Промышленные циркуляционные насосы используют, чтобы стабилизировать поток рабочей жидкости (например, воды или смазки) в замкнутых системах. Из статьи вы узнаете:
- чем отличаются модели с сухим и мокрым ротором;
- как делают расчет насоса по производительности и напору;
- какие установки используют в самых требовательных системах;
- по каким формулам рассчитать примерные параметры насоса самостоятельно.
Для чего нужны циркуляционные насосы
Основная задача насоса циркуляционного типа – поддерживать постоянное давление, скорость потока и температуру жидкости, которую он перекачивает. Ускорение передается рабочей среде за счет рабочего колеса, которое создает разность давлений между двумя соседними участками системы.
Оборудование для циркуляции используют:
- в системах отопления ЖК, промышленных предприятий, коммерческих объектов;
- в металлургии для охлаждения печей;
- в пищевом производстве для перекачивания технологических жидкостей, растворов, воды;
- в химической промышленности для циркуляции агрессивных жидкостей в реакторах;
- в машиностроении для охлаждения оборудования и в других системах.
У каждой отрасли – своя специфика, поэтому и насосы фактически для каждой системы разные. Рассмотрим их типологию.
Типы циркуляционных насосов
С мокрым и сухим ротором
Ротор – это подвижная часть электродвигателя, которая, вращаясь, обеспечивает его работу. Разница между насосом с сухим ротором и мокрым – в том, что у первого эта часть не контактирует с рабочей жидкостью – она отделена от рабочего колеса специальными уплотнителями. Такие модели часто называют блочными, так как двигатель и насосная часть у них располагаются в одном блоке.
У модели с мокрым ротором двигатель контактирует с жидкостью – она же выступает и как охладитель, и как смазка для подшипников. Отсюда следует, что таким насосом нельзя качать грязную воду или химически агрессивные жидкости – с такой «смазкой» он быстро выйдет из строя.
Факт: у моделей с сухим ротором КПД обычно выше, но «мокрые» потребляют меньше энергии на малых мощностях и лучше подходят для систем с непостоянным расходом.
Одно– и многоступенчатые
Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54806-2011 (аналог ISO 9905) подразделяет все циркуляционные насосы на одно- и многоступенчатые. У первых рабочее колесо только одно: жидкость поступает в корпус, получает энергию давления и движения от импеллера, и покидает устройство. Такие модели, как правило, используют в маломощных системах, где нужно низкое или умеренное давление, например:
- водоснабжение небольшого производственного цеха;
- система орошения полей, теплиц;
- комплексы ОВКВ.
Большинство одноступенчатых агрегатов не работают с вязкими и абразивными средами, и пригодны только для чистой воды.
У многоступенчатых насосов рабочих колес два или больше. Корпус устройства часто сделан в форме цилиндра или разделен на несколько секций под отдельные ступени. Принцип его работы можно описать так:
- вода поступает во входной патрубок и направляется к первому рабочему колесу;
- перемещая жидкость от одной ступени к другой, насос увеличивает напор, сохраняя при этом постоянную производительность;
- от последней ступени (колеса) жидкость выходит с высоким давлением через нагнетательный патрубок.
Многоступенчатые насосы применяют в более сложных системах водоподачи. Например, их устанавливают в высотных ЖК для подачи воды на верхние этажи или в бустерных установках для стабилизации давления, если сеть слишком удалена от источника. Большинство агрегатов чувствительны к загрязнениям и требуют тщательной центровки при монтаже.
Типы по назначению
Характеристики насоса зависят от того, какую рабочую среду и в какой системе он будет перекачивать. Это может быть:
- Горячая вода, например – в системах водоснабжения, отопления. Даже в чистой горячей воде скорость коррозии ускоряется в среднем на 50% при повышении температуры на 10°С. Поэтому рабочее колесо, корпус и все контактирующие с водой части должны быть хорошо защищены от ржавления.
- Холодная вода в системах ХВС, охлаждения. Насосы для ХВС обычно имеют лимит температуры перекачиваемой жидкости до 60°С, поэтому могут также использоваться в не слишком мощных отопительных системах.
- Специфические жидкости – масла, смазка, химические составы, различные растворы для пищевой промышленности. Устройство и материалы насоса должны быть химически нейтральны к перекачиваемой среде.
Чтобы защитить рабочие колеса от ржавчины, их могут делать из нержавеющих материалов, например, крыльчатка из прочного технополимера не подвержена коррозии и достаточно прочна, чтобы противостоять абразивному износу.
5 характеристик, которые обязательно учесть
Согласно ISO 9905, промышленный циркуляционный насос подбирают для конкретной системы с учетом его надежности, ресурса, энергоэффективности, рабочих и климатических условий. На практике инженеры используют для своих проектов более конкретные показатели. Среди них:
- Подача – определяет производительность агрегата, указывается в кубометрах в час. При расчетах учитывают запас подачи в 15-20%.
- Напор – разница давления на всасе и напорной стороне насосного агрегата. Выражается в метрах водяного столба.
- Рабочее давление – определяет, насколько эффективно оборудование преодолевает сопротивление системы.
- Температурный диапазон – указывает на самую низкую и высокую температуры жидкостей, на которые рассчитан насос. Долгая работа вне этого диапазона ускоряет износ циркуляционной установки.
- Потребляемая мощность – определяет энергопотребление насоса и его производительность.
Характеристики насоса нельзя подбирать в отрыве от параметров жидкости, с которой он будет работать. В первую очередь учитывают количество и фракцию примесей – модели для чистой воды, как правило, не рассчитаны на твердые примеси размерами более 0,1 мм в объеме более 0,01% от массы жидкости. Для более загрязненных вод требуются насосы со специальными фильтрами, либо не склонные к абразивному износу.
Также учитывают уровень вязкости и химическую агрессивность среды. Например, если импеллер будет перекачивать кислоту для нужд химического предприятия, его основной материал, контактирующий со средой корпус устройства и уплотнения должны быть выполнены из кислотостойких материалов.
Кроме этого, при подборе насоса учитывают:
- материал корпуса – обычно это чугун или нержавеющая сталь;
- уровень шума и вибраций;
- материал рабочего колеса – влияет на его стойкость к износу;
- габаритные размеры – должны соотноситься с местом установки.
Как подобрать насос под систему: пошаговая инструкция
Рассмотрим расчет характеристик для системы отопления небольшого предприятия площадью 150 м².
Шаг 1: рассчитать расход системы
Чтобы представить примерную производительность насоса, важно определить расход системы. Для этого используют следующую формулу:
Q = N / (c · ρ · ΔT)
Важно как можно точнее определить параметры для каждой переменной:
- Q – это интересующий нас расход;
- N – тепловая мощность системы (Вт), количество энергии, которого достаточно для поддержания заданной температуры в помещении;
- c – удельная теплоемкость теплоносителя (для воды – 4,19 кДж/(кг·°C));
- ρ – плотность теплоносителя (кг/м3);
- ΔT – разница температур между подающим и обратным трубопроводами, обычно от 5 до 20°C.
Для цеха в 150 кв. м с тепловой мощностью 15 кВт при максимальной разнице температур в 20 градусов Цельсия, отапливаемого водой со средней плотностью 980 г/м3 (при средней температуре около +70 градусов) расчет будет происходить так:
15000/(4190*980*20) = 0,000183 м3/с или 0,66 м3/ч.
К полученному значению добавляем запас в 20% и получаем около 0,79 кубометров в час.
Шаг 2: рассчитать напор
Для расчета напора используют формулу H = R*L*ZF/1000, в которой:
- H – искомая величина в метрах водного столба;
- R – удельные потери на трение, в среднем от 50 до 150 Па/м;
- L – суммарная длина всех участков трубопровода;
- ZF – коэффициент местных сопротивлений, который зависит от того, как устроена система (двухтрубная, с лучевой разводкой и т. д.).
- возможности для монтажа и подключения;
- уровень защиты от влаги и пыли;
- энергоэффективность и другие показатели.
К полученному значению также добавляется запас в 20%.
Шаг 3: подобрать насос по параметрам и графику кривой Q-H
В технической документации на насосы обычно указаны графики Q-H, которые отражают соотношение производительность/напор. Отметив на графике нужную точку из расчетов выше, вычисляют ближайшую к ней точку кривой – она будет обозначать параметры конкретной модели, которые подходят для данной системы.
На основе собранных данных выбирают тип, рабочее давление и другие характеристики насоса. Также обязательно учитывают:
После установки обязательно измеряют потребляемый ток, давление, уровень вибраций, проводят тестовые запуски. Настройка и пробный запуск считаются финальными этапами подбора насоса по рабочей точке.
Примерные характеристики насосной установки для водоподачи можно рассчитать самостоятельно, зная основные параметры системы и рабочей среды. Однако точные проектировочные расчеты лучше поручить инженерам с профильным образованием – это позволит избежать ошибок, ускоренного износа и преждевременных поломок насоса.