Вихревые консольные самовсасывающие (ВКС) насосы: конструкция, принцип действия и область применения
Вихревой консольный самовсасывающий насос (ВКС) представляет собой центробежный насос консольного типа с вихревым рабочим колесом, оснащенный встроенным эжекторным устройством для обеспечения самовсасывания. Данные агрегаты предназначены для перекачивания чистых, химически неагрессивных жидкостей, схожих по свойствам с водой, включая слабые растворы солей и щелочей, в системах водоснабжения, орошения, осушения и других технологических процессах. Ключевая особенность насосов ВКС — способность самостоятельно удалять воздух из всасывающей линии и создавать разрежение, необходимое для подъема жидкости с глубины без необходимости предварительного заполнения корпуса водой.
Принцип действия и конструктивные особенности
Работа насоса ВКС основана на комбинации двух принципов: вихревого эффекта и эжекции. В отличие от стандартных центробежных насосов, у которых напор создается за счет центробежной силы, в вихревых насосах основную роль играет сила трения между лопатками рабочего колеса и жидкостью. Рабочее колесо ВКС — это плоский диск с короткими прямыми или радиальными лопатками по периферии, расположенное в кольцевой камере корпуса с малым зазором.
Процесс самовсасывания происходит в два этапа:
- Фаза создания вакуума: При первом пуске корпус насоса частично заполнен жидкостью. При вращении рабочего колеса эта жидкость увлекается лопатками и, двигаясь по периферийной камере, приобретает высокую кинетическую энергию. Часть жидкости поступает в эжекторное устройство (сопло), где ускоряется и создает зону разрежения, втягивая воздух из всасывающего патрубка. Воздушно-жидкостная смесь поступает обратно в рабочую камеру, где воздух отделяется и вытесняется в напорный трубопровод.
- Фаза нормальной работы: После полного удаления воздуха из всасывающей магистрали насос переходит в режим работы, аналогичный обычному вихревому насосу. Перекачиваемая жидкость многократно проходит через межлопастные каналы колеса, получая дополнительную энергию, что обеспечивает высокий напор при относительно малом расходе.
- Электродвигатель: Асинхронный, общепромышленного исполнения (например, IM 1081 по ГОСТ), установленный на общей опорной плите с насосной частью.
- Корпус насоса: Чугунный (СЧ20), реже из нержавеющей стали, с фланцевыми присоединительными патрубками по ГОСТ 12815-80.
- Рабочее колесо: Изготавливается из латуни ЛЦ40Сд или углеродистой стали, реже из полимерных материалов для агрессивных сред.
- Уплотнение вала: Сальниковое уплотнение с мягкой набивкой (Асбест графитовый шнур) или торцевое механическое уплотнение (ТМУ) одинарного типа.
- Обратный клапан: Устанавливается на всасывающем патрубке для удержания жидкости в корпусе при остановке насоса, что обеспечивает готовность к повторному самовсасыванию.
- Водоснабжение: Забор воды из открытых источников (реки, пруды, колодцы), повышение давления в системах ХВС.
- Сельское хозяйство: Орошение и полив, осушение земельных участков.
- Промышленность: Обеспечение оборотного водоснабжения, подача воды на мойки, в системы охлаждения.
- Коммунальное хозяйство: Дренажные работы, откачка воды из котлованов, траншей, затопленных помещений.
- Жидкость должна быть чистой, без абразивных и волокнистых включений. Допустимое содержание твердых частиц — не более 0.1% по массе, размером до 0.2 мм.
- Температура перекачиваемой жидкости — от 0°C до +105°C (для стандартного исполнения).
- Плотность — не более 1050 кг/м³.
- Кинематическая вязкость — не более 36 сСт (мм²/с). Перекачивание вязких жидкостей приводит к резкому падению параметров и перегреву двигателя.
- Насосы не предназначены для работы со взрывоопасными, химически агрессивными (за исключением специальных исполнений) и пищевыми средами без соответствующих изменений в материалах проточной части.
- Проверить уровень масла в подшипниковых узлах (для моделей с отдельной опорой).
- Заполнить корпус насоса перекачиваемой жидкостью через заливную пробку до выхода воздуха.
- Проверить направление вращения вала (должно соответствовать стрелке на корпусе).
- Закрыть задвижку на напорном трубопроводе (пуск при закрытой задвижке допустим для вихревых насосов).
- Включить электродвигатель. Время выхода на режим (откачки воздуха) может составлять от 30 секунд до 5 минут в зависимости от длины и диаметра всасывающей линии.
- После появления устойчивого напора открыть напорную задвижку.
- Ежесменную проверку на отсутствие вибрации и постороннего шума.
- Контроль температуры подшипников (не должна превышать +70°C).
- Периодическую подтяжку сальникового уплотнения или замену набивки. Для ТМУ — контроль состояния.
- Контроль величины осевого разбега рабочего колеса (регулировка производится прокладками).
Конструктивно насос ВКС состоит из следующих основных узлов:
Технические характеристики и параметры выбора
Основные параметры насосов ВКС регламентируются техническими условиями (ТУ) производителей и отраслевыми стандартами. При выборе модели необходимо учитывать следующие ключевые показатели:
| Параметр | Типичный диапазон для серии ВКС | Единица измерения | Примечание |
|---|---|---|---|
| Подача (Q) | 1.5 – 100 | м³/ч | Зависит от частоты вращения и диаметра колеса. |
| Напор (H) | 20 – 120 | м | Характерно высокое значение напора при малой подаче. |
| Высота самовсасывания | до 7.5 | м | Фактическая высота зависит от герметичности всасывающей линии. |
| Мощность двигателя (N) | 0.75 – 37 | кВт | Подбирается с запасом 10-15% от мощности на валу насоса. |
| Частота вращения (n) | 1500 (4-полюсной) или 3000 (2-полюсной) | об/мин | Наиболее распространены двигатели с n=2900 об/мин. |
| Кавитационный запас (NPSHr) | Высокий | м | Вихревые насосы менее чувствительны к кавитации. |
| Рабочая температура | 0 до +105 | °C | Ограничивается материалом уплотнений. |
Выбор конкретной модели осуществляется по сводным графикам характеристик (Q-H кривым), предоставляемым производителем. Важно, чтобы рабочая точка (пересечение характеристик насоса и гидравлического сопротивления системы) находилась в зоне максимального КПД агрегата, который для насосов ВКС обычно не превышает 35-45% из-за гидравлических потерь в вихревом процессе.
Области применения и ограничения
Насосы ВКС нашли широкое применение в различных отраслях благодаря своей надежности и самовсасывающей способности.
Ограничения и требования к перекачиваемой среде:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж — залог долговечной работы насоса ВКС. Агрегат устанавливается на жесткое, выверенное по уровню основание вблизи источника. Всасывающий трубопровод должен быть по возможности коротким, иметь диаметр не меньше диаметра всасывающего патрубка насоса и уклон в сторону насоса для предотвращения образования воздушных мешков. Обязательна установка обратного клапана с сетчатым фильтром на конце всасывающей трубы, опущенной в жидкость.
Порядок пуска:
Техническое обслуживание включает:
Сравнение с другими типами самовсасывающих насосов
| Тип насоса | Принцип действия | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| Вихревой консольный самовсасывающий (ВКС) | Вихревой + эжекция | Высокий напор, простота конструкции, хорошая самовсасывающая способность, устойчивость к кавитации. | Низкий КПД, чувствительность к абразиву, невозможность перекачивания вязких жидкостей. |
| Центробежный самовсасывающий с внутренним эжектором | Центробежный + эжекция | Более высокий КПД, чем у вихревых, хорошая подача. | Сложная конструкция, падение параметров при износе эжектора, чувствительность к воздушным пробкам в режиме нормальной работы. |
| Поршневой самовсасывающий | Объемный | Очень высокое давление, не зависит от наличия воздуха в системе, высокий КПД. | Пульсирующая подача, большие габариты и масса, необходимость клапанов. |
| Винтовой (шнековый) самовсасывающий | Объемный | Возможность перекачивания вязких и загрязненных жидкостей, бесшумность. | Высокая стоимость, сложность изготовления, износ статора. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Сколько времени требуется насосу ВКС для выхода на режим самовсасывания?
Время самовсасывания зависит от объема всасывающей магистрали, глубины всасывания и фактической герметичности системы. Для стандартных условий (глубина до 5 м, длина трубы до 10 м) время не должно превышать 3-5 минут. Если насос не выходит на режим дольше, необходимо проверить уровень заливки корпуса, герметичность соединений и состояние обратного клапана.
2. Можно ли использовать насос ВКС для перекачивания дизельного топлива или масел?
Нет, в стандартном исполнении (чугунный корпус, латунное колесо, сальниковое уплотнение) насосы ВКС не предназначены для перекачивания нефтепродуктов, масел и других горючих жидкостей. Для этих целей существуют специальные насосы с двойным торцевым уплотнением, взрывозащищенным двигателем и материалами, совместимыми с углеводородами.
3. Почему насос ВКС после ремонта (замены уплотнения) не создает нужного напора?
Наиболее вероятная причина — увеличенный осевой зазор между рабочим колесом и корпусом. После разборки насоса необходимо отрегулировать зазор, который обычно должен составлять 0.1-0.2 мм, путем подбора толщины прокладок между корпусом и крышкой. Также причиной может быть установка рабочего колеса, вращающегося в обратную сторону, или его значительный износ.
4. Как часто нужно проводить техническое обслуживание сальникового уплотнения?
Периодичность обслуживания сальника зависит от режима работы, давления и чистоты перекачиваемой среды. В среднем, подтяжку сальниковой набивки следует производить каждые 500-1000 часов работы, когда появляется заметная течь через уплотнение. Полную замену набивки рекомендуется проводить не реже одного раза в год или при сильном износе и невозможности регулировки.
5. Допустима ли работа насоса ВКС «на закрытую задвижку»?
Да, в отличие от большинства центробежных насосов, вихревые насосы, включая ВКС, допускают кратковременную работу при закрытой задвижке на напорном патрубке. Это связано с особенностью их характеристики, где мощность на валу максимальна при нулевой подаче. Однако длительная работа в таком режиме (более 3-5 минут) не рекомендуется, так как приводит к значительному нагреву перекачиваемой жидкости в корпусе насоса и может вызвать деформации или кавитацию.
6. Каков средний срок службы насоса ВКС?
При соблюдении условий эксплуатации (чистая среда, работа в номинальной точке, своевременное ТО) межремонтный срок службы насосов ВКС составляет 12 000 – 15 000 часов до капитального ремонта с заменой основных изнашиваемых деталей (рабочее колесо, уплотнения, подшипники). Общий ресурс агрегата может превышать 20 лет.
Заключение
Вихревые консольные самовсасывающие насосы представляют собой надежное и проверенное решение для задач, требующих подъема жидкости с глубины и создания высокого напора при умеренной производительности. Их ключевые преимущества — простота конструкции, устойчивость к кавитации и надежная самовсасывающая способность. Однако низкий КПД и чувствительность к абразивам накладывают существенные ограничения на область применения. Правильный выбор, монтаж и соблюдение регламентов технического обслуживания являются обязательными условиями для долговечной и экономичной эксплуатации насосов типа ВКС в системах водоснабжения и технологических линиях.