Насосы представляют собой обширную категорию гидравлических машин, предназначенных для перемещения жидкостей. Их принцип работы схож с действием компрессоров, используемых для газов, поскольку оба типа оборудования создают рабочее давление, необходимое для различных технологических процессов. В зависимости от конструкции выделяют несколько основных типов насосов: поршневые, роторные (например, шестеренчатые, пластинчатые, винтовые), лопастные (центробежные и осевые) и другие. Среди них центробежные насосы занимают лидирующее положение, составляя до 75–85% мирового производства.
Технические параметры и области применения
Насосы способны работать с жидкостями в широком температурном диапазоне: от экстремально низких температур (вплоть до -270 °C) до высоких (до 450 °C). Большинство насосов являются типовыми, стандартизированными изделиями. Например, стандартные центробежные насосы имеют производительность от 1,5 до 2500 м³/ч и создают напор от 10 до 250 метров водяного столба. Они могут перекачивать как нейтральные, так и агрессивные среды плотностью до 1850 кг/м³, включая жидкости с содержанием твердых частиц до 15% объемных и размером до 5 мм.
Для таких ответственных объектов, как газоперерабатывающие (ГПЗ), нефтеперерабатывающие (НПЗ) и нефтехимические заводы (НХЗ), насосы должны соответствовать особым требованиям: обладать абсолютной герметичностью, высокой надежностью и максимально длительным межремонтным периодом. Одно рабочее колесо (одна ступень нагнетания) обычно создает давление до 1,5–2,5 МПа. Поэтому для достижения более высоких давлений (до 32 МПа и выше) используются многоступенчатые центробежные насосы, которые могут иметь от 4 до 12 и более последовательно расположенных рабочих колес. Мощность таких агрегатов может достигать 30 МВт и более.
Специализированные и высокоскоростные насосы
Осевые насосы, в отличие от центробежных, характеризуются значительно большей подачей, которая может достигать 200 тысяч м³/ч. Скорость вращения вала насосов обычно лежит в диапазоне от 1500–3000 до 6000–7000 об/мин. Однако существуют уникальные высокоскоростные модели, например, центробежные насосы с частотой вращения вала 9600 и даже 23 700 об/мин (при использовании мультипликатора).
Особого внимания заслуживают герметичные электронасосы, которые считаются наиболее совершенными. Они способны работать в экстремальных условиях: создавать давление до 100 МПа или глубокий вакуум в температурном диапазоне от -270 до +450 °C. Напор таких насосов может варьироваться от 2 до 10 000 метров, а производительность — от 0,1 до 10 000 м³/ч. Их моноблочная конструкция предполагает, что все элементы ротора и электродвигателя (включая подшипники) находятся внутри общего корпуса и погружены в перекачиваемую жидкость. Такие насосы часто монтируются непосредственно на трубопроводах с помощью фланцев и не требуют специального фундамента.
Ярким примером являются центробежные насосы фирмы «Sundstrand», которые позволяют на одной ступени достигать напора до 1770 метров при скорости вращения рабочего колеса до 23 700 об/мин. Вращение от двигателя (электродвигателя, паровой или гидравлической турбины) передается через мультипликатор — зубчатую передачу с передаточным числом до 21. Увеличение скорости вращения позволяет существенно уменьшить габариты и массу насоса, но предъявляет повышенные требования к прочности материалов для вала, рабочих колес и корпуса. Для обеспечения герметичности используются различные типы уплотнений: сальниковые, торцовые, гидравлические и другие.
Многофазные насосы и ведущие производители
Отдельную нишу занимают многофазные насосы, такие как гелико-осевые насосы фирмы «Sulzer». Они способны перекачивать жидкие фракции с очень высоким содержанием газа — до 92% по объему. Мощность таких насосов составляет от 0,35 до 6 МВт при скорости вращения 3000–6600 об/мин, а общий объемный расход на входе может достигать 150–4000 м³/ч. Эти необычные многоступенчатые агрегаты нашли широкое применение, прежде всего, на нефтепромыслах для совместной транспортировки нефти и газа, что повышает эффективность добычи.
Мировыми лидерами в производстве насосного оборудования являются американские компании, такие как «Dresser Pacific», «Worthington», «Goulds», «Ingersoll-Rand» и другие, которые постоянно развивают технологии и предлагают решения для самых сложных задач.