В первую очередь выделяют поверхностные насосы и погружные. Поверхностные устанавливаются вне источника и способны поднимать воду с глубины 7-8 м, вторые — колодезные и скважинные насосы — работают, находясь непосредственно в воде, и используются для ее подачи со значительно большей глубины (они подвешиваются в колодце либо в скважине к тросу). Скважинный насос, установленный горизонтально, можно также использовать и для забора воды из реки или озера, когда они находятся далеко от дома и требуется большой напор.
В свою очередь поверхностные насосы делятся на самовсасывающие (предназначены для забора воды непосредственно из источника) и так называемые насосы с нормальным всасыванием — они используются для повышения давления в существующем водопроводе. Самовсасывающие агрегаты перед запуском следует заполнять водой, для чего специально предусмотрено отверстие с пробкой. По конструкции, в зависимости от количества рабочих колес, различают насосы одноступенчатые и многоступенчатые. Чем большее число ступеней достигается, тем большего давления и производительности можно достичь.
Помимо аппаратов, которые осуществляют всасывание и подачу воды за счет вращения рабочих колес, в бытовом водоснабжении широко используются насосы, которые действуют по так называемому Jet-принципу. В этом случае требуемое разрежение создается в насосе после прохождения части жидкости через встроенный эжектор. Эта конструкция позволяет увеличить глубину забора воды, но при этом снижает КПД насоса, и в результате часть работы он тратит на самого себя. Работа эжектора сопровождается некоторым шумом, и в связи с этим Jet-насосы можно устанавливать в жилых помещениях далеко не всегда. Случается, что эжекторы используются в качестве дополнительного средства увеличения напора.
Чаще всего для бытовых целей используются поверхностные насосы, выполненные в горизонтальном варианте. Обычно вертикальную конструкцию имеют высоконапорные установки повышения давления. Хотя и среди вертикальных насосов встречаются модели, которые используются в домашнем водоснабжении.
На основе отдельных поверхностных насосов выпускаются мини-станции бытового назначения. Такие крупные объекты, как, например, многоквартирные дома и небольшие поселки, могут обслуживаться установками из нескольких насосов одновременно.
Простейшая система водоснабжения для дома
Мы уже отмечали, что водоснабжение из источников глубиной не превышающих 7-8 м, производится посредством поверхностных насосов. В самом простом случае вода закачивается в открытый бак, который располагается на чердаке дома, и самотеком поступает к точкам разбора. Как правило, такую систему оснащают поплавковым датчиком, отключающим насос при заполнении бака, а при падении уровня в баке до минимального значения дает команду на включение. Главным недостатком такого варианта является совсем небольшое давление.
Величина его напрямую связана с высотой водяного столба между точками потребления и баком — в большинстве случаев оно не превышает 1 атм. Для работы современной домашней техники (такой как газовые колонки, стиральные и посудомоечные машины и т. д. ) требуется напор в 2-3 атм. Помимо этого, подобная система занимает в здании достаточно много места, что также является ее существенным недостатком. Плюс ко всему вышесказанному, в случае сбоя автоматики вода, переполнившая бак на чердаке, может залить весь дом.
Автоматика в насосных системах
Существует такая технология, которая позволяет отказаться от использования открытой накопительной емкости и обеспечить тем самым необходимый напор в системе домашнего водоснабжения. В этом случае отдельный насос (либо самовсасывающий, либо нормального всасывания) автоматически включается при каждом разборе воды — осуществляется это при помощи специальных устройств. Например, у Grundfos — это блок автоматики, называемый Presscontrol, у DAB — система Auto, у Calpeda — Idromat, у Nocchi Pumps —Aqua Matic. Надо сказать, что у разных производителей насосного оборудования эти приборы отличаются различными же принципами действия и конструкции. Например, концерн Wilo оснащает ряд своих бытовых насосов устройствами Fluidcontrol, в которых встроены подвижный магнит и герконовый выключатель.
Система работает так, что как только вы открываете кран, и давление в водопроводе снижается (например, у тех же моделей Wilo до 1,7 или 2,2 бар), магнит сдвигается, реле срабатывает и замыкает цепь включения насоса. В то же время, Fluidcontrol защищает оборудование от недопустимого включения «на сухую», без забора воды. Для того, чтобы подача воды была непрерывной, насос выключается, через несколько секунд после закрытия крана, что создает в системе запас воды и позволяет не устанавливать резервуар в качестве буфера.
Помимо всего прочего, Fluidcontrol защищает водопроводную систему от превышения давления и имеет встроенный обратный клапан. Без последнего вода из трубопровода при выключенном насосе будет снова сбрасываться в источник. Насос, оснащенный таким прибором, представляет собой компактную и достаточно недорогую автоматическую станцию. Из недостатков ее стоит отметить необходимость включать насос при каждом открытии крана, что снижает срок его службы.
Мембранный бак
Достичь более экономичной работы насоса можно, укомплектовав установку напорным баком (он же — гидроаккумулятор). Он представляет собой металлический резервуар, разделенный на две полости объемной (в виде мешка) либо плоской эластичной мембраной. Одна часть такого бака напрямую соединяется с водопроводной сетью, другая же наполнена воздухом либо азотом. В то время, как насос закачивает воду в первую полость, находящийся во второй полости газ сжимается. Продолжается это до тех пор, пока давление в системе не достигнет требуемой величины. Управляется работа насоса при помощи реле давления.
С началом разбора сжатый газ выталкивает воду в систему, давление в баке снижается, и реле включает насос повторно. Чаще всего автоматику настраивают таким образом, чтобы водяная полость напорного бака оставалась всегда заполненной хотя бы на 1/3. Как правило, такие установки комплектуются мембранными баками емкостью 24-50 л. В то же время, к примеру, для модели Primson компании Salmson с баком на 24 л полезный запас воды составляет 10 литров. Благодаря этому отпадает необходимость запускать насос при каждом открытии водопроводного крана.
Сегодня многие фирмы производят компактные установки с напорными баками. Такое оборудование можно приобрести и по отдельности. Если сравнивать с открытыми емкостями, то в отличие от них мембранные баки необязательно монтировать в наивысшей точке системы, да и их размеры не так уж велики. Важно отметить, что для питьевого водоснабжения должны применяться напорные баки, которые имеют гигиенический сертификат.
Иногда, например, когда вода подается с перебоями, имеет смысл использовать в сочетании с насосной установкой самый обычный бак для воды. В этом случае емкость можно установить в подвале жилища. В таком баке накапливается запас воды, а подачу ее в точки разбора выполняет насос. В этом случае нет необходимости использовать самовсасывающий аппарат, а лучше применить установку с насосом нормального всасывания, работающим с меньшим шумом.
Мы уже знаем, что для забора воды из источника глубиной более 8 м рекомендуется использовать колодезный или скважинный насос. Речь идет о центробежных насосах с различным числом рабочих колес и электрическим двигателем, защищенным гидравлически. Сконструированы они с расчетом на то, что охлаждение работающего мотора будет осуществлять поток воды, в которую погружается весь насос. Важное условие: скорость этого потока должна быть не менее расчетной величины. В случае со скважинными насосами, двигатели которых охлаждаются снаружи, она указывается в технической документации. Реальная величина будет зависеть от соотношения диаметров двигателя и скважины.
Выбор, установка и запуск скважинного насоса
Как это ни грустно, но ни с одним видом насосов не происходит такого количества отказов и выходов из строя, как это бывает с бытовыми погружными скважинными насосами (рис. 54). Основная причина кроется не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не квалифицированные проектировщики, а сами же домовладельцы или недостаточно профессиональный персонал монтажных организаций. К примеру, откуда может знать неспециалист, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в его рабочий диапазон.
Параметры насоса
Для правильного выбора насоса в первую очередь потребуется определить его рабочие параметры — расход (Q) и напор (Н).
Нужный расход воды вычисляется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта с учетом вероятности их использования одновременно. Для упрощенного расчета можно использовать такие нормы водопотребления для сантехнических приборов: поливочный кран — 1080 л/ч, кухонная мойка — 500 л/ч, душ — 500 л/ч, ванная — 300 л/ч, смывной бачок унитаза — 83 л/ч, умывальник — 60 л/ч. Полив приусадебных площадей требует 3-6 м3 воды на 1 м2, при этом расход зависит еще и от способа орошения и интенсивности полива. Сауна или баня потребует порядка 1000 л/ч.
Расчет требуемого напора осуществляется по формуле:
Н тр. = Н гео. + S + Н своб.,
где Н гео — это высота ввода трубопровода в здании относительно динамического уровня воды в скважине. То есть, речь идет о численном выражении динамического уровня, которое должно обязательно присутствовать в паспорте скважины;
S — это сумма потерь напора на трение в трубопроводе и местные сопротивления — арматура, фильтры, фасонные детали и т. д. ;
Н сво6 — напор, который требуется создать на вводе в здание, с расчетом обеспечения на самой удаленной и высоко расположенной водоразборной точке давления 0,5 атм.
Параметры скважины принципиально важны, поскольку используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины в обязательном порядке должны быть указаны такие параметры, как статический уровень, динамический уровень и дебит скважины. Такие данные определяются экспериментально организацией, которая проводила буровые работы. Естественно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины заведомо использовался насос, меньший по мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта согласно потребностям домовладельца.
И несмотря на то, что на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать довольно сложно (это государственный документ, который требует множества разрешений и согласований), все-таки нужно требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробных данных по скважине и обязательно осведомиться и о мощности насоса, которым осуществлялась откачка воды при определении динамического уровня.
В процессе заключения договора на буровые работы нужно обращать внимание на наличие у подрядчика соответствующей лицензии. Только серьезные фирмы всегда по окончании работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, в котором четко прописаны все упомянутые характеристики, а помимо этого — диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и тому подобные вещи вплоть до рекомендованной марки насоса.
Для дополнительного оборудования — такого как джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, «дождевалки» и т. д. — параметры требуемых Q и Н должны указыватся производителями. При установке водоочистных фильтров должны учитываться потери напора (как правило, порядка 2 атм) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.
Монтаж насоса и начало эксплуатации
Так или иначе, на какой бы насос ни пал ваш выбор, при монтаже чрезвычайно важно выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. Вводя агрегат в эксплуатацию, необходимо замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения любой емкости известного объема, к примеру, ведра), создаваемое давление (по показанию манометра) и потребляемый при этом ток (замеряют специальными щипцами).
Установленные таким образом характеристики сверяются по каталогу с паспортными данными насоса. В случае превышения рабочих параметров (чаще всего некоторый запас мощности предусматривается, к примеру, для последующей установки фильтров) следует прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установления требуемой рабочей точки — середина характеристики Q (Н).
Монтаж насоса, равно как и его выбор, должны осуществлять специалисты этой области, компания обязательно должна иметь лицензию на установку данного оборудования.
Защита насоса
Непосредственно перед выбором и приобретением насоса потребуется получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Особенно это важно при выборе насоса импортного производства. Дело в том, что все поставляемое из-за рубежа оборудование, прежде всего, соответствует промышленным нормам страны-производителя. К примеру, для всех немецких насосов допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет +6 до -10%. Даже при наличии встроенной защиты насос никак не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, любые просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электроагрегата.
В такой ситуации следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов еще и от неполнофазных режимов работы. Не рекомендуется также устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт вполне может превышать номинальный в 4,4 раза! Чтобы стабилизировать напряжение в пределах рабочего диапазона при таких скачках, потребуется стабилизатор с 5-кратным запасом мощности. Случается, что для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, нежели корректную работу такого однофазного насоса.
Как гласит статистика, порядка 85% отказов происходит как раз с электрической частью насоса. Главной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора из-за перегрева вследствие гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. Обеих причин можно избежать, установив надлежащую токовую защиту. С этой задачей способен справиться и обычный пускатель с токовой защитой, но все-таки некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. В результате такой халатности придется заплатить за подъем насоса из скважины, за его ремонт (а это — цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Вероятнее всего сумма может превысить стоимость нового агрегата.
Термины, которые вам могут понадобиться:
статический уровень — это постоянный уровень воды в скважине;
динамический уровень — это уровень воды в скважине, который устанавливается при откачке удельного расхода;
дебит скважины — стабильный расход воды, который способна обеспечить скважина;
напор — избыточное давление, которое создает насос;
расход — объем воды, который перекачивается насосом за единицу времени;
рабочая точка — точка пересечения кривой характеристик насоса Q (Н) с характеристикой сопротивления трубопровода SQ2. Соответствует действующим значениям напора и расхода при работе на конкретную систему водопровода
дросселирование — создание на напорном трубопроводе дополнительного сопротивления;
рабочая характеристика — график, показывающий зависимость рабочих параметров насоса — расхода Q (Н) и напора;
мощность на валу — мощность, потребляемая насосом.
Насосы и баки.
Современные системы отопления ориентированны на принудительную систему циркуляции. Эта функция возложена на циркуляционный насос. Принудительная циркуляция позволяет использовать малые диаметры труб (прямая экономия). Систему с принудительной циркуляцией легко автоматизировать, то есть система будет автоматически поддерживать заданную температуру воздуха в помещении (достаточно подключить к насосу простейший комнатный термостат).
Мощность циркуляционных насосов не велика и составляет от 50 до 1000 Вт. Подбор циркуляционных насосов для системы отопления производится на основании гидравлических расчетов и должен выполняться специалистом.
Важной частью системы отопления является расширительная емкость (бак). Поясним роль расширительного бака. Заполнение системы теплоносителем происходит при температуре помещения ( до 20оС), а работает система при температуре около 90оС. Неизбежно происходит температурное расширение теплоносителя. Для компенсации температурного расширения теплоносителя служит расширительный бак. В современных системах отопления используются расширительные мембранные баки. Название следует из конструкции бака, который состоит из общей полости, разделенной резиновой мембраной. Мембрана предотвращает попадание воздуха в теплоноситель. Мембранный расширительный бак исключает поверхностное испарение теплоносителя, и система получается «закрытой». Объем расширительного бака должен рассчитываться специалистами.
Проверять давление в расширительном баке следует не менее трех раз в год, так как резина допускает диффузию воздуха в теплоноситель, и как следствие – давление в баке уменьшается.
