Насосы ЦНС — технические характеристики, устройство

Насосы типа ЦНС — центробежные секционные, одни из наиболее эффективных агрегатов для перекачивания воды и смесей, сравнимых по свойствам с ней. Они имеют компактный корпус, сравнительно простую конструкцию, обеспечивающую высокую ремонтопригодность. 

О технических характеристиках насосов ЦНС, их видах и правилах выбора — в этой статье.

Устройство и принцип действия

Разберем устройство насоса ЦНС на примере типовой модели с горизонтальной компоновкой секций. В состав конструкции входят:

• Камера с рабочим колесом. На поверхности диска предусмотрены лопасти, образующие отходящие от центра каналы. Под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении колеса, жидкость поднимается по ним и отбрасывается к краю камеры. Где и располагают выходное отверстие. Входное находится в центре, где за счет оттока воды образуется зона низкого давления.

• Вал рабочего колеса закреплен на системе подшипников. В месте прохода в камеру имеется герметичное сальниковое или торцевое уплотнение. Что позволяет исключить протечку жидкости и попадание ее на другие компоненты агрегата.

• Двигатель. В большинстве моделей ЦНС это электрический мотор. В промышленных агрегатах — асинхронный трехфазный. Такой мотор обеспечивает необходимую мощность, отсутствие вредных выхлопов. Что позволяет устанавливать насосы ЦНС в машинных залах, цехах, закрытых помещениях насосных станций и так далее.

• Платформа или шасси, на котором закреплены все перечисленные компоненты. Такое конструкторское решение позволило обеспечить простоту монтажа и перевозки насоса ЦНС.

Валы двигателя и рабочих колес могут быть связаны разъемным способом. Например, посредством муфты или с помощью фланцев. Такая конструкция позволяет увеличить ремонтопригодность агрегата, так как позволяет обслуживать и даже заменить мотор, не отключая герметичной рабочей камеры от системы. 

Устройство и принцип работы насоса ЦНС с многосекционной компоновкой аналогичен. С тем отличием, что секций с рабочими колесами в конструкции устанавливают несколько. Выходное отверстие первой связано с входным второй, и так далее. Это позволяет передавать потоку жидкости дополнительную кинетическую энергию на каждом этапе, разгоняя его до максимальной скорости на выходе последней секции. Где и располагают выходной патрубок насоса.

Эти агрегаты часто называют многоступенчатыми. Связано это с конструкцией насосов ЦНС и принципом работы. Каждое рабочее колесо выступает как ступень, разгоняя воду на своем этапе.

Отметим, что характеристики насоса ЦНС определяются размером рабочих колес, скоростью их вращения и числом установленных последовательно секций.

Существуют модели с напором до 600 метров и производительностью до 360 м³/час. С ростом числа секций и увеличением размера рабочего колеса возрастает и мощность требуемой для их вращения силовой установки.

Виды насосов ЦНС и их технические характеристики

Существуют несколько исполнений насосов типа ЦНС, разработанных для эксплуатации в определенных условиях и перекачивания жидкостей с различными характеристиками. Тип уточняется буквой после основного обозначения. Наибольшее распространение получили:

• Насосы ЦНС, без уточняющей тип буквы в конце названия. Используются для перекачивания воды и смесей на ее основе. Как правило, рассчитаны на чистую жидкость. Допустимый размер твердых частиц не превышает 0.1 мм, с долей, не превышающей 0.1 % по объему. Эти агрегаты активно используются для систем холодного водоснабжения, орошения, обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. Охлаждение насоса ЦНС осуществляется за счет перекачиваемой жидкости. Поэтому ее температура не должна превышать +45 °C.

• Насосы ЦНСг. Буква «г» указывает на возможность перекачивания агрегатом подогретой воды с температурой до +105 °С.  Остальные характеристики насосов ЦНСг соответствует выше описанному типу. Они также способны перекачивать чистую воду с примесью твердых частиц не более 0.1% по объему. При этом размер этих включений не должен превышать 0.1 мм. Основное направление использования этих агрегатов — в системах горячего водоснабжения, отопления и промышленных задач, требующих организации подачи подогретой жидкости, сравнимой с водой по свойствам.

• Насосы ЦНСм. Буква «м» в конце названия модели определяет основное значение по перекачиваемой среде — масло. Максимальная температура не должна превышать +60 °C. Такие агрегаты устанавливают в составе турбогенераторов. Они являются частью масляной системы различных машин, механизмов. Нагнетают масло в подшипники, решают другие задачи по смазке элементов.

• Насосы ЦНСн. Нефтяные агрегаты, о чем говорит буква «н», уточняющая тип. Плотность перекачиваемой жидкости составляет от 700 до 1050 кг/м³. Допускается наличие в перекачиваемой среде газа в доле, не превышающей 3% по объему, парафина — не более 20%. Увеличен, в сравнении с моделями для перекачки воды, размер твердых частиц — 0.2 мм. Основное направление применения ЦНСн в промышленности — организация транспортировки нефтепродуктов.

• Насосы ЦНСп. Уточнение типа «п» указывает на основное направление применения — питательные системы. Они способны перекачивать воду с температурой до +120 °C, устанавливаются в составе паровых котлов. Также характеристики перекачиваемой среды позволяют применять ЦНСп для удаления конденсата, подачи горячей воды в промышленное оборудование и других задач. Характеристики в части максимального размера твердых частиц — не более 0,1 мм, аналогичны моделям ЦНС и ЦНСг.

Отметим, что все перечисленные выше насосы ЦНС в части конструкции и принципа работы аналогичны. Различаются они только особенностями формы рабочего колеса, инженерными решениями для принудительного охлаждения блока подшипников, корпуса насоса. 

В некоторых случаях производитель разрешает возможность расширения сферы применения агрегата. Например, ЦНСн могут использоваться для перекачивания нагретых до +60 °C нефтепродуктов при условии обеспечения охлаждения подшипников. Без этой меры предел температуры среды ниже — +45 °C.

Преимущество многосекционных агрегатов — в их конструкции используются однотипные секции. Что позволяет производителю обеспечивать низкую стоимость обслуживания насосов. За счет большого объема производства однотипных секций снижается их себестоимость, увеличивается качество и надежность. Что в итоге дает увеличение срока службы. Используемые в конструкции насосов электромоторы также подлежат ремонту силами технических служб эксплуатирующего предприятия или специальными организациями.

Суммарно эти эксплуатационные преимущества и сравнительно высокий КПД, достигающий в ряде моделей 80-85%, позволили ЦНС занять лидирующее положение в промышленном и коммунальном секторах. Ниже мы приведем ряд соображений, позволяющих выбрать модель по напору, производительности и назначению для обеспечения ее эффективной эксплуатации и продления срока службы.

Особенности выбора модели

При выборе модели инженерные службы предприятий должны ориентироваться на три основных соображения:

• Применимость по среде. По сути, это сводится к выбору подходящей модификации: ЦНС, ЦНСг, ЦНСн, ЦНСп, ЦНСм. Выше приведены особенности применимости по среде, позволяющие сделать выбор. 

• Напор. Чем выше напор, тем на большую высоту насос способен поднимать перекачиваемую среду. Традиционно в нашей стране этот параметр указывается в метрах водяного столба. При расчете требуемого напора инженеры учитывают не только вертикальные участки трубопровода, но и горизонтальные. В последнем случае каждые 10 метров трубы приравниваются в расчете к 1 метру вертикальной. Дополнительно учитывается сужение диаметра трубопровода и другие увеличивающие гидравлическое сопротивление моменты.

• Производительность. Характеризует скорость перекачивания жидкости. Для промышленных моделей традиционно указывается производителем как объем, выраженный в м³, перекачиваемый за 1 час.

Отметим, что два последних показателя связаны функциональной зависимостью. При тех же характеристиках (объем камеры, размер рабочего колеса, мощность двигателя) увеличение высоты вертикального подъема воды влечет снижение производительности.

Для оптимального выбора характеристик агрегата используется график зависимости напора — H, м, и производительности — Q, м³/час. Он представляет собой кривую. При выборе модели ориентироваться стоит на среднюю треть. Что позволяет достичь:

• Оптимальной загрузки насоса ЦНС. Она обеспечит достаточное охлаждение элементов конструкции: подшипников, мотора за счет оптимальной скорости вращения вала и рабочего колеса, на нем закрепленного.

• Работы без перегрузки в пиковые моменты. Определенный запас по производительности и напору позволяет насосному оборудованию работать в сравнительно щадящих условиях в момент пиковых изменений нагрузки.

Оба момента позволяют обеспечить высокий КПД и долгий срок службы агрегата.

Для удобства выбора модели производители включают в название оптимальный для агрегата напор и производительность. Так, насос ЦНС 13-350 имеет следующие характеристики:

• Рабочий напор 350 метров водного столба. Отметим, что это значение находится в средней трети описанной кривой. Максимальный напор для этой модели составляет более 360 метров. Но, как мы показали выше, агрегат при такой характеристике будет работать с перегрузкой.

• Рабочая производительность — 13 м³/час. Как и в случае с напором, модель принципиально способна работать с производительностью до 17 м³/час. Но оптимальная нагрузка достигается именно при 13 м³/час.

Важный момент выбора модели заключается в обеспечении оптимального режима подачи воды к входному патрубку агрегата. Насосы центробежной конструкции не являются самовсасывающими по умолчанию. Но могут иметь определенную вакуумметрическую высоту всасывания, позволяющую выкачать воздух из подведенного участка трубы и начать перекачивать жидкость.

В реальных условиях этот параметр может определяться как разность 10 метров — барометрическое давление, и кавитационного запаса. Последний параметр указывается производителем агрегата. Например, для описанной выше модели ЦНС 13-350 он составляет не более 3 метров.

Как выполнять первый запуск ЦНС

Облегчить первый запуск многоступенчатого центробежного насоса помогают следующие меры:

• Установка обратного клапана на вертикальный участок входящего трубопровода. Эта арматура позволит при отключении насоса сохранять трубу наполненной жидкостью и исключить обратное проникновение жидкости в скважину.

• Заливка камеры насоса водой. Некоторые модели насосов ЦНС имеют для этого резьбовую пробку в верхней части.

• Изменения системы трубопровода и его оборудования. Так можно установить два агрегата вместо одного. Тем самым обеспечив подъем жидкости в два этапа и уменьшив требуемое вакуумной высоты всасывания.

Особенности монтажа

При монтаже агрегата необходимо обеспечить:

• Защиту от влаги и пыли. В случае установки скважинных насосов типа ЦНС над ними организуют павильон с крышей. Наиболее подходящее место для установки промышленных агрегатов — машинный зал.

• Возможность доступа для обслуживания. При монтаже оставляют достаточное пространство между соседними насосами и стенами. Оно необходимо для доступа персонала, проводящего обслуживание.

• Исключить ситуацию затопления насосного оборудования при аварийных ситуациях и слив воды при обслуживании. Минимальной высотой установки от пола считается 300 мм. При этом организуется возможность для эвакуации жидкости из машинного зала самотеком или с помощью установленного дренажного насоса.

Для обеспечения долгого ресурса работы и увеличения производительности в моменты пиковой нагрузки рекомендуется установка нескольких однотипных агрегатов. Для управления ими используются простые средства автоматики на основе поплавковых выключателей. Также создаются более сложные автоматические системы, анализирующие наличие давления в выходном патрубке устройства для включения резервного в случае отказа, равномерного распределения ресурса между насосами ЦНС и решения других задач.

Автор статьи: Александр Шихов