Как работает самовсасывающий насос

Самовсасывающие насосы для воды: виды, принцип работы, рекомендации по эксплуатации

Насосы самовсасывающего типа – особый вид поверхностного оборудования, разработанный с целью увеличения рабочего ресурса. Их движущиеся части всегда охлаждены, уплотнители не повреждены, мотор действует безупречно. Однако из-за солидного ассортимента сложно бывает остановиться на подходящей модели. Согласны?

Все, что необходимо знать про самовсасывающие насосы для воды, вы найдете на нашем сайте. У нас подробно изложен принцип устройства и работы агрегатов этого типа, приведены различия в конструкции. Представленная нами информация поможет совершить взвешенную покупку.

Мы детально описали разные варианты самовсасывающих насосов, привели рекомендации по эксплуатации. Углубить познания помогут полезные фото и видео-приложения.

Особенности самовсасывающих агрегатов

Приобретая агрегат для применения на загородном участке, следует проанализировать ряд факторов, которые определяют нужную категорию.

К ним относятся:

• глубина источника;
• расстояние от источника до дома;
• уровень напора;
• качество подаваемой воды;
• потребление воды.

Обычно перечисленные данные учитывают при расчете производительности аппарата, однако они полезны и при выборе насоса по типу всасывания.

Различают самовсасывающие и нормально всасывающие устройства. Отличие кроется в конструкции, регулирующей процесс перезаливки в случае попадания в систему воздуха.

К нормально всасывающим относят погружные и полупогружные насосы, функционирование которых происходит, если жидкость из источника перемещается в рабочий отсек самотеком. При попадании воздуха срабатывает автоматическая защита от «сухого хода» и работа останавливается, так как вхолостую аппарат работать не может. Насос приходится перезапускать.

Самовсасывающие модели рассчитаны на самостоятельное удаление воздуха без участия человека. Это происходит благодаря конструктивным особенностям: в верхней части рабочего отсека находится вантуз, через который и удаляется воздух. Вернуться ему назад мешает обратный клапан.

Современные исполнения со встроенными задвижками производят самостоятельную перезаливку, благодаря чему отпадает необходимость в постоянном контролировании оборудования.

С процессом перезаливки связана и небольшая высота подъема самовсасывающих агрегатов – до 9 м. Важно проследить, чтобы рабочая камера постоянно была заполнена водой, и чем короче подающая магистраль, тем быстрее происходит процесс перемещения воды.

Чаще всего самовсасывающие насосы являются частью насосной станции с гидроаккумулятором, всасывающим патрубком (или эжектором), запорной арматурой и контрольно-измерительными приборами.

Правильный монтаж всасывающей линии

При устройстве системы водоснабжения важна не только установка самовсасывающего насоса или насосной станции, но и монтаж всасывающей магистрали.

При создании герметичного водопровода следует проконтролировать соотношение диаметра трубопровода с диаметром патрубка, а также максимально укоротить (по возможности) длину всей магистрали.

Чем длиннее всасывающая линия, тем выше сопротивление, соответственно, ниже напор. Наличие протечек может привести к поломке оборудования – данное условие актуально для центробежных моделей, которые не предназначены для перекачки воздушно-жидкостных сред.

Обратите внимание на расположение труб. Всасывающая линия не должна иметь перегибов, изломов, сложной сборной конструкции, поднимающейся выше уровня насоса, в ином случае возможно образование воздушных пробок, которые нарушают процесс всасывания и с трудом удаляются из системы.

В качестве дополнительного оборудования, установленного непосредственно на магистраль, используют обратный клапан (или простой невозвратный аналог) и фильтр. Благодаря клапану вода удерживается в трубопроводе и не вытекает назад, тем самым защищая владельца насоса от повторных заливок.

Фильтр предохраняет оборудование от попадания донного осадка с крупными включениями, кусочков водных растений, глинистых примесей.

Можно ли заменить самовсасывающую модель обычным насосом? Если нет другого выхода из положения, то так и делают – на время ремонта или покупки нового оборудования.

Однако не стоит забывать о некоторых нюансах:

• придется полностью заполнить водой камеру насоса и магистраль перед включением;
• необходимо избегать попадания воздуха, иначе оборудование выйдет из строя;
• заливку следует производить после каждой «аварии», вызванной разгерметизацией водопровода.

Практика показывает, что пользователи самовсасывающих насосов не спешат переходить на обычные, тем боле, что выбор оборудования зачастую продиктован оптимальными условиями всасывания.

Центробежные самовсасывающие насосы

Подходящим вариантом для автономного применения на частном загородном участке является центробежный самовсасывающий насос, который перекачивает не только чистую воду, но и среды с мелкими включениями – например, осадок из пруда.

Он прекрасно справляется с жидкостью, представляющей собой смесь воды и газа. Оборудование является поверхностным, то есть устанавливается выше зеркала воды, а процесс подъема воды обеспечен внутренним разрежением во всасывающей магистрали.

Разбор внутреннего устройства и принципа работы самовсасывающего насоса для воды

Для устройства эффективных систем автономного водоснабжения в загородных коттеджах, частных домах и дачных участках необходимы самовсасывающие насосы для воды. Из названия следует, что данное оборудование способно, находясь на небольшом расстоянии, от источника водозабора, поднимать жидкость с глубины, пропуская ее «через себя». Выпускаемые производителями модели отличаются назначением и целым рядом технических характеристик, которые нужно изучать при выборе насоса для бытового использования. Довольно часто самовсасывающие насосы в автономных системах загородного водоснабжения идут вместе с накопительным или мембранным напорным баком. Правда, такой вид оборудования уже называют насосной станцией.

В данном видеоролике наглядно показан принцип работы бытового самовсасывающего насоса, способного забирать жидкость с помощью шланга из емкости и перекачивать ее в нужное место.

Виды самовсасывающих насосов

Производители выпускают самовсасывающие насосы с встроенным или выносным эжектором. В данном виде насосного оборудования всасывание и подъем жидкости происходит за счет ее разряжения. Во время работы эжекторные установки издают слишком много шума, поэтому для их размещения на участке подбирается специальное помещение, находящееся на достаточном расстоянии от жилого дома. Главное достоинство самовсасывающих насосов с эжектором заключается в их способности поднимать воду с большой глубины, в среднем составляющей около 10 метров. При этом в источник водозабора опускается подающая труба, а сам насос устанавливается на некотором расстоянии от него. Такое расположение позволяет свободно контролировать работу оборудования, что сказывается на продолжительности срока его использования.

Важно! Для всех моделей бытовых самовсасывающих насосов данного типа важно обеспечить защиту от «сухого хода», провоцирующего поломку агрегата в большинстве случаев.

Ко второму виду оборудования относят самовсасывающие насосы, обеспечивающие подъем воды без эжекторов. В моделях данного типа насосов всасывание жидкости обеспечивается гидравлическим устройством, имеющим специальную многоступенчатую конструкцию. Гидравлические насосы работают бесшумно в отличие от эжекторных моделей, но по глубине забора жидкости они им уступают.

Устройство и принцип действия центробежного насоса

На рисунке представлено устройство самовсасывающего насоса центробежного типа. В корпусе, имеющем спиральную форму, расположено жестко закрепленное колесо, которое состоит из пары дисков с лопастями, вставленными между ними. Лопасти отогнуты в противоположную сторону от направления вращения рабочего колеса. С помощью патрубков определенного диаметра обеспечивается соединение насоса с напорным и всасывающим трубопроводом.

Так схематично можно представить устройство самовсасывающего центробежного насоса для перекачки воды, используемого в частных домах и на дачах

Принцип действия центробежных самовсасывающих насосов выглядит следующим образом:

• После наполнения водой корпуса и всасывающего трубопровода рабочее колесо начинает вращаться.
• Центробежная сила, возникающая при вращении колеса, вытесняет воду от его центра и отбрасывает ее на периферийные участки.
• За счет создаваемого при этом повышенного давления происходит вытеснение жидкости с периферии в напорный трубопровод.
• В это время в центре рабочего колеса давление наоборот понижается, что вызывает поступление жидкости через всасывающий водопровод в корпус насоса.
• По данному алгоритму происходит непрерывная подача воды самовсасывающим насосом центробежного типа.

Важно! В конструкции центробежных насосов может быть от одного до нескольких рабочих колес. Соответственно количеству колес различают одноступенчатые и многоступенчатые насосные установки. Однако количество колес не влияет на общий принцип работы данного оборудования. В любом случае жидкость перемещается под действием центробежной силы, образующейся вращающимися колесами.

Принцип работы самовсасывающего вихревого насоса

Воздух, показанный на рисунке желтым цветом, всасывается в корпус насоса за счет вакуума, который создается путем вращения импеллера (рабочего колеса). Далее происходит смешивание воздуха, попавшего внутрь насоса, с рабочей жидкостью, содержащейся в корпусе агрегата. На рисунке данная жидкость изображена голубым цветом.

На данном рисунке изображено устройство и принцип работы вихревого самовсасывающего насоса для подъема жидкости на высоту не более восьми метров

После поступления смеси воздуха и жидкости в рабочую камеру происходит отделение этих компонентов друг от друга, основанное на разности их плотностей. При этом отделившийся воздух выводится через подающую магистраль, а жидкость рециркулирует в рабочей камере. Когда из всасывающей линии происходит удаление всего воздуха, то насос наполняется водой и начинает работать в режиме центробежной установки.

Возможные варианты исполнения вихревых самовсасывающих водяных насосов, выпускаемых производителями для бытового использования владельцами частных домов и загородных коттеджей

На всасывающем фланце устанавливается обратный клапан, который предназначен для того, чтобы не допускать обратного попадания воздуха в трубопровод, а также для обеспечения постоянного присутствия в камере насоса рабочей жидкости. Благодаря такому устройству и принципу действия вихревые самовсасывающие насосы способны с залитой камерой обеспечивать подъем жидкости с глубины, не превышающей восьми метров, без установки донного клапана.

Важно! Вихревые насосы рассчитаны на перекачку не только воды, но и жидкостно-воздушных смесей.

Чем отличаются вихревые и центробежные конструкции?

Центробежный агрегат по габаритам более массивен, чем самовсасывающий вихревой водяной насос, отличающийся компактными размерами. Зато центробежные насосы издают мало шума, что важно при эксплуатации в быту. Вихревые модели реализуются по меньшей цене, что также немаловажно для потребителя. При этом напор воды, создаваемый вихревыми помпами, до семи раз может превосходить возможности центробежных моделей.

При выборе самовсасывающего насоса не стоит руководствоваться лишь ценами, так как дешевое оборудование может не обеспечить нормальную работу водоснабжающих систем. Отталкиваться желательно от назначения насоса и его технических характеристик. При грамотном выборе модели насоса и соблюдении рекомендаций производителя по способу ее эксплуатации можно рассчитывать на длительное функционирование приобретенного оборудования.

Устройство и принцип действия самовсасывающих насосов

Для водоснабжения дома или полива огорода используют насосы. Есть они разных видов и конструкций и каждый из них находит свою область применения. Если вам требуется недорогое и надежное устройство для перекачки воды из скважины, колода или какой-то емкости, обратите внимание на самовсасывающий насос. Это относительно недорогие устройства, которые устанавливаются на поверхности, качать воду могут с довольно приличной глубины — 8-9 м. При необходимости модели дополняются эжекторами, тогда глубина всасывания увеличивается до 20-35 м.

Самовсасывающие насосы: устройство и виды

Самовсасывающие насосы качают воду с глубины 8-9 метров, сами при этом находятся на поверхности. Вода поднимается за счет того, что в центральной части корпуса, за счет движения колес с лопастями, создается область низкого давления. Стремясь ее заполнить, вода поднимается вверх. Вот и получается, что насос всасывает воду.

Внешний вид самовсасывающего насоса

Как и любой другой насос, самовсасывающий состоит из двигателя и рабочей камеры, в которой находится нагнетательный механизм. Валы насоса и двигателя соединяются через муфту, надежность соединения и герметичность определяется типом уплотнителя.Уплотнители бывают двух типов:

• сальниковый — более дешевый и менее надежный;
• торцевой уплотнитель — более надежный, но дорогой.

Есть модели самовсасывающих насосов с магнитными муфтами. Они уплотнения не требуют, так как сквозных соединений не имеют. Это на сегодняшний день самая надежная конструкция, но и самая дорогая тоже.

Строение и принцип действия

По способу действия самовсасывающий насос может быть вихревым и центробежным. В обоих ключевым звеном является крыльчатка только имеет она разное строение и установлена в корпусе разной форы. От этого меняется принцип работы.

Центробежные

Центробежные самовсасывающие насосы имеют интересное строение рабочей камеры — в виде улитки. В центре корпуса закреплены рабочие колеса. Колесо может быть одно, тогда помпа называется одноступенчатой, может быть несколько — многоступенчатая конструкция. Одноступенчатые всегда работают на одной мощности, многоступенчатые могут в зависимости от условий изменять производительность, соответственно, являются более экономичными (меньше расходую электроэнергии).

Устройство самовсасываюшего центробежного насоса

Основной рабочий элемент в данной конструкции — колесо с лопастями. Лопасти загнуты в обратном направлении по отношению к движению колеса. При движении они как-бы расталкивают воду, отжимая ее к стенкам корпуса. Такое явление называется центробежной силой, а зону между лопастями и стенкой называют «дифузор». Итак, рабочее колесо движется, создавая на периферии область повышенного давления и подталкивая воду в сторону выходного патрубка.

Схема движения воды в центробежном насосе

Одновременно в центре рабочего колеса образуется зона пониженного давления. В нее засасывается вода из подающего трубопровода (всасывающей магистрали). На рисунке выше поступающая вода обозначена желтыми стрелками. Далее она крыльчаткой проталкивается к стенкам и за счет центробежной силы поднимается наверх. Этот процесс постоянный и бесконечный, повторяется до тех пор, пока крутится вал.

С принципом действия центробежных насосов связан их недостаток: создавать центробежную силу из воздуха крыльчатка не может, потому перед работой корпус заполняют водой. Так как часто работают помпы в прерывистом режиме, чтобы вода не вытекала из корпуса при останове, на всасывающем патрубке ставят обратный клапан. Вот такие особенности работы центробежных самовсасывающих насосов. Если обратный клапан (он должен быть обязательно) на подающем трубопроводе стоит внизу, заполнять приходится и весь трубопровод, а для этого понадобится не один литр.

Вихревые

Вихревой самовсасывающий насос отличается строением корпуса и рабочего колеса. Рабочее колесо — диск с короткими радиальными перегородками, располагающиеся по краям. Называется он импеллер.

Строение вихревого насоса

Корпус сделан так, что он довольно плотно охватывает «плоскую» часть рабочего колеса, а в районе перегородок остается значительный боковой зазор. При вращении импеллера вода увлекается перемычками. За счет действия центробежной силы она отжимается к стенкам, но через какое-то расстояние снова попадает в зону действия перегородок, получая дополнительную порцию энергии. Таким образом в зазорах она еще и закручивается в вихри. Получается сдвоенный вихревой поток, что и дало название оборудованию.

Благодаря особенностям работы вихревые насосы могут создавать давление в 3-7 раз больше, чем центробежные (при одинаковых размерах колес и скорости вращения). Они идеальны, когда необходим малый расход и высокое давление. Еще один плюс — они могут качать смесь воды и воздуха, иногда даже создают разрежение если заполнены только воздухом. Это делает проще его запуск в работу — не надо заполнять камеру водой или достаточно ее небольшого количества. Недостаток вихревых насосов — низкий КПД. Он не может быть выше 45-50%.

Эжекторные

Самая большая глубина, с которой поверхностные вихревые и центробежные насосы могут поднимать воду — 8-9 метров, часто она располагается глубже. Чтобы «добыть» ее оттуда, на насосы устанавливают эжектор. Это трубка специальной формы, которая при движении воды через нее создает разряжение на входе. Так что такие устройства тоже относятся к разряду самовсасывающих. Эжекторный самовсасывающий насос может поднять воду с глубины 20-35 м, а этого уже более чем достаточно для большинства источников.

Схема подключения выносного эжектора для скважин разного диаметра — двухдюймовая справа, четырехдюймовая слева

Недостаток в том, что для обеспечения работы часть понятой воды необходимо вернуть обратно, следовательно, производительность значительно снижается — такая помпа может обеспечить не очень большой расход воды, но электричества на обеспечение работоспособности тратится ничуть не меньше. При установке инжектора в колодец или скважину достаточной ширины в источник опускают два трубопровода — один подающий большего диаметра, второй, возвратный, меньшего. К их выходам подключается эжектор, а на конце устанавливается фильтр и обратный клапан. В этом случае недостаток тоже очевиден — двойной расход труб, а значит — более дорогая установка.

В скважинах малого диаметра используется один трубопровод — подающий, а вместо обратного используется обсадная труба скважины. Таким образом тоже формируется зона разрежения.

Вихревые и центробежные — сравнение и область применения

Сначала общие черты:

• максимальная глубина всасывания — 8-9 метров;
• способ установки — поверхностный;
• на всасывающем трубопроводе должна стоять труба или армированный шланг (обычный не ставить, его сплющит отрицательным давлением).

Теперь о том, в чем отличия между вихревыми и центробежными моделями. Вихревые насосы более компактные, стоят меньше, но при работе издают больше шума. Центробежные — более тихие, на выходе создают небольшое давление. Вихревые при тех же размерах крыльчатки и скорости ее вращения могут создать давление в 3-7 раз больше. Но нельзя сказать, что это их достоинство — далеко не всегда требуется большой напор на выходе. Например, он не нужен при поливе сада и огорода. Вода, подаваемая с высоким давлением просто размоет почву, обнажит корни. Потому в качестве насоса для полива лучше брать самовсасывающий насос центробежного типа.

Высокое давление на выходе может потребоваться при организации системы водоснабжения дома. Вот тут и потребуются характеристики вихревых насосов. Есть только у них один недостаток: они не могут обеспечить большой расход. Так что чаще для этих целей используют все тот же центробежный, но в паре с гидроаккумулятором. Правда, тогда это получается уже насосная станция.

Поверхностные центробежные насосы необходимо заполнять водой перед пуском

Основной недостаток поверхностных центробежных самовсасывающих насосов — необходимость заполнять их водой перед стартом. Не самое приятное занятие, которое добавляет хлопот при использовании такой помпы для полива.

Как выбрать самовсасывающий насос для перекачки воды

Каждый домовладелец беспокоится о том, чтобы его семья пользовалась чистой водой. Для этого большинство из них обустраивают на своем участке собственный источник водоснабжения. Самовсасывающий насос для воды – обязательный элемент, который должен быть включен в систему. Но чтобы затраты были целесообразны, нужно правильно подобрать модель.

Самовсасывающие и нормально всасывающие насосы: в чем разница?

Скважины и колодцы имеют различную глубину. Если это до 8 метров, то нужен обычный поверхностный насос. А когда глубина залегания водоносных пластов превышает этот порог, могут возникнуть неудобства, связанные с выкачкой. Большинство насосных станций не позволяют это сделать. Решение – самовсасывающие насосы, которые с тем же потреблением электроэнергии смогут это сделать.

Для устройства автономной системы водоснабжения применяются насосы центробежного, вихревого и водокольцевого типа. Каждая модель отличается эксплуатационными параметрами: производительность, мощность. Принцип действия насосов поверхностных тоже разнится.

Вихревой

Электродвигатель приводит в действие вал, на котором находится колеса с лопастями.

Такой насос работает по принципу втягивания жидкости в камеру. Эффект реализуется за счет того, что лопатки разбрасывают воду, создавая завихрения, а в зоне, откуда эта вода была забрана, создается зона разряжения. При малом расходе электроэнергии эти насосы обеспечивают в трубопроводе достаточное давление.

Еще одним преимуществом является возможность работать вхолостую. Это не рекомендуют, но если система случайно будет завоздушена, самовсасывающий насос без предварительной заливки жидкости «продавит пробку». Этот факт делает запуск простым, так как для этого не нужно заполнять трубопровод жидкостью.

Но при всех своих достоинствах есть и недостатки. Один из них – малая производительность. КПД ниже на 40%, чем у «собратьев». Еще один – малый моторесурс при перекачке воды с твердыми включениями, которые работают, как образив. Альтернатива – центробежный насос.

Центробежный

Такая конструкция предполагает вал, на котором закреплено колесо с лопастями, захватывающими жидкость и при раскручивании передает ее в трубопровод.

Самовсасывающий центробежный насос имеет ряд преимуществ:

1. Ремонтопригодность. Все элементы интуитивно понятны, и если случится поломка, устройство легко разобрать и заменить изношенные детали.
2. Надежность. Простота конструкции обеспечивает длительный срок эксплуатации. Механический элемент один, и ломаться не чему.
3. Высокая производительность. Количество перекачиваемой жидкости в час больше на треть, чем у описанной ранее модификации.
4. Минимальные энергозатраты. Создавая завихрения, колесо обеспечивает всасывающий эффект за счет зоны разряжения.

Последний аспект достоин отдельного внимания. После того, как вода проталкивается в трубопровод, с обратной стороны колеса создается область с отрицательным давлением. Именно она позволяет воде всасываться.

Водокольцевые

Такие насосы для скважины еще именуют вибрационными. Принцип действия совершенно иной. Рабочая камера разделена диафрагмой, которая приводится в действие электромагнитами. Колебания диафрагмы создает зону разряжения, иными словами, отрицательного давления. Вода стремится заполнить объем, и засасывается в рабочую камеру, а затем проталкивается в трубопровод очередным толчком.

Преимуществом такой конструкции является отсутствие механических узлов, а значит, сломаться ничего не может. Кроме того, грязь, ил, песок и глина, взвешенная в воде, прокачивается такой самовсасывающей насосной станцией без повреждений механизма. Но такой принцип работы требует, чтобы в электрической сети было постоянное напряжение.

В некоторых регионах нет непрерывного энергообеспечения, и это становится проблемой до тех пор, пока в цепь не будет включен стабилизатор напряжения. В остальном эта схема самая работоспособная. Большинство конструкций погружные, и позволяют качать воду из абиссинских колодцев и скважин на песок.

Если такой насос установить в обсадную трубу артезианского источника, он не справится. По крайней мере, такой насос не в состоянии поднять воду с отметки в полсотни метров и более. Еще один минус – невозможность работы вхолостую. При долговременной прокачки воздуха насос ломается и система выходит из строя.

Самовсасывающий насос с ижектором

Если имеется насосная станция, но ее мощности не хватает, чтобы доставить воду до потребителя, можно ее модернизировать. Имеется в виду ситуация, когда водяной столб насос удерживает, но не может создать требуемого давления в трубопроводе. В таком случае необходимо установить эжектор.

Это приспособление, которое «разгоняет» поток жидкости в трубе за счет нагнетаемой, направленной струи воздуха. По закону Бернули после того, как молекулы ускоряются, за ними создается зона разряжения, в которой давление меньше. Итог – всасывание воды со стороны свободного водозабора.

Есть модификации насосных станций, принцип работы которых основан на этом эффекте. Если оборудование представляет собой комплекс, то нет необходимости подбирать комплектующие. В противном случае необходимо сделать массу расчетов, ошибка в которых несет в себе риск понести убытки. Поэтому имеет смысл покупать насосные станции с эжектором и гидроаккумулятором.

Популярные бренды

Для бытовых нужд используются насосы и насосные станции, которые облают рядом обязательных качеств:

• длительный срок службы;
• неприхотливость;
• простота монтажа;
• ремонтопригодность;
• гарантия производителя.

Оценивая отзывы тех, у кого на участке уже есть скважина или колодец, специалисты сформировали своеобразный рейтинг моделей и производителей, которые рекомендуются для обустройства автономных систем водоснабжения:

1. Самовсасывающий насос Grundfos. Этот производитель создает устройства, работающие на собственной технологии, не имеющей аналогов в мире. Отличаются такие устройства надежностью, высокой производительностью, неприхотливостью. Большинство моделей имеют малые габариты, но при этом позволяют перекачивать большое количество жидкости.
2. Насосные станции «Вихрь». Отечественный производитель сделал устройство таким, чтобы каждый мог без особых проблем разобрать прибор и отремонтировать. При мощности порядка 50 Ватт это устройство прокачивает 4 кубометра воды с глубины 9 метров. Без эжектора станция не подходит для глубоких скважин.
3. Погружной насос «Водолей». Есть модели с верхним водозабором, которые никогда не забиваются, а также с нижним, который позволяет откачивать воду из емкостей до самого дна. Максимальная глубина работы без ижектора – 10 метров. Это значит, что абиссинский колодец – не проблема, скважина на песок – легко, но артезианская вода доступна только если она залегает на малой глубине.
4. Elitech. Эта фирма позаботилась о качестве сборки, мощности, производительности. Особенность конструкции помпы – наличие стальной рамы. При затрачиваемом количестве электроэнергии в 650 кВт станция выдает до 50 клитров жидкости для полива приусадебного участка. Но долговременно эти устройства не работают.
5. «Джамбо». Эти устройства не прокачивают много. Это 4 куба воды за час при максимальной мощности 1100 кВт. Поэтому данное оборудование не используется «напрямую», а применяется для наполнения накопительного бака.

Чтобы система водоснабжения была эффективна, и обеспечивала домовладение водой, необходимо подбирать модель, учитывая ряд факторов.

Что учесть при установке и подключении насоса?

Подбирая насосную, станцию в расчет берутся:

1. Мощность. Имеется в виду количество затраченной энергии, которая сопоставима с высотой водяного столба. Принято считать, что один киловатт мощности способен поднять воду до отметки +10 метров. Если систему оснастить эжектором, высота водяного столба увеличится на 30%.
2. Производительность. Это объем воды, перекачиваемый за единицу времени. Обычно указывается количество кубометров в час. Данный показатель сопоставляется с расходом воды и дебитом скважины. При подбое оборудования за основу берется условие, что дебит больше производительности.

Рассчитывая требуемую производительность самососущей насосной станции, в расчет закладывается суммарное потребление всех подключенных точек. Предполагается, что они включены одновременно.

При этом необходимо, чтобы вода была поднята с отметки залегания водоносных пластов до горизонта, и передана от скважины к дому. Зная, на какой глубине залегает вода, не сложно подобрать мощность насоса. Дистанция, на которую жидкость передается по горизонтали, также указывается в технической документации.

Если требуется рассчитать производительность насоса для полива, нужно сложить площадь орошаемой поверхности. Суммируются квадратные метры, которые занимает огород, палисадники, клумбы, насаждения, цветники и т.д. Полученную площадь нужно умножить на норму потребления влаги. Этот показатель един для региона, и его можно посмотреть в интернете. Важно, чтобы производительность не была меньше.

Вывод по теме и дополнение с видео

Запас делать также не нужно. По крайней мере, он должен быть небольшим. В противном случае, избыточное давление приведет к разгерметизации трубопровода. Трубы укладываются в траншею. Если они металлические, их нужно обработать антикоррозийным составом и утеплить. В идеале глубина залегания трубопровода должна быть больше глубины промерзания грунта в регионе.

Существует несколько эффективных самовсасывающих систем автономного водоснабжения:

1. Глубинный насос. Устанавливается в скважину, погружается в воду. Чтобы водозаборник не забивался, нужно установить фильтр грубой очистки. Это металлическая сетка, которая устанавливается на входное отверстие.
2. Поверхностный насос. Предполагается, что в колодец опускается гибкий гофрированный шланг. Насосная станция устанавливается на поверхности. Важно обезопасить ее от намокания под дождем и морозов.
3. Насосные станции с инжектором. «Разгоняющее» устройство опускается в скважину. При этом две трети площади сечения обсадной трубы остаются незанятыми. Если станция предполагает встроенный ижектор, оборудование устанавливается на поверхности.

Насосные станции можно располагать в кессонах, отдельно стоящих зданиях, в доме. При этом, учитывают, что, будучи включенным, устройство издает шум и вибрирует. Кессон – это приямок, в котором находится оголовок скважины. Как правило, это квадрат метр на метр или полтора на полтора. Глубина должна быть не меньше, чем глубина промерзания грунта в регионе. Стенки кессона могут быть бетонными, металлическими или пластиковыми.

Сверху кессон закрывается плитой со смотровым люком. Это необходимо, чтобы производить обслуживание установленного оборудования. Здесь может быть насосная станция, многоступенчатая система очистки, гидробак, контрольно-измерительные приборы, отсечной кран и так далее.

Если используется насос малой производительности, имеет смысл установить накопительный резервуар. Его объем должен удовлетворять суточные потребности жильцов дома. Чтобы система была автономной, резервуар оборудуют по пловковым реле, которое при наполнении емкости отключит насос.

Как только уровень будет минимальным, автоматика запустит насосную станцию. Гидроаккумулятор необходим, чтобы в трубопроводе было постоянное давление.

Согласно ГОСТ – это 1,5-2,0 бар. Устройство полезное, но требует периодической ревизии. Но главное, автономную систему водоснабжения можно смонтировать собственными руками, не будучи инженером.

Особенности центробежных самовсасывающих насосов

С. А. Федоров, главный специалист по насосам, «Вило РУС», Sergey.Fedorov@wilo.ru

Центробежные насосы широко используются для откачки жидкостей, уровень которых лежит ниже насоса (рис. 1). Однако в начальный момент насос и жидкость разделены воздушной полостью. Напомним, что в центробежных насосах кинетическая энергия вращающейся жидкости E_k = ρυ 2 / 2 (ρ – плотность, υ – скорость) преобразуется в потенциальную энергию сжатия E_p. Плотность воздуха при нормальных условиях примерно в 800 раз меньше, чем плотность воды. Напор насоса, величина которого пропорциональна плотности, при перекачке воздуха будет также почти на три порядка ниже. При попадании газа в центробежный насос его напор падает почти до нуля и процесс перекачки останавливается.

Поэтому использование стандартных (или нормально всасывающих) насосов требует предварительной заливки линии всасывания (или откачки воздушного столба с помощью вакуумного насоса), установки специального клапана на погруженном в воду конце трубы (foot valve), а также постоянного контроля линии всасывания. Атмосферное давление над жидкостью при этом обеспечивает достаточные условия для работы до глубин порядка 6–8 м.

Применение центробежных насосов в режиме откачки из емкости снизу

Применение самовсасывающих насосов намного упрощает процесс. Самовсасывающие насосы могут откачивать небольшие объемы газа, а после завершения цикла дегазации на входе работать как обычные насосы. К классу самовсасывающих относится многочисленная группа объемных насосов (поршневые, винтовые, мембранные, шестеренные и т. д.) [1], а также эжекторные и периферийные насосы (side channel) [2].

Самовсасывающий центробежный насос с портом рециркуляции с напорной стороны: 1 – рабочее колесо, 2 – рабочая камера, 3 – рециркуляционная камера, 4 – порт рециркуляции, 5 – выходной патрубок

Центробежные насосы после небольших изменений в конструкции также могут получить заветные самовсасывающие свойства, например, если в корпус стандартного насоса устанавливается рециркуляционная камера 3 достаточного объема (рис. 2).

Перед началом работы в самовсасывающий насос заливается жидкость. Это обязательное условие. Сразу после старта имеющаяся в насосе вода откачивается из области перед рабочим колесом: в этой зоне создается разрежение, и воздух засасывается внутрь рабочего колеса. Смесь жидкости и газа раскручивается лопатками рабочего колеса и выбрасывается из рабочей камеры 2 в рециркуляционную камеру 3 (рис. 2). После этого скорость потока резко падает, вода стекает вниз, тогда как воздушная полость остается в верхней части насоса. Поскольку в рециркуляционной камере создается некоторый напор, воздух выдавливается из насоса через выходной патрубок 5, а вода снова поступает в рабочую камеру через порт 4. Процесс продолжается вплоть до полной дегазации входного тракта и самого насоса. Далее самовсасывающий насос работает в обычном режиме стандартного насоса с минимальными потоками в камере рециркуляции.

Конструкции самовсасывающих центробежных насосов могут отличаться. Так, рециркуляционный порт может находиться как со стороны периметра рабочей камеры, т. е. с напорной стороны (рис. 2), так и со стороны входа в рабочее колесо (рис. 3) [3].

Самовсасывающий центробежный насос с портом рециркуляции на входе в рабочее колесо: 1 – рабочее колесо, 2 – рабочая камера, 3 – камера рециркуляции, 4 – порт рециркуляции

Рециркуляционная камера может размещаться как вокруг рабочей камеры, так и наверху. Но в любом случае габариты самовсасывающих насосов заметно больше стандартных.

Рабочее колесо может быть как закрытым, так и полуоткрытым. В первом случае можно получить больший напор, но насос, как правило, предназначен для перекачки чистых или слабозагрязненных жидкостей. Во втором случае насос способен перекачивать сильнозагрязненные жидкости с крупными частицами.

На рис. 4 представлено поперечное сечение самовсасывающего центробежного насоса. В насосе используется полуоткрытое рабочее колесо со сменной накладной пластиной. Насос позволяет перекачивать сильно загрязненные жидкости с диаметром твердых включений до 75 мм в широком интервале подач и температур.

Самовсасывающий насос: 1 – входной патрубок с обратным клапаном, 2 – выходной патрубок, 3 – камера рециркуляции, 4 – входная камера, 5 – рабочее колесо, 6 – накладная пластина, 7 – торцевое уплотнение

Входной патрубок самовсасывающих насосов располагается в верхней части насоса и оснащен обратным клапаном. Такая конструкция позволяет оставлять в насосе достаточный для следующего включения объем воды.

Кроме обычных для стандартных насосов характеристик (зависимости напора, эффективности, мощности и NPSHr от подачи) важным и обязательным для самовсасывающих насосов параметром является время дегазации t_дег (режим priming). Это важный параметр, определяющий нормальную работу насоса на стадии дегазации. В этот период большая часть механической энергии передается жидкости внутри насоса, и она быстро нагревается. Часть жидкости может при этом испариться, а условия нормальной работы уплотнения могут нарушиться. Поэтому при значительном превышении указанного производителем времени дегазации насос следует выключить и разобраться с причинами задержки. Для подобных насосов время работы в режиме дегазации, как правило, не должно превышать нескольких минут. Время дегазации на заводе измеряется при диаметре трубы на входе, равном диаметру входного патрубка. При использовании других диаметров и значительных горизонтальных участков труб на входе время дегазации пересчитывается с помощью формул, обычно содержащихся в инструкции.

Для диагностики работы желательно установить вакуумметры на входной линии. Обычные диапазоны давлений в режиме дегазации для этих насосов – минус 500–600 мм рт. ст.

Критическим параметром для работы самовсасывающего насоса является величина зазора между краями лопаток рабочего колеса и языком рабочей камеры (рис. 5). Эффективность работы насоса с открытым рабочим колесом также во многом определяется зазором между плоскостью лопаток рабочего колеса, прилегающей к накладной пластине, и плоскостью пластины (рис. 4). При увеличении зазоров выше оптимальных значений эффективность насоса падает, а время дегазации растет. В некоторых насосах конструкция позволяет регулировать величину данных зазоров.

Величина зазора между краем рабочего колеса 1 и языком рабочей камеры 2 – важный параметр эффективной работы насоса

На процесс дегазации сильно влияет наличие даже небольших отверстий и щелей в линии всасывания. Например, работу насоса, выполняющего за 30 секунд дегазацию трубы диаметром DN 65 и глубиной 3 м, может свести на нет отверстие площадью порядка 0,1 см 2 [4].

По этой же причине в самовсасывающих насосах, как правило, не используются сальниковые уплотнения, так как проникновение воздуха через сальники при работе в режиме дегазации снижает эффективность процесса.

Необходимым условием бескавитационной работы самовсасывающих насосов (как и для стандартных насосов) является соотношение (1):

NPSHa – напор жидкости на входе в насос,

NPSHr – заводская характеристика порога кавитации (определяется с запасом по отношению к NPSHr 3%).

Величина NPSHa в данном случае вычисляется по формуле (2):

H_пар – напор паров жидкости,

H_тр – потери напора на трение,

H_ст – статический перепад высот на входе.

Все слагаемые имеют значение напора или потери напора при движении жидкости от входа в трубу до входа в насос (рис. 6).

Работа самовсасывающего насоса

Соотношение (1) должно соблюдаться в течение всего процесса откачки, при этом уровень жидкости, температура, атмосферное давление, подача и, следовательно, потери на трение могут меняться. При работе вблизи максимальных глубин откачки такое изменение параметров может привести к кавитации и срыву кривой напора насоса H (Q) (рис. 9).

Характеристические кривые насоса при увеличении глубины H_ст

При расчете самовсасывающего насоса для требуемой подачи Q_n вычисляется общий динамический напор H_d, включающий в себя общий перепад высот и общие потери. На рис. 7 представлена схема подъема жидкости насосом 2 из емкости 1 (максимальная глубина откачки H₁) через насыпь высотой H₂ в точку 3.

Применение самовсасывающего насоса

Необходимый напор насоса должен быть не меньше, чем:

H_тр – сумма всех потерь напора на элементах системы от точки 1 до точки 3.

В случае, если в точке 3 жидкость должна иметь некоторую энергию (например, для смыва или разрушения породы), в правой части уравнения (3) нужно добавить необходимую величину H₃.

На рис. 8 представлена кривая зависимости Q_в потока откачиваемого воздуха при дегазации в зависимости от глубины откачки H_ст некоторого самовсасывающего насоса. Максимальная глубина откачки H_м насоса – теоретическая величина, которая определяется как точка пересечения кривой Q_в с горизонтальной осью. На практике Н_м зависит не только от степени разрежения, но также от атмосферного давления, плотности жидкости, концентрации растворенных в ней газов, характера течения жидкости в емкости (например, появление воронок) и т. д.

Зависимость скорости откачки воздуха от глубины H_ст

Поскольку насос может включаться при одном и отключаться при другом уровне жидкости, очевидно, что рабочие величины H_ст должны быть заведомо меньше H_м. Кроме того, нужно учитывать, что при увеличении H_ст и подачи Q величина NPSHa снижается (см. уравнение 2). Это может привести к кавитации и срыву характеристики насоса H (Q) в правой части кривой (рис. 9).

На рис. 9 представлена характеристическая кривая некоторого самовсасывающего насоса (синяя кривая 1) и набор кривых H (Q) (красные кривые 2) того же насоса при увеличении глубины откачки H_ст. Срыв характеристик (падающие участки кривых 2) происходит из-за кавитации при нарушении условия (1) [5].

При эксплуатации самовсасывающих насосов необходимо учитывать низкий напор на выходе насоса в течение периода дегазации. На рис. 10 представлен график зависимости давления самовсасывающего насоса от времени. Период дегазации (отрезок от точки 0 до точки 1) сменяется периодом роста давления (от точки 1 до точки 2), когда жидкость начинает заполнять объем насоса. Далее, после точки 2, напор насоса стабилизируется.

Зависимость давления P_вых самовсасывающего насоса от времени работы t после старта

В схемах без запорных элементов (рис. 11, а – схема со свободным сливом) воздух на стадии дегазации может свободно выходить из напорного патрубка, и никаких проблем не возникает. На схеме 11, б на выходе установлен обратный клапан 1, для открытия которого давления насоса в режиме дегазации, как правило, не хватает. Проблема решается установкой байпасной линии 2 (рис. 11, в). В этом случае воздух свободно стравливается через байпас при закрытом обратном клапане. После выхода на нормальный режим работы обратный клапан открывается, но часть потока продолжает через байпас сливаться обратно в исходную емкость.

Схемы работы самовсасывающих насосов

Типичными ошибками являются примеры, представленные ниже. На рис. 12,а вода, попавшая в напорный трубопровод (в области эллипса), не даст насосу при следующем включении завершить период дегазации. На рис. 12,б представлена схема откачки жидкости из цистерны. Жидкость, попавшая в ловушку перед насосом (область эллипса), при первом включении заблокирует процесс дегазации в дальнейшем.

Блокировка процессов дегазации и откачки

Поток через байпасную линию даже небольшого диаметра при больших напорах может быть достаточно большим, что снижает эффективность и меняет характеристики насоса. Решением может быть установка запорного вентиля как можно с меньшим гидравлическим сопротивлением (например, шаровой вентиль). Но более оптимальным выглядит установка автоматического вентиля дегазации 5 (рис. 13), открытого в нормальном состоянии и закрывающегося при попадании внутрь воды под напором.

При перекачке сильнозагрязненной жидкости ее скорость должна быть достаточна для подъема и перемещения частиц, а диаметр байпаса (рис. 13) достаточно большим, чтобы обеспечить дегазацию и не быть заблокированным грязью. Слив байпаса 6 нужно размещать как можно дальше от всасывающей трубы 1, чтобы жидкость в емкости не насыщалась воздухом.

Схема с установкой автоматического вентиля дегазации: 1 – линия всасывания, 2 – насос, 3 – обратный клапан, 4 – напорный патрубок, 5 – автоматический вентиль, 6 – байпас

Мобильные самовсасывающие центробежные насосы с приводом от дизельных и бензиновых двигателей широко используются в полевых условиях (рис. 14). Стандартные фитинги и шланги позволяют оперативно включиться в работу.

Самовсасывающий насос на тележке

В целом самовсасывающие насосы, имея большие габариты и меньшую эффективность по сравнению с нормально всасывающими насосами, обеспечивают надежную работу при откачке даже сильнозагрязненных жидкостей с глубины до 8 м и незаменимы в экстренных случаях.