Канализационный насос мало чем отличается от насоса для грязной воды, за исключением того, что он предназначен для сильно загрязненной воды с крупными твердыми частицами (диаметром около 35 мм) и оснащен лопастями для разрушения мусора. Эти насосы могут быть как погружными, так и внешними.
Как работает насос: принцип работы, характеристики и виды устройств
В этой статье вы узнаете, сколько существует типов насосов, какие самые распространенные типы насосов для воды/газа, устройство поршневых насосов, принцип работы вихревых, центробежных и роторных насосов.
Принцип работы насоса зависит от типа насоса, поэтому сначала необходимо знать типы насосов. Всего их насчитывается около трех тысяч. Они различаются по конструкции, принципу работы, механизму и способу подачи/поглощения воды. Все типы насосов можно разделить на две основные группы: объемные и динамические насосы.
В объемных насосах подача жидкости/газа осуществляется за счет изменения объема внутренней камеры. Самым известным примером является поршневой насос. Здесь поршень толкается к концу камеры, в открытую камеру закачивается вода, поршень движется вперед-назад — объем уменьшается, давление воды увеличивается, и вода вытекает из сопла.
В динамических насосах объем камеры не уменьшается, но вода выталкивается наружу элементами насоса. Например, центробежные насосы и турбинные насосы.
Это наиболее важные типы:
- Поршневые
- Крыльчатые
- Пластинчато-роторные
- Шестеренные с наружным зацеплением
- Шестеренные с внутренним зацеплением
- Кулачковые с серпообразными роторами
- Импеллерные
- Синусные
- Винтовые
- Перистальтические
- Вихревые
- Центробежные
Далее мы проанализируем 4 наиболее распространенных типа насосов и проинформируем вас о характеристиках различных типов насосов, конструкции насосов и принципах их работы.
Роторные насосы
Главная особенность центробежных насосов заключается в том, что они не имеют клапана. Эту задачу выполняют роторы, которые герметично закрывают подачу воды.
Принцип работы роторных насосов
Вода входит в насос с одной стороны и выходит с противоположной стороны. Внутри находятся два обрезанных полудиска. Между их шириной и стенкой насоса находится пространство, заполненное водой. Двигатель приводит в движение полудиски. Они сконструированы таким образом, что при вращении не касаются друг друга. Часть воды отсекается и перемещается через ротор, затем две водяные камеры соединяются, роторы сжимают их, это увеличивает давление, и вода вытесняется из насоса. Роторы устанавливаются обратно, и цикл повторяется.
Преимущества роторных моделей:
- Высокая производительность
- Нет вибрации
- Не шумят
- Могут перекачивать густые, вязкие и горячие вещества
- Можно подать воду в обратную сторону, не снимая насос
- Вода самовсасывается
- Не нужно охлаждение
- Не нужна смазка
- Дорогой ремонт
- Высокая цена
- Не могут работать с твёрдыми вкраплениями
Роторные модели наиболее часто используются в промышленности, особенно в нефтяной отрасли, а также на химических, морских и промышленных предприятиях пищевой промышленности. Центробежные насосы часто устанавливаются коммунальными предприятиями в системах центрального отопления.
Поршневые насосы
Модели поршневых насосов популярны как в быту, так и в промышленности. Они имеют два клапана. Они расположены там, где корпус соединяется с трубами подвода и отвода воды. Корпус этих устройств представляет собой цилиндр. В цилиндре находится поршень, который прочно соединен со стенками цилиндра. Есть один шланг, который подсоединен к поршню и соединяет его с шатуном. Другой соединен с кривошипом. Он расположен на одной стороне диска.
Принцип работы поршневых насосов
Двигатель вращает диск с помощью кривошипа. Когда коленчатый вал снимается, он тянет за собой шатун, трубу, трубу и поршень. Это увеличивает объем камеры, в которую поступает вода. Вода заполняет камеру, и диск вращается. Кривошип приводит в движение шатун, трубу и поршень. Поршень толкает воду, давление увеличивается, и вода выходит из насоса.
Основные преимущества поршневых насосов:
- Надёжные – в них почти нечему ломаться
- Простая сборка
- Не нужна смазка
- Не нужно охлаждение
- Низкая эффективность
- Невысокая производительность
Поршневые насосы чаще всего встречаются в пищевой промышленности и в системах отопления. Они также часто используются в химической промышленности, поскольку могут работать с агрессивными и взрывоопасными веществами.
Что собой представляют поверхностные насосы
Поверхностные насосы не погружаются в жидкую среду во время работы, а устанавливаются в землю рядом с водопроводом. Этот тип насосов чаще всего используется для откачки воды из колодцев, так как глубина, с которой они могут эффективно откачивать жидкую среду, составляет не более 10 метров.
Поверхностный насос также используется для откачки воды из подвала или подполья и для откачки жидкостей из скважин в зыбучих песках. Поверхностные водяные насосы просты в эксплуатации. Эти устройства не нужно извлекать из перекачиваемой жидкости для обслуживания. Кроме того, они очень универсальны: они с одинаковым успехом используются как в системах водоснабжения и канализации, так и в системах полива садовых растений.
Поверхностный насос может забирать воду из близлежащего водоема для полива растений.
Конструктивные особенности и разновидности
Каждый поверхностный водяной насос состоит из трех основных компонентов:
- силовой блок, основой которого является приводной электродвигатель;
- нагнетательный блок, посредством которого в рабочей камере устройства создается зона разрежения и напора;
- блок, при помощи которого осуществляется управление силовым и нагнетательным узлами гидромашины.
Конструкция поверхностного насоса
Конструкция и принцип работы поверхностного водяного насоса может быть одним из следующих:
- оборудование вихревого типа;
- центробежный поверхностный насос;
- насосные установки, в оснащении которых присутствует внешний эжектор.
Схема установки поверхностного насоса с внешним эжектором.
Вихревой водяной насос — это недорогая и компактная гидравлическая машина, способная производить поток воды под более высоким давлением, чем центробежные насосы. Однако недорогой поверхностный вихревой насос имеет низкий КПД (около 45%) и не может использоваться для перекачки жидкостей, содержащих большое количество песка или других нерастворимых твердых частиц. Основой конструкции поверхностного насоса этого типа является рабочее колесо с большим количеством лопастей, которые формируют поток перекачиваемой среды с требуемыми характеристиками.
Типы рабочих колес для поверхностных насосов
Центробежный насос — это более дорогое устройство, которое эффективно справляется с перекачкой жидкой среды, поток которой содержит пузырьки воздуха и пробки, что может привести к образованию пульсаций. Хотя этот тип насоса имеет высокую эффективность, он не может работать с жидкостями с высокой степенью загрязнения. Основным рабочим органом поверхностных центробежных насосов является рабочее колесо, вращение которого передается ротором, соединенным с валом приводного двигателя.
Поверхностный насос для колодца или скважины, оснащенный внешним эжектором, сегодня практически не используется, поскольку его заменил погружной насос, отличающийся более высокой производительностью.
Однолопастные моноблочные поверхностные насосы компактны и бесшумны
Центробежное насосное оборудование
Центробежные поверхностные насосы (внешние насосы), как уже упоминалось выше, перекачивают жидкости путем вращения рабочего колеса, оснащенного специальными лопастями. Лопасти этого рабочего колеса, вращаемые валом двигателя, создают отрицательное давление в центральной части рабочей камеры, что обеспечивает всасывание жидкой среды через входной патрубок и повышение давления перекачиваемой жидкости на стенки камеры, что способствует выталкиванию воды в напорный патрубок.
Достоинства и недостатки наружных насосов
Основными преимуществами поверхностных насосов для частного дома или дачи являются:
- компактные размеры и небольшой вес;
- доступная стоимость (если сравнивать ее с ценой насосных устройств других типов);
- простота монтажа, который можно выполнить, даже не обладая специальными знаниями, навыками и опытом;
- простота эксплуатации и технического обслуживания;
- возможность работы с водным слоем, толщина которого не превышает 60 см (если слой жидкой среды, находящейся в скважине или колодце, характеризуется такой небольшой толщиной, то использование насосов погружного типа не представляется возможным);
- охлаждение воздушным путем, а не жидкостным;
- возможность формирования потока жидкой среды, характеризующегося значительным напором;
- достаточно высокий КПД;
- отсутствие необходимости в подводе электропитания непосредственно в область водозабора;
- высокая надежность и длительный эксплуатационный срок;
- высокая устойчивость эксплуатационных параметров даже при наличии в обслуживаемой трубопроводной системе воздушных пробок.
Поверхностные насосы Grundfos не дешевы, но они надежны, тихи и неприхотливы.
Конечно, поверхностные насосы имеют некоторые недостатки, такие как:
- достаточно высокая чувствительность к наличию в составе перекачиваемой жидкой среды различных загрязнений;
- ограничения по глубине скважины или колодца (этот параметр не может превышать 9–10 метров);
- резкое снижение эффективности и надежности при использовании в комплекте с наружным эжектором;
- высокий уровень шума (до 50 децибел);
- необходимость перед запуском в работу заполнять напорную магистраль водой.
Несмотря на низкую цену, экономичный насос Wilo PB-088EA работает хорошо и не вызывает нареканий.
Принципы работы насоса
Основная задача насоса — перемещение жидкости из одной точки в другую путем вытягивания, толкания, бросания или комбинации этих методов. У каждого насоса есть движущая часть, будь то паровая турбина, поршневой двигатель, паровая турбина или электродвигатель того или иного типа. Каждый насос также имеет часть, в которую поступает жидкость (всасывание) и из которой она выходит (нагнетание).
Когда люди думают о насосе, они часто представляют себе тип воздушного насоса, используемого для накачивания шин. Многие люди не знают, что воздушный насос часто используется в выхлопной системе автомобиля. Существуют различные типы, которые можно использовать для накачивания автомобильных шин.
Можно использовать ручные насосы, но они требуют больших усилий. Самый распространенный способ накачки автомобильных шин — использование автоматического воздушного насоса/компрессора, такие есть на многих заправочных станциях.
Помимо подкачки шин и поддержания бесперебойной работы выхлопной системы автомобиля, существуют и другие способы использования продуктов для очистки воздуха.
- В аквариумах и рыбных прудах необходимо поддерживать воду хорошо насыщенной кислородом.
- В септических системах для стимулирования роста бактерий, потребляющих твердые отходы.
- Воздушный компрессор часто используется для работы электроинструментов.
На судах насосы используются для выполнения ряда основных задач. Они перекачивают питательную воду для котлов, удаляют конденсат из конденсаторов, подают морскую воду в топки, циркулируют воду в охладителях и конденсаторах, очищают трюмы, перекачивают мазут, направляют мазут к горелкам и двигателям и выполняют множество других функций.
Работа пропульсивной системы судна и почти всех вспомогательных механизмов зависит от правильного функционирования насосов. Неисправность может привести к выходу из строя всей системы.
Консультанты сайта smsm.ru помогут вам выбрать и купить подходящий насос.
Типы насосов
Существует большое разнообразие конструкций, но большинство устройств относятся к следующим категориям:
- Механический вакуумный насос
- Поршневой насос
- Роторный насос (шестерня, винт и крыльчатка)
- Комбинация роторного и поршневого насосов
- Динамические насосы давления
- Центробежный насос
- Насос специального действия (осевой поток)
Поршневые модели
Конструкция поршневого насоса основана на вытеснении воды механическим способом. Это один из самых старых типов водяных насосов, но в современном виде его конструкция намного сложнее, чем в прошлом. Эти насосы отличаются, в частности, эргономичным и прочным корпусом, усовершенствованной компонентной базой и гибкими возможностями подключения. Поэтому они широко используются как в промышленности, так и в быту.
Насос представляет собой полый металлический цилиндр, который, по сути, является корпусом — внутри него перемещается жидкость. Он приводится в действие поршнем, похожим на плунжер, работа которого аналогична работе гидравлического пресса. Работа этого устройства основана на возвратно-поступательном движении. Движение вверх (поступательное движение) создает в камере отрицательное давление, через которое вода может высасываться. Вода поступает в камеру через входное отверстие с клапаном, который в этот момент открывает отверстие. При возвратном движении этот клапан возвращается на свое седло, и заслонка выпускного отверстия открывается. В результате вода сжимается поршнем. Самый распространенный шприц работает практически по тому же принципу.
У этого метода есть один недостаток: жидкость выходит неравномерно. Для устранения этого явления используется одновременно несколько поршней, движущихся через равные промежутки времени, что обеспечивает равномерный поток.
Существуют поршневые насосы двойного действия. Здесь клапаны расположены с обеих сторон, и вода проходит через весь цилиндр несколько раз. Это означает, что поршень перемещается через рабочую зону и выталкивает часть воды из насоса. Это уменьшает пульсации в трубопроводе. Двойная конструкция имеет тот недостаток, что она более сложная и поэтому менее надежная.
Основным преимуществом поршневых насосов является их простота и надежность, а основным недостатком — низкая производительность. В целом, этот тип насоса можно сделать более эффективным, но для этого нет причин, поскольку другие типы насосов могут предложить более высокую эффективность при меньших затратах.
Спектр применения насосов этого типа очень широк. Они позволяют работать не только с водой, но и с агрессивными химическими веществами и взрывоопасными смесями. Поскольку эти устройства не могут перекачивать большие объемы жидкости, они не используются для больших операций. Однако эти насосы часто встречаются в химической промышленности. Их также можно использовать в качестве автономной системы водоснабжения дома или для полива. Еще одна область, где эти устройства пользуются успехом, — пищевая промышленность. Это объясняется тем, что поршневые модели очень бережно относятся к перекачиваемым материалам.
Мембранные устройства
Мембранный насос — это относительно новый тип устройства для перекачки жидкостей и других веществ. Этот тип устройств способен работать с газообразными средами благодаря специальной мембране или перегородке. Он совершает возвратно-поступательные движения и изменяет объем рабочей камеры с определенной цикличностью.
Конструкция устройства включает в себя:
- мембрану;
- рабочую камеру;
- шток для соединения диафрагмы с валом привода;
- кривошипно — шатунный механизм;
- клапаны для защиты от поступления вещества назад;
- входной и выходной патрубок.
Эти насосы могут иметь одну или две рабочие камеры. Более распространены однокамерные аппараты, а двухкамерные используются, когда требуется большая производительность.
Процесс происходит следующим образом: При запуске шток сгибает мембрану, что увеличивает объем камеры и создает в ней отрицательное давление. Этот эффект обеспечивает всасывание перекачиваемой среды. Когда камера заполняется, шток поршня возвращается в исходное положение, объем резко уменьшается, и жидкость вытекает из выпускного отверстия. Входное отверстие автоматически закрывается специальным клапаном для предотвращения обратного потока жидкости или газа во время возвратного движения.
Существуют модели с двумя клапанами, расположенными параллельно друг другу. Процесс здесь аналогичен, но здесь две рабочие камеры, и при каждом движении вода выходит из одной и поступает в другую. Эти устройства считаются более эффективными.
Преимущества мембранных насосов:
- могут работать с любой средой;
- небольшой размер;
- тихая работа;
- отсутствие вибрации;
- простота и надежность конструкции;
- экономичность по энергопотреблению;
- поддержание высокой чистоты перекачиваемого вещества;
- невысокая цена;
- длительный срок службы;
- не требуют особого или частого ухода, им не нужна смазка;
- заменить испорченные детали сможет человек без специального образования;
- обладают высокой универсальностью.
При таком обилии преимуществ, нельзя не отметить и существенных недостатков.
Мембранные насосы широко используются в медицинской и фармацевтической промышленности, а также на фермах (в доильных аппаратах). Они используются в производстве продуктов питания и в атомной промышленности. Они используются в качестве дозирующих насосов при производстве красок и лаков, в полиграфической промышленности и везде, где необходимо работать с токсичными и опасными веществами. С последними можно работать безопасно, поскольку мембранные насосы герметичны.
Струйные насосы
Реактивные модели — это максимально простые устройства. Они появились еще в 19 веке и использовались для откачки воды или воздуха из медицинских ампул, а позже — в горнодобывающей промышленности. Сегодня спектр применения еще шире.
Струйный насос имеет очень простую конструкцию и поэтому практически не требует обслуживания. Он состоит из четырех частей: всасывающей коробки, сопла, диффузора и емкости для смешивания. Вся работа устройства основана на передаче кинетической энергии без использования механической силы. Струйный насос имеет вакуумную камеру, в которую засасывается вода. Затем он проходит через специальную трубу с соплом на конце. По мере уменьшения диаметра увеличивается скорость потока, он попадает в диффузор, а оттуда в камеру смешивания. Здесь вода смешивается с рабочей жидкостью, снижая скорость, но сохраняя высоту.
Струйные насосы бывают разных типов: Струйные насосы, инжекторы, элеваторы.
- Эжекторный только перекачивает вещество. Работает с водой.
- Принцип работы инжекторного насоса — нагнетание вещества. Используется для выкачивания пара.
- Элеваторный применяется с целью понизить температуру носителя, что достигается смешиванием с функциональной жидкостью.
Эжекторные насосы, например, используются для перекачки воды, пара или газа. Их также можно использовать для смешивания различных веществ или для подъема жидкостей (функция воздушного лифта).
Этот тип насосов широко распространен в различных отраслях промышленности. Их можно использовать самостоятельно или в сочетании с другими. Благодаря своей простоте они могут использоваться в аварийных ситуациях с перекрытием воды и при тушении пожаров. Они также используются в системах кондиционирования воздуха и дренажных системах. Многие модели струйных аппаратов продаются с различными насадками.
- надежность;
- нет необходимости постоянного технического обслуживания;
- простая конструкция;
- широкая сфера применения.
Недостатком является низкий КПД (не более 30 %).
Критерии выбора насосной станции
Выбор зависит от условий эксплуатации устройства:
- сколько точек водоразбора должна обслуживать станция
- на какую высоту она должна поднимать воду
- как далеко расположен колодец
- где она будет находиться: на улице, в колодце, в неотапливаемой пристройке или в отапливаемом доме
Рассмотрите критерии по порядку.
Выбор в зависимости от количества точек водоразбора и расхода воды
Производительность или объем воды, перекачиваемой станцией, измеряется в кубических метрах в час. Чем больше в доме водовыпусков, тем выше должно быть это значение, которое, в свою очередь, зависит от мощности прибора (от 500 до 1400 Вт) и емкости бака для воды (12-50 литров). Чем выше мощность и больше бак, тем, разумеется, выше производительность. Предполагается, что для квартиры с туалетом, душем, кухней и 1-4 пользователями достаточно производительности до 3 кубических метров в час.
Рекомендуется рассчитать расход всех кранов в час и умножить сумму на коэффициент 0,8. Так, если кран потребляет в среднем 0,5 куб. м в час и имеется 5 кранов (краны в ванной, туалете, кухне, смыв в туалете, периодически добавляются стиральная и посудомоечная машины), то расчет будет следующим: 0,5×6×0,8 = производительность насоса 2,4 куб. м в час.
Некоторые марки указывают производительность в литрах в минуту и литрах в час. 1 литр в минуту = 0,06 кубических метров в час. Современные станции имеют производительность от 30 до 90 литров в минуту. Пересчитывается 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 подходят, например, для мини-отеля или кафе.
Мощность зависит, в том числе, и от производительности. Соотношения примерно следующие:
- мощность 500-600 Вт — производительность 3 кубометра 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
Поверхностные насосные станции рассчитаны на определенную глубину забора (подъема) воды, обычно до 6-9 метров. Важно помнить, что если высота подъема воды превышает 8 метров, насосная станция должна быть оборудована дополнительным напорным насосом или эжектором, позволяющим увеличить мощность подъема водяного столба.
Системы защиты
Большинство насосных станций оснащены различными уровнями защиты, однако в низкой ценовой категории все еще встречаются модели, за которые приходится платить дважды, потому что производитель «забыл» о некоторых из них:
- защита от перегрева и перегрузок (термозащита)
- обратный клапан, исключающий выливание воды обратно в колодец
- плавный пуск двигателя
- крепления или накладки на ножки для устойчивости и уменьшения вибрации
Радость от экономии средств при покупке оборудования, в котором отсутствуют вышеперечисленные системы, обычно длится недолго: только до того момента, когда приходится покупать новую станцию взамен поврежденной. Кстати, у производителей есть железная логика: если, например, защита от перегрева не предусмотрена конструкцией, то повреждение от перегрева не является гарантийным случаем.
При выборе насосной станции (и отдельно — каждого из ее компонентов: бака, реле) необходимо обратить внимание на класс защиты внешнего корпуса от попадания загрязнений извне — IP. Первая цифра обозначает защиту от твердых частиц (пыли, грязи), а вторая — от воды (капель, брызг, струй). Таким образом, устройства с низкой степенью защиты не могут использоваться на открытом воздухе, в то время как устройства с высокой степенью защиты разрешены. Например, станция с защитой IP54 может «жить» в сухом подвале, а станция с защитой IP67 — на открытом воздухе под навесом.
Чтобы снизить риск повреждения из-за засорения, важно учитывать допустимый размер взвешенных частиц в воде. Однако дело в том, что мало кто знает о состоянии колодезной воды (когда вы в последний раз делали анализ воды?!), а оно может резко измениться, о чем пользователь узнает только потом. Поэтому лучше всего установить предварительный фильтр прямо на входе в водопровод, чтобы отфильтровать песок и другие грубые примеси — или выбрать насосную станцию, где такой фильтр имеется.
