Какая запорная арматура необходима для подключения насосного оборудования

Для подключения большинства центробежных насосов необходимы отсечные устройства на всасывающем и напорном трубопроводах, а также обратный клапан на выходе из насоса. В зависимости от типа установки в обвязку дополнительно включают фильтр, донный клапан, дренажную и воздушную арматуру, регулирующий клапан, предохранительное устройство и контрольно-измерительные приборы.

Правильно подобранная запорная арматура для насосного оборудования позволяет отключить агрегат для обслуживания, предотвратить обратное движение жидкости и сохранить рабочий участок трубопровода заполненным. При этом арматура не должна создавать избыточное гидравлическое сопротивление, особенно на входе в насос.

Универсальной схемы, одинаково подходящей для любой установки, не существует. Состав обвязки зависит от типа насоса, способа подвода жидкости, параметров рабочей среды, давления, диаметра трубопровода и требований технологической системы. Производители также рекомендуют учитывать руководство по монтажу конкретной модели насоса.

Что входит в обвязку насосного оборудования

Обвязка насосного оборудования — это совокупность трубопроводов, запорных и защитных устройств, соединительных элементов, измерительных приборов и вспомогательного оборудования, обеспечивающих работу насоса в заданном режиме.

Важно различать несколько видов трубопроводной арматуры:

• запорная арматура полностью открывает или перекрывает поток;
• обратная арматура не допускает движения среды в противоположном направлении;
• регулирующая арматура изменяет расход или давление;
• предохранительная арматура защищает оборудование от превышения допустимого давления;
• дренажные и воздушные устройства используются для опорожнения, заполнения и удаления воздуха.

Согласно терминологии ГОСТ 9544-2005, запорная арматура предназначена именно для перекрытия потока рабочей среды. Поэтому обратный клапан технически не относится к запорной арматуре, хотя практически всегда рассматривается как один из основных элементов насосной обвязки.

Базовый комплект арматуры

Точный состав определяется проектом. Например, донный клапан нужен не во всех системах, а регулирующее и предохранительное оборудование подбирается в зависимости от типа насоса и способа управления его производительностью.

Запорная арматура на всасывающем трубопроводе

На всасывающей линии устанавливают отсечную арматуру, позволяющую демонтировать насос или провести ремонт без опорожнения всей системы. Во время работы насоса она должна быть полностью открыта.

Всасывающий участок особенно чувствителен к сопротивлению. Сужение прохода, загрязнённый фильтр, частично закрытая задвижка или неподходящий клапан увеличивают потери давления и могут ухудшить условия поступления жидкости к рабочему колесу. В результате появляются шум, нестабильная подача, вибрация и риск кавитации.

Диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше входного патрубка насоса. В некоторых системах его специально увеличивают, чтобы снизить скорость потока и гидравлические потери. Производители насосов также указывают, что всасывающий трубопровод должен быть герметичным, закреплённым независимо от насоса и не передавать нагрузку на его патрубки.

Если насос находится ниже уровня жидкости

При подпоре, когда жидкость поступает к насосу из расположенного выше резервуара или коллектора, на всасывающей линии устанавливают отсечную арматуру. Она позволяет изолировать агрегат для проверки, обслуживания или замены.

Для этой задачи могут применяться:

• полнопроходной шаровой кран;
• клиновая задвижка;
• шиберная задвижка для загрязнённых сред;
• дисковый поворотный затвор;
• специализированный запорный клапан.

Использовать всасывающую задвижку или кран для регулирования производительности не следует. Во время работы она должна оставаться полностью открытой: регулирование на входе создаёт дополнительное разрежение и ухудшает условия всасывания. Это требование отдельно указывается в инструкциях производителей насосов.

Если насос расположен выше уровня жидкости

Если жидкость необходимо поднимать из резервуара, колодца или другой ёмкости, может потребоваться донный обратный клапан для насоса. Его размещают на погружённом конце всасывающего трубопровода.

Донный клапан выполняет две задачи:

• не позволяет жидкости стекать обратно после остановки;
• сохраняет заполнение насоса и всасывающей трубы перед следующим запуском.

Такое решение актуально прежде всего для несамовсасывающих центробежных насосов. Донный клапан применяют только тогда, когда он действительно необходим для первичного заполнения или сохранения столба жидкости: лишнее сопротивление на всасывании нежелательно.

При выборе устройства нужно учитывать его пропускную способность и возможные скачки давления при закрытии. Для крупных промышленных установок способ заполнения системы и необходимость донного клапана определяются расчётом и проектной документацией.

Когда перед насосом устанавливают фильтр

Фильтр грубой очистки или грязевик нужен, если в рабочей среде могут находиться песок, окалина, сварочный шлак, ржавчина и другие твёрдые частицы. Фильтр защищает рабочее колесо, уплотнения и внутренние каналы насоса.

При этом фильтрующий элемент тоже создаёт сопротивление. Его подбирают по расходу, допустимому перепаду давления и размеру задерживаемых частиц. Конструкция должна позволять очищать сетку без сложного демонтажа трубопровода.

Перед вводом оборудования в эксплуатацию трубопровод необходимо очистить от загрязнений. Если фильтр установлен, его состояние следует регулярно проверять: по мере засорения растёт перепад давления, а фактическая подача насоса может снижаться.

Какая арматура нужна на напорной линии

На выходе из центробежного насоса обычно устанавливают обратный клапан и отсечную арматуру. Распространённая последовательность элементов по направлению движения среды выглядит так:

насос → измерительный прибор → обратный клапан → запорная арматура → напорный трубопровод или коллектор.

В конкретной установке между насосом и клапанами могут находиться переходы, компенсаторы, монтажные вставки и другие элементы. Порядок следует сверять с проектом и инструкцией изготовителя оборудования.

Обратный клапан

Обратный клапан для насоса предотвращает движение жидкости из напорного трубопровода обратно через остановленный агрегат. Это особенно важно при значительной высоте столба жидкости и при параллельном подключении нескольких насосов.

В системе с несколькими агрегатами обратный клапан на каждой напорной ветви не позволяет рабочему насосу перекачивать жидкость через отключённый. Он также снижает риск обратного вращения рабочего колеса.

В зависимости от диаметра, рабочей среды и динамики потока применяют:

• подъёмные обратные клапаны;
• поворотные клапаны;
• двухстворчатые межфланцевые клапаны;
• осевые малошумные клапаны;
• шаровые обратные клапаны;
• клапаны с пружинным закрытием.

Положение установки определяется конструкцией изделия. У гравитационных моделей необходимо учитывать направление действия силы тяжести, поэтому не каждый обратный клапан допускает монтаж на вертикальном или горизонтальном участке в произвольном положении.

Отсечная арматура после обратного клапана

После обратного клапана устанавливают задвижку, шаровой кран или дисковый затвор. Это позволяет отключить насос вместе с обратным клапаном от напорного коллектора.

Такое расположение удобно при обслуживании: запорное устройство перекрывают, участок между ним и насосом освобождают от давления и сливают через дренаж. После этого можно проверить обратный клапан, заменить уплотнение или демонтировать агрегат.

В инструкциях по монтажу центробежных насосов обычно рекомендуется размещать обратный клапан между насосом и напорной задвижкой. Отсечное устройство при этом находится ниже по потоку.

Можно ли регулировать расход задвижкой

Регулирование расхода допускается только на напорной стороне и только в пределах, разрешённых производителем насоса и арматуры. Всасывающую линию для этой цели не используют.

Дросселирование изменяет сопротивление системы и перемещает рабочую точку центробежного насоса. Однако этот способ приводит к дополнительным потерям энергии, а при неправильном режиме может вызывать шум и вибрацию. Для систем с часто изменяющимся расходом обычно рассматривают регулирующий клапан или частотное управление электродвигателем.

Запорную задвижку не следует длительно эксплуатировать в промежуточном положении, если её конструкция не рассчитана на регулирование. Частично открытый затвор может подвергаться вибрации, эрозионному износу и неравномерному воздействию потока.

Какой вид запорной арматуры выбрать

Выбор конструкции зависит от диаметра, давления, температуры, состава жидкости, допустимых потерь напора и требуемой скорости переключения.

Клиновая задвижка

Клиновая задвижка подходит для полного открытия и перекрытия трубопровода. В открытом положении запирающий элемент выводится из проходного сечения, поэтому качественная полнопроходная модель создаёт сравнительно небольшое сопротивление.

Задвижки часто применяют:

• на промышленных насосных станциях;
• на всасывающих и напорных коллекторах;
• на трубопроводах среднего и большого диаметра;
• в системах водоснабжения и теплоснабжения;
• на технологических линиях.

Недостатки — большая строительная высота и более медленное открытие по сравнению с поворотными устройствами. Клиновую задвижку следует использовать преимущественно в положениях «открыто» и «закрыто».

Дисковый поворотный затвор

Дисковый затвор для насосной станции отличается небольшой монтажной длиной и быстрым поворотом запирающего элемента на 90°. Межфланцевые модели удобны на трубопроводах среднего и большого диаметра, где важны компактность и небольшая масса.

Затворы применяют для отключения насосов, резервуаров и участков трубопровода. Некоторые исполнения допускают регулирование, но возможность работы в промежуточных положениях должна быть подтверждена производителем.

Даже в полностью открытом положении диск остаётся внутри прохода. Поэтому при установке на чувствительной всасывающей линии необходимо проверить коэффициент сопротивления конкретной модели и убедиться, что арматура не ухудшает условия работы насоса. Поворотные затворы компактнее большинства других типов арматуры, но их сопротивление несколько выше, чем у полнопроходных шаровых кранов и задвижек.

Шаровой кран

Полнопроходной шаровой кран подходит для быстрого отключения трубопровода. Его часто используют на небольших и средних диаметрах в системах водоснабжения, отопления, охлаждения и технологической циркуляции.

Основные преимущества:

• быстрое открытие и закрытие;
• визуально понятное положение рукоятки;
• высокая герметичность;
• небольшие потери давления у полнопроходных моделей;
• компактная конструкция.

Для горячих, агрессивных или загрязнённых сред необходимо правильно подобрать материал корпуса, шара, седловых уплотнений и штока. Стандартный шаровой кран не следует использовать как регулирующий, если такое применение прямо не предусмотрено его конструкцией.

Запорный или регулирующий клапан

Клапаны с поступательным перемещением затвора применяют там, где требуется более точное изменение расхода. По сравнению с полнопроходной задвижкой или шаровым краном они обычно создают большее гидравлическое сопротивление.

Поэтому регулирующие клапаны размещают преимущественно на напорном трубопроводе. Для обычного отключения насоса рациональнее использовать арматуру с меньшими потерями давления.

Сравнение основных решений

Как подобрать арматуру по DN и PN

Запорная арматура для насосов подбирается не только по размеру патрубка агрегата. Необходимо учитывать расчётный диаметр трубопровода, максимальное давление, температуру и характеристики рабочей среды.

Условный проход DN

DN обозначает номинальный размер присоединяемых элементов. Он приблизительно соответствует внутреннему диаметру трубопровода, но не является точным значением фактического проходного сечения.

На всасывающей линии нельзя без расчёта устанавливать арматуру меньшего диаметра. Локальное сужение повышает скорость потока и увеличивает потери давления. Иногда всасывающий трубопровод и арматура имеют больший DN, чем патрубок насоса.

На напорной стороне диаметр определяется расчётным расходом, допустимой скоростью и потерями напора. Рекомендуемые значения зависят от назначения системы, поэтому окончательный выбор выполняется по гидравлическому расчёту и документации насоса.

Номинальное давление PN

PN характеризует допустимое номинальное давление арматуры при установленных условиях. Выбранный класс должен учитывать:

• максимальное рабочее давление;
• давление, развиваемое насосом при минимальном расходе;
• статический напор;
• температуру среды;
• возможные переходные процессы и гидроудары;
• испытательное давление системы.

Недостаточно ориентироваться только на обычное давление по манометру. При остановке насоса, резком закрытии затвора или закрытии обратного клапана фактическая нагрузка может кратковременно возрастать.

Материал корпуса

Материал выбирают по давлению, температуре, коррозионной активности и механическим свойствам среды.

В насосных системах применяют:

• серый и высокопрочный чугун;
• углеродистую сталь;
• легированную и нержавеющую сталь;
• латунь и бронзу;
• полимерные материалы;
• специальные коррозионностойкие сплавы.

Для чистой холодной воды требования отличаются от условий перекачивания морской воды, нефтепродуктов, кислот, щелочей, абразивных суспензий или высокотемпературного теплоносителя. Необходимо проверять совместимость не только корпуса, но и седла, прокладок, манжет, покрытия диска и уплотнения штока.

Класс герметичности

Класс герметичности показывает допустимую утечку через закрытый затвор. Его устанавливают в технической документации на арматуру с учётом назначения и требований системы.

ГОСТ 9544-2005 распространяется на запорную трубопроводную арматуру и предусматривает классы герметичности А, B, C, D, B1, C1 и D1. Требуемый класс должен быть указан в проекте или техническом задании, а не выбран только по рекламному описанию изделия.

Тип присоединения

Для подключения применяются:

• резьбовое соединение;
• фланцевое соединение;
• межфланцевый монтаж;
• муфтовое соединение;
• соединение под приварку;
• штуцерное или быстроразъёмное соединение.

Резьбовая арматура распространена на небольших диаметрах. Фланцевое исполнение удобно для промышленного оборудования, поскольку упрощает демонтаж. Межфланцевые затворы и клапаны имеют небольшую монтажную длину. Сварные соединения используют там, где требуется высокая прочность и минимизация разъёмных стыков.

Схемы для разных типов насосов

Поверхностный центробежный насос с подпором

При подаче жидкости из расположенного выше резервуара базовая схема выглядит так:

резервуар → отсечная арматура → фильтр при необходимости → насос → обратный клапан → отсечная арматура → напорная система.

Дополнительно предусматривают манометр, дренаж и устройства для удаления воздуха. Всасывающая арматура при работе должна быть полностью открыта.

Поверхностный насос с подъёмом жидкости

Если насос находится выше минимального уровня воды:

донный клапан с сеткой → герметичный всасывающий трубопровод → насос → обратный клапан → запорная арматура → напорная линия.

Перед пуском корпус и всасывающую трубу заполняют жидкостью, если насос не является самовсасывающим. Трассу прокладывают без верхних точек, в которых может накапливаться воздух.

Циркуляционный насос

Для циркуляционного насоса отопления или охлаждения обычно устанавливают запорные устройства с двух сторон. Это позволяет заменить агрегат без полного слива теплоносителя.

Схема может включать:

• шаровой кран или затвор до насоса;
• грязевик;
• разъёмные соединения;
• циркуляционный насос;
• обратный клапан при необходимости;
• шаровой кран или затвор после насоса;
• воздухоотводчик и дренаж.

Если насос установлен на байпасе, запорная арматура должна позволять отключить насосную ветвь и изменить направление потока в соответствии с проектным режимом.

Несколько насосов, подключённых параллельно

У каждого агрегата должны быть собственные устройства отключения и защиты:

• отсечная арматура на всасывающей ветви;
• обратный клапан на напорной ветви;
• отсечная арматура после обратного клапана;
• дренаж;
• приборы контроля давления.

Обратный клапан не позволяет жидкости из общего напорного коллектора проходить через неработающий агрегат. Это защищает насос от обратного потока и нежелательного вращения.

Погружной насос

На напорной трубе погружного насоса предусматривают обратный клапан и отсечную арматуру. В скважинных системах обратный клапан может быть встроен в насос, но необходимость дополнительного устройства определяется глубиной установки, длиной напорной линии и указаниями изготовителя.

Для обслуживания также могут потребоваться:

• сливной клапан;
• разборное соединение;
• оголовок или опорная арматура;
• манометр;
• мембранный бак;
• реле или датчик давления.

Объёмный насос

Для шестерёнчатых, винтовых, плунжерных и других объёмных насосов нельзя автоматически использовать схему центробежного агрегата. Перекрытие напорной линии при работающем объёмном насосе может привести к быстрому росту давления.

В такой системе предусматривают предохранительный или перепускной клапан, который отводит поток обратно во всасывающую линию или резервуар. Параметры устройства определяют по максимальной производительности насоса и допустимому давлению оборудования.

Дополнительная арматура и оборудование

Одних задвижек и обратного клапана недостаточно для полноценной промышленной установки. В проекте также могут предусматриваться следующие элементы.

Дренажные клапаны

Дренаж размещают в нижних точках изолируемого участка. Он позволяет слить жидкость перед демонтажем насоса, клапана или фильтра.

Дренажную линию необходимо выводить в безопасное место. Для агрессивных, горячих, токсичных и горючих сред порядок опорожнения определяется технологическим регламентом.

Воздушные клапаны

Воздухоотводчик устанавливают там, где возможно накопление воздуха. Воздушные пробки уменьшают проходное сечение, нарушают заполнение трубопровода и могут ухудшать работу насоса.

На протяжённых напорных линиях места установки воздушной арматуры определяют по профилю трассы. В руководствах производителей отмечается, что в верхних точках трубопровода необходимо предусматривать возможность удаления скопившегося воздуха.

Манометры и датчики давления

На всасывающей стороне применяют манометр или мановакуумметр, на напорной — манометр либо датчик давления. Сравнение показаний помогает контролировать создаваемый насосом напор и обнаруживать отклонения.

Перед измерительным прибором может устанавливаться трёхходовой кран или отдельный запорный клапан. Он позволяет отключить и заменить прибор без продолжительной остановки системы.

Компенсаторы и вибровставки

Компенсаторы снижают передачу вибрации и воспринимают перемещения трубопровода. Однако они не должны использоваться вместо правильного крепления и соосности.

Трубы закрепляют на собственных опорах. Вес трубопровода, арматуры и заполненной среды не должен передаваться на патрубки насоса. При неправильно закреплённом компенсаторе усилия от внутреннего давления могут, наоборот, смещать агрегат и нарушать центровку.

Правила монтажа насосной арматуры

Арматуру устанавливают так, чтобы она была доступна для управления, осмотра и ремонта. При монтаже необходимо обеспечить правильное направление потока, соосность соединений и отсутствие нагрузки на корпус насоса.

Основные требования:

• проверить стрелку направления потока на обратных и регулирующих клапанах;
• устанавливать арматуру в разрешённом производителем положении;
• не использовать насос для подтягивания несоосных труб;
• предусмотреть отдельные опоры для тяжёлых клапанов и задвижек;
• оставить место для извлечения штока, диска, сетки фильтра и внутренних деталей;
• не размещать привод или редуктор в зоне возможного затопления без соответствующей защиты;
• обеспечить возможность сброса давления и слива жидкости;
• очистить трубопровод перед пуском;
• проверить герметичность фланцевых, резьбовых и сварных соединений;
• полностью открыть всасывающую арматуру перед запуском.

Трубопровод должен быть независимо закреплён и подключён без передачи напряжений на насос. Использование широких отводов, герметичных соединений и правильно подобранных переходов уменьшает сопротивление и вероятность образования воздушных карманов.

Типичные ошибки при подключении насоса

Установка арматуры меньшего диаметра

Уменьшение проходного сечения увеличивает скорость и местные потери. На всасывающем участке это особенно опасно, поскольку снижает доступный напор на входе в насос.

Регулирование на всасывании

Частично закрытая задвижка перед насосом не является нормальным способом управления расходом. Она повышает сопротивление и может создать условия для кавитации.

Отсутствие обратного клапана

Без обратного клапана жидкость после остановки может двигаться в противоположном направлении. В установке с несколькими насосами поток способен проходить через неработающий агрегат.

Неправильное положение обратного клапана

Некоторые конструкции зависят от силы тяжести или направления движения диска. Монтаж в неподходящем положении приводит к неполному закрытию, стуку, повышенному сопротивлению или заклиниванию.

Установка фильтра без возможности очистки

Если грязевик зажат между оборудованием и стеной, его обслуживание становится сложным. В результате сетку очищают реже, а сопротивление всасывающей линии постепенно растёт.

Использование запорной задвижки как регулирующей

Длительная работа клиновой задвижки в полуоткрытом положении ускоряет износ затвора и уплотнительных поверхностей. Для постоянного регулирования следует использовать предназначенную для этого арматуру или частотное управление.

Отсутствие дренажа

Даже после закрытия двух задвижек в корпусе насоса и участке трубопровода остаётся жидкость под давлением. Без дренажного клапана безопасно выполнить демонтаж значительно сложнее.

Передача веса труб на насос

Насосные патрубки не должны использоваться как опоры. Несоосность и внешние нагрузки вызывают деформацию корпуса, нарушение центровки, вибрацию и повышенный износ уплотнений.

Краткий чек-лист выбора

Перед заказом арматуры насосной установки необходимо определить:

1. Тип насоса и способ его установки.
2. Рабочую и максимальную производительность.
3. Давление на всасывании и нагнетании.
4. Возможное давление при закрытой напорной линии.
5. Диаметр всасывающего и напорного трубопровода.
6. Температуру рабочей среды.
7. Химический состав и концентрацию примесей.
8. Размер твёрдых включений.
9. Материал корпуса и внутренних деталей.
10. Совместимость уплотнений со средой.
11. Требуемый класс герметичности.
12. Тип присоединения.
13. Допустимое направление и положение монтажа.
14. Необходимость привода, редуктора или дистанционного управления.
15. Возможность демонтажа и обслуживания.
16. Требования к обратному, дренажному и воздушному оборудованию.
17. Необходимость предохранительного или перепускного клапана.
18. Указания производителя насоса и проектной организации.

Часто задаваемые вопросы

Нужно ли ставить запорную арматуру с двух сторон насоса?

Да, в большинстве стационарных систем насос желательно отключать как от всасывающей, так и от напорной линии. Это позволяет выполнить обслуживание без опорожнения всей сети. Исключения определяются конструкцией установки и проектом.

Где ставится обратный клапан — до или после насоса?

Основной обратный клапан центробежного насоса устанавливают на напорной линии. Как правило, он располагается между насосом и напорной задвижкой. На всасывающей линии обратный или донный клапан применяют при необходимости сохранить заполнение трубы.

Можно ли поставить шаровой кран перед насосом?

Можно, если его DN, PN, материалы и пропускная способность соответствуют системе. Желательно использовать полнопроходное исполнение. Во время работы насоса кран должен быть полностью открыт.

Что лучше для насосной станции — задвижка или дисковый затвор?

Задвижка подходит, когда требуется полный проход и минимальное сопротивление. Дисковый затвор выбирают при ограниченном монтажном пространстве, больших диаметрах и необходимости быстрого переключения. Решение принимают по гидравлическому расчёту и условиям эксплуатации.

Нужен ли фильтр перед каждым насосом?

Не всегда. Фильтр устанавливают при риске попадания в насос частиц, которые могут повредить рабочее колесо или уплотнения. Если среда уже очищена, а дополнительное сопротивление критично, необходимость фильтра оценивают отдельно.

Можно ли запускать насос при закрытой напорной задвижке?

Для некоторых центробежных насосов допускается кратковременный пуск при закрытой или частично открытой напорной арматуре, но это не универсальное правило. Продолжительная работа без расхода вызывает нагрев жидкости и может повредить оборудование. Порядок запуска нужно брать из инструкции конкретной модели.

Какая арматура обязательна для двух параллельных насосов?

На ветви каждого агрегата предусматривают собственную отсечную арматуру и обратный клапан. Это позволяет ремонтировать один насос при работающем втором и предотвращает движение жидкости через отключённый агрегат.

Заключение

Минимальная схема подключения насосного оборудования обычно включает отсечную арматуру до насоса, обратный клапан на нагнетании и ещё одно запорное устройство после него. При заборе жидкости с подъёмом может потребоваться донный клапан, при наличии загрязнений — фильтр, а для безопасного обслуживания — дренажная и воздушная арматура.

Тип устройства выбирают по функции. Полнопроходные шаровые краны и задвижки обеспечивают небольшое сопротивление, дисковые затворы экономят монтажное пространство, обратные клапаны защищают от возвратного потока, а регулирующие и предохранительные устройства отвечают за управление и безопасность.

Окончательный состав обвязки необходимо определять с учётом типа насоса, параметров среды, DN и PN трубопровода, возможных гидравлических ударов и требований изготовителя. Грамотно подобранная запорная арматура для насосного оборудования упрощает обслуживание установки, снижает гидравлические потери и помогает насосу работать в расчётном режиме.