Центробежные самовсасывающие насосы

Одним из важных параметров для насоса является высота всасывания. После остановки насоса жидкость имеет тенденцию вытекать из всасывающего трубопровода. В этом случае после возобновлении работы при таких условиях он должен будет перекачивать также воздушную пробку, которая образуется во всасывающем трубопроводе. Для таких целей используют самовсасывающие насосы, способные пропускать через себя порции воздуха и продолжать работать дальше.

Существует множество разновидностей самовсасывающих насосов, отличающихся как количеством рабочих колес, так и их типом и материалом. Самовсасывающие  насосы могут быть использованы как для перекачки чистой воды, так и нефти, сточных вод и других жидкостей.

Самовсасывающие насосы используют в случаях, требующих выполнения одного или несколько из следующих условий:

• самовсасываемость
• перекачка сред с твердыми включениями
• перекачка сред с высокой абразивностью
• перекачка вязких жидкостей

Самовсасывающие насосы в основном относятся к одному их следующих типов:

• объемные,
• вихревые,
• жидкостно-кольцевые,
• центробежные,
• эжекторные (с внутренним или внешним эжектором).

Возможность самовсасывания позволяет располагать насос над уровнем перекачиваемой жидкости (поверхностный насос) без необходимости размещения рабочего органа (полупогружной насос) или всего насосного агрегата вместе с двигателем в объеме рабочей среды (погружной насос).

Вихревые насосы с самовсасывающей способностью обычно применяют для перекачивания чистых сред, не содержащих твердых включений, и обладающих невысокой вязкостью. Простота конструкции и эксплуатации при этом компенсирует сравнительно малую производительность и коэффициент полезного действия.

Жидкостно-кольцевые самовсасывающие насосы успешно применяются для перекачки пенящихся жидкостей. Их также используют для перекачки воды, мазута и дизельного топлива. Работа таких насосов неизбежно влечет за собой потерю части рабочей жидкости, выносимой из насоса вместе с перекачиваемой средой.  

В качестве самовсасывающих насосов применяют также вихревые и водокольцевые насосы с боковым каналом. Такие насосы занимают промежуточную нишу между объемными и центробежными насосами и предназначены для перекачки газо-жидкостных смесей, не содержащих абразивные частицы. Самовсасывающие насосы с боковым каналом обладают следующими характеристиками:

• способность к самовсасыванию,
• возможность транспортировать газ, не нарушая поток жидкости,
• отсутствие повреждений в случае сухого хода,
• низкий показатель NPSH.

Поршневые самовсасывающие насосы имеют значительное ограничение по высоте всасывания, требуют постоянной очистки клапанов на всасе и нагнетании и смены поршневых колец при перекачке загрязненной среды. Применяются в основном на судах.

В сфере индивидуального водоснабжения часто встречаются центробежные самовсасывающие насосы. В отношении центробежных насосов понятие «самовсасывающий» подразумевает, что он способен перекачивать смесь газа и жидкости (включая газовые пузыри) и создавать разрежение во всасывающем трубопроводе для поднятия жидкости с последующим заполнением внутреннего объема. Ниже приведены некоторые их особенности.

Конструктивные особенности самовсасывающих центробежных насосов

• Простота конструкции и только одна движущаяся часть – рабочее колесо;
• Теоретическая возможность обточки рабочего колеса;
• Легкий доступ к рабочему колесу для осмотра;
• Возможность работы со средами с достаточно крупными твердыми включениями;
• Возможность располагать самовсасывающий насос вне объема перекачиваемой среды позволяет не усложнять его конструкцию, а также значительно упрощает процедуры технического осмотра и ремонта. Возможность постоянного мониторинга насоса значительно уменьшает вероятность серьезной поломки.
• Достаточно долгий срок службы. Ожидаемый срок службы самовсасывающего насоса, проходящего регулярное техническое обслуживание, составляет не меньше 20 лет.
• Самовсасывающие насосы могут поставляться со свободным валом, комплектоваться электродвигателем, дизельным двигателем, бензиновым двигателем, гидравлической турбиной, а также поставляться во взрывозащищенном исполнении.

Области применения самовсасывающих насосов

Самовсасывающие насосы используются повсеместно в самых разных областях, начиная с химической промышленности и заканчивая частным водоснабжением домов. Их применяют для перекачки жидкости из сточных колодцев, цистерн и подземных резервуаров.

Самовсасывающие насосы применяют в теплохладотехнике, водопроводах и канализации и т.д. Также при определенных условиях самовсасывающий насос можно применять для откачки воздуха из всасывающей линии. Максимальная всасывающая способность насоса определяет допустимые размеры и конфигурацию всасывающего трубопровода.

Промышленность:

Самовсасывающие промышленные насосы в отличие от бытовых имеют, как правило, большую производительность и повышенную надежность. Они применяются на различного рода производствах и нефтехранилищах, для устранения разлития химикатов на химических предприятиях, а также в горнодобывающей, металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности, нефте- и газопереработке, водоснабжении и водоотведении.

Перекачивание различных сред:

• чистые или не сильно загрязненные, нейтральные, кислые или щелочные жидкости;
• жидкости, содержащие песок, ржавчину, ил или твердые частицы во взвешенном состоянии;
• чистые или загрязненные нефтяные продукты с низкой вязкостью, такие как бензин, мазут, дизельное топливо без примесей, парафин и пр.
• растворители;
• известковое молочко;
• аэрозоли и пена;
• раствор едкого натра и т.д.

Промышленные самовсасывающие насосы используют для промывки и охлаждения (инструмента станков, шлифовальных кругов); циркуляции жидкости для резки и закалки; улавливании дыма; отмывки топливных баков и пр.

Строительство:

Откачка паводковых вод; перекачка сточных вод; пожаротушение; улавливание опасных жидкостей; экскавационные работы по откачке воды из ям, каналов или водоемов; осушка и понижение уровня грунтовых вод (для эффективной закладки фундамента во время строительных работ); Производительность воды из скважин или каналов; мойка бетонных поверхностей. Самовсасывающие насосы применяются также в производстве строительных материалов и для ремонта и технического обслуживания инженерных коммуникаций и сетей.

Работы в море:

Загрузка и разгрузка жидких сред; насосно-осушительные работы; перекачка соленой или морской воды; пожаротушение; Производительность воды для нужд санитарных служб и т.д.

Удаление отходов:

Перекачка загрязненных, горячих или коррозионных сточных вод; перекачка вод, содержащих песок, ил или твердые вещества во взвешенном состоянии; дозирование компенсационных жидкостей; откачка осадка.

Сельское хозяйство:

Поверхностный полив и оросительные работы; перекачка и распыление жидкого навоза или удобрений; распределение жидкого корма для животных; перекачка жмыха, молодых вин, фруктовых соков и т.п.

Конструкция самовсасывающих насосов

Стандартная схема самовсасывающего насоса:

При стандартном расположении оборудования насос (рабочий орган насоса) вместе с двигателем располагается вне объема перекачиваемой жидкости над ее поверхностью. Непосредственно в жидкость опускается только всасывающий трубопровод, заканчивающийся обратным клапаном, который необходим для предотвращения вытекания жидкости обратно в резервуар (естественный или искусственный). Напорный трубопровод в свою очередь подает жидкость от насоса к потребителю и так же может быть оснащен обратным клапаном.

Корпус самовсасывающего насоса может быть изготовлен из чугуна, бронзы, нержавеющей стали и иных сплавов. Бытовые самовсасывающие насосы для воды изготавливают также из нержавеющей стали, медных сплавов и композитных полимеров.

Принцип работы

Самовсасывающий насос позволяет обходиться без дополнительного внешнего всасывающего устройства. Поскольку он располагается над уровнем откачиваемой жидкости, то перед выходом на рабочий режим насосу необходимо поднять перекачиваемую среду на определенную высоту, которая не может превышать максимальную высота всасывания. Обычно для пуска самовсасывающего насоса не требуется предварительное заполнение всасывающего трубопровода, однако может потребоваться предварительное заполнение его рабочей камеры. Наличие обратного клапана на всасывающем трубопроводе освобождает от необходимости повторной предпусковой заливки насоса. “Сухой” пуск насоса не желателен, так как может повлечь за собой выход из строя отдельных деталей или всего насоса.

Удаление воздуха из системы

Самовсасывающий насос не требует установки ряда сложных клапанов для отвода воздуха. Когда газо-жидкостная смесь попадает в рабочий объем насоса, начинается процесс разделения фаз, при котором воздух направляется вверх и выводится через выходной патрубок, а вода продолжает циркулировать в насосе. Это продолжается до тех пор, пока весь воздух не будет удален, после чего самовсасывающий насос продолжает работать как обычный насос. В качестве дополнения могут использоваться воздухоразделительная камера, служащая для вывода газовых включений из системы, и заливочная камера, в которой размещается запас жидкости, подаваемый в насос для запуска процесса самовсасывания.

Более подробно процесс пуска самовсасывающего насоса с входной и разделительной камерой выглядит следующим образом. Конструкция насоса позволяет заполнять рабочую область насоса таким образом, чтобы рабочее колесо полностью заливалось перекачиваемой средой. Жидкость после заливки самостоятельно не способна покинуть отведенный ей объем, а давление воздуха до и после насоса одинаково.

При пуске насоса под действием центробежных сил рабочего колеса объем предварительно залитой жидкости подается в разделительную камеру. Это приводит к возникновению разрежения во всасывающем трубопроводе, вследствие чего начинается подсос воздуха. Подсасываемый воздух смешивается с предварительно залитой жидкостью, из-за чего колесо начинает перекачивать газо-воздушную смесь. Когда смесь поступает в разделительную камеру, то начинается процесс разделения, в ходе которого воздух уходит в нагнетательный трубопровод, а жидкость стекает назад на рабочее колесо. Тем самым происходит процесс перемещения газа из всасывающего трубопровода без фактического перемещения предварительно залитой жидкости.

С уменьшением доли воздуха во всасывающем трубопроводе перекачиваемая жидкость начинает двигаться в сторону насоса, пока не достигает рабочего колеса. К этому моменту из всасывающего трубопровода удаляется весь воздух, и насос начинает работать как обычный центробежный. По такому же принципу перекачиваются и отдельные воздушные включения, которые могут возникнуть в ходе работы насоса уже после выхода на стандартный режим работы.

Отличительные особенности самовсасывающих насосов

Способностью к самовсасыванию могут обладать насосы разных типов, каждый из которых обладает своими специфическими особенностями. Ниже приведен перечень преимуществ и недостатков центробежных самовсасывающих насосов как наиболее распространенных.

Преимущества:

• возможность перекачивать загрязненные среды и среды с газовыми включениями,
• высокий коэффициент полезного действия,
• самозаполнение всасывающего трубопровода при запуске насоса,
• плавный переход процессов при изменении режимов работы,
• простота технического обслуживания и эксплуатации.

Недостатки:

• Ограничение по высоте всасывания,
• Необходимость предварительной заливки насоса и контроля во избежание пуска и работы “в сухую”.

Всасывающая линия самовсасывающих насосов

Обычно максимальный напор на всасе составляет 7-8м (h_s). Не лишним будет отметить, что в эту величину входит не только непосредственная высота поднятия жидкости от поверхности перекачиваемой среды до насоса, но и значение гидравлического сопротивления, создаваемого всасывающим трубопроводом (потери на трение + потери в местных сопротивлениях).

Всасывающая линия должна иметь номинальный диаметр трубопровода не меньше, чем номинальный диаметр входного патрубка насоса. По возможности общую длину всасывающей линии стараются сделать как можно короче, чтобы снизить суммарное сопротивление, рост которого негативно сказывается на всасывающей способности насоса.

Также критическое значение может иметь герметизация всасывающей линии – протечки могут привести к нарушению работы самовсасывающего насоса вследствие попадания во всасывающий трубопровод воздуха, что, в свою очередь, повлечет за собой поломку насоса.

Важна и конфигурация всасывающей линии. Она должна быть постоянно восходящей по направлению к насосу и не иметь участков, в которых могут образовываться воздушные пробки. Такие пробки не только ухудшают условия всасывания, но помимо этого их тяжело удалить из трубопровода.

Часто на всасывающий трубопровод устанавливают дополнительное оборудование, такое как обратный клапан и фильтр, размещаемое на входе в трубопровод. Обратный клапан не позволяет перекачиваемой среде вытекать из всасывающего трубопровода назад, благодаря чему не требуется заливка насоса при повторном его запуске и подъем жидкости из заборного резервуара к насосу. Вместо обратного клапана может быть использован простой невозвратный клапан. Фильтр применяется в случаях, когда перекачиваемая среда сильно загрязнена различными примесями, такими как куски грязи, листьями, бумагой, древесной щепой или каменной крошкой.

Обычный насос не способен заменить собой самовсасывающий. Тем не менее, в случае отсутствия какой-либо альтернативы, простой насос все же может быть применен в качестве замены. Однако это повлечет за собой необходимость предварительно заполнить жидкостью как сам насос, так всю всасывающую линию, что часто сопряжено с рядом трудностей. Помимо этого попадание воздуха во всасывающий трубопровод легко может повлечь за собой поломку не самовсасывающего насоса, а также потребует полностью повторить процедуру заполнения всасывающей линии перед возобновлением работы. На практике подобные чрезвычайные меры приводят лишь к необоснованным тратам и порче оборудования, поэтому для задач подъема воды с глубины рекомендуется использовать только специально предназначенные для этого самовсасывающие насосы, характеристики которых подобраны согласно расчетам условий всасывания.

Важные моменты, которые необходимо знать при работе с самовсасывающими насосами:

• Перед пуском самовсасывающего насоса необходимо выполнить процедуру предварительной заливки, чтобы избежать “сухого” запуска, последствием которого может стать выход насоса из строя.
• Возникающее в нагнетательном трубопроводе противодавление, вызванное скоплением пузырей воздуха в нем, препятствует проходу воздуха по всасывающему трубопроводу. Для предотвращения таких ситуаций на нагнетательном трубопроводе необходимо разместить воздухоотделительный клапан между насосом и обратным клапаном. С помощью воздухоотделительного клапана будет происходить отвод газовых включений из системы.
• Предпочтительным для самовсасывающих насосов является торцевое уплотнение. В случае сальникового уплотнения в него может попадать воздух, что будет приводить к усложнению заливки и ухудшению эксплуатационных качеств.
• При подборе самовсасывающего насоса всегда необходимо принимать во внимание величину подъема жидкости, для чего обращаются к графику NPSH насоса.
• Крайне важно контролировать возможность появления утечек, так как они способны уменьшать самовсасывающие свойства насоса вплоть до полной их потери.
• При расчетах необходимо стремиться к минимально возможной высоте всасывания и длине всасывающего трубопровода и как следствие более короткому времени процесса заливки. Слишком долгое время заливки может привести к испарению жидкости в заливном отсеке до того, как процесс заливки будет завершен.
• Когда насос используют на загрязненных участках, рекомендуется установка сетчатого фильтра, который предотвратит скопление твердых примесей в заливном отсеке.
• Чтобы избежать противодавления в напорном трубопроводе, которое может препятствовать заливке самовсасывающего насоса, необходимо особое внимание уделить установке заливной перепускной линии.

Назначение:

для перекачивания чистых, мутных и с долей твердых частиц жидкостей

Конструкция

• одноступенчатые
• в исполнении с опорой подшипника и блочном исполнении
• многоступенчатые

Преимущества

• беспроблемная перекачка загрязненных и с твердыми включениями жидкостей
• широкий диапазон использования вследствие большой разновидности используемых материалов
• перекачка не чувствительна при сильном проникновении газа или воздуха

Конструктивные особенности

• удобное для обслуживания исполнение "back-pull-out"
• сменные изнашивающиеся стенки
• мощные подшипники вследствие оправдавшихся опор из модульной системы
• торцовое уплотнение в масляной камере, вследствие этого защита от эксплуатации всухую пространство встраивания для всех нормированных торцовых уплотнений

Принцип работы

Засасываемый воздух смешивается с имеющейся в рабочем колесе жидкостью. Вследствие центробежной силы смесь жидкости с воздухом направляется из спирального корпуса в верхнюю половину корпуса насоса. Из-за геометрии корпуса насоса скорость потока сильно снижается, и воздух отделяется от жидкости. Воздух уходит в напорный трубопровод. Освобожденная от газа жидкость вновь течет назад в спиральный корпус. Как только весь воздух эвакуирован, насос начинает работать как обычный центробежный насос.

Для возможности самовсасывания используются следующие рабочие принципы:

Вариант-1

• Заинтегрированный вакуумный насос высокой мощности всасывания и удобная для ремонта конструкция, имеется в модульной системе
• Насосы с боковым каналом одноступенчатое и многоступенчатое исполнение насосов с боковым каналом с высокой мощностью всасывания и способностью перекачивать вместе со средой также воздух и газ

Вариант-2

воздушная спиральная система с хорошей мощностью всасывания и подходящая для загрязненных сред

• Автономная ступень всасывания
• высокая мощность всасывания
• гибкая в использовании
• может быть подобрана для любого типа установки и размера
• экономичная, экономящая энергию стойкость

Технические характеристики:

DN: 32-80
PN:10
Производительность: до 100м³/ч
Напор: до 80м

Центробежный самовсасывающий насос для тяжелых условий всасывания

Технические характеристики:

DN: 50-200
PN:16/25
Производительность: до 500м³/ч
Напор: до 180м

Промышленные самовсасывающие насосы используются в нефтехранилищах, морском и речном флоте, в строительстве и во многих других промышленных отраслях. Они обладают высоким КПД, повышенной надежностью, работают с любыми неагрессивными жидкостями, имеют возможность работать без донного клапана и весьма неприхотливы в обслуживании.

Самовсасывающие электрические поверхностные насосы понижают уровень грунтовых вод при рытье котлованов под фундаменты и для установки необходимого оборудования ниже нулевой отметки. Эти насосы просто незаменимы при обслуживании, ремонте и замене подземных инженерных коммуникаций и коллекторных сетей.

Самовсасывающие насосы для нефтепродуктов применяются для перекачивания бензина, дизельного топлива и мазута. Такие насосы производятся во взрывозащищенном исполнении.

​Самовсасывающие фекальные насосы применяются при откачивании промышленных стоков и в зависимости от будущего использования могут оснащаться специальным размельчающим режущим механизмом.

Бытовые самовсасывающие насосы широко используются в системах водоотведения и водоснабжения многоэтажных и одноэтажных жилых домов, а также на дачных участках, где с их помощью обеспечивается экономичная и весьма рациональная система садово-огородного полива не только в открытом грунте, но и в тепличных хозяйствах.

Бытовые самовсасывающие насосы используются также на автомойках для нагнетания давления в системах, требующих бесперебойной подачи воды.

Основными достоинствами таких насосов являются возможность при запуске самозаливки всасывающего шланга, стабильность и высокая эффективность при минимуме затрат на обслуживание:

В быту обычно используются центробежные самовсасывающие насосы, при выборе которых необходимо учитывать их конкретное использование. В случае использования насосной установки не только для перекачки воды из скважины, глубина которой не должна превышать 10 м, но и, скажем, для осушения подвала, то имеет смысл приобрести вихревую модель, которая особенно эффективно перекачивает воду с высоким содержанием примесей и воздуха.

Вариант-1, центробежный самовсасывающий насос для 7% раствора серной кислоты

Технические характеристики:

Материальное исполнение:

Электродвигатель:

Габаритные размеры:

Графики рабочих характеристик:

Вариант-2, центробежный самовсасывающий насос для 1% раствора серной кислоты

Технические характеристики:

Материальное исполнение:

Электродвигатель:

Габаритные размеры:

Графики рабочих характеристик:

Технические данные

Характеристика среды

Материальное исполнение

Привод

Объем поставки

Насос поставляется с двигателем, муфтой и рамой основания.

Технические характеристики

Штуцеры

Материальное исполнение

Электродвигатель

Вариант 1. Горизонтальный центробежный одноступенчатый насос с эжектором, для всасывания

Технические характеристики

Среда

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

• Насос в соответствии с DIN 24255
• Электродвигатель
• Эластичная муфта
• Общая рама-основание для насоса и двигателя
• Анкерные болты
• Одинарное торцевое уплотнение
• Воздушный эжектор для всасывания (описание приложено в конце предложения)

Вариант 2. Горизонтальный центробежный одноступенчатый насос с эжектором, для всасывания

Технические характеристики

Среда

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

• Насос в соответствии с DIN 24255
• Электродвигатель
• Эластичная муфта
• Общая рама-основание для насоса и двигателя
• Анкерные болты
• Одинарное торцевое уплотнение
• Воздушный эжектор для всасывания (описание приложено в конце предложения)

Вариант 3. Вертикальный полупогружной центробежный насос

Технические характеристики

Среда

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

• Насос
• Электродвигатель
• Муфта
• Рама-основание
• Анкерные болты
• Сетчатый фильтр (на всасывающей линии насоса)
• Напорный трубопровод с нагнетательным фланцем на опорной плите
• Смазочный насос для смазки кольцевого уплотнения и втулок

Описание автоматического аспиратора (эжектора)

Применение

Автоматический аспиратор разработан для центробежных насосов, где допустим сухой ход на короткие промежутки времени.

Функция

Когда включают центробежный насос, приводится в действие только автоматический аспиратор. После того, как завершится последовательность реле с выдержкой времени внутри системы управления насосом, центробежный насос также приводится в действие. Как только в центробежном насосе установилось требуемое давление на нагнетании, аспиратор выключается посредством реле давления. Если давление на нагнетании снова спадет во время работы из-за газонакопления, автоматический аспиратор снова начинает работу для реэвакуации.

Если допустим более долгий период для сухого хода, тогда нет необходимости в последовательности реле с выдержкой времени, расположенном в системе управления насосом.

Конструкция

Автоматический аспиратор, регулируемый давлением, с пневматическим эжектором, выполняющим функцию вакуумного генератора. Установка в значительной степени устойчива к агрессивным средам благодаря системе полиэтиленовых форсунок (например к морской воде). Составляющие:

• Пневматический эжектор со встроенным отсечным клапаном
• Пневматический электромагнитный клапан
• Реле давления
• Распределительная коробка

Рекомендуемое установление соединения с задержкой включения центробежных насосов. Может поставляться с механизмом управления.

Установка

Автоматический аспиратор необходимо установить в соответствии с рисунком 1, выше той точки, где нужно откачивать (например – корпус насоса). Наивысшая точка откачивания будет соединена с патрубком A посредством напорного вентиляционного трубопровода. Выхлопной штуцер «В» не должен быть закрыт. Сжатый воздух нужно присоединить с патрубком «P» через ручной либо через регулируемый отсечной клапан. Максимальная высота установки, над самым нижним уровнем жидкости на стороне всасывания равна 6,5 м, за вычетом потерь на динамическое усилие системы всасывания.

Технические характеристики

Диапазон давлений необходимо выбирать по его точке отключения, которая должна быть ниже самого низкого рабочего давления насоса. Дальнейшее изменение на другой диапазон давлений происходит посредством изменения блока реле давления.

Материальное исполнение