Вертикальные насосы: виды, конструкция, особенности применения и обслуживания

Вертикальные насосы, конструктивной особенностью которых является соответствующее их названию расположение вала и рабочего колеса, нашли широкое распространение как в быту, так и в различных отраслях промышленности. Благодаря вертикальной компоновке вала, рабочего колеса и корпуса для установки этого оборудования не требуется много места, что и является одной из основных причин его высокой популярности. Вертикальный насос в зависимости от модели может использоваться в качестве автономного мобильного устройства, а также элемента системы водоснабжения или водоотведения.

Промышленный двухкорпусной вертикальный насос, предназначенный для перекачивания чистых или слегка загрязненных жидкостей

Параметры и разновидности

Насосы с вертикальной компоновкой вала и рабочего колеса, относящиеся к устройствам центробежного типа, классифицируются по таким характеристикам, как:

1. напор (в зависимости от значения данного параметра вертикальные насосы могут быть с низким, средним или высоким уровнем напора);
2. скорость функционирования (по данному признаку выделяют нормальные, тихо- или быстроходные гидромашины);
3. объем рабочей среды, перекачиваемый в единицу времени (производительность устройства);
4. количество ступеней, в качестве которых могут выступать секции или кольца оборудования;
5. количество магистралей, через которые в устройство поступает перекачиваемая среда (одно- или двусторонние устройства);
6. тип жидкой среды, для перекачивания которой предназначен насос (дренажные, фекальные, химические, водяные и др. электронасосы);
7. расположение устройства относительно перекачиваемой им среды (наземные модели, погружные и вертикальные полупогружные насосы);
8. способ соединения с приводным электродвигателем (прямоприводные, редукторные и шкивные гидромашины).

Вертикальные центробежные насосы с нормальным всасыванием для монтажа на плите-основании

Вертикальные насосы успешно используются для перекачивания чистых, загрязненных и химически агрессивных жидких сред, характеризующихся невысокой степенью вязкости. К наиболее значимым достоинствам гидромашин данного типа следует отнести:

• компактность;
• простоту в использовании и обслуживании;
• высокую эффективность;
• невысокий уровень шума, создаваемого при работе.

Благодаря вышеперечисленным достоинствам вертикальные многоступенчатые центробежные насосы (как и одноступенчатые) активно используются для оснащения следующих систем:

• автономного водоснабжения;
• отопления;
• дренажа и очистки жидких сред;
• конденсации;
• фильтрации, орошения и мелиорации.

Вертикальные насосы на водозаборной станции

Вертикальный центробежный насос, который обеспечивает поднятие перекачиваемой им жидкости на более высокий уровень за счет увеличения давления ее потока, может относиться к одной из следующих категорий:

• гидромашина поверхностного или наземного типа;
• полупогружной насос;
• устройство погружного типа.

Как поверхностные модели, так и насосы полупогружные и погружные комплектуются электродвигателем, который обеспечивает вращение рабочих колес таких устройств.

Поверхностные насосы вертикального типа, как понятно из их названия, устанавливаются на поверхности земли, в непосредственной близости от резервуара, из которого необходимо откачивать жидкость. Местом для установки такого оборудования может служить приямок или специально подготовленная площадка, которые не соприкасаются с поверхностью перекачиваемой жидкой среды. Насос полупогружной вертикальный, что также следует из его названия, опускается в перекачиваемую жидкую среду лишь частично, при этом приводной электродвигатель остается над поверхностью жидкости.

Насос вертикальный химический полупогружного типа

Корпус насосов погружного типа в процессе их работы полностью находится в толще перекачиваемой жидкой среды. Если вертикальный полупогружной насос не может быть установлен в скважинах, шахта которых характеризуется искривленной формой, то устройство погружного типа такой возможностью обладает.

Следует иметь в виду, что электронасосы вертикального типа нельзя запускать, пока внутренняя часть их корпуса не заполнится жидкостью. Если пренебречь этим требованием, то насос будет работать на холостом ходу, что может привести к его перегреву и, соответственно, преждевременному выходу из строя.

Более высокой мощностью отличаются многоступенчатые центробежные насосы вертикального типа, которые в состоянии намного увеличивать давление потока перекачиваемой жидкой среды, чего нельзя сказать об одноступенчатых моделях. При этом мощность и КПД многоступенчатых насосов вертикального типа тем выше, чем больше секций имеется в конструкции таких устройств. Каждая из секций, соединенных друг с другом последовательно, способствует приросту кинетической энергии потока перекачиваемой жидкой среды.

Принцип действия

Основным элементом конструкции центробежного насоса вертикального типа является рабочее колесо, оснащенное лопастями. В вертикальных многоступенчатых насосах таких колес, закрепленных на валу, несколько, что и позволяет увеличить эффективность использования данного оборудования. Рабочие колеса этих центробежных электронасосов представляют собой два диска, закрепленных на вертикальном валу, которые располагаются друг от друга на определенном расстоянии и соединены между собой лопастями, изгибающимися в сторону, противоположную направлению вращения самого колеса.

Устройство вертикального центробежного насоса

Принцип, по которому работает насос центробежный вертикального типа, заключается в следующем:

1. При вращении колеса во временной рабочей камере, сформированной двумя близлежащими лопастями, создается разрежение воздуха, что способствует всасыванию в нее жидкости через входной патрубок.
2. После того как жидкость попадает во временную рабочую камеру и начинает вращаться вместе с перемещающими ее лопастями, на нее начинает действовать центробежная сила, прижимающая ее к стенкам внутренней камеры.
3. При попадании в область выходного патрубка жидкость, уже находясь под давлением за счет воздействующих на нее центробежных сил, выталкивается в напорную магистраль.

Устройство вертикального насоса полупогружного типа со спиральным отводом

При вращении рабочего колеса центробежного электронасоса с закрепленными на нем лопастями всасывание перекачиваемой жидкости и ее выталкивание в напорную магистраль происходит в непрерывном режиме. Таким образом, за один оборот колеса происходит несколько циклов всасывания и выталкивания перекачиваемой жидкой среды.

Вал электронасоса, на котором закреплено его рабочее колесо, для обеспечения легкости и точности вращения помещается в подшипниковые узлы, а между подвижными и неподвижными деталями устройства устанавливаются уплотнительные элементы сальникового типа.

Отдельные модели вертикальных насосов погружного типа могут устанавливаться даже в трубопроводах соответствующего диаметра, что позволяет значительно повысить эффективность перекачивания жидких сред. Всасывающий и напорный патрубки у таких моделей располагаются на одной оси.

Многоступенчатые насосы вертикального типа

В центробежных вертикальных насосах многоступенчатого типа перекачиваемая жидкость до поступления в напорный патрубок последовательно проходит все секции устройства, что позволяет значительно увеличить напор рабочей среды на выходе. В зависимости от модели насосы данного типа могут содержать в своей конструкции различное количество рабочих колес (от 2 до 10), которые фиксируются на одном валу, но располагаются в отдельных модулях каждое.

Устройство вертикального многоступенчатого насоса

Модули многоступенчатого вертикального насоса размещаются в одном кожухе, который устанавливается между всасывающей и напорной камерами устройства. Все элементы корпуса многоступенчатого электронасоса, патрубки которого располагаются в одной горизонтальной плоскости, стягиваются шпильками, а стыки между ними герметизируются при помощи уплотнительных элементов.

Как уже говорилось выше, многоступенчатые центробежные насосы за счет особенностей своей конструкции позволяют значительно увеличить напор перекачиваемой жидкой среды на выходе. Напор потока жидкости, создаваемый многоступенчатым насосом, складывается из суммы значений напоров, формируемых каждой его ступенью.

Правила выбора и обслуживания

Значительно продлить срок службы центробежных насосов, а также обеспечить их безаварийную эксплуатацию позволяет соблюдение несложных правил их использования и технического обслуживания. Чтобы минимизировать влияние внешних факторов, способных вывести центробежные насосы из строя, следует дооснастить такие установки рядом дополнительных элементов. Такими элементами, в частности, являются:

• сетчатый фильтр и задвижки, которые защитят насос от попадания в его внутреннюю часть твердых включений, содержащихся в составе перекачиваемой жидкой среды;
• обратный клапан, не дающий перекачиваемой жидкости уйти обратно в скважину, то есть исключающий работу насоса вхолостую и, соответственно, перегрев устройства и его выход из строя;
• манометр, устанавливаемый на трубе, по которой жидкая среда всасывается насосом (наличие манометра даст возможность контролировать давление жидкости во входном патрубке и тем самым не допускать возникновения кавитационных процессов);
• манометр, предназначенный для контроля уровня давления внутри самого насоса (наличие такого прибора позволит не допустить возникновения гидроударов).

Вертикальные насосы в составе станции повышения давления

Эффективность работы трубопроводной системы, которую обслуживает центробежный насос, во многом определяется и тем, насколько правильно выбрано такое устройство. Выбирая как наземные, так и погружные и полупогружные вертикальные насосные устройства, следует ориентироваться на следующие параметры:

• мощность, потребляемую приводным электродвигателем;
• производительность;
• напор водной струи, который в состоянии создавать насос;
• размеры корпуса;
• материалы изготовления деталей, которые будут контактировать с перекачиваемой средой.

Высокоэффективный сдвоенный вертикальный насос

Среди правил эксплуатации насосов вертикальных центробежных стоит выделить следующие:

1. Насосы данного типа нельзя устанавливать ни в горизонтальном, ни даже в наклонном положении.
2. Категорически не допускается использовать такие насосы для перекачивания сред, для которых они не предназначены. Если применять водные насосы для перекачивания химически агрессивных жидкостей или жидких сред, в составе которых будут содержаться нерастворимые включения, то такое оборудование быстро выйдет из строя. В то же самое время использовать для перекачивания чистой воды дорогостоящие насосы, предназначенные для работы с химически агрессивными средами, нецелесообразно с экономической точки зрения.
3. Если центробежный насос придется использовать в холодное время года, то следует утеплить его корпус или установить такое оборудование в отапливаемом помещении. В противном случае корпус насоса может не только утратить свою герметичность, но даже лопнуть от замерзшей в его внутренней части жидкости.

Кроме того, центробежный насос, чтобы он прослужил как можно дольше, следует регулярно подвергать техническому обслуживанию и плановому ремонту.

Но поломки насосов всё таки неизбежны, ниже в таблице приведены основные неисправности оборудования.

Основные неисправности насосов и способы их устранения

Вертикальный насос: модели и характеристики.

Вертикальные центробежные насосы – это консольные, одноступенчатые агрегаты с осевым входом жидкости в рабочее колесо, предназначенные для перекачивания воды и других жидкостей.

Оборудование этого типа конструктивно выделяется вертикальным расположением вала и вертикальным способом монтажа.

Эти насосы нашли широкое распространение как в быту, так и в различных отраслях промышленности.

Содержание статьи

Типы вертикальных насосов.

По расположению центробежного оборудования относительно перекачиваемой им среды такие агрегаты подразделяются на:
насосы полупогружные вертикальные;
погружные агрегаты;
поверхностные модели.

Насосы полупогружные вертикальные при монтаже опускаются воду лишь частично. Как правило электродвигатель такого агрегата расположен на плите над перекачиваемой средой и с гидравлической частью мотор соединяется посредством общего вала и полумуфт.

Погружные вертикальные центробежные насосы в свою очередь в процессе работы полностью расположены в воде. Такие агрегаты широко используются при перекачивании / откачивании жидкости из шахт и скважин.

Вертикальные поверхностные насосы как следует из названия устанавливаются на поверхности водоема из которого необходимо перекачивать воду.

Общим для всех типов центробежного оборудования является правило не запускать агрегат без воды. Ведь многие модели отводят тепло от узлов с помощью перекачиваемой жидкости и работа в сухую приводит к неизбежным поломкам.

Не рекомендуется применять центробежный вертикальный насос для воды с длинным валом, так как это требует установки нескольких валов-проставок и дополнительных направляющих подшипников.

К тому же становится трудно выполнить тщательную центровку длинного вала. В то время как излом осевой линии вала приводит к вибрации и быстрому выходу из строя направляющих подшипников.

Расстояние между фланцами вала электродвигателя и вала насоса регламентируется непосредственно заводом-изготовителем из расчета установки одного вала проставки.

Модельный ряд Wilo и Grundfos.

Вертикальные агрегаты широко применяются в для обеспечения работы водопроводных системах дома. Самыми популярные модели – это вертикальные насосы Wilo и вертикальные насосы Grundfos cr – они непосредственно монтируются в скважину или колодец и способны обеспечивать непрерывную подачу воды.

Вертикальный насос Grundfos.

Вертикальные многоступенчатые насосы grundfos CR сконструирован для применения практически в любых отраслях промышленности.

Оборудование серии выполняется из таких материалов как чугун, нержавеющая сталь и титан. Модельная линейка представлена 11 насосами, позволяющими охватить интервал давлений до 40 бар.

Вертикальные насосы grundfos cr предназначаются для:
систем мойки и очистки;
плавательных бассейнов;
перекачивания кислот и щелочей;
систем обратного осмоса;
систем ультрафильтрации.

Оборудование серии обеспечивает полный спектр решений для гражданского применения и промышленных установок.

Особенности и преимущества:
Удобство технического обслуживания;
Надежность;
Энергоэффективность;
Возможность создания высокого давления только одним насосом;
Может использоваться для слабо агрессивных жидкостей;
Обладает высокой коррозионной устойчивостью.

Основные технические характеристики:
подача: до 180 м 3 /ч
напор: до 270 м
температура перекачиваемой среды: — 20 °C до +120 °C
максимальное рабочее давление: до 40 бар

Вертикальные насосы Wilo Multivert.

Wilo Multivert – это вертикальный многоступенчатый центробежный насос способный создавать высокий напор. Корпус насоса и рабочие колеса изготавливаются из коррозионностойких сталей.

Оборудование серии Multivert может использоваться для водоснабжения и повышения давления, водораспределения в промышленных циркуляционных системах, а также для контуров циркуляции охлаждающей воды. Его также можно использовать в системах пожаротушения, в системах орошения и в моечных установках.

Конструкция вертикального насоса 600В.

Промышленные вертикальные насосы российского производства включают в конструкцию:
1 – рабочее колесо;
2 – нижняя крышка;
3 – опорные лапы;
4 – корпус насоса;
5 – верхняя крышка;
6 – направляющий подшипник;
7 – подвод чистой воды;
8 – отвод дренажных вод;
9 – фланец;
10 – вал рабочего колеса;
11 – сальниковое уплотнение;
12 – фланец вала;
13 – фундаментная плита;
14 – уплотняющее кольцо;
15 – входной патрубок;
16 – защитное кольцо;
17 – колпак.

Основными деталями насоса являются корпус, вал и рабочее колесо. Корпус насоса стальной, спиральный, с верхней крышкой. Конструктивно насос центробежный вертикальный имеет две крышки – верхнюю и нижнюю.

Маркируются насосы полупогружные вертикальные маркируются следующим образом:

600В-1,6/100-У2, где
600 – условный проход напорного патрубка, мм;
В – типа насоса;
1,6 – подача агрегата, м 3 /с;
100 – напор в метрах;
У2 – климатическое исполнение и категория размещения.

У насосов серии 1200 В и 1600В – корпус с двухзавитковым спиральным отводом, а у насосов 2000В и 2400В – с трехзавитковым, разделенным перегородками.

Такая многозавитковая конструкция корпуса помогает снизить радиальное усилие, действующее на вал насоса и направляющие подшипники. Одновременно перегородки увеличивают жесткость корпуса.

Корпус насоса вертикального типа опирается лапами на две фундаментные плиты и закрепляется анкерными болтами. Насосы 1200В, 1600В, 2000В и 2400В после установки и выверки оси заливаются бетоном до оси насоса.

Входной патрубок агрегата 600В отливается за одно целое с нижней крышкой корпуса и направлен вертикально вниз.

У насосов 600В, 800В и 1000Вперекачиваемая жидкость подводится по металлической всасывающей трубе и переходному патрубку, который присоединяется в нижней части корпуса на болтах.

У насосов 1200В, 2000В и 2400В вода подводится по бетонной всасывающей трубе, присоединяющейся к корпусу насоса с помощью нижнего закладного чугунного кольца.

На верхней крышке корпуса крепится направляющий подшипник и сальниковое уплотнение вала.

Вал насоса вертикального типа кованый стальной, около подшипника и сальника защищен электронаплавкой из нержавеющей стали.

Уплотнение вала выполняется в двух взаимноприменяемых вариантах:
двойное торцевое;
сальниковое с мягкой набивкой.

Оба варианта требуют подвода чистой воды для защиты уплотнения от нагревания и износа абразивными частицами.

Рабочее колесо стальное (у насосов 600В, 800В и 1000В чугунное) с осевым входом жидкости, крепится к фланцу вала.

Фланец закрывается колпаком, который улучшает гидравлику потока в проточной части колеса.

Уплотнение рабочего колеса (щелевое) состоит из двух колец:
стальное защитное кольцо крепится к колесу;
чугунное уплотняющее прикреплено к корпуса насоса.

Благодаря тому, что крышка и переходный патрубок съемные, можно ремонтировать уплотнение колеса без разборки насоса.

Привод вертикального насоса для воды осуществляется с помощью электродвигателя. Соединение валов двигателя и насоса жесткое фланцевое. Осевые усилия и вес ротора агрегата воспринимаются пятой электродвигателя.

Шламовые и дренажные вертикальные насосы.

Оборудование вертикального типа применяется во многих областях. Основным преимуществом таких машин является большие значения КПД – порядка 80% для полупогружных моделей.

Основными областями использования полупогружных моделей считаются машиностроение, горная и химическая промышленность. Широко распространены шламовые и нефтяные вертикальные насосы.

Вертикальный шламовый насос разрабатывается специально для перекачивания загрязненных жидкостей, содержащих с своем составе крупные механические примеси.

Преимущество таких агрегатов состоит в том, что они способны перекачивать очень плотные (до 2500 кг/м 3 ) среды, поэтому они широко используются на очистных сооружениях, а также используются в горнодобывающей, перерабатывающей промышленности, а также на очистных сооружениях.

Широкой популярностью на рынке пользуется продукция компании Warman, которая как раз специализируется на оборудовании для горнодобывающей и химической промышленности.

В качестве альтернативы зарубежному поставщику можно рассматривать отечественные насосы полупогружные вертикальные ВШН-150. Эти агрегаты способны перекачивать жидкостями плотностью до 2500 кг/м 3 и концентрацией абразивных частиц до 20% (размер до 20 мм).

Вертикальные дренажные насосы как и шламовые применяются для перекачивания жидкостей с наличием небольших (до 5 мм) абразивных частиц, без наличия в жидкости волокнистых включений или камней.

Вертикальные дренажные насосы не рекомендуется использовать в строительстве или при откачивании канализационных стоков.