Все типы насосов: от объёмных до динамических
Содержание
- Введение в мир насосного оборудования
- Классификация насосов
- Объёмные насосы
- Динамические насосы
- Характеристики и параметры насосов
- Расчеты производительности
- Критерии выбора насосного оборудования
- Основные области применения
- Техническое обслуживание и типичные неисправности
- Каталог насосов компании Иннер Инжиниринг
- Источники и литература
Введение в мир насосного оборудования
Насосы — это устройства, преобразующие механическую энергию привода в энергию перемещаемой жидкости или газа. В современной промышленности, коммунальном хозяйстве и производственных процессах насосное оборудование является одним из наиболее распространенных и важных видов оборудования. По оценкам экспертов, от 20% до 25% всей электроэнергии, потребляемой промышленными системами, приходится именно на работу насосов.
Насосное оборудование прошло долгий путь эволюции от простейших водоподъемных устройств древности до современных высокотехнологичных агрегатов с компьютерным управлением. Сегодня насосы используются практически во всех отраслях промышленности и их корректный подбор критически важен для эффективности технологических процессов, энергосбережения и надежности работы систем.
В этой статье мы детально рассмотрим существующие типы насосов, их конструктивные особенности, принципы работы, области применения, технические характеристики и критерии выбора. Особое внимание будет уделено расчетам производительности, энергоэффективности и особенностям эксплуатации различных видов насосного оборудования.
Классификация насосов
Классификация насосов может осуществляться по различным признакам, включая принцип действия, назначение, тип перекачиваемой среды, конструктивные особенности и т.д. Однако наиболее фундаментальным является разделение насосов по принципу действия на две основные категории: объёмные и динамические.
| Параметр сравнения | Объёмные насосы | Динамические насосы |
|---|---|---|
| Принцип действия | Периодическое изменение объема рабочей камеры | Силовое воздействие на жидкость в поле центробежных сил |
| Характеристика H-Q | Жёсткая (расход мало зависит от давления) | Мягкая (расход сильно зависит от напора) |
| Типичная подача | 0,1-500 м³/ч | 3-50000 м³/ч |
| Типичный напор | До 2500 м | До 400 м |
| Создаваемое давление | До 250 МПа | До 50 МПа |
| Вязкость перекачиваемой среды | Работают с высоковязкими жидкостями | Ограничены средней вязкостью |
| КПД | 65-90% | 60-95% |
| Самовсасывающая способность | Часто присутствует | Требуется заполнение жидкостью |
| Пульсация потока | Характерна, особенно для поршневых | Минимальная |
Далее мы разберем более подробно каждую из этих категорий, их подвиды и специфические характеристики.
Объёмные насосы
Объёмные насосы работают по принципу периодического изменения объема рабочей камеры, в которую всасывается жидкость, а затем вытесняется в напорный трубопровод. Эти насосы характеризуются относительной стабильностью подачи при изменении напора и способностью создавать значительное давление. Важной особенностью объёмных насосов является их способность к самовсасыванию, что важно при работе с жидкостями, содержащими газы.
Важно: Объёмные насосы обязательно должны быть оборудованы предохранительными клапанами для защиты от избыточного давления, поскольку их характеристика является "жесткой", и при перекрытии напорной линии возможно повреждение насоса или трубопровода.
По конструктивным особенностям объёмные насосы подразделяются на следующие основные типы:
Поршневые и плунжерные насосы
Поршневые насосы являются одним из старейших видов насосного оборудования. В них жидкость перемещается благодаря возвратно-поступательному движению поршня в цилиндре. При движении поршня в одну сторону происходит всасывание жидкости, а при движении в другую сторону — её нагнетание в систему.
| Тип поршневого насоса | Особенности | Типичное применение |
|---|---|---|
| Прямого действия | Энергия передается непосредственно от двигателя к поршню | Дозирование, высокоточные процессы |
| Кривошипно-шатунные | Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное | Промышленные процессы, высокие давления |
| Плунжерные | Поршень заменен плунжером меньшего диаметра | Очень высокие давления, гидравлические системы |
| Диафрагменные | Вместо поршня используется гибкая диафрагма | Агрессивные и абразивные среды |
Плунжерные насосы представляют собой разновидность поршневых насосов, где вместо поршня используется плунжер — цилиндрический стержень, движущийся в цилиндре с малым зазором. Плунжерные насосы могут создавать очень высокое давление (до 250 МПа) и широко используются в системах гидропривода и высоконапорных технологических процессах.
Расчет производительности поршневого насоса производится по формуле:
где:
- D — диаметр поршня, м;
- S — ход поршня, м;
- n — частота вращения вала, об/с;
- z — число цилиндров;
- ηоб — объемный КПД насоса (обычно 0,85-0,95).
Роторные насосы
Роторные насосы — подкласс объёмных насосов, в которых перемещение жидкости происходит благодаря вращательному движению рабочих органов. Эти насосы обеспечивают более равномерную подачу по сравнению с поршневыми и широко используются для перекачивания высоковязких жидкостей.
Основные типы роторных насосов:
Шестеренные насосы
В шестеренных насосах перемещение жидкости осуществляется благодаря вращению двух шестерен в корпусе с малыми зазорами. Жидкость захватывается между зубьями шестерен и корпусом на стороне всасывания, а затем вытесняется в напорную линию. Шестеренные насосы типа НМШ, Ш, НМШГ, Г, БГ широко применяются для перекачивания нефтепродуктов и масел.
Винтовые насосы
Винтовые насосы используют один или несколько винтовых роторов, которые при вращении создают перемещение жидкости вдоль оси вращения. Трехвинтовые насосы серии 3В обеспечивают особенно равномерную подачу и применяются для перекачки нефтепродуктов, масел и других вязких жидкостей.
Кулачковые насосы
В кулачковых насосах перемещение жидкости происходит благодаря вращению двух или более кулачковых роторов. Эти насосы обеспечивают бережное перекачивание продукта и широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности.
Преимущества роторных насосов: равномерность подачи, отсутствие клапанов, высокий КПД при работе с вязкими средами, возможность перекачивания высоковязких жидкостей.
Расчет производительности шестеренного насоса производится по формуле:
где:
- m — модуль зубчатого зацепления, м;
- b — ширина зуба, м;
- z — число зубьев;
- n — частота вращения, об/с;
- ηоб — объемный КПД насоса (обычно 0,7-0,9).
Диафрагменные насосы
Диафрагменные насосы представляют собой разновидность объёмных насосов, в которых возвратно-поступательное движение гибкой диафрагмы (мембраны) создает изменение объема рабочей камеры. Основное преимущество диафрагменных насосов — полная герметичность: перекачиваемая жидкость не контактирует с движущимися частями насоса.
Существуют механические диафрагменные насосы, где движение диафрагмы обеспечивается штоком, и пневматические, где диафрагма приводится в движение сжатым воздухом.
Диафрагменные насосы особенно эффективны при работе:
- С агрессивными химическими веществами
- С абразивными суспензиями
- В системах, требующих высокой стерильности
- При перекачивании сред, содержащих крупные включения
Внимание: При выборе диафрагменного насоса особое внимание следует уделять материалу диафрагмы, который должен быть совместим с перекачиваемой средой и условиями эксплуатации (температура, давление, срок службы).
Динамические насосы
Динамические насосы работают по принципу силового воздействия на жидкость в поле массовых сил. В этих насосах механическая энергия преобразуется сначала в кинетическую энергию жидкости, а затем в энергию давления. Динамические насосы характеризуются непрерывной подачей и широким диапазоном производительности.
Центробежные насосы
Центробежные насосы являются наиболее распространенным типом насосов в мире, составляя около 80% всего насосного парка. В этих насосах жидкость перемещается под действием центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса с лопастями.
По конструкции центробежные насосы подразделяются на:
- Консольные насосы — с одним рабочим колесом, расположенным на консоли вала
- Насосы In-Line — с расположением всасывающего и напорного патрубков по одной оси
- Многоступенчатые насосы — с несколькими последовательно работающими рабочими колесами
- Погружные насосы — предназначенные для работы в погруженном состоянии
Насосы In-Line серий CDM/CDMF и TD компании Иннер Инжиниринг отличаются компактностью, простотой монтажа и высокой эффективностью. Они широко используются в системах отопления, кондиционирования, водоснабжения и технологических процессах.
| Параметр | Насосы серии CDM/CDMF | Насосы серии TD |
|---|---|---|
| Подача | До 300 м³/ч | До 1000 м³/ч |
| Напор | До 100 м | До 150 м |
| Температура жидкости | -10°C до +120°C | -15°C до +140°C |
| Макс. рабочее давление | 1,6 МПа | 2,5 МПа |
| Особенности | Компактность, экономичность | Высокая производительность |
Основные формулы для расчета параметров центробежного насоса:
где:
- H — напор насоса, м;
- p₁, p₂ — давление на входе и выходе, Па;
- ρ — плотность жидкости, кг/м³;
- g — ускорение свободного падения, м/с²;
- v₁, v₂ — скорость жидкости на входе и выходе, м/с;
- z₁, z₂ — геодезические высоты входа и выхода, м.
где:
- N — мощность насоса, Вт;
- Q — подача насоса, м³/с;
- η — общий КПД насоса.
Важно: Для центробежных насосов существует понятие "рабочей точки", которая определяется пересечением характеристики насоса и характеристики трубопроводной системы. Правильный подбор насоса предполагает, что рабочая точка будет находиться в зоне оптимального КПД насоса.
Осевые насосы
Осевые насосы — разновидность динамических насосов, в которых движение жидкости происходит вдоль оси вращения рабочего колеса. Они характеризуются высокой подачей при относительно низких напорах и используются в основном для перекачивания больших объемов жидкости.
Основные области применения осевых насосов:
- Системы водоснабжения и водоотведения
- Ирригационные системы
- Системы охлаждения электростанций
- Осушение территорий
Осевые насосы имеют плоскую характеристику "напор-подача", что делает их чувствительными к изменениям сопротивления системы. При увеличении сопротивления системы возможно заметное снижение подачи насоса.
Специальные насосы
К специальным типам динамических насосов относятся устройства с особыми принципами работы или специфическими областями применения.
Вихревые насосы
Вихревые насосы используют энергию вихревого движения жидкости. Они занимают промежуточное положение между объёмными и центробежными насосами, сочетая высокие напоры с относительно компактной конструкцией.
Струйные насосы (эжекторы)
Струйные насосы не имеют движущихся частей и работают за счет энергии высоконапорного потока, увлекающего за собой перекачиваемую среду. Они применяются для создания вакуума, перекачивания агрессивных сред и в системах, где необходима высокая надежность.
Вакуумные насосы
Вакуумные насосы предназначены для откачивания газов и создания разрежения. Компания Иннер Инжиниринг предлагает различные типы вакуумных насосов для промышленного применения, которые используются в процессах дистилляции, сушки, дегазации и многих других технологических процессах.
Конденсатные насосы
Конденсатные насосы специально разработаны для перекачивания конденсата в паровых системах. Они устойчивы к высоким температурам и обеспечивают надежное удаление конденсата для эффективной работы теплоэнергетического оборудования.
Характеристики и параметры насосов
Основными характеристиками насосов являются подача, напор, потребляемая мощность, КПД, кавитационный запас и ряд других параметров. Эти характеристики обычно представляются в виде графиков зависимости одних параметров от других.
Основные параметры насосов и их определения:
- Подача (Q) — объем жидкости, перекачиваемый насосом в единицу времени (м³/ч, л/с).
- Напор (H) — энергия, сообщаемая насосом единице веса перекачиваемой жидкости (м).
- Мощность (N) — энергия, потребляемая насосом в единицу времени (кВт).
- КПД (η) — отношение полезной мощности к потребляемой, характеризует эффективность насоса.
- NPSH (кавитационный запас) — минимальный избыток давления над давлением насыщенных паров жидкости, необходимый для предотвращения кавитации.
- Частота вращения (n) — скорость вращения вала насоса (об/мин).
Важно: При выборе насоса необходимо учитывать все эти параметры в комплексе, а также условия эксплуатации, свойства перекачиваемой среды, требования по надежности и энергоэффективности.
Расчеты производительности
Для правильного подбора насоса необходимо произвести ряд расчетов, учитывающих характеристики системы и требуемые параметры.
Расчет требуемого напора
Требуемый напор насоса определяется по формуле:
где:
- H_геом — геометрическая высота подъема, м;
- H_потерь — потери напора в трубопроводе, м;
- H_скор — скоростной напор, м;
- H_изб — требуемый избыточный напор, м.
Потери напора в трубопроводе рассчитываются по формуле:
где:
- λ — коэффициент гидравлического трения;
- L — длина трубопровода, м;
- d — внутренний диаметр трубопровода, м;
- v — скорость жидкости, м/с;
- g — ускорение свободного падения, м/с²;
- Σζ — сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Пример расчета
Рассмотрим пример расчета для системы водоснабжения с следующими параметрами:
- Требуемая подача: Q = 50 м³/ч
- Геометрическая высота: H_геом = 20 м
- Длина трубопровода: L = 100 м
- Диаметр трубопровода: d = 0,1 м
- Коэффициент трения: λ = 0,02
- Сумма местных сопротивлений: Σζ = 10
Решение:
Таким образом, для данной системы необходим насос с подачей 50 м³/ч и напором не менее 27.1 м.
Примечание: При расчетах рекомендуется принимать запас по напору 5-10% для компенсации возможных погрешностей расчета и изменений характеристик системы в процессе эксплуатации.
Критерии выбора насосного оборудования
Выбор насоса должен осуществляться с учетом множества факторов, определяющих его эффективность, надежность и экономичность в конкретных условиях применения.
Основные критерии выбора насоса:
- Требуемые гидравлические параметры: подача и напор
- Свойства перекачиваемой среды: плотность, вязкость, наличие твердых включений, агрессивность, температура
- Условия эксплуатации: температура окружающей среды, давление, влажность, запыленность
- Конструктивные особенности: габариты, масса, способ монтажа, материалы
- Экономические факторы: стоимость жизненного цикла, энергоэффективность, затраты на обслуживание
- Надежность и долговечность: ресурс работы, межремонтный период
- Уровень шума и вибрации
- Возможность регулирования параметров
Внимание: Неправильный выбор насоса может привести к повышенному энергопотреблению, преждевременному износу, неустойчивой работе системы и значительным эксплуатационным затратам.
В таблице ниже приведены рекомендации по выбору типа насоса в зависимости от условий эксплуатации:
| Условия | Рекомендуемый тип насоса | Не рекомендуется |
|---|---|---|
| Высоковязкие жидкости (>500 сСт) | Винтовые, шестеренные, поршневые | Центробежные |
| Жидкости с твердыми включениями | Диафрагменные, центробежные со специальным рабочим колесом | Шестеренные, винтовые |
| Высокие давления (>10 МПа) | Поршневые, плунжерные, многоступенчатые центробежные | Осевые, вихревые |
| Большие подачи (>1000 м³/ч) | Центробежные, осевые | Объёмные |
| Химически агрессивные среды | Диафрагменные, центробежные из специальных материалов | Стандартные металлические насосы |
| Переменный режим работы | Центробежные с регулируемым приводом | Объёмные без регулирования |
Основные области применения
Насосное оборудование находит применение практически во всех отраслях промышленности и коммунального хозяйства. Ниже приведены основные области применения различных типов насосов.
Насосы для воды
Насосы для воды составляют наиболее обширную категорию насосного оборудования. В зависимости от назначения они подразделяются на несколько групп:
- Насосы для чистой воды — используются в системах водоснабжения, орошения, повышения давления.
- Насосы для горячей воды — применяются в системах отопления, горячего водоснабжения, тепловых пунктах.
- Насосы для загрязненной воды — используются для дренажа, водоотведения, перекачивания воды с содержанием твердых частиц.
- Насосы для канализационных вод — специально разработаны для перекачивания сточных вод с содержанием крупных включений.
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент насосов для различных типов воды, обеспечивающих надежную работу в любых условиях эксплуатации.
Насосы для нефтепродуктов, масел, битума и вязких сред
Для перекачивания нефтепродуктов и вязких сред применяются специализированные насосы, учитывающие особенности этих жидкостей:
- 3В насосы трехвинтовые — обеспечивают равномерную подачу без пульсаций, идеальны для перекачивания масел и смазок.
- АСВН, АСЦЛ, АСЦН насосы бензиновые — применяются для перекачивания светлых нефтепродуктов.
- Насосы для битума НБ, ДС — предназначены для работы с высоковязкими средами при повышенных температурах.
- НМШ, Ш, НМШГ, Г, БГ насосы шестеренные — универсальные насосы для различных видов нефтепродуктов и масел.
- Помпы станочные — используются для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей в металлообрабатывающем оборудовании.
Важно: При выборе насоса для нефтепродуктов необходимо учитывать температуру вспышки перекачиваемой жидкости и обеспечивать соответствующие меры взрывобезопасности.
Насосы для перекачивания газообразных смесей
Для работы с газообразными средами применяются специальные типы насосов:
- Вакуумные насосы — создают разрежение и откачивают газы из замкнутых объемов.
- Конденсатные насосы — удаляют конденсат из паровых систем, обеспечивая их эффективную работу.
Эти насосы широко применяются в химической, фармацевтической, пищевой промышленности, а также в системах вентиляции и кондиционирования.
Техническое обслуживание и типичные неисправности
Правильное техническое обслуживание насосного оборудования является ключевым фактором обеспечения его надежной работы и достижения расчетного срока службы.
Основные мероприятия технического обслуживания включают:
- Регулярные осмотры и проверки
- Контроль рабочих параметров
- Замену смазочных материалов
- Проверку и замену уплотнений
- Контроль состояния подшипников
- Очистку фильтров и рабочих камер
- Проверку центровки насоса и привода
- Контроль вибрации и шума
Периодичность технического обслуживания определяется типом насоса, условиями эксплуатации и рекомендациями производителя.
Типичные неисправности насосов и способы их устранения:
| Неисправность | Возможные причины | Способы устранения |
|---|---|---|
| Снижение подачи или напора | Износ рабочих органов, засорение, подсос воздуха, неправильное направление вращения | Очистка, замена изношенных деталей, проверка уплотнений, проверка направления вращения |
| Повышенная вибрация | Дисбаланс ротора, износ подшипников, нарушение центровки, кавитация | Балансировка, замена подшипников, центровка, проверка условий всасывания |
| Перегрев подшипников | Недостаточная смазка, чрезмерная смазка, износ, перегрузка | Обеспечение правильного уровня смазки, замена подшипников, проверка нагрузки |
| Утечки через уплотнения | Износ уплотнений, нарушение центровки, повреждения | Замена уплотнений, проверка центровки, проверка состояния посадочных мест |
| Перегрузка двигателя | Повышенное сопротивление в системе, вязкая жидкость, механические проблемы | Проверка системы, проверка свойств жидкости, проверка состояния насоса |
Внимание: При обнаружении неисправностей необходимо своевременно принимать меры по их устранению. Эксплуатация неисправного насоса может привести к его полному выходу из строя и повреждению связанного оборудования.
Регулярное и правильное техническое обслуживание позволяет:
- Увеличить срок службы оборудования
- Снизить эксплуатационные затраты
- Повысить надежность системы
- Предотвратить аварийные ситуации
- Оптимизировать энергопотребление
Каталог насосов компании Иннер Инжиниринг
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент насосного оборудования для различных отраслей промышленности и коммунального хозяйства. В нашем каталоге вы найдете насосы всех типов и назначений, отвечающие самым высоким требованиям качества и надежности.
Наш каталог насосов:
- Насосы - Полный каталог насосного оборудования
- Насосы In-Line - Компактные и эффективные насосы для систем отопления и водоснабжения
- Насосы серии CDM/CDMF - Циркуляционные насосы с высоким КПД
- Насосы серии TD - Насосы повышенной производительности
- Насосы для воды - Оборудование для различных систем водоснабжения
- Насосы для горячей воды - Специальные насосы для систем с повышенной температурой
- Насосы для загрязненной воды - Оборудование для перекачивания воды с примесями
- Насосы для канализационных вод - Решения для систем водоотведения
- Насосы для чистой воды - Оборудование для питьевого водоснабжения
- Насосы для нефтепродуктов, масел, битума, вязких сред - Специализированное оборудование для вязких жидкостей
- 3В насосы трехвинтовые - Надежные насосы для масел и нефтепродуктов
- АСВН, АСЦЛ, АСЦН насосы бензиновые - Оборудование для легких нефтепродуктов
- Насосы для битума НБ, ДС - Специальные насосы для высоковязких материалов
- НМШ, Ш, НМШГ, Г, БГ насосы шестеренные - Универсальные насосы для различных сред
- Помпы станочные - Компактные насосы для промышленного оборудования
- Насосы для перекачивания газообразных смесей - Оборудование для работы с газами
- Вакуумные насосы - Насосы для создания разрежения
- Конденсатные насосы - Специализированные насосы для конденсата
При выборе насосного оборудования рекомендуем обратиться к специалистам компании Иннер Инжиниринг. Наши эксперты помогут подобрать оптимальное решение для ваших задач, учитывая все технические и экономические аспекты.
Правильно подобранный насос не только обеспечит надежную работу системы, но и позволит существенно снизить эксплуатационные затраты за счет оптимального энергопотребления и минимальных затрат на техническое обслуживание.
Источники и литература
- Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 2018.
- Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М.: Машиностроение, 2017.
- Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. М.: Машиностроение, 2019.
- Колпаков Л.Г. Центробежные насосы магистральных нефтепроводов. М.: Недра, 2020.
- ISO 9906:2012 Rotodynamic pumps — Hydraulic performance acceptance tests — Grades 1, 2 and 3.
- ГОСТ 34183-2017 Насосы центробежные. Общие технические требования.
- Europump. Guide to Life Cycle Cost Analysis of Pumping Systems, 2021.
- Hydraulic Institute Standards for Centrifugal, Rotary & Reciprocating Pumps, 34th Edition.
Отказ от ответственности
Данная статья носит ознакомительный характер. Представленная информация подготовлена на основе достоверных источников, однако компания Иннер Инжиниринг не несет ответственности за возможные неточности или ошибки. Приведенные расчеты и формулы требуют проверки специалистами при проектировании реальных систем. Для подбора конкретного насосного оборудования рекомендуется обратиться к профессиональным инженерам.
При использовании материалов статьи ссылка на источник обязательна. © Иннер Инжиниринг, 2025.
Купить насосы по выгодной цене
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор Насосов(In-line, для воды, нефтепродуктов, масел, битума, перекачивания газообразных смесей). Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.
Заказать сейчас