Консольные насосы: особенности устройства, правила выбора и обслуживания

Достаточно популярным устройством, используемым для перекачивания чистой воды в холодном или горячем состоянии, является консольный насос, который отличается высоким качеством и надежностью. В составе жидких сред, перекачиваемых насосами данного типа, допускается незначительное содержание нерастворимых твердых включений (не более 0,1%), при этом размер частиц таких включений не должен превышать 0,2 мм. В зависимости от модели и мощности используемого приводного электродвигателя консольные насосы могут иметь КПД, находящийся в интервале 60–80%.

Кроме того, в зависимости от модели насосы данного типа могут иметь сальниковое или торцевое (считающееся более качественным) уплотнение. В первом случае такие устройства в состоянии работать с жидкими средами, температура которых находится в интервале 0–85°, во втором температура перекачиваемой воды может доходить до 105°. Из-за особенностей конструктивного исполнения насосы данного типа нельзя использовать для оснащения взрыво- и пожароопасных производств, а также для перекачивания горючих жидкостей.

Консольные насосы в котельной

Особенности конструкции

Для перекачивания воды чаще всего используют насосы центробежные консольные, относящиеся к типу К. Их рабочее колесо с лопатками крепится на валу, обратный конец которого размещается в подшипниковом узле. Конструктивной особенностью, отличающей насосы типа К, является наличие в них специальной компенсационной камеры, позволяющей избежать протечек, которые могут возникать в тех случаях, когда значение напора жидкости, создаваемого насосом, превышает нормативные показатели.

Защиту от внутренних и внешних протечек через корпус устройства обеспечивают передний и задний уплотнительные элементы, которыми оснащается каждый насос типа К. В конструкции таких консольных насосов также имеется сменная защитная втулка. Ее использование позволяет снизить износ вала, на котором фиксируется рабочее колесо устройства.

Консольный насос типа К

Уравновешивание осевой силы, создаваемой в процессе работы консольных насосов, мощность которых не превышает 10 кВт, обеспечивается за счет подшипников. В устройствах более высокой мощности такая задача решается при помощи специальных разгрузочных отверстий, выполненных в диске рабочего колеса.

Насосное оборудование типов К и КМ

Основными элементами конструкции центробежных консольных насосов, относящихся к типу К, являются:

1. корпус;
2. подшипниковые узлы;
3. вал с закрепленным на нем рабочим колесом;
4. сальниковые элементы;
5. сменная защитная втулка;
6. опорный кронштейн.

Чертеж консольного насоса

Одной из разновидностей насосных устройств данного типа являются моноблочные консольные насосы, в обозначении которых присутствуют буквы КМ. Насосы данной серии отличаются высокой мощностью, поэтому их используют преимущественно на производственных предприятиях и для оснащения крупных инженерных сетей. Мощные и производительные насосы серии КМ отличаются такими недостатками, как:

• большие габариты и значительный вес;
• невысокая надежность уплотнительных узлов (это приводит к тому, что производить осмотр и техническое обслуживание насосных устройств данного типа требуется достаточно часто);
• более длительный, сложный и дорогостоящий ремонт, по сравнению с насосами, относящимися к типу К;
• сложность и неудобство замены электродвигателя, если в этом возникает необходимость.

Консольный насос типа КМ

Принцип действия

Принцип, по которому работает насос центробежный консольного типа, достаточно прост.

• При включении электропитания приводного двигателя начинает вращаться рабочее колесо, оснащенное лопастями.
• При прохождении области внутренней камеры, где располагается входной патрубок насоса, в ней создается разрежение воздуха, что способствует всасыванию через патрубок жидкой среды.
• Поступившая в консольный насос жидкость начинает перемещаться вместе с лопатками рабочего колеса, что в итоге приводит к увеличению давления перекачиваемой среды в области нагнетательного патрубка и ее выталкиванию через него в трубопроводную систему.

При вращении рабочего колеса консольного насоса, оснащенного лопатками, создается центробежная сила, благодаря которой увеличивается скорость потока перекачиваемой таким устройством жидкости.

Принцип работы консольного насоса

Между тем следует иметь в виду: если консольный насос, предназначенный для оснащения системы водоснабжения, подобран неправильно, то слишком высокая скорость вращения его рабочего колеса с лопатками может привести к тому, что во входном патрубке будет создаваться недостаточное разрежение воздуха, что снизит эффективность работы оборудования. При использовании центробежного консольного насоса, рабочее колесо которого вращается со слишком высокой скоростью, в рабочей камере происходит переход перекачиваемой жидкой среды в пар, который затем конденсируется. Это приводит к возникновению такого явления, как кавитация. Именно поэтому следует хорошо разобраться в том, как выбирать консольный насос для оснащения систем водоснабжения, обладающих определенными техническими характеристиками.

Вид консольного химического насоса в разрезе

Как правильно выбрать насос консольного типа

Чтобы консольный насос, используемый для перекачивания жидкой среды, был эффективным, его необходимо правильно выбрать, исходя из характеристик трубопроводной системы, для оснащения которой планируется использовать такое устройство. С этой целью обращаются к специальным каталогам, в которых приводится перечень выпускаемых современной промышленностью насосов, дается описание их конструкции и предоставляются технические характеристики перечисляемого оборудования. Кроме того, в таких каталогах имеются чертежи насосного оборудования, на которых указаны все монтажные размеры данных устройств.

Выбор модели электронасоса по каталогу осуществляют на стадии предварительного проектирования водопроводной системы. Чтобы более точно подобрать модель центробежного консольного насоса для оснащения конкретного трубопровода, следует обратиться к производителям, у которых можно узнать технические характеристики определенного устройства.

Пример маркировки консольного насоса

Рассмотрим особенности выбора консольного насоса, относящегося к типу К. Сначала выбирают размеры насоса, для чего ориентируются на максимальную подачу жидкости, которую такое устройство должно обеспечивать. Перед тем как выбрать насос с требуемыми характеристиками, строят график зависимости напора (Q) и его подачи (H). Предварительно делают выбор определенной модели насоса по его размерам, а затем по графику осуществляют более точный подбор устройства. Ориентируясь на требуемые технические характеристики насоса и построенный график, подбирают модель с определенным диаметром рабочего колеса. При этом следует иметь в виду, что кривая напора и подачи выбираемого насоса должна проходить через заданную точку построенного графика или находиться выше нее.

Главным требованием при выборе насоса консольного типа является соответствие кавитационных характеристик такого устройства параметрам создаваемой трубопроводной системы.

Чтобы проверить, что выбираемый насос соответствует трубопроводной системе по вышеуказанному параметру, необходимо рассчитать кавитационный запас такой системы, для чего используется формула:

Δ h = ((P_а – P_t) / γ) – [± H_o] – Σ h b w, где:

P_a – это абсолютное давление, сформированное на поверхности жидкости в резервуаре, откуда осуществляется ее откачивание;

P_t – давление насыщенных паров, создаваемое при перекачивании жидкой среды при рабочей температуре;

γ – удельный вес перекачиваемой жидкой среды, измеряемый в Н/м³;

H_о – высота всасывания, которая также называется геометрическим подпором насоса (определяется данный параметр как расстояние между осью вала насоса и верхним уровнем жидкости, находящейся в откачиваемом резервуаре; он может иметь положительное значение, если насос располагается выше уровня откачиваемой жидкой среды, и отрицательное, если ниже);

Σ h b w — суммарные потери напора перекачиваемой жидкости, происходящие во всасывающем трубопроводе при работе насоса на максимальной подаче.

Важнейшим параметром выбираемого консольного насоса является мощность электродвигателя.

Определяется данный параметр расчетным путем, для чего используется формула:

N_э = R N γ/1000, где:

R – это коэффициент запаса;

N – мощность насоса, измеряемая в кВт, которой он обладает при номинальном режиме работы;

γ – удельный вес жидкости, для перекачивания которой используется насос.

Рассчитав вышеуказанные параметры, построив график зависимости напора насосного устройства и значения его подачи, можно выбрать модель консольного насоса, технические характеристики которого будут оптимально соответствовать уровню тех задач, которые предстоит решить с его помощью.

Технические характеристики насосов К (нажмите для увеличения)

Правильная установка

Насосы консольные, чтобы они эффективно справлялись с поставленными перед ними задачами, нуждаются в правильной установке. При этом следует придерживаться следующих рекомендаций.

1. Для установки насоса следует использовать ровное и качественное бетонное основание, способное обеспечить надежное крепление такого устройства. Бетонная фундаментная подушка, масса которой должна превышать массу самого насоса как минимум в полтора раза, необходима для того, чтобы поглощать вибрации, ударные нагрузки и линейные деформации, возникающие при работе оборудования. Ширина и длина фундаментной подушки под насос рассчитываются таким образом, чтобы они выступали за периметр несущей рамы оборудования как минимум на один метр. После подготовки бетонного основания насос устанавливается в его центральной части и надежно фиксируется.
2. При подсоединении к насосной установке элементов трубопровода следует учитывать, чтобы на корпус оборудования не передавались значительные механические нагрузки.
3. Диаметры напорной и всасывающей труб должны быть подобраны с учетом давления, которое будет создавать насосная установка.
4. При монтаже труб (в особенности всасывающей магистрали) следует обращать внимание на то, чтобы в них не было скопления воздуха.
5. По обеим сторонам консольного насоса при выполнении его монтажа обязательно устанавливаются отсечные клапаны или краны, которые необходимы для того, чтобы не допустить вытекания жидкости из системы при осуществлении технического обслуживания или ремонта насосной установки.
6. Как всасывающий, так и напорный трубопровод, подходящие к насосу, должны иметь надежные крепления, причем располагать их следует как можно ближе к корпусу установки.
7. Соединение всасывающей и напорной магистралей трубопровода с насосом осуществляется при помощи контрфланцев, которые крепятся к фланцам устройства таким образом, чтобы снять с него все возникающие в системе напряжения.
8. Чтобы насосная установка консольного типа работала эффективно и без сбоев, необходимо свести к минимуму вибрации и шумы, возникающие при ее функционировании, что достигается различными способами. Особенно актуальным такое требование является в том случае, если мощность приводного двигателя консольного насоса превышает 11 кВт. Между тем следует иметь в виду, что приводные электродвигатели меньшей мощности также могут создавать при своей работе нежелательные вибрационные нагрузки и шум.

При монтаже консольных насосов учитываются габаритные размеры и расположение патрубков

Вибрации и шумы при функционировании центробежного насоса консольного типа могут вызываться вращающимся ротором и работающим двигателем, а также перемещающимся по внутренним магистралям потоком жидкой среды. Чтобы снизить уровень таких вибраций, которые негативно отражаются не только на техническом состоянии самого оборудования, но и на состоянии здания, в котором оно установлено, традиционно используются вибровставки и виброопоры.

Наиболее эффективными средствами гашения вибраций являются вибровставки и виброопоры

Основное назначение виброопор, обязательно используемых при монтаже насосного оборудования, заключается в том, чтобы предотвратить передачу вибрационных нагрузок, возникающих при его работе, на строительные конструкции здания. При выборе материала изготовления и конструктивного исполнения таких опор учитывают силу вибрации, создаваемой насосной установкой, а также частоту вращения вала электродвигателя, которым такая установка оснащена.

Вибровставки для электронасоса используют для того, чтобы предотвратить возникновение вибраций в трубопроводной системе, которую обслуживает насосное оборудование. Такие элементы, как вибровставки, компенсируют нагрузки сжатия и расширения, возникающие в трубопроводах под воздействием изменения температуры транспортируемой по ним жидкости, а также снижают механические напряжения, создающиеся в таких системах под воздействием скачков давления перемещающейся по ним жидкости.

Правила технического обслуживания и ремонта

Центробежные насосы консольного типа, как и любое другое насосное оборудование, могут подвергаться ремонтным работам двух типов: текущим и капитальным. Существуют расчетные показатели периодичности таких ремонтов, при выполнении которых исходят из того, что центробежный консольный насосный агрегат используется для перекачивания жидкости, в составе которой количество нерастворенных твердых включений не превышает значения 3 кг/м³. В реальности период между двумя ближайшими ремонтами насосного оборудования может сильно отличаться от расчетных значений.

Специалистами разработана структурная схема ремонтного цикла крупногабаритного насосного оборудования консольного типа, которая имеет следующий вид:

Н-Т-Т-Т-Т-Т-К

Н – начало эксплуатации насосного оборудования,

Т – текущий ремонт,

К – капитальный ремонт.

Перечень работ, выполняемых при техническом обслуживании консольных насосов

Текущий ремонт в данном случае подразумевает осмотр проточной части оборудования, замер зазоров между валом, вкладышами подшипников двигателя и самого насоса, замену изношенных деталей и регулировку насосной установки. Текущий ремонт, как правило, выполняется в профилактических целях.

При выполнении капитального ремонта, который является плановым мероприятием, насос подвергают полной разборке, в нем заменяют или восстанавливают все изношенные детали, затем регулируют оборудование и испытывают по программе, предусмотренной ремонтной и эксплуатационной документацией.