Конструкция и принцип действия
Основными элементами конструкции центробежных насосов для воды, которые и обеспечивают эффективное функционирование таких устройств, являются:
- корпус, который может быть изготовлен из чугуна или стального сплава;
- приводной электродвигатель;
- вал;
- рабочее колесо с лопатками, которое фиксируется на приводном валу;
- подшипниковый узел и уплотнительные элементы.
Принципиальная схема центробежного насоса
Основным рабочим органом центробежного насоса, который и взаимодействует с перекачиваемой водой, обеспечивая ее перемещение, является крыльчатка. На внешней поверхности крыльчатки фиксируются под углом лопатки, их изгиб направлен в сторону, противоположную направлению вращения данного конструктивного элемента, что обеспечивает большую эффективность работы насосного оборудования.
Работают рассматриваемые насосы за счет центробежной силы, воздействующей на перекачиваемую воду при ее перемещении во внутренней части оборудования вместе с лопатками крыльчатки.
Движение воды в центробежном насосе
Более подробно описать принцип действия центробежных водяных насосов можно следующим образом.
- Вода, находящаяся во внутренней рабочей камере, захватывается лопатками вращающейся крыльчатки и начинает перемещаться вместе с ними.
- При вращении центробежная сила отбрасывает воду к стенкам рабочей камеры. Таким образом, у стенок рабочей камеры формируется избыточное давление воды, что и способствует ее выталкиванию через напорный патрубок.
- За счет того, что у стенок рабочей камеры насоса формируется избыточное давление жидкости, в ее центральной части создается разрежение воздуха. Это приводит к всасыванию новой порции жидкой среды через входной патрубок.
Таким образом, действуя по вышеописанному принципу, центробежные насосы для воды всасывают и выталкивают перекачиваемую ими жидкую среду в непрерывном режиме, что практически исключает пульсации напора в обслуживаемой трубопроводной системе.
Погружной или поверхностный?
Первые электрические насосы были поверхностными. С задачами по добыче чистой воды из водоемов и неглубоких колодцев они справлялись, но с увеличением глубины возникали сложности. Для того чтобы поднять воду с большой глубины, во всасывающем шланге требовалось создать сильное разрежение – это накладывало повышенные требования к материалу шланга и к механизму насоса.
Те же проблемы возникали при откачке «тяжелых» загрязненных вод, с большим количеством включений разного размера.
У погружных насосов этих проблем нет. Поэтому, несмотря на некоторое усложнение конструкции и повышенную цену, скважинные насосы оказались весьма востребованы – особенно с увеличением объемов частного домостроения.
В последнее время скважинные насосы значительно подешевели, но все равно вихревой или центробежный поверхностный насос стоит заметно дешевле аналогичного погружного.
Впрочем, у погружных насосов есть и другие достоинства, позволяющие конкурировать им с поверхностными даже на чистой воде и на небольших глубинах:
— работу погружных насосов не слышно с поверхности, они практически бесшумны;
— поскольку температура на большой глубине всегда выше 0, погружной насос способен работать зимой без дополнительного обогрева;
— у погружного насоса меньше риск работы «всухую» и, соответственно, поломки из-за перегрева.
А при откачке сточных вод и фекальных масс, при поднятии воды с больших глубин – у погружных насосов практически нет конкурентов.
Характеристики погружных насосов
Вид насоса.
Садовые насосы используются для организации полива и реже водоснабжения на садовых участках и в небольших частных домах. Забор воды осуществляется из скважин, колодцев, естественных и искусственных водоемов. Характеризуются невысокой ценой и средними возможностями.
Скважинные насосы предназначены для организации водоснабжения частных домов с забором воды из скважин и колодцев. Способны поднимать воду с большой глубины (до 100 м) и создавать на выходе значительное давление, обеспечивающее хороший напор на втором-третьем этажах и выше.
Но для организации водоснабжения частного дома одного насоса недостаточно. Как минимум, нужны еще гидроаккумулятор и реле давления. Такой комплект называется насосной станцией.
Дренажные насосы предназначены для откачки дренажных вод – грунтовых и поверхностных (ливневых или талых). Глубина подъема и создаваемый напор у таких насосов невысоки, зато они имеют высокую производительность и нетребовательны к чистоте воды.
Среди дренажных насосов выделяются бочковые, предназначенные для откачки воды из резервуаров. Чаще всего используются для организации ручного полива из бочек с дождевой водой. Телескопическая труба с крюком позволяет легко закрепить насос за край резервуара, выставив необходимую глубину, а автоматика отключит подачу воды при осушении бочки.
Фекальные насосы также являются разновидностью дренажных, «заточенных» под конкретную задачу – откачку сточных вод и фекальных масс.
Механизм насоса.
Вибрационныепогружные насосы имеют самую простую среди всех насосов конструкцию. Вибрационный насос состоит из корпуса, мощного электромагнита и штока с клапаном, двигающегося под воздействием электромагнитной силы.
Такие насосы надежны, неприхотливы и недороги. Неудивительно, что у садоводов и дачников именно вибрационные насосы пользуются наибольшей популярностью. Но есть у них и недостатки – производительность их невысока, да и максимальная глубина погружения редко превышает 5 м. Кроме того, при работе они создают в водной среде сильную вибрацию, поднимая муть со дна и стенок колодцев и скважин. Поэтому для водоснабжения вибрационные насосы используются нечасто.
Вихревые и центробежные насосы имеют в составе электродвигатель, вращающий рабочее колесо.
У вихревых насосов вход и выход воды идет по касательной к колесу. Вращаясь, колесо захватывает жидкость из входного патрубка, проводит по кругу и выбрасывает в выходной.
Особенностью вихревого насоса является малое (до 0,2 мм) расстояние между корпусом и лопатками, поэтому такая конструкция применяется только для чистой воды с минимумом механических включений. Даже малое содержание песка в перекачиваемой воде приводит к быстрому износу корпуса и лопаток насоса и к падению его производительности.
Вихревые насосы характеризуются высоким напором при небольшом расходе, поэтому они часто применяются для снабжения водой частных домов: расход в них невелик, а высокое давление позволяет создать хороший напор на всех этажах здания. Правда, КПД вихревых насосов ниже, чем у центробежных.
У центробежных насосов вода поступает в центр вращающегося колеса, разгоняется лопатками и выбрасывается наружу под действием центробежной силы. Отличаются высокой производительностью.
Эта конструкция менее требовательна к чистоте воды, но напор у центробежных насосов обычно ниже, чем у вихревых. Центробежными являются практически все дренажные насосы. Многие скважинные насосы также имеют такую конструкцию и позволяют организовать водоснабжение, даже если вода из скважины идет с некоторым содержанием песка и глины.
Потребляемая мощность определяет производительность и напор насоса. Но два насоса с одинаковой мощностью могут сильно отличаться в производительности и создаваемом давлении. Поэтому при выборе насоса следует руководствоваться другими параметрами, а мощность использовать для проверки честности производителя.
Производительность показывает, какой объем воды прокачивается насосом за определенное время. Требуемая производительность насоса зависит от множества других параметров: назначения насоса, глубины забора, дебета скважины, архитектуры и протяженности системы, количества точек разбора, диаметра труб и т.д.
Для водоснабжения требуемую производительность можно ориентировочно посчитать, исходя из того, что расход на полностью открытом водопроводном кране должен составлять минимум 10 л/мин.
Тогда, умножив количество одновременно открытых кранов на 10 и добавив 20-30% запаса, можно получить ориентировочную производительность системы водоснабжения. Так, если допустить, что в доме могут быть одновременно открыты три крана, то производительность насоса должна быть не менее 3*10*1,2 = 36 л/мин.
Для полива оценку требуемой производительности давать сложно, потому что расход на одном поливальном устройстве может составлять как менее литра в минуту (в небольших капельных системах), так и десятки литров в минуту (в дождевателях).
Если очень грубо, то производительности до 20 литров в минуту хватит для работы большой капельной системы, одновременной работы одного-двух дождевателей или для ручного полива.
Для одновременной работы нескольких дождевателей, поливающих площадь 3-5 соток, потребуется производительность около 30 литров в минуту.
Для полива площади в 10 соток потребуется производительность в 60-80 литров в минуту.
Имейте в виду, что паспортную производительность насос обеспечивает при нулевой высоте подъема. И для полива, и для водоснабжения, чем на большую высоту поднимается вода, тем производительность насоса ниже. В руководстве по эксплуатации насоса обычно даются графики её зависимости от высоты подъема.
Максимальная глубина погружения определяет, на какое максимальное давление рассчитан насос, и как глубоко его можно опустить ниже поверхности воды.
При выборе скважинного или колодезного насоса ориентируйтесь на максимальный уровень грунтовых вод (обычно бывает весной). Учтите также, что многие насосы рекомендуется располагать на некотором расстоянии от дна (особенно – скважинные насосы с нижним забором).
Так, если глубина скважины 18 м, уровень воды весной находится в 2 м от поверхности, а насос вы планируете расположить в 50 см от дна, то максимальная глубина погружения насоса должна быть не менее 18-2-0,5 = 15,5 м.
Подъем воды определяет давление, создаваемое на выходе насоса, и показывает, на какую высоту насос способен поднять воду.
Параметр особенно важен для скважинных насосов и при организации водоснабжения – производительность насоса падает с каждым метром подъема, что при расчете обязательно надо учитывать.
Для ориентировочного расчета требуемого подъема воды используется следующая формула: H = 10P ΔP ΔH, где P –давление в верхней точке разбора (обычно 2,5-3 бара). ΔP – потери давления на горизонтальных участках трубопровода, примерно считается как 10% от суммарной длины горизонтальных участков. ΔH – перепад высоты между минимальным уровнем грунтовых вод и высотой самой верхней точки разбора. Для лучшего напора воды и для предотвращения падения напора с износом деталей насоса, имеет смысл предусмотреть запас в 20-30%.
Например, если длина горизонтальных участков трубопровода составляет 10 м, вода в самое сухое время года находится на глубине 3 м, а верхняя точка разбора – кран на втором этаже – расположен в 6 м от земли, то требуемый подъем воды будет: Н=10*3 0,1*10 9 = 40 м, с учетом запаса – 50 м.
Забор воды. Насосы с верхним забором удобны тем, что их зачастую можно ставить на дно колодца или скважины, снижая нагрузку на несущий трос, корпус насоса и трубопровод. Также у насосов с верхним забором ниже риск попадания донного ила и песка внутрь насоса. С другой стороны нижний, забор позволяет откачать больший объем воды – это может быть важным на скважинах с небольшим дебетом или при осушении резервуаров и затопленных помещений.
Но имейте в виду, что не всякий насос допускает работу без полного погружения. Многие скважинные насосы охлаждаются за счет внешней воды и при выходе корпуса из воды могут перегреться и выйти из строя.
Датчик сухого хода необходим для любого насоса, работающего в автоматическом режиме, особенно если объем откачиваемой жидкости ограничен (резервуары, помещения, колодцы и скважины с небольшим дебетом). Если датчик сухого хода отсутствует в комплектации насоса, его следует докупить отдельно и подключить насос через него.
Допустимый диаметр твердых частиц. Перекачка воды с частицами большего диаметра может привести к износу элементов конструкции или к заклиниванию крыльчатки и выходу насоса из строя. Имейте в виду, что сервисные центры отказывают в гарантийном ремонте насосов, если при разборке неисправного насоса обнаруживаются твердые частицы размером больше допустимого.
