Типы рабочих колёс насосов — какое под какую среду

Колесо решает три вещи: проход, КПД и склонность к забиванию

Тип рабочего колеса определяет не напор, а то, какой ценой этот напор получен. Подачу и напор задают диаметр колеса и обороты, а форма лопастей отвечает за другое: сколько места остаётся жидкости и что будет, когда в насос зайдёт тряпка или камень. Поэтому два насоса с одинаковой строкой каталога одинаково качают чистую воду и по-разному ведут себя на стоке.

Различают колёса по двум признакам сразу — по числу дисков и по числу каналов. Закрытое колесо зажато между двумя дисками, полуоткрытое имеет только задний диск, открытое — лопасти без дисков вовсе. Отдельно считают каналы: одноканальное колесо — это один широкий изогнутый проход, многоканальное — несколько узких. Вихревое колесо стоит особняком: оно отодвинуто из потока и работает закрученной струёй.

Разница между типами измерима. Мы взяли у каждой модели максимум КПД на её оцифрованной кривой и посчитали медиану этих максимумов по группам серий с одним типом колеса. Закрытое колесо двустороннего входа (FSC, 644 модели, кривая с КПД у всех) даёт 85,0 %; одноканальное погружное (WQ, WQS и WQC — 340 моделей, 326 с КПД) — 59,8 %; колёса с режущим элементом (WQV, WQAS и WQH — 168 моделей, все с КПД) — 53,0 %; открытое вихревое (WQK, 20 моделей) — 34,6 %.

Отсюда главный вывод темы: КПД платят ровно за то, что не хотят доставать из насоса руками. Для чистой среды «незасоряемое» колесо означает вдвое больший двигатель на ту же работу; для стока с тряпками и камнями экономия на КПД обернётся выездом бригады.

Закрытое колесо: максимум КПД там, где среда чистая

Закрытое колесо даёт самый высокий КПД, потому что жидкость в нём заперта между двумя дисками и почти не перетекает обратно. Поток идёт по замкнутым каналам от центра к периферии, утечки ограничены зазором уплотнительных колец. Расплата — узкие каналы: волокно цепляется за входную кромку и наматывает на себя остальное.

Поэтому закрытое колесо ставят туда, где мусора нет по определению. В каталоге FANCY это насосы двустороннего входа FSC с радиальным колесом двойного входа из нержавеющей стали AISI 304 или бронзы в корпусе HT250 либо QT500, консольные серии по EN 733 с закрытым чугунным колесом и все многоступенчатые насосы. Рекорд экономичности по каталогу держит именно такая гидравлика: FSC700-870/8 выходит на 91,8 % максимального КПД при подаче 6500 м³/ч и мощности 1250 кВт.

Многоступенчатые серии показывают ту же логику в миниатюре. У CDM и CDL рабочие колёса и диффузоры выполнены из нержавеющей стали AISI 304, а нужный напор набирается числом ступеней: в карточке модели материал записан как «36xSS304» — это тридцать шесть закрытых колёс подряд. Крайний случай ряда, CDL 1-36, даёт подачу 1 м³/ч при напоре 200 м и мощности 2,2 кВт. Медиана максимального КПД по CDM и CDL — 70,5 % (637 моделей, 624 с оцифрованным КПД): ниже, чем у FSC, потому что в ряду много малорасходных насосов с относительно высокими гидравлическими потерями.

Практический вывод: закрытое колесо — выбор для водоснабжения, повышения давления, отопления, охлаждения и пожаротушения. Любой другой тип колеса здесь проигрывает по счёту за электричество. Как найти на графике саму зону наилучшего КПД, разобрано в материале «Как читать кривую Q-H насоса».

Одноканальное колесо: один широкий канал вместо лопастей

Одноканальное колесо — компромисс между закрытым и вихревым: оно тоже закрыто дисками, но канал внутри один и он широкий. Фактически это изогнутая труба, вращающаяся вокруг оси: ни входных кромок, за которые цепляется волокно, ни узких мест, где застревает комок. Заводское описание серии WQ говорит это прямо — двухлопастное незасоряющееся колесо с закрытыми, но большими каналами.

В каталоге FANCY одноканальное колесо стоит в базовых фекальных сериях: WQ — полуоткрытое или закрытое одноканальное колесо из чугуна, 192 модели, патрубки DN 50–500, исполнения на 980, 1450 и 2900 об/мин; WQS — та же гидравлика целиком из нержавеющей стали AISI 304 или AISI 316 для солёных и хлорированных сред; WQC — одноканальное чугунное колесо в корпусе с рубашкой охлаждения, 90 моделей, DN 80–500, для сухой и полусухой установки.

Цифры показывают, что одноканальное колесо — вовсе не слабое решение. Медиана максимального КПД по WQ, WQS и WQC равна 59,8 %, но разброс внутри группы огромен: от 28,5 % у высоконапорной малорасходной 50WQ20-75-18.5/2 до 90,4 % у крупной 300WQC800-9-30/6. Крупный одноканальный насос на большой подаче работает экономичнее иного чистоводного насоса, а мелкий — заметно хуже. Типичная средняя модель: 80WQ40-10-2.2/2 при подаче 40 м³/ч и напоре 10 м имеет максимум КПД 50,3 %.

Отсюда правило подбора: одноканальное колесо берут, когда включения мягкие и умеренного размера, а работа постоянная — станция посёлка, приёмный резервуар очистных, стоки цеха или автомойки. Из 192 кривых серии WQ 150 сняты на заводских испытаниях, а не рассчитаны. Модельный ряд — на странице серии FANCY WQ.

Вихревое колесо VORTEX: включения идут мимо лопастей

Вихревое колесо пропускает включения размером почти во весь патрубок, потому что само в потоке не стоит: оно утоплено в задней части корпуса, а перед ним остаётся свободная камера. Вращаясь, колесо создаёт вихрь, который гонит поток к напорному патрубку, — твёрдая частица летит через камеру, ни разу не коснувшись лопастей. Отсюда второе название: колесо свободного вихря.

В каталоге FANCY это серия WQK: открытое вихревое колесо VORTEX из чугуна, 20 моделей, патрубки DN 50–150, исполнение на 2900 об/мин. Завод адресует её стокам с крупными и волокнистыми включениями — приёмные камеры очистных сооружений, стоки мясокомбинатов, животноводческие стоки. Восемнадцать кривых из двадцати получены на заводских испытаниях, то есть это измеренные насосы, а не расчёт по типоразмеру.

Цена проходимости — КПД, и она считается точно. Медиана максимального КПД по всем 20 моделям WQK составляет 34,6 %, лучший результат в серии — 46,1 % у WQK80/3, худший — 29,8 % у WQK100/3. Против 59,8 % у одноканальных серий это примерно вдвое меньшая экономичность. На конкретном насосе видно то же: WQK150/7.5 при подаче 60 м³/ч и напоре 19 м выходит на максимум 35,2 %, а WQK80/7.5 при 48 м³/ч и 24 м — на 38,2 %, обе при мощности 7,5 кВт.

Вихревое колесо поэтому выбирают только по среде. Если в стоке идёт то, что нельзя ни измельчить, ни протолкнуть через канал — щепа, кость, ветошь, — половина КПД отдаётся за то, что насос продолжает работать. Ряд смотрите на странице серии FANCY WQK, соседние насосы — в разделе погружных насосов.

Полуоткрытое колесо: выбор для абразива

Полуоткрытое колесо имеет только задний диск, и на абразиве это достоинство. У закрытого колеса песок работает как наждак в зазоре между передним диском и корпусом: зазор растёт, растёт переток, напор падает раньше, чем изнашиваются лопасти. У полуоткрытого переднего диска нет вовсе — изнашивается кромка лопасти, а зазор до корпуса закладывается с запасом, и износ идёт равномерно.

Второе достоинство — проход: без переднего диска между лопастями больше свободного места, и колесо пропускает песок, гравий и густую пульпу. Поэтому его ставят в шламовые серии FANCY: у KBD и KBS колесо и перемешивающий механизм отлиты из хромистого сплава. Агитатор взбивает осевший ил и песок во взвесь, чтобы насос забирал не воду поверху, а осадок. В серии KBD четыре модели DN 50–100 на 2900 об/мин, в KBS — пять моделей DN 80–200 на 1450 об/мин.

Экономичность здесь неожиданно высокая, и это заметный аргумент в пользу типа. По девяти моделям KBD и KBS медиана максимального КПД составляет 76,9 %, лучший показатель — 81,2 % у 200KBS415, минимум по группе — 65,3 %. Конкретно: KBD33.7 при подаче 30 м³/ч и напоре 20,5 м с двигателем 3,7 кВт выходит на 74,6 %, а 200KBS422 при 200 м³/ч и 24 м с двигателем 22 кВт — на 80,0 %.

Полуоткрытое колесо встречается и в сухой установке: самовсасывающая серия FSP построена на чугунном колесе с проходом твёрдых включений до 76 мм, и заводское описание называет конструкцию полуоткрытой и незасоряющейся. Шесть моделей перекрывают DN 50–250 — от SP-2 с подачей 40 м³/ч и напором 27 м при 9,2 кВт до SP-10 с 600 м³/ч и 31 м при 90 кВт; КПД у серии не оцифрован ни у одной модели, поэтому в медианы она не входит. Для карьера или хвостохранилища начните с серии FANCY KBS и страницы насосов для ГОК.

Открытое колесо: мягкие включения и санитарная промывка

Открытое колесо не имеет дисков вообще — это лопасти на ступице. Оно проще всех в изготовлении и очистке, пропускает мягкие включения, но КПД у него ниже закрытого: жидкость свободно перетекает с напорной стороны лопасти на всасывающую. Применение специфическое — среды, где важнее проход и санитарная промывка, чем счёт за электричество.

В каталоге FANCY это серия FWO: открытое колесо из нержавеющей стали AISI 304, семь моделей DN 32–65 — от FWO 50 с подачей 4,8 м³/ч и напором 6,5 м при 0,37 кВт до FWO 400 с 30 м³/ч и 15 м при 3 кВт. Завод адресует серию пищевым линиям, перекачке суспензий и мойке оборудования; по даташиту диапазон температур от минус 10 до 104 °C, двигатель IP 55 с классом изоляции F. Медиана максимального КПД по семи моделям — 48,3 %, лучший насос ряда FWO 300 даёт 54,5 % при 30 м³/ч и 12 м: это плата за проточную часть, которую можно промыть без разборки.

Режущее колесо и измельчитель: когда проход не спасает

Когда включения волокнистые, увеличивать проход бесполезно — их надо резать. Тряпка, салфетка или жгут волос пройдут даже широкий канал, но соберутся в косу в напорном трубопроводе или на обратном клапане. Поэтому для коммунальной канализации выпускают колёса с режущей кромкой и с отдельным измельчающим механизмом на входе.

В каталоге FANCY таких серий три, различаются они тяжестью механизма. WQV — колесо из стали 3Cr13 с режущим элементом на входе, 76 моделей, DN 50–300, для стоков с текстилём и салфетками: подвалы жилых домов, гостиницы, санузлы торговых центров. WQAS — тяжёлая версия, колесо и режущая пластина из нержавеющей стали AISI 201, 86 моделей, DN 80–300, на 1450 и 2900 об/мин, для магистральных станций и промышленных стоков. WQH — колесо из высокопрочного чугуна QT500 с измельчителем, шесть моделей на DN 40: WQH40/4 даёт всего 10 м³/ч, зато напор 38 м при 4 кВт.

Резать дешевле, чем пропускать, — это тоже видно по цифрам. Медиана максимального КПД по 168 моделям WQV, WQAS и WQH составляет 53,0 % против 34,6 % у вихревых WQK: режущее колесо сохраняет нормальную гидравлику и добивается незасоряемости другим способом. Лучший результат в группе — 69,0 % у WQV4-200/45 с подачей 400 м³/ч и напором 21,6 м при 45 кВт; в нижней части ряда стоят малые насосы вроде 50WQV10-10-0.75 с 30,7 %. Данные надёжные: все 76 кривых серии WQV и все 86 кривых WQAS получены на заводских испытаниях.

Выбор между резкой и вихрем сводится к одному вопросу: что попадает в насос. Волокно и текстиль — режущее колесо, например ряд FANCY WQV. Твёрдое и нерезаемое, вроде камня или кости, — вихревое: режущая пластина на камне тупится и выкрашивается.

Материал колеса: чем он определяется и что означает в каталоге

Материал колеса выбирают не по прочности вообще, а по конкретной угрозе: коррозия, абразивный износ или удар. Для нейтральной воды достаточно чугуна, для солёной нужна нержавеющая сталь, для песчаной пульпы — хромистый сплав, для резки — сталь, которая держит кромку.

В карточке каждой модели FANCY материал колеса записан кодом, и по этому полю считается весь каталог: по 2744 моделям, по одной записи на модель. Запись вида «36xSS304» означает многоступенчатое исполнение и учтена один раз по материалу, а не по числу ступеней — всего таких записей 423.

Ещё 49 позиций каталога поля материала не имеют вовсе — это электродвигатели серии YE3, у которых рабочего колеса нет по определению. На нержавеющую сталь приходится больше половины каталога: она стоит и в питьевом водоснабжении, и в пищевых линиях, и в режущих механизмах.

Как выбрать тип колеса под свою среду

Начните не с насоса, а с описания среды — тип колеса выводится именно из неё. Ответьте на три вопроса: что твёрдого в жидкости и какого размера, есть ли волокно, есть ли абразив. Дальше выбор почти однозначен — вот свод по каталогу FANCY.

1. Чистая или условно чистая вода — закрытое колесо. Серии FSC, FST, FST4, FSM, FSM4, FZ, CDM, CDL. Медиана максимального КПД 78–85 % по группам, максимум по каталогу 91,8 % у FSC700-870/8.
2. Бытовые и коммунальные стоки без крупного мусора — одноканальное закрытое колесо. Серии WQ, WQS, WQC. Медиана 59,8 % по 326 моделям с оцифрованным КПД.
3. Стоки с текстилём, салфетками, волокном — режущее колесо или измельчитель. Серии WQV, WQAS, WQH. Медиана 53,0 % по 168 моделям.
4. Стоки с крупными нерезаемыми включениями — вихревое колесо VORTEX. Серия WQK. Медиана 34,6 % — плата за проход.
5. Песок, пульпа, шлам, осадок — полуоткрытое колесо из хромистого сплава с агитатором. Серии KBD и KBS, медиана 76,9 %; в сухой установке — самовсасывающая FSP с проходом до 76 мм.
6. Мягкие включения, пищевые среды, частая промывка — открытое колесо из нержавеющей стали. Серия FWO, медиана 48,3 %.

Все медианы в этом своде посчитаны одинаково: у каждой модели берётся максимум КПД на её собственной оцифрованной кривой, затем считается медиана этих максимумов по группе серий с одним типом колеса. Модели без оцифрованной линии КПД в счёт не входят, и там, где их доля заметна, это оговорено — у серии FSP линии КПД нет ни у одной из шести моделей, поэтому в медианы она не попала. Способ счёта важен: если усреднять КПД по всем точкам кривой, а не по максимуму, числа выйдут заметно ниже и будут означать другое.

Последнее замечание. Заводские кривые снимают на чистой холодной воде по ГОСТ ISO 9906-2015, поэтому на пульпе и густой суспензии напор и потребляемая мощность отличаются от паспортных тем сильнее, чем плотнее среда. Запас для абразивных сред закладывают не в мощность двигателя, а в тип колеса и диаметр патрубка.

Если среда нестандартная или в стоке есть что-то, чего в перечне нет, опишите её инженеру — тип колеса подберут по фактическому составу, размеру включений и режиму работы, а не по одной строке с подачей и напором.