Як вибрати відцентровий насос?

Як вибрати відцентровий насос?

Вибір насосного обладнання потребує розуміння технічних характеристик та особливостей роботи різних типів пристроїв. Відцентрові насоси займають особливе місце серед насосного обладнання завдяки своїй універсальності та ефективності. Правильний вибір такого насоса забезпечить тривалу та надійну роботу системи водопостачання, опалення чи промислового процесу.

Що таке відцентровий насос та принцип його роботи

Відцентровий насос – це гідравлічна машина, яка перекачує рідину за рахунок відцентрової сили, що виникає під час обертання робочого колеса. Рідина надходить у центр робочого колеса через патрубок, що всмоктує, і під дією відцентрової сили відкидається до його периферії, де збирається в спіральному корпусі і направляється в напірний патрубок.

Основні елементи конструкції включають робоче колесо з лопатями, корпус (равлик), вал з підшипниками та електродвигун. Робоче колесо може бути відкритого, напіввідкритого або закритого типу. Закриті колеса забезпечують максимальний ККД до 85-90%, але потребують чистої рідини. Відкриті колеса менш ефективні (ККД 70-80%), але краще справляються із забрудненими рідинами.

Принцип роботи заснований на перетворенні механічної енергії двигуна на кінетичну енергію потоку рідини, яка потім перетворюється на потенційну енергію тиску. При обертанні колеса зі швидкістю 1450-2900 об/хв створюється розрідження на всмоктуванні та надлишковий тиск на нагнітанні.

Відцентрові насоси відрізняються від об'ємних (поршневих, гвинтових) рівномірною подачею рідини без пульсацій, простотою конструкції та високою надійністю. На відміну від вихрових насосів вони забезпечують більшу продуктивність при меншому натиску, що робить їх оптимальними для систем водопостачання та циркуляції.

Як вибрати відцентровий насос за продуктивністю

Продуктивність (подача) насоса вимірюється в літрах за хвилину (л/хв), кубічних метрах за годину (м³/год) або літрів за секунду (л/с). Для правильного вибору необхідно точно розрахувати потребу в рідині, що перекачується.

Для побутового водопостачання розрахунок ведеться за кількістю водорозбірних точок. Одна точка споживає 0,5-1,0 м³/год (8-17 л/хв). Будинок із 3-4 точками водорозбору вимагає насос продуктивністю 2-4 м³/год. При одночасному використанні всіх точок коефіцієнт одночасності становить 06-08, що знижує необхідну продуктивність.

Для систем опалення розрахунок ведеться за тепловою потужністю: 1 кВт теплової потужності потребує витрати 0,043 м³/год теплоносія за різниці температур 20°С. Будинок з опаленням 15 кВт вимагатиме циркуляційний насос продуктивністю близько 0,65 м³/год.

Діаметр трубопроводів впливає на продуктивність через гідравлічні втрати. У трубі діаметром 25 мм оптимальна швидкість потоку становить 1-1,5 м/с, що відповідає витраті 1,8-2,7 м/год. Перевищення цих швидкостей призводить до різкого зростання втрат та шуму.

Рекомендується вибирати насос із запасом продуктивності 10-20% для компенсації зносу та можливого збільшення потреб. Однак надлишкова продуктивність призводить до перевитрати електроенергії та передчасного зносу обладнання.

Як вибрати по натиску та висоті підйому

Напір відцентрового насоса вимірюється в метрах водяного стовпа (м.в.ст.) і показує, на яку висоту насос може підняти рідину чи тиск створити. Для перерахунку: 1 бар = 10 м.ст.ст. = 0,1 МПа.

Загальний напір складається із статичної та динамічної складових. Статичний напір включає геометричну висоту підйому від рівня рідини до найвищої точки системи плюс необхідний тиск у системі. Наприклад, для підйому води з колодязя глибиною 8 м на другий поверх (висота 6 м) та створення тиску 2 бари статичний напір становитиме: 8 + 6 + 20 = 34 м.в.ст.

Динамічні втрати залежать від довжини та діаметра трубопроводів, кількості фітингів та швидкості потоку. У прямій трубі діаметром 32 мм втрати становлять приблизно 0,5-1,0 м на кожні 100 м довжини при витраті 2 м/год. Кожен кут 90 ° додає втрати, еквівалентні 1-2 м прямої труби.

Місцеві опори створюють додаткові втрати:

• Зворотний клапан – 2-4 м.ст.ст.
• Фільтр грубої очистки - 1-2 м.в.ст.
• Коліно 90 ° - 0,5-1,0 м.в.ст.
• Запірна арматура - 0,5-2,0 м.в.ст.

Вплив довжини трубопроводу особливо помітний у горизонтальних ділянках великої протяжності. Подача води на відстань 200 м трубою діаметром 40 мм при витраті 3 м³/год вимагатиме додаткових 8-12 м напору на подолання гідравлічних втрат.

Для надійної роботи системи рекомендується вибирати насос із запасом напору 15-25%. Це компенсує можливі прорахунки, знос обладнання та сезонні зміни в'язкості рідини.

Як вибрати за типом рідини, що перекачується

Тип рідини, що перекачується, визначає конструкцію насоса і матеріали його виготовлення. Неправильний вибір призводить до швидкого зношування або виходу з ладу обладнання.

Насоси для чистої води призначені для перекачування рідини без механічних домішок розміром більше 0,1-0,5 мм. Вони мають мінімальні зазори між робочим колесом та корпусом (0,2-0,5 мм), що забезпечує високий ККД до 85-90%. Такі насоси використовуються в системах водопостачання, опалення, кондиціювання.

Насоси для забрудненої води допускають вміст твердих частинок до 10% за обсягом та розміром до 5-50 мм залежно від моделі. Збільшені зазори (2-5 мм) та спеціальна геометрія робочого колеса запобігають засміченню, але знижують ККД до 70-80%. Вони використовуються для дренажу, поливу технічною водою, промислових потреб.

Хімічно стійкі насоси виготовляються із матеріалів, стійких до агресивних середовищ. Корпус з нержавіючої сталі витримує кислоти концентрацією до 10-15%, лугу до pH 12. Насоси з пластиковими елементами (поліпропілен, ПВДФ) працюють з агресивнішими середовищами, але обмежені за температурою до 80-120°С.

Температурні обмеження є критичними для довговічності насоса. Стандартні насоси працюють із рідинами температурою до 60-80°С. Для гарячого водопостачання та систем опалення використовують спеціальні моделі, розраховані на температури до 110-150°С. При цьому продуктивність може знижуватися на 10-15% через зміну щільності та в'язкості рідини.

В'язкість рідини впливає характеристики насоса. При збільшенні в'язкості в 10 разів (наприклад, для олій) продуктивність знижується на 15-25%, натиск - на 10-15%, а потужність, що споживається, зростає на 20-30%. Для в'язких рідин потрібно перерахунок характеристик або вибір спеціалізованих моделей.

Як вибрати за способом встановлення та підключення

Спосіб встановлення відцентрового насоса визначається джерелом води, умовами експлуатації та вимогами до системи. Правильний вибір типу установки впливає на ефективність, довговічність та зручність обслуговування.

• Поверхневі відцентрові насоси встановлюються поза джерелом води та всмоктують рідину через всмоктуючий трубопровід. Максимальна висота всмоктування становить 7-8 м теоретично, але практично обмежується 5-6 м через гідравлічні втрати та кавітацію. При глибині джерела понад 5 м ефективність різко знижується. Поверхневі насоси вимагають заливання водою перед пуском та встановлення зворотного клапана на кінці всмоктувальної труби.
• Занурювальні відцентрові насоси опускаються безпосередньо в рідину, що перекачується. Вони працюють під тиском стовпа рідини, що унеможливлює всмоктування і дозволяє використовувати їх на будь-якій глибині до 200-300 м. Занурювальні моделі не вимагають заливки та забезпечують надійний пуск. Однак їх складніше обслуговувати та ремонтувати через необхідність підіймання зі свердловини.
• Консольні насоси мають робоче колесо на кінці валу, що виступає із корпусу. Ця конструкція забезпечує легкий доступ до робочого колеса для обслуговування без демонтажу трубопроводів. Консольні моделі застосовуються при частих пусках-зупинках та агресивних середовищах, де потрібне регулярне обслуговування.
• Моноблочні насоси мають робоче колесо, закріплене безпосередньо на валу електродвигуна. Така конструкція компактніша, дешевша і має менше рухомих з'єднань. Моноблочні моделі підходять для стаціонарної роботи з чистими рідинами, де часто не потрібне обслуговування.
• Вимоги до місця встановлення різняться за типами насосів. Поверхневі моделі вимагають захищеного від опадів приміщення із температурою вище 0°С. Відстань від стіни має бути не менше ніж 0,5 м для обслуговування. Фундамент повинен унеможливлювати передачу вібрацій на будівлю. Занурювальні насоси вимагають обсадної труби діаметром мінімум на 50 мм більше діаметра насоса.

Як вибрати за потужністю та енергоспоживанням

Потужність електродвигуна відцентрового насоса визначається необхідною витратою та напором. Правильний розрахунок потужності забезпечує оптимальну роботу без перевантажень та зайвих енерговитрат.

Гідравлічна потужність розраховується за формулою: P_гідр = (Q? Для води при витраті 5 м / год (0,0014 м / с) і натиску 30 м гідравлічна потужність складе 0,41 кВт.

Потужність на валу враховує ККД насоса: P_вал = P_гідр/η_насоса. При ККД насоса 75% знадобиться потужність на валу 0,55 кВт. Потужність електродвигуна враховує його ККД: P_двиг = P_вал/η_двигуна. При ККД двигуна 85% буде потрібно електродвигун потужністю 0,65 кВт. З урахуванням запасу 10-15% вибирається двигун 0,75 квт.

Зв'язок потужності з характеристиками нелінійний. Збільшення напору вдвічі при тому ж витраті подвоює споживану потужність. Збільшення витрати вдвічі при тому ж натиску також подвоює потужність. Одночасне збільшення напору та витрати у 2 рази збільшує потужність у 4 рази.
Енергоефективність сучасних відцентрових насосів характеризується індексом енергоефективності (EEI). Клас A відповідає EEI ≤ 0,27, клас B - EEI ≤ 0,40. Насоси класу A споживають на 15-25% менше електроенергії, порівняно з менш ефективними моделями. При роботі 8 годин на добу економія становить 300-500 кВт·год на рік для насоса потужністю 1 кВт.

Експлуатаційні витрати на електроенергію часто перевищують вартість насоса за 2-3 роки. Насос потужністю 1,5 кВт при роботі 12 годин на добу споживає 6570 кВт·год на рік. За тарифу 1,68 грн/кВт⋅год річні витрати становитимуть 11000 грн. Вибір ефективнішого насоса з меншим енергоспоживанням окупається за 1-2 роки.

Як вибрати за матеріалами виготовлення

Матеріали виготовлення відцентрового насоса визначають його довговічність, стійкість до корозії і сумісність з рідиною, що перекачується. Неправильний вибір матеріалу призводить до швидкого зносу та виходу з ладу.

Чавунні корпуси найпоширеніші для насосів загального призначення. Сірий чавун марки СЧ20 забезпечує хорошу оброблюваність та демпфування вібрацій. Чавунні насоси працюють з водою при pH 6,5-8,5 та температурі до 80°С. Термін служби у оптимальних умовах становить 15-20 років. Недолік - схильність до корозії в агресивних середовищах.

Нержавіюча сталь застосовується для перекачування агресивних рідин та харчових продуктів. Сталь 12Х18Н10Т витримує слабкі кислоти (до 5% HCl), луги (до pH 12) та температури до 150°С. Насоси з нержавіючої сталі дорожчі за чавунні в 2-3 рази, але служать в агресивних середовищах в 5-10 разів довше. Аустенітні сталі немагнітні, що важливо для харчової промисловості.

Пластикові насоси виготовляються із поліпропілену (PP), полівініліденфториду (PVDF) або інших полімерів. Вони стійкі до більшості кислот та лугів, але обмежені за температурою (60-120°С залежно від матеріалу) та тиском (до 10-16 бар). Пластикові насоси легші за металеві в 3-4 рази і не схильні до корозії.

Матеріал робочого колеса критичний для зносостійкості. Чавунні колеса підходять для чистої води, але швидко зношуються абразивними частинками. Колеса з нержавіючої сталі служать у 2-3 рази довше в абразивних середовищах. Колеса з гумовим облицюванням або високохромістої сталі (вміст хрому 12-28%) використовуються в особливо важких умовах.

Ущільнення валу вибираються за сумісністю з рідиною та температурою. Гумові сальники працюють до 80°С, фторкаучукові – до 200°С. Торцеві ущільнення забезпечують кращу герметичність, але вимагають змащення та охолодження.

Як вибрати систему управління та автоматизації

Система управління відцентровим насосом впливає на зручність експлуатації, економічність та надійність роботи. Сучасні системи автоматизації значно продовжують термін служби обладнання та знижують експлуатаційні витрати.

1. Ручне керування включає найпростіші пускачі з кнопками "Пуск" та "Стоп". Такі системи вимагають постійної присутності оператора та застосовуються лише у технологічних процесах із постійним навантаженням. Вартість ручного управління мінімальна – 500-1000 грн.
2. Автоматичне управління включає контролери з програмованою логікою роботи. Базові блоки автоматики забезпечують пуск/зупинку за тиском, рівнем або витратою. Автоматичні системи економлять 20-30% електроенергії за рахунок роботи тільки за потреби і коштують 2000-5000 грн.
3. Захист від сухого ходу критичний для відцентрових насосів. Робота без рідини призводить до перегріву та виходу з ладу за 2-5 хвилин. Реле захисту струму відключають насос при зниженні струму на 40-50% від номінального. Датчики потоку спрацьовують при витраті менше ніж 10% від номінального. Більш надійними є поплавкові датчики рівня або датчики тиску на всмоктуванні.
4. Частотне регулювання дозволяє змінювати продуктивність насоса зміною швидкості обертання. При зниженні швидкості на 20% продуктивність зменшується на 20%, натиск – на 36%, а споживана потужність – на 49%. Частотні перетворювачі заощаджують 30-50% електроенергії в системах зі змінним навантаженням, але збільшують вартість системи на 3000-8000 грн.
5. Датчики тиску та витрати забезпечують точну підтримку параметрів системи. Датчики тиску з точністю ±1% коштують 1500–3000 грн. Ультразвукові витратоміри забезпечують точність ±2% та коштують 5000-15000 грн. Прості турбінні лічильники дешевші (500-2000 грн), але менш точні (±5%) і схильні до засмічення.
6. Системи диспетчеризації дозволяють контролювати роботу насосних станцій віддалено. GSM-модулі передають аварійні сигнали SMS за 2000-4000 грн. Системи SCADA з веб-інтерфейсом забезпечують повний контроль та архівування даних, але коштують 15000-50000 грн.