Щелевое уплотнение и износное кольцо насоса: зазор, который решает подачу

Между вращающимся колесом и неподвижным корпусом обязательно есть зазор — иначе колесо задевало бы корпус. Через этот зазор часть воды из зоны высокого давления за колесом перетекает обратно на вход и снова проходит через колесо. Это внутренняя утечка: насос тратит на неё энергию, а в напорную линию она не попадает. Чтобы утечка была маленькой, зазор делают узким — получается щелевое уплотнение. Пока оно узкое, насос даёт паспортную подачу. Когда оно разрабатывается, подача падает.

Как устроено щелевое уплотнение

• У закрытого колеса щель образуется между передним диском колеса у входа и корпусом. Чтобы не менять весь корпус при износе, в корпус ставят сменное износное кольцо, а иногда и на колесо — ответное кольцо.
• У открытого и полуоткрытого колеса щель — между торцами лопаток и стенкой корпуса или износной пластиной. Пластину делают сменной, а зазор у многих конструкций можно регулировать.

Чем уже щель и длиннее канал, тем меньше утечка. Но слишком узкий зазор опасен: при попадании песка или небольшом биении колесо начнёт задевать. Поэтому зазор задаёт производитель для каждой модели. Виды колёс разобраны в статье о рабочих колёсах насоса.

Что происходит при износе

На воде с песком щелевое уплотнение изнашивается первым: в узкой щели вода с абразивом течёт быстро и стачивает стенки. Зазор растёт, внутренняя утечка увеличивается, и насос:

• даёт меньше подачи при том же напоре;
• не дотягивает до прежнего максимального напора;
• тратит ту же мощность на меньшую полезную работу — КПД падает;
• может начать сильнее нагружать подшипники — меняется баланс давлений и осевая сила, см. статью об осевой силе.

Снаружи это выглядит как «насос стал хуже качать», хотя колесо может быть ещё вполне целым. Отличать такой износ от других причин помогает статья о падении подачи насоса.

Регулировка зазора или замена кольца

Сменные износные детали и сделаны для того, чтобы восстанавливать зазор дёшево. Прежде чем менять колесо, проверяют, не хватит ли замены кольца или пластины. Подробнее — в статьях о восстановлении рабочего колеса и о замене колеса.

Насколько падает подача при износе зазора

Внутренняя утечка через щель растёт быстрее, чем сам зазор: при удвоении зазора перетечки увеличиваются больше чем вдвое, потому что сопротивление узкой щели падает резко. Поэтому первые доли миллиметра износа почти незаметны, а потом подача начинает падать всё быстрее. Особенно чувствительны к этому насосы с высоким напором: чем больше разница давлений по сторонам щели, тем сильнее вода стремится перетечь обратно.

Отсюда практический вывод. Насос на абразиве разумно обслуживать по наработке, не дожидаясь, пока подача упадёт заметно, — восстановить зазор заменой кольца или регулировкой проще и дешевле, чем потом менять сильно изношенные колесо и корпус. Про продление ресурса проточной части рассказывает статья о продлении ресурса насоса.

Как понять, что зазор вырос, без разборки

1. Сравнить подачу с прежней. Время откачки того же объёма на той же трассе выросло — первый признак.
2. Сравнить напор. Манометр на напорной линии при закрытой на короткое время задвижке показывает напор у нулевой подачи. Если он заметно ниже паспортного, растёт внутренняя утечка.
3. Посмотреть на ток. Ток при той же работе остаётся примерно прежним, а полезной работы меньше — КПД упал.

Как замерить подачу и напор на объекте, объясняет статья о проверке производительности насоса. Такие замеры полезно делать регулярно и записывать: по ним видно, когда пора вскрывать насос.

Частые вопросы

Что такое щелевое уплотнение в насосе? Узкий зазор между колесом и корпусом, который ограничивает перетекание воды с напора обратно на всасывание.

Зачем нужно износное кольцо? Чтобы при износе менять недорогое кольцо, а не корпус насоса.

Почему насос стал хуже качать, если колесо целое? Скорее всего, разработался зазор щелевого уплотнения, и вода перетекает обратно.

Как часто менять износное кольцо? Единого срока нет: на чистой воде кольцо служит годами, на песке — в разы меньше. Ориентируются на замеры подачи и напора и на зазор при плановом вскрытии насоса, а не на календарь.

Можно ли отрегулировать зазор? У многих насосов с открытым колесом — да, по инструкции производителя.

Вывод: щелевое уплотнение — узкий зазор между колесом и корпусом, от которого зависят подача и КПД. На абразиве оно изнашивается первым. Зазор восстанавливают регулировкой или заменой износного кольца и пластины, а колесо меняют только тогда, когда изношено оно само. Производитель оборудования — шведская компания Grindex.