Виды и классификация насосов: как выбрать тип под свою задачу

Насос — это гидравлическая машина, которая перемещает жидкость под напором, преобразуя механическую энергию привода в гидравлическую. В результате в системе создаются поток и необходимое давление. Основные элементы оборудования — рабочая камера, привод, всасывающий и напорный патрубки, уплотнения, подшипники и система управления.

Классификация нужна не для того, чтобы запомнить названия. Она нужна, чтобы отнести свою задачу к классу насосов и дальше сравнивать не всё подряд, а два-три подходящих типа по одинаковым критериям. Ниже — и описание типов, и таблица их сравнения, и перечень данных о системе, без которых подбор невозможен.

Что такое насос и как он работает?

Насос принимает жидкость через всасывающий патрубок, сообщает ей энергию в рабочей камере и выталкивает через напорный патрубок. Механическая энергия привода превращается в энергию потока: жидкость получает и скорость, и давление. Всё остальное в конструкции обслуживает этот процесс — уплотнения не дают среде выходить наружу и подсасывать воздух, подшипники держат вал, система управления следит за режимом.

Ключевые компоненты насосного оборудования:

• рабочая камера;
• привод (электрический, механический или гидравлический);
• всасывающий и напорный патрубки;
• уплотнения и подшипники;
• система управления.

Какие типы насосов существуют по принципу действия?

По принципу действия насосы делятся на два класса — динамические и объёмные, и различает их один физический признак. У динамического насоса рабочая камера постоянно сообщается и с входом, и с выходом: жидкость проходит через неё непрерывным потоком. У объёмного насоса камера периодически меняет объём и сообщается с входом и выходом попеременно: она отсекает порцию жидкости и вытесняет её. К динамическим относятся центробежные, осевые и вихревые насосы; к объёмным — поршневые, шестерённые и винтовые.

Этот признак стоит понять один раз, потому что из него следует почти всё остальное поведение насоса в системе.

Динамический насос связан с сетью. Раз камера открыта с обеих сторон, жидкость может перетекать обратно под действием давления. Поэтому чем выше сопротивление сети, тем меньше подача: насос и система работают в паре, и фактический расход определяется их сочетанием. Отсюда же безопасность кратковременной работы на закрытую задвижку — насос просто перестаёт подавать, хотя греется и изнашивается.

Объёмный насос сети не уступает. Он вытесняет примерно одинаковый объём за каждый оборот или ход независимо от давления на выходе. Если линию нагнетания перекрыть, давление будет расти, пока что-нибудь не разрушится или не сработает защита. Поэтому объёмный насос ставят только с предохранительным клапаном — это не рекомендация, а условие работоспособности схемы.

Ещё одно следствие того же признака: динамический насос даёт ровный поток, объёмный — порционный. У поршневого пульсация заметна на глаз, у винтового сглажена конструкцией, но природа подачи остаётся прерывистой.

Динамические насосы

Центробежные насосы занимают лидирующую позицию в промышленном секторе благодаря ряду существенных преимуществ:

• высокая производительность при компактных размерах;
• простота конструкции и надёжность;
• равномерная подача жидкости;
• возможность работы с различными типами жидкостей;
• длительный срок службы;
• экономичность эксплуатации.

В промышленности применяют несколько исполнений центробежных насосов:

• Консольные центробежные насосы — производительность до 1000 м³/ч, напор до 100 м. Применяются в системах водоснабжения и отопления.
• Многоступенчатые центробежные насосы — высокий напор до 400 м, возможность работы с горячими жидкостями, использование в системах высокого давления.
• Химические центробежные насосы — специальные материалы исполнения, устойчивость к агрессивным средам, применение в химической промышленности.

Когда нужен многоступенчатый насос. Одно рабочее колесо создаёт ограниченный напор: чтобы поднять его, увеличивают диаметр или обороты, и оба пути быстро упираются в предел. Многоступенчатый насос решает задачу иначе — в нём два и более рабочих колеса стоят последовательно, и каждая ступень добавляет жидкости энергию. Правило простое: если требуемый напор укладывается в возможности одного колеса, многоступенчатая схема не нужна и только усложнит обслуживание; если не укладывается — ступени и есть способ его получить. Вертикальная компоновка даёт высокий напор при сравнительно небольшом расходе и экономит площадь, горизонтальная — высокий напор при большом расходе. Подробнее об этом — в статье о том, что такое многоступенчатый насос и как он работает.

Осевые насосы используются при необходимости перекачивания больших объёмов жидкости с небольшим напором. Основные сферы применения:

• системы орошения;
• осушение территорий;
• циркуляционные системы охлаждения.

Вихревые насосы находят применение в случаях, когда требуется создание высокого давления при небольшой производительности.

Если задача касается именно водоснабжения, полезен отдельный разбор видов водяных насосов и их применения в промышленности — там то же деление рассмотрено применительно к воде.

Объёмные насосы

Объёмные насосы отсекают порцию жидкости и вытесняют её, поэтому они уверенно работают там, где динамические теряют эффективность: на вязких средах, при небольших расходах и высоких давлениях, при необходимости точной дозировки.

Поршневые насосы характеризуются:

• высоким КПД;
• способностью создавать большое давление;
• возможностью работы с вязкими жидкостями;
• прерывистой подачей жидкости.

Шестерённые насосы применяются для:

• перекачивания масел;
• работы с вязкими жидкостями;
• создания точной дозировки.

Винтовые насосы используются в случаях:

• необходимости равномерной подачи;
• работы с высоковязкими средами;
• требования низкого уровня шума.

Подобрать оборудование можно в разделе «многоступенчатые насосы».

Чем классы насосов отличаются на практике

Описания типов отвечают на вопрос «как устроено», но выбирают не по устройству. Ниже те же шесть типов сопоставлены по семи критериям, которые действительно решают исход подбора. Таблицу читают строками: находят свою среду и режим, оставляют одну-две подходящие строки и дальше сравнивают уже конкретные модели внутри типа.

Значения напора и подачи в таблице — порядок величины для класса, а не предел. Конкретные значения определяет паспорт модели: в пределах одного типа они различаются в разы. Таблица сужает поиск, а решение принимается по характеристике выбранного насоса.

Три замечания, без которых таблица читается неверно.

Самовсасывание — свойство исполнения, а не класса. Обычный центробежный насос перед пуском нужно залить: сухое колесо воздух не перекачивает. Объёмные насосы способны создать разрежение и подтянуть жидкость сами, но и здесь высота всасывания ограничена физикой, а не желанием. Если насос стоит выше уровня жидкости, вопрос всасывания решается до выбора типа.

Вязкость меняет всё. Для центробежного насоса рост вязкости — прямой убыток: падают и подача, и напор, и КПД. Для винтового и шестерённого вязкая среда штатна, а слишком жидкая, наоборот, ухудшает работу из-за перетечек через зазоры. Поэтому вязкость — не уточняющий параметр, а развилка между классами.

КПД сравнивают в рабочей точке, а не по максимуму. Для центробежных насосов обычный диапазон — 60–85 %, для вихревых — 30–70 %. Но диапазон типа ничего не говорит о конкретной установке: максимальная производительность не совпадает с максимальным КПД, и насос, выбранный по верхней границе, в реальной системе может работать далеко от неё. Что стоит за этими процентами, разобрано в статье о КПД насоса как показателе эффективности.

Какие данные о системе нужно собрать до подбора

Подбор начинается не с выбора насоса, а с описания системы. Ниже восемь величин, которых достаточно, чтобы поставщик предложил конкретную модель, — и последствия, если величина неизвестна. Собрать их стоит до обращения: часть этих величин прямо совпадает с полями паспорта насоса (подача, напор, температура жидкости, материал проточной части, напряжение), остальные нужны, чтобы эти поля правильно заполнить.

1. Требуемый расход Q, м³/ч. Сколько жидкости система должна получать в единицу времени. Без него подбор невозможен в принципе: расход задаёт типоразмер. Если взять «с запасом», насос уйдёт вправо по характеристике, где растёт потребляемая мощность и требуемый кавитационный запас.
2. Требуемый напор H, м. Энергия, которую насос должен сообщить жидкости: геометрический подъём плюс потери в трубопроводе и арматуре плюс требуемое давление в конечной точке. Частая ошибка — считать только высоту подъёма и забыть про потери; тогда фактический расход окажется ниже расчётного.
3. Что за жидкость: наименование и концентрация. Состав определяет материал проточной части и тип уплотнения. Неизвестный состав — это выбор материала наугад, а коррозия проявляется не сразу.
4. Температура жидкости, °C. Влияет и на материалы уплотнений, и на вязкость, и на риск кавитации: горячая жидкость легче вскипает при снижении давления. Рабочая температура указывается в паспорте отдельным диапазоном, и выход за него — не запас прочности, а эксплуатация вне назначения.
5. Вязкость при рабочей температуре. Отдельная величина, а не часть пункта о составе: именно она определяет, остаётся задача в динамическом классе или уходит в объёмный. Указывать её нужно при рабочей температуре, потому что при нагреве вязкость падает иногда в разы. Для воды вопрос не стоит, для масел, растворов и технологических сред — стоит первым.
6. Твёрдые включения: есть ли, какого размера и насколько абразивны. Определяет тип рабочего колеса и допустимость типа вообще. Насос с открытым рабочим колесом пропускает включения — например, в поверхностных насосах серии К610 в зависимости от модели проходят частицы размером до 20 мм; предел всегда проверяется по паспорту конкретной модели. Абразив, попавший в насос с малыми зазорами, изнашивает его за недели.
7. Условия на всасывании. Уровень жидкости относительно насоса, длина и диаметр всасывающего трубопровода, фильтры и арматура. Доступный запас на входе (NPSHa) определяется системой, требуемый (NPSHr) — насосом, и первый должен превышать второй с практическим запасом, а не впритык. Требуемый запас растёт вместе с расходом, поэтому насос, подходящий в расчётной точке, может кавитировать правее неё. Подробно это разобрано в статье «NPSH простыми словами: почему насос „голодает“ на всасывании».
8. Режим работы и электропитание. Непрерывно или циклами, сколько пусков в сутки, какое напряжение и фазность доступны на объекте. Частые пуски требуют защиты и влияют на ресурс; несоответствие питания выясняется уже на монтаже и означает замену двигателя.

Собранные восемь величин закрывают весь набор данных, по которым подбирается модель. Всё остальное — габариты, тип присоединения, класс защиты — поставщик определит сам, если знает эти восемь.

Подобрать оборудование можно в разделе «каталог насосов Кометта».

Из какого материала должна быть проточная часть

Материал проточной части выбирают по составу жидкости, её концентрации, рабочей температуре и условиям работы — а не по общему представлению о том, какой металл надёжнее. Чугун подходит для чистой воды и нейтральных сред, нержавеющая сталь AISI 304 — для водоснабжения и задач с требованиями к чистоте, AISI 316 — для агрессивных сред, дуплексная сталь 2205 — там, где нужна и коррозионная стойкость, и повышенная прочность. Ниже — условия применения каждого исполнения.

• Чугун. Прочен на сжатие и удар, хорошо воспринимает вибрацию, дешевле остальных. Подходит для чистой воды и нейтральных сред в стационарных установках. Подвержен коррозии при контакте с водой и химическими веществами, заметно тяжелее — это усложняет монтаж и демонтаж.
• Нержавеющая сталь AISI 304. Содержит хром, образующий на поверхности защитный оксидный слой, за счёт которого сталь устойчива к коррозии. Складское исполнение проточной части: подходит для водоснабжения, циркуляции, задач с повышенными требованиями к чистоте.
• Нержавеющая сталь AISI 316. Изготавливается под заказ, обладает повышенной стойкостью к агрессивным химическим воздействиям. Выбирается, когда AISI 304 по среде не проходит.
• Дуплексная сталь 2205. Для сред, где требуется сочетание коррозионной стойкости и повышенной прочности.

Материал определяется не одним параметром, а сочетанием: состав и концентрация жидкости, рабочая температура, условия работы. Учитывать нужно всю проточную часть, включая уплотнения и рабочее колесо, — стойкий корпус с неподходящим уплотнением проблему не решает. Развёрнутое сравнение двух основных вариантов — в статье о том, почему насосы из нержавеющей стали надёжнее чугунных корпусов.

Как выбрать насосное оборудование?

Насосное оборудование выбирают по производительности Q, напору H, характеристикам перекачиваемой среды и условиям эксплуатации. Необходимо учитывать температуру, вязкость, примеси и агрессивность жидкости, режим работы, климатические условия и требования к монтажу. Ошибка в расчёте может вызвать перерасход энергии, перегрузку двигателя, кавитацию или недостаточную производительность системы.

Порядок действий, если собрать его из предыдущих разделов:

1. Опишите систему — восемь величин из перечня выше.
2. По вязкости и включениям определите класс: динамический или объёмный.
3. По напору, подаче и характеру подачи выберите в таблице один-два типа.
4. Проверьте условия на всасывании: даже подходящий по Q и H насос не будет работать без достаточного запаса на входе.
5. Выберите материал проточной части по среде и температуре.
6. Сравните конкретные модели внутри типа по характеристике в вашей рабочей точке, а не по максимальным значениям из описания.

Типичные ошибки при подборе насосов

1. Подбор по мощности двигателя вместо рабочей точки. Киловатты на шильдике не описывают ни подачу, ни напор: один и тот же двигатель ставится на насосы с разными характеристиками. Насос выбирают по сочетанию Q и H, мощность — следствие этого выбора. Признаки того, что насос уже работает не в расчётной точке, разобраны в отдельной статье: как понять, что насос работает не в своей точке.

2. Запас «на всякий случай». Завышение параметров кажется безопасным, но приводит к излишним затратам на более мощное оборудование, повышенному энергопотреблению, работе в нерасчётном режиме, преждевременному износу из-за кавитации и необходимости ставить дроссели, чтобы погасить лишний напор. Занижение опаснее иначе: недостаточная производительность системы, перегрузка двигателя, сокращение срока службы, невозможность выполнения технологических задач и затраты на замену.

3. Игнорирование вязкости. Характеристика насоса в каталоге приводится для воды. Для вязкой жидкости фактические подача, напор и КПД будут ниже, а потребляемая мощность выше. Если вязкость не назвали при подборе, расхождение обнаружится уже на объекте.

4. Молчание о твёрдых включениях. Абразив в насосе с малыми зазорами изнашивает рабочие органы за недели, а не за годы. Размер и характер частиц называют до выбора типа, а не после первого ремонта.

5. Проверка только нагнетания. Условия на всасывании определяют, будет ли насос работать вообще. Длинный или зауженный трубопровод, загрязнённый фильтр, лишние повороты, частично прикрытая арматура, большая высота всасывания и повышенная температура жидкости снижают доступный запас давления. Дросселирование на нагнетании кавитацию не лечит — её причина находится перед входом в насос.

6. Выбор только по цене. Экономия на этапе покупки оборачивается низким качеством комплектующих, отсутствием нужных защит, высокими эксплуатационными расходами и частыми простоями. К этому добавляются скрытые издержки: повышенное энергопотребление, стоимость запчастей, сложности с сервисом, короткий межремонтный период.

Как производят промышленные насосы?

Промышленные насосы производят с применением автоматизированного проектирования, высокоточной механической обработки, современных методов балансировки и компьютерного моделирования. Качество проверяют на нескольких этапах: контролируют материалы, операции во время производства, проводят стендовые испытания и оценивают готовую продукцию. Такой порядок позволяет выявлять отклонения до передачи оборудования в эксплуатацию.

Современные технологии производства

Наши предприятия используют передовые технологии производства центробежных насосов:

• автоматизированное проектирование;
• высокоточная механическая обработка;
• современные методы балансировки;
• компьютерное моделирование работы насосов.

Контроль качества и тестирование

Каждый насос проходит многоступенчатый контроль:

• входной контроль материалов;
• операционный контроль при производстве;
• стендовые испытания;
• контроль готовой продукции.

Как правильно эксплуатировать и обслуживать насос?

Насос следует эксплуатировать в предусмотренном режиме, контролировать рабочие параметры, правильно монтировать и своевременно обслуживать. Регламент включает ежедневный осмотр, еженедельную проверку параметров, ежемесячное техническое обслуживание и ежегодный капитальный ремонт. При снижении производительности, шуме или вибрации сначала проверяют проточную часть, герметичность, направление вращения, фильтры, крепления и подшипники.

Основные правила эксплуатации

• соблюдение режимов работы;
• контроль рабочих параметров;
• своевременное обслуживание;
• правильный монтаж и установка.

График технического обслуживания

• ежедневный осмотр;
• еженедельная проверка параметров;
• ежемесячное техническое обслуживание;
• ежегодный капитальный ремонт.

Типовые неисправности и их устранение

1. Снижение производительности. Причины: засорение рабочего колеса или спирального корпуса, износ щелевых уплотнений, неправильное направление вращения, подсос воздуха через уплотнения, кавитационные явления, частичная блокировка всасывающей линии. Диагностика: проверка показаний манометров, осмотр фильтров и клапанов, измерение фактической подачи расходомером, проверка герметичности всасывающей линии. Устранение: очистка проточной части, замена изношенных уплотнений, проверка и регулировка зазоров, устранение подсоса воздуха, очистка или замена фильтров, проверка правильности монтажа.

2. Повышенный шум и вибрация. Причины: кавитация, дисбаланс ротора, несоосность валов насоса и двигателя, износ подшипников, ослабление крепёжных элементов, работа в нерасчётном режиме, повреждение рабочего колеса. Диагностика: виброметрия, проверка центровки, анализ шумовых характеристик, контроль рабочих параметров. Устранение: балансировка ротора, центровка валов, замена подшипников, затяжка крепежа, регулировка режима работы, ремонт или замена рабочего колеса, проверка кавитационного запаса.

3. Перегрев подшипников. Причины: недостаточное или избыточное количество смазки, её загрязнение или неправильный подбор, перекос вала, чрезмерная нагрузка, недостаточное охлаждение. Диагностика: измерение температуры, анализ состояния смазки, проверка центровки, контроль вибрации. Устранение: замена или добавление смазки, очистка подшипниковых узлов, регулировка центровки, проверка зазоров, восстановление системы охлаждения, замена подшипников, проверка радиальных и осевых нагрузок.

4. Утечки через уплотнения. Причины: износ сальниковой набивки, повреждение торцевых уплотнений, деформация вала, избыточное давление в уплотнении, химическое воздействие среды, превышение температурного режима, неправильная сборка узла. Диагностика: визуальный осмотр, проверка величины утечки, контроль давления в камере уплотнения, оценка состояния вала. Устранение: замена сальниковой набивки, ремонт или замена торцевых уплотнений, восстановление вала, регулировка давления в камере, настройка охлаждения, правильная сборка узла, установка дополнительных защитных устройств.

Важно различать симптом и причину. Кавитация проявляется шумом, вибрацией и падением подачи, а повреждает при этом рабочее колесо, уплотнение и подшипники. Если заменить пострадавшие детали, но не устранить причину во всасывающей линии, отказ повторится. Механизм разобран в статье о причинах и последствиях кавитации.

Куда смотреть дальше

Классификация отвечает на вопрос выбора класса. Дальше подбор упирается в конкретные величины, и каждой из них на сайте посвящён отдельный разбор:

• Основные характеристики насосов — что означают Q, H, номинальный режим и чем напор отличается от давления. Начинать стоит отсюда, если величины из перечня исходных данных пока незнакомы.
• Как понять, что насос работает не в своей точке — признаки смещения режима и что с этим делать. Нужно, если оборудование уже установлено и ведёт себя не так, как ожидалось.
• NPSH простыми словами и расчёт запаса по NPSH при подборе центробежного насоса — условия на всасывании от объяснения до расчёта.
• КПД насоса — как считается и почему его сравнивают в рабочей точке.
• Параллельное и последовательное подключение насосов — что делать, когда одного насоса не хватает по подаче или по напору.
• Обозначения насосов и терминология — как читать маркировку и шильдик, если модель уже предложена.

Как выбрать подходящий насос и избежать ошибок?

Подходящий насос выбирают по расчётным подаче и напору, свойствам жидкости, условиям монтажа и режиму работы. Завышенные параметры увеличивают затраты и энергопотребление, а заниженные могут привести к недостаточной производительности и перегрузке двигателя. Перед заказом необходимо проверить расчётную точку и совместимость конструкции с перекачиваемой средой.

Практический порядок: соберите восемь величин о своей системе, определите по ним класс и тип, проверьте условия на всасывании и выберите материал проточной части. С этими данными разговор с поставщиком занимает один заход вместо нескольких уточняющих.

Если исходные данные собраны, подобрать конкретную модель можно в разделе подбора оборудования — там модели сопоставлены по подаче, напору, материалу проточной части и температуре жидкости.

Вопросы и ответы

Короткие ответы на вопросы, которые чаще всего возникают при выборе типа насоса и его исполнения.

Как правильно выбрать насос?

Насос выбирают по типу системы и жидкости, требуемым производительности и напору, высоте подъёма и энергопотреблению. Для чистой воды и агрессивных жидкостей нужны разные исполнения. Расход и напор рассчитывают для конкретной системы, чтобы оборудование работало эффективно и соответствовало задаче. Результат проверяют по характеристикам выбранной модели.

Чем динамические насосы отличаются от объёмных?

У динамического насоса рабочая камера постоянно сообщается с входом и выходом, у объёмного — периодически меняет объём и сообщается с ними попеременно. Практическое следствие: динамический насос снижает подачу при росте сопротивления сети, а объёмный вытесняет заданный объём независимо от давления, поэтому требует предохранительного клапана. Динамические дают равномерный поток, объёмные — порционный и лучше работают с вязкими средами.

Какой насос выбрать для вязкой жидкости?

Для вязких сред подходят объёмные насосы — винтовые и шестерённые; винтовые остаются основным выбором для высоковязких жидкостей. У центробежного насоса с ростом вязкости падают подача, напор и КПД, а потребляемая мощность растёт. Вязкость нужно называть при подборе, потому что характеристики в каталоге приводятся для воды.

Для каких целей можно использовать насосы?

Большинство насосов Кометта используют для чистой воды и негорючих, невзрывоопасных жидкостей без твёрдых частиц и волокон — в водоснабжении, орошении, промышленности, охлаждении и фильтрации. Для загрязнённой воды предназначены поверхностные насосы К610 с открытым рабочим колесом: в зависимости от модели они пропускают частицы размером до 20 мм.

Что такое консольно-моноблочные насосы?

Консольно-моноблочный насос объединяет насосную часть и электродвигатель в одном блоке. Такая конструкция не требует отдельного опорного основания двигателя, экономит монтажное пространство, упрощает установку и уменьшает вибрацию и шум. Серия Кометта К144 изготовлена из нержавеющей стали, устойчива к коррозии и подходит для размещения в ограниченном пространстве.

Что такое горизонтальные многоступенчатые насосы?

Горизонтальные многоступенчатые насосы имеют несколько рабочих колёс, расположенных горизонтально, и создают высокий напор при большом расходе. Они применяются в водоснабжении, циркуляции, промышленных и бытовых установках. Серия К233 изготовлена из нержавеющей стали, устойчива к коррозии и износу; конструкция упрощает установку и техническое обслуживание.

Что такое вертикальные многоступенчатые насосы?

Вертикальные многоступенчатые насосы имеют несколько ступеней, расположенных вертикально, и создают высокий напор при сравнительно небольшом расходе и компактных размерах. Серия К377 из нержавеющей стали AISI 304 применяется в водоснабжении, циркуляции и промышленности. Для агрессивных сред под заказ доступна проточная часть из AISI 316, стойкая к химическим воздействиям.