Канализационный насос существенно отличается от насоса для грязной воды, прежде всего тем, что он предназначен для работы с сильно загрязненными жидкостями, содержащими крупные твердые частицы диаметром до 35 мм. Для эффективной работы такие насосы снабжены специальными лопастями, которые способны разрушать мусор во время перекачивания. Кроме того, канализационные насосы могут быть как погружными, так и внешними, что расширяет их области применения.
Как работает насос: принцип работы, характеристики и виды устройств
В данной статье вы познакомитесь с множеством типов насосов, узнаете о самых распространённых типах насосов для воды и газа, а также разберемся в устройстве поршневых насосов и принципах работы вихревых, центробежных и роторных насосов.
Принцип работы насоса зависит от его типа, поэтому в первую очередь необходимо их классифицировать. В мире насчитывается более трёх тысяч различных насосов, различающихся по конструкции, принципу работы, механизму, а также способам подачи и поглощения жидкости. Все насосы можно условно разделить на две основные категории: объемные и динамические насосы.
В объемных насосах жидкость подается за счёт изменения объема внутренней камеры. Наиболее известным представителем этой группы является поршневой насос. Работает он следующим образом: поршень движется к концу камеры, при этом осуществляется забор жидкости, и после его движения вперёд и назад, объём уменьшается, что создает давление и заставляет воду вытекать из сопла устройства.
Что касается динамических насосов, то в них объём камеры остаётся неизменным, а жидкость выталкивается наружу при помощи движущихся элементов насоса. К таким насосам относятся, например, центробежные и турбинные насосы.
К наиболее важным типам насосов можно отнести:
- Поршневые
- Крыльчатые
- Пластинчато-роторные
- Шестеренные с наружным зацеплением
- Шестеренные с внутренним зацеплением
- Кулачковые с серпообразными роторами
- Импеллерные
- Синусные
- Винтовые
- Перистальтические
- Вихревые
- Центробежные
В следующем разделе мы проанализируем четыре наиболее распространённых типа насосов, а также сообщим о характеристиках различных типов насосов, их конструкции и принципах работы.
Роторные насосы
Ключевой особенностью центробежных насосов является их отсутствие клапанов. Эту роль выполняют роторы, которые эффективно герметизируют подачу воды.
Принцип работы роторных насосов
Вода поступает в насос с одной стороны и выходит с противоположной. Внутри устройства располагаются два полудиска, между которым и стенками насоса имеется пространство, заполняемое водой. Двигатель приводит к вращению полудиски, сконструированные так, чтобы они не соприкасались друг с другом во время работы. Часть воды попадает в ротор, процесс сжатия воды происходит за счёт соединения двух водяных камер, что, в конечном итоге, приводит к увеличению давления и вытеснению воды из насоса. Роторы возвращаются в исходное положение, и цикл повторяется.
Преимущества роторных моделей включают:
- Высокую производительность;
- Отсутствие вибрации;
- Низкий уровень шума;
- Способность перекачивать густые, вязкие и горячие жидкости;
- Возможность обратной подачи воды без демонтажа насоса;
- Самовсасывание воды;
- Не требуемость в охлаждении;
- Отсутствие необходимости в смазке;
- К недостаткам можно отнести:
- Сложность ремонта;
- Высокую стоимость;
- Невозможность работы с твёрдыми частицами;
Роторные модели нередко применяются в промышленности, особенно в нефтяной, а также на химических предприятиях и в пищевой индустрии. Кроме того, центробежные насосы используют коммунальные службы в системах центрального отопления.
Поршневые насосы
Поршневые насосы нашли широкое применение как в бытовых нуждах, так и в различных отраслях промышленности. Эти устройства имеют два клапана, которые расположены в местах соединения тела насоса с трубами, по которым происходит подвод и отвод жидкости. Корпус насосов представляет собой цилиндр, а внутри него располагается поршень, который плотно соприкасается со стенками цилиндра. Один шланг соединяет поршень с шатуном, а другой с кривошипом, который размещен на одной стороне диска устройства.
Принцип работы поршневых насосов
Работа двигателя приводит к вращению диска через кривошип. Когда коленвал движется, он начинает тянуть за собой шатун, трубу и поршень, благодаря чему увеличивается объём камеры, и в неё поступает вода. Диск продолжает вращаться, а кривошип приводит в движение шатуны и поршень, что создаёт необходимость в дополнительном давлении, и вода выбрасывается из насоса.
К основным преимуществам поршневых насосов можно отнести:
- Высокую надёжность — в таких устройствах очень мало подвижных частей, следовательно, и почти нечему ломаться;
- Простоту в сборке;
- Отсутствие необходимости в смазке;
- Не нуждаются в охлаждении;
- Однако среди недостатков можно отметить:
- Невысокую эффективность;
- Ограниченную производительность;
Поршневые насосы наибольшее распространение получили в пищевой, химической промышленности, а также в системах центрального отопления, поскольку они могут работать с агрессивными и взрывоопасными веществами.
Что собой представляют поверхностные насосы
Поверхностные насосы не погружаются в жидкую среду во время работы, а устанавливаются на уровне земли или ниже, рядом с водопроводом. Эти устройства чаще всего используются для откачки воды из колодцев, так как максимальная глубина, с которой они могут эффективно забирать жидкость, составляет примерно 10 метров.
Помимо того, поверхностные насосы находят применение для откачки воды из подвалов или подполья, а также для откачки жидкостей из скважин в зыбучих песках. Эта категория насосов отличается простотой в эксплуатации, и не требуется извлечение из жидкости для их технического обслуживания. Такие устройства достаточно универсальны: они могут использоваться как в системах водоснабжения и канализации, так и в системах полива садовых растений.
Таким образом, поверхностный насос может доставлять воду из близлежащих водоемов для полива растений и других нужд.
Конструктивные особенности и разновидности
Каждый поверхностный водяной насос состоит из трёх основных компонентов:
- силовой блок, основой которого является приводной электродвигатель;
- нагнетательный блок, который создает область разрежения и давление в рабочей камере устройства;
- управляющий блок, который осуществляет управление силовым и нагнетательным узлами насосного устройства.
Данная конструкция формирует основу для различных моделей насосов.
Конструкция и принцип работы поверхностного водяного насоса может представлять собой одно из следующих решений:
- оборудование вихревого типа;
- центробежный поверхностный насос;
- насосные установки, в которых используется внешний эжектор.
На схеме изображена установка поверхностного насоса с внешним эжектором.
Вихревой водяной насос — это недорогое и компактное гидравлическое устройство, которое производит поток воды под высоким давлением, превышающим таковой у центробежных насосов. Тем не менее, низкая цена таких вихревых насосов часто отражается на их низком КПД (около 45%), и они не могут эффективно работать с жидкостями, в составе которых имеется значительное количество песка или других нерастворимых твердых частиц. Основой этих устройств является рабочее колесо с многочисленными лопастями, формирующее поток перекачиваемой жидкости с требуемыми характеристиками.
Типы рабочих колес для поверхностных насосов включают разнообразные формы и конструкции, оптимизированные для различных условий работы.
Центробежный насос предоставляет более высокую производительность и эффективно перекачивает жидкости, даже если они содержат пузырьки воздуха и возможные помехи, которые могут вызвать пульсации. Несмотря на свою высокую эффективность, он не предназначен для работы с сильно загрязнёнными жидкостями. Основным рабочим органом центробежных насосов является рабочее колесо, вращение которого осуществляется валом, соединенным с электродвигателем.
Следует отметить, что к настоящему времени поверхностный насос для колодцев или скважин, работающий с внешним эжектором, практически не используется, так как его эффективность существенно уступает современным погружным насосам, которые обеспечивают более высокую производительность и надежность.
Однолопастные моноблочные поверхностные насосы лучше всего проявляют себя там, где требуется компактность и минимизация шумов
Центробежное насосное оборудование
Центробежные поверхностные насосы, известные также как внешние насосы, перекачивают жидкости использованием вращающегося рабочего колеса, оснащенного специальными лопастями. Эти лопасти создают отрицательное давление в центре рабочей камеры, что способствует всасыванию жидкости через входной патрубок и повышению давления этой жидкости по стенкам камеры, что соответственно выталкивает воду в напорный патрубок.
Достоинства и недостатки наружных насосов
Основные преимущества, которыми обладают поверхностные насосы, предназначенные для частных домов или дач, заключаются в следующем:
- Компактные размеры и небольшой вес;
- Доступная стоимость по сравнению с насосами других типов;
- Простота установки, осуществить которую может даже человек без специальных знаний или опыта;
- Легкость в эксплуатации и техническом обслуживании;
- Способность работать в условиях, когда уровень воды в скважине не превышает 60 см (в этом случае использование подводных насосов нецелесообразно);
- Возможность воздушного охлаждения, в отличие от жидкостного;
- Способность создавать поток жидкости с высоким напором;
- Достаточно высокий КПД;
- Нет необходимости в прокладке электропроводки в области забора воды;
- Высокая надежность и долговечность эксплуатации;
- Устойчивость рабочих характеристик даже в тех случаях, когда в трубопроводе имеются воздушные пробки.
Не стоит забывать, что у поверхностных насосов имеются и некоторые недостатки, среди которых:
- Высокая чувствительность к загрязнениям в перекачиваемой жидкости;
- Ограниченные возможности по глубине рабочей скважины или колодца (такой параметр не должен превышать 9-10 метров);
- Снижение эффективности и надежности при использовании с внешними эжекторами;
- Увеличение уровня шума (до 50 дБ);
- Необходимость заливки напорной магистрали водой перед запуском;
Несмотря на свою доступную цену, экономичный насос Wilo PB-088EA показывает достойные результаты работы без жалоб со стороны пользователей.
Принципы работы насоса
Основная функция насоса — перемещение жидкости из одного места в другое путём вытягивания, толчка, выброса или комбинирования этих методов. Каждое устройство имеет свою движущую часть, будь то паровая турбина, поршневой двигатель, электродвигатель или аналогичный механизм. насос состоит из системы, в которую поступает жидкость (всасывательная часть), и системы, из которой жидкость выходит (нагнетательная часть).
Когда люди думают о насосах, часто представляют воздушный насос, применяемый для накачивания шин. Многим может быть неизвестно, что такие устройства также используются в выхлопных системах автомобилей. Существуют различные типы, подходящие для накачивания автомобильных шин.
Можно воспользоваться ручными насосами, однако они требуют значительных усилий. Наиболее распространённым способом накачки шин является использование автоматического воздушного компрессора или насоса, которые имеются на многих автозаправочных станциях.
Кроме подкачки шин и обеспечения бесперебойной работы выхлопных систем, насосы также находят широкое применение в других сферах. Например:
- В аквариумах и рыбных прудах требуется поддерживать высокий уровень кислорода в воде.
- В септических системах для повышения активности бактерий, способствующих разложению твердых отходов.
- Воздушные компрессоры нередко используется для работы электроинструментов.
В судостроении насосы применяются для выполнения ряда важных задач: перекачка питательной воды для котлов, отведение конденсата из конденсаторов, подача морской воды в топки, циркуляция воды в охладителях и конденсаторах, очистка грузовых трюмов, перекачка мазута, направляемого к горелкам и двигателям, и многие другие функции.
Работа пропульсивной системы судна, а также функционирование практически всех вспомогательных механизмов сильно зависят от исправности насосов. Неполадки в их работе могут привести к сбоям в функционировании всего оборудования.
Консультанты на сайте smsm.ru помогут вам подобрать и приобрести необходимый насос.
Типы насосов
Существуют различные конструкции насосов, однако большинство принадлежит одной из следующих категорий:
- Механические вакуумные насосы;
- Поршневые насосы;
- Роторные насосы (шестеренные, винтовые и крыльчатые);
- Комбинации роторных и поршневых насосов;
- Динамические насосы давления;
- Центробежные насосы;
- Насосы специального назначения (осевые потоки);
Поршневые модели
Конструкция поршневого насоса основана на механическом вытеснении воды, и данное устройство является одним из самых древних типов водяных насосов, при этом в современном виде оно обладает сложной архитектурой. Эти насосы отличаются, прежде всего, прочным и эргономичным корпусом, а также усовершенствованной компонентной базой и возможностями подключения. В связи с этим они широко используются в различных областях как в быту, так и в промышленности.
Насос представляет собой полый металлический цилиндр, который в своей сути является корпусом, внутри которого происходит извлечение и перемещение жидкости. Движение обеспечивается посредством поршня, аналогичного плунжеру, работа которого напоминает работу гидравлического пресса. Основной принцип работы основан на возвратно-поступательном перемещении. Выталкивание (поступательное движение) создает отрицательное давление в камере, благодаря чему вода может всасываться внутрь. При этом вода устремляется в камеру через входное отверстие, пока клапан, в этот момент, открывается. При возвратном движении клапан закрывается, а воздушный поток освобождается через выпускное отверстие. Часто любой шприц работает по аналогичному принципу.
Важно учитывать, что у данного метода имеется один недостаток: выход жидкости может быть неравномерным. Чтобы избежать этого эффекта, поршневые насосы часто задействуют несколько одновременно работающих поршней, движущихся в равномерном ритме, что обеспечивает равномерный поток.
Существуют также поршневые насосы двойного действия, в которых клапаны расположены с обеих сторон, позволяя воде проходить через весь цилиндр несколько раз. Поршень перемещается как в рабочей зоне, так и выталкивает часть воды из насоса, что позволяет снизить пульсации на выходе. Однако комбинация двойной конструкции может вызывать большую сложность и, таким образом, может оказаться менее надежной.
Основным преимуществом поршневых насосов является их простота и надежность; основным недостатком, в свою очередь, является низкая производительность. Хотя эффективность этого типа можно повысить, причин для этого мало, так как существуют более эффективные насосы, которые могут предлагать лучшую производительность за меньшие затраты.
Поршневые насосы применяются в широком спектре областей, позволяя работать не только с чистой водой, но также с агрессивными химическими веществами и взрывоопасными смесями. Несмотря на то, что эти устройства не могут обеспечить значительные объемы перекачиваемой жидкости, они часто используются в химической отрасли, а также в системах автономного водоснабжения для дач и поливочных нужд. В еще одной области применения — пищевой промышленности, эти насосы ценятся за то, что они минимально воздействуют на перекачиваемые продукты.
Мембранные устройства
Мембранные насосы представляют собой относительно новый тип устройства, используемого для перекачивания жидкостей и других материалов. Эти устройства могут также работать с газообразными средами благодаря специальной мембране или перегородке, осуществляя возвратно-поступательные движения и изменяя объем рабочей камеры с определенной цикличностью.
Конструкция мембранного устройства включает в себя такие элементы, как:
- мембрану;
- рабочую камеру;
- шток для соединения мембраны с приводным валом;
- кривошипно-шатунный механизм;
- клапаны, предотвращающие обратный поток;
- входной и выходной патрубки.
Мембранные насосы могут быть оборудованы одной или двумя рабочими камерами. Регулярно встречаются однокамерные модели, тогда как двухкамерные чаще используют там, где требуется более высокая производительность.
Процесс работы мембранного насоса осуществляется следующим образом: при запуске шток сгибает мембрану, увеличивая объем камеры и создавая в ней отрицательное давление, что в свою очередь способствует всасыванию перекачиваемого вещества. Как только камера заполняется, шток возвращается в исходное положение, объем резко уменьшается, и жидкость вытекает через выпускной патрубок. Входной клапан автоматически закрывается, чтобы предотвратить обратный поток жидкости или газа во время возвратного движения.
Существуют также модели с двумя клапанами, совместно расположенными в одной конструкции. Их работа аналогична, только здесь имеются две рабочие камеры и при каждом ходe вода поступает в одну и вытаскивается из другой. Эти устройства считаются более эффективными.
Преимущества мембранных насосов:
- Способность к работе с любыми средами;
- Компактные размеры;
- Низкий уровень шума;
- Отсутствие вибрации;
- Простая и надежная конструкция;
- Экономичность по потреблению энергии;
- Сохранение высокой чистоты перекачиваемого материала;
- Невысокая цена;
- Длительный срок службы;
- Не требуют специального обслуживания или частой смазки;
- Легкость в замене испорченных деталей без необходимости в специальной подготовке;
- Высокая универсальность устройства.
При всем их многообразии нельзя не упомянуть о важнейших недостатках мембранных насосов.
Мембранные насосы нашли широкое применение в медицине и фармацевтике, как и в агрокомплексах (в производстве молока, например). Они также используются в пищевой промышленности и в атомной энергетике. В качестве дозировочных насосов эти устройства находят применение в производстве красок и лаков, в печатной индустрии и во всех сферах, где возникает необходимость в работе с токсичными или опасными веществами. Использование мембранных насосов безопасно, так как они являются герметичными устройствами.
Струйные насосы
Реактивные модели насосов представляют собой максимально упрощенные устройства, впервые появившиеся еще в 19 веке и использовавшиеся для откачки воды или воздуха из медицинских ампул, а позднее — в горнодобывающей отрасли. Сегодня их применение значительно расширилось.
Струйный насос состоит из четырех основных частей: всасывающей коробки, сопла, диффузора и камеры смешивания. Работает на основе передачи кинетической энергии без использования дополнительных механических сил. Вакуумная камера насоса засасывает воду, которая затем проходит через специальную цилиндрическую трубку с соплом на конце. По мере уменьшения диаметра трубки скорость потока увеличивается, и вода попадает в диффузор, а уже оттуда — в смешивающий резервуар. В этом резервуаре вода смешивается с рабочей жидкостью, замедляясь, но сохраняя при этом необходимую высоту.
Существует несколько типовых классификаций струйных насосов: инжекторы, элеваторы и эжекторы.
- Эжекторные насосы только перекачивают жидкость, работая при этом с водой.
- Инжекторные насосы применяются для нагнетания вещества и используются для откачивания пара.
- Элеваторные насосы предназначены для понижения температуры жидкости, достигаемого путём смешивания с функциональной жидкостью.
Эжекторные насосы, например, используются для перекачки воды, пара или газа. Они также могут эффективно смешивать различные вещества или поднимать жидкости, функционируя в роли воздушного лифта.
У данного типа насосов довольно широкая применимость в различных отраслях промышленности. Они могут быть использованы как самостоятельно, так и интегрированы с другими процессами. Благодаря своей простоте струйные насосы часто применяются в экстренных ситуациях для откачки воды и тушения пожаров. Их также устанавливают в системах кондиционирования и дренажных системах. Многие из моделей струйных насосов имеют различные насадки.
- Высокая надежность;
- Отсутствие необходимости в регулярном техническом обслуживании;
- Простая конструкция;
- Широкая область применения.
Недостатком является низкий КПД (не более 30 %).
Критерии выбора насосной станции
Выбор подходящего насоса зависит от нескольких условий эксплуатации:
- Количество точек водоразбора, которые должна обслуживать насосная станция;
- На какую высоту насос должен поднимать воду;
- Как далеко расположена скважина;
- Где будет находиться насос: на улице, в колодце, в неотапливаемом помещении или же в отапливаемом доме.
Важно рассмотреть каждый из критериев, чтобы максимально адаптировать систему под ваши условия.
Выбор в зависимости от количества точек водоразбора и расхода воды
Производительность насосной станции, или объем воды, перекачиваемый устройством, измеряется в кубических метрах в час. Чем больше точек водоразбора в вашем доме, тем выше должно быть значение производительности, это, в свою очередь, зависит от мощности устройства (обычно от 500 до 1400 Вт) и размеров бака для воды (от 12 до 50 литров). Чем более мощный насос, тем выше его производительность. Также предполагается, что для квартиры с туалетом, душем и кухней, на которой проживает 1–4 человека, будет достаточно производительности до 3 кубических метров в час.
Рекомендуется рассчитать суммарный расход всех кранов и умножить результат на коэффициент 0,8. Например, если в среднем кран требует 0,5 кубометра в час и имеется 5 кранов (включая краны в ванной, туалете, на кухне и смыв в туалете, а также периодическое включение стиральной и посудомоечной машин), расчёт будет выглядеть так: 0,5×6×0,8 = производительность насоса 2,4 кубометра в час.
Некоторые производители указывают производительность в литрах в минуту и литрах в час. Для перевода литров в минуту в кубические метры в час используется соотношение: 1 литр в минуту = 0,06 кубических метров в час. Современные насосные станции имеют производительность в диапазоне от 30 до 90 литров в минуту и могут быть пересчитаны в кубические метры и литры в час:
| Литров в минуту | Кубических метров в час | Литров в час |
|---|---|---|
| 30 | 1,8 | 1800 |
| 40 | 2,4 | 2400 |
| 50 | 3 | 3000 |
| 60 | 3,6 | 3600 |
| 70 | 4,2 | 4200 |
| 80 | 4,8 | 4800 |
| 90 | 5,4 | 5400 |
Последние два варианта подойдут, например, для мини-отеля или кафе.
Мощность насоса зависит также от его производительности. Примерные соотношения:
- Мощность 500-600 Вт — производительность до 3 кубометров в час;
- Мощность 900 Вт — производительность 3,6 кубометра в час;
- Мощность 1100 Вт — производительность 4,2 кубометра в час;
Высота подъема воды и напор
Как правило, поверхностные насосные установки рассчитаны на максимальную глубину забора воды, как правило, до 6-9 метров. Важно помнить, что если высота подъёма воды превышает 8 метров, насосная станция должна быть оснащена дополнительным нагрузочным насосом или эжектором, предназначенным для повышения мощности, необходимой для подъема водяного столба.
Системы защиты
Более современные насосные станции обычно оснащены различными уровнями защиты, хотя в более доступной ценовой категории все еще можно встретить модели, которые могут привести к множеству расходных материальных или трудозатрат, так как их не обеспечивают должной защитой:
- Термозащита от перегрева и перегрузок;
- Обратный клапан для предотвращения выливания обратно в колодец;
- Плавный запуск двигателя;
- Антивибрационные накладки или крепления для устойчивости насоса.
Хотя экономия на покупке оборудования без вышеперечисленных систем может показаться привлекательной, она может привести к серьезным неприятностям в будущем, связанным с необходимостью покупки нового устройства взамен поврежденного. К тому же у производителей существует логика: если защита от перегрева не предусмотрена конструкцией, то повреждение от перегрева не будет считаться гарантийным случаем.
При выборе насосной станции (и каждого её компонента: бака, реле) стоит обратить внимание на класс защиты корпуса от попадания загрязняющих частиц, обозначаемый как IP. Первая цифра показывает защиту от твердых частиц (пыль, грязь), а вторая — от водой (капли, брызги, струи). Таким образом, устройства с низким уровнем защиты не пригодны для эксплуатации на улице, тогда как устройства с высоким уровнем защиты допускаются для работы на улице. Например, насосная станция с защитой IP54 может установиться в сухом подвале, а станция с защитой IP67 будет подходить для размещения на улице под навесом.
Для снижения рисков повреждений из-за загрязнения имеет смысл учитывать допустимый размер взвешенных частиц, находящихся в воде, однако большинство пользователей редко осведомлены о состоянии воды в колодце (когда в последний раз проводился анализ воды?!), так что они могут заметить изменения только когда это станет критичным. Поэтому наиболее целесообразно установить предварительный фильтр на входе трубопровод, чтобы отфильтровывать песок и другие грубые примеси — либо выбрать насосную станцию с уже встроенным фильтром.
