) в перекачиваемую среду. Электродвигатель, расположенный в верхней части агрегата, находится вне жидкости. Данная схема является компромиссом между погружными и сухопутными (консольными) насосами, сочетая их ключевые преимущества: возможность работы на большой глубине без сложных систем уплотнения вала и относительную простоту обслуживания двигателя.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция полупогружного насоса жестко разделена на две основные части: верхнюю (силовую) и нижнюю (проточную), соединенные удлиненным валом.

1. Верхняя часть (Электродвигатель и опорная конструкция)

• Электродвигатель: Специальный двигатель с вертикальным монтажом (тип IM V1). Имеет класс защиты IP55 или выше, часто с воздушным, реже с водяным охлаждением. Мощность может варьироваться от нескольких киловатт до нескольких мегаватт.
• Опорный фланец или плита: Жестко крепится к монтажной плите технологического резервуара, колодца или понтона. Воспринимает вес всего агрегата и динамические нагрузки.
• Уплотнение вала: В месте прохода вала через опорный фланец устанавливается сальниковое уплотнение или торцевой уплотнитель (single mechanical seal). Его основная задача – предотвратить попадание паров, газов или брызг перекачиваемой среды в верхнее помещение, а не удержание жидкости под высоким давлением, что упроняет его конструкцию и повышает надежность по сравнению с уплотнениями консольных насосов.

2. Нижняя часть (Проточная часть и вал)

• Удлиненный вал: Изготавливается из коррозионно-стойкой стали. Для центрирования и восприятия гидравлических радиальных нагрузок оснащается промежуточными подшипниками скольжения, работающими в перекачиваемой среде. Материал подшипников – износостойкий, часто это графит, карбид кремния или специальные полимеры (например, PEEK).
• Проточная часть: Включает спиральный отвод (корпус) и одно или несколько рабочих колес (одноступенчатые или многоступенчатые исполнения). Изготавливается из материалов, стойких к абразивному износу и коррозии: высокохромистый чугун, нержавеющие стали (AISI 304, 316, Duplex, Super Duplex), бронза, специальные сплавы на основе никеля (Hastelloy).
• Всасывающий патрубок: Располагается в нижней части, всегда находится ниже уровня жидкости. Может иметь сетчатый фильтр для защиты от крупных включений.

Сравнительная таблица: Полупогружные, погружные и консольные насосы

Критерий	Полупогружной насос	Погружной насос	Консольный (центробежный) насос
Расположение двигателя	Над жидкостью, на опорной плите.	Погружен в перекачиваемую среду полностью.	Рядом с насосом на общей раме, вне жидкости.
Система уплотнения вала	Простое сальниковое или одинарное торцевое уплотнение (работает в «легких» условиях).	Отсутствует (двигатель герметичен).	Требуется надежное двойное торцевое уплотнение или сальник, работающее под полным напором насоса.
Максимальная глубина установки	Ограничена длиной вала и критической частотой вращения (обычно до 3-6 м, специальные исполнения до 10-15 м).	Практически не ограничена (определяется мощностью двигателя и давлением).	Ограничена высотой всасывания (кавитационный запас). Обычно не более 5-7 м от уровня жидкости.
Обслуживание двигателя	Легкий доступ без откачки резервуара или подъема всей конструкции.	Требуется полный подъем агрегата из скважины/резервуара.	Полный и легкий доступ.
Применение в скважинах	Нет (требует большого диаметра).	Да, основное применение.	Нет.
Чувствительность к «сухому ходу»	Низкая. При падении уровня проточная часть остается в жидкости, двигатель охлаждается воздухом.	Критична. Работа без жидкости ведет к перегреву и разрушению двигателя.	Критична. Работа без жидкости ведет к разрушению уплотнений и перегреву.
Стоимость владения	Средняя. Низкие затраты на уплотнения, средние – на ремонт.	Высокая стоимость ремонта двигателя, требуется спецтехника для подъема.	Низкая стоимость агрегата, но высокие затраты на обслуживание уплотнений и подшипников в тяжелых условиях.

Основные области применения

• Водоотведение и очистка сточных вод: Откачка воды из приемных камер, дренажных колодцев, циркуляция иловой смеси в аэротенках и метантенках, перекачка осадка.
• Промышленность и энергетика: Обеспечение циркуляции технической воды в системах охлаждения (градирни, бассейны охлаждения), откачка конденсата, дренаж коллекторов и тоннелей, перекачка технологических жидкостей, в том числе агрессивных (химическая промышленность).
• Судостроение и портовое хозяйство: Осушение доков, трюмов, отсеков. Используются в составе плавучих насосных станций.
• Сельское хозяйство: Орошение и осушение земель из открытых водоемов и коллекторов.
• Ликвидация последствий ЧС: Откачка паводковых и грунтовых вод из подвалов, тоннелей, котлованов.

Критерии выбора полупогружного насоса

Выбор конкретной модели осуществляется на основе технического задания и расчета рабочих параметров.

1. Технические параметры

• Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч).
• Напор (H): Энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости (м). Определяет высоту подъема и преодоление гидравлических сопротивлений системы.
• Глубина погружения (L): Расстояние от опорного фланца до всасывающего патрубка. Критический параметр, влияющий на длину вала, выбор опорных подшипников и вибрационные характеристики.
• Характеристики перекачиваемой среды:
  • Температура.
  • Плотность и вязкость.
  • Наличие абразивных частиц (песок, зола, шлак), их размер и концентрация.
  • Коррозионная активность (pH, содержание хлоридов, кислот, щелочей).
  • Содержание волокнистых включений (для сточных вод).

2. Материальное исполнение

Подбор материалов осуществляется исходя из агрессивности и абразивности среды. Примеры выбора:

Среда	Рекомендуемый материал проточной части	Рекомендуемый материал вала/подшипников
Чистая, слабоагрессивная вода	Чугун, бронза, AISI 304	Нержавеющая сталь AISI 420 / Графит
Морская вода, сточные воды с хлоридами	AISI 316, Duplex 2205	Duplex 2205 / Карбид кремния
Высокоабразивные пульпы (зола, шлак, песок)	Высокохромистый белый чугун (27% Cr), Hard Iron	Защищенная втулками сталь / Карбид кремния или PEEK
Сильноагрессивные химические среды	Супердуплекс, Hastelloy C, полипропилен (PP)	Hastelloy C / PEEK

3. Конструктивные исполнения

• Одноступенчатые vs Многоступенчатые: Одноступенчатые для средних напоров (до 60-80 м), многоступенчатые – для высоких напоров (до 200 м и более).
• Тип рабочего колеса: Закрытое (для чистых жидкостей), открытое или вихревое (для загрязненных, волокнистых сред и жидкостей с газом).
• Способ установки: Стационарный (на жесткой плите) или плавучий (на понтоне с автоматическим поддержанием уровня погружения).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж

• Монтажная плита должна быть строго горизонтальна и рассчитана на нагрузку от веса насоса и динамических усилий.
• Необходимо обеспечить свободный доступ к электродвигателю и клеммной коробке для обслуживания.
• При установке важно исключить возможность передачи напряжений от трубопроводов на корпус насоса. Трубопроводы должны иметь независимые опоры и компенсаторы.
• Обязательна проверка соосности и зазоров (при наличии) на месте, даже для агрегатов, собранных на заводе.

Эксплуатация

• Пуск: Насос всегда должен запускаться при полностью погруженной проточной части. Запрещен «сухой ход».
• Контроль вибрации: Регулярный контроль вибрации на подшипниковом узле двигателя – ключевой показатель состояния промежуточных подшипников и балансировки ротора.
• Контроль тока двигателя: Превышение номинального тока указывает на повышенную нагрузку (заклинивание, засор).
• Смазка подшипников двигателя: Выполняется по регламенту производителя.

Техническое обслуживание

• Периодическая проверка и подтяжка сальникового уплотнения (если установлено).
• Контроль износа промежуточных подшипников скольжения. Замена требует подъема насоса, но часто может быть выполнена без демонтажа двигателя.
• Контроль и очистка сетчатого фильтра на всасывающем патрубке.
• Диагностика состояния рабочего колеса и камеры на предмет кавитационного и абразивного износа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем полупогружной насос принципиально отличается от дренажного?

Дренажный насос, даже в вертикальном исполнении, обычно является моноблоком с коротким валом и предназначен для временной или периодической работы. Полупогружной насос – это мощный, стационарный агрегат с длинным валом, рассчитанный на круглосуточную непрерывную работу в составе промышленных систем. Его конструкция, материалы и надежность существенно выше.

Можно ли использовать полупогружной насос для откачки жидкости с большим содержанием песка?

Да, но это требует специального исполнения. Необходимо выбирать насос с усиленным абразивостойким материалом проточной части (например, высокохромистый чугун), с открытым или вихревым рабочим колесом, и с подшипниками из сверхтвердых материалов (карбид кремния). Подача должна быть рассчитана так, чтобы обеспечивалась высокая скорость потока, предотвращающая выпадение песка в осадок в корпусе.

Какой тип уплотнения вала лучше: сальник или торцевое уплотнение?

Сальниковое уплотнение дешевле и ремонтопригодно на месте, но требует периодической подтяжки и допускает минимальную каплеутечку. Торцевое уплотнение (механический сильфонный сальник) – абсолютно сухое, не требует обслуживания в течение всего срока службы, но дороже и его замена требует разборки узла. Выбор зависит от требований к герметичности и среды: для агрессивных или опасных жидкостей предпочтительнее торцевое уплотнение.

Что происходит, если уровень жидкости упадет ниже всасывающего патрубка?

Насос перейдет в режим работы «всухую» для проточной части. Это приведет к кавитации, вибрации, возможному перегреву и износу промежуточных подшипников, работающих без смазки перекачиваемой средой. Однако электродвигатель при этом не пострадает, так как охлаждается воздухом. Для защиты насоса обязательна установка датчиков уровня (поплавковых, электродных или ультразвуковых) с отключением при падении ниже минимальной отметки.

Как рассчитать требуемую длину погружной части (длину вала)?

Длина вала (L) рассчитывается как сумма:
L = H_min + Δh + S, где
H_min – минимальный динамический уровень жидкости относительно монтажной плиты,
Δh – безопасный запас (обычно 0.5-1.0 м) для исключения всасывания воздуха и вихреобразования,
S – конструктивный запас (около 0.3-0.5 м). Важно также учитывать максимальный уровень, чтобы двигатель не был затоплен.

Каков типичный срок службы полупогружного насоса до капитального ремонта?

При правильном подборе под условия работы и корректной эксплуатации межремонтный интервал (MTBR) может составлять от 25 000 до 50 000 часов (3-6 лет непрерывной работы). Наиболее быстро изнашиваемые элементы – промежуточные подшипники скольжения и рабочее колесо в абразивных средах. Срок службы двигателя обычно значительно выше.

Заключение

Полупогружные насосы являются высокоэффективным и надежным решением для широкого спектра задач в энергетике, водоотведении и промышленности, где требуется перекачка больших объемов жидкости с переменного уровня. Их ключевое преимущество – разделение проточной части и двигателя, что минимизирует проблемы с уплотнением вала и упрощает обслуживание силового агрегата. Успешная эксплуатация напрямую зависит от корректного инженерного выбора, учитывающего все параметры среды и технологического процесса, а также от качества монтажа и соблюдения регламентов технического обслуживания. Правильно подобранный и установленный полупогружной насос обеспечивает длительную и бесперебойную работу с минимальными эксплуатационными затратами.