Самовсасывающий насос — что это?

Самовсасывающие насосы широко применяются в ситуациях, когда нужно организовать перекачку жидкой среды из скважины или накопительной емкости, расположенной ниже уровня установки агрегата. Они способны самостоятельно выкачать накопившийся воздух из подключенной к входному патрубку трубе, после чего начинают перекачивать жидкость. 

Об особенностях самовсасывающих насосов, принципе их действия — в этой статье.

Принцип действия и конструкция

Самовсасывающий насос — это агрегат, способный перекачивать небольшое количество газовой среды. Хотя делает это с меньшей эффективностью, чем жидкость. Это обстоятельство позволяет устанавливать его выше уровня воды. Способность самостоятельно выкачивать воздух из трубы — черта, отличающая эти устройства от традиционных нормально всасывающих моделей. 

С точки зрения конструкции самовсасывающий насос может быть:

• Центробежным. За счет вращения рабочего колеса с лопастями особой формы вода отбрасывается от центра камеры к ее краю. Где и располагают выходное отверстие. Центробежные модели отличаются достаточно высоким КПД, надежностью и ремонтопригодностью.

• Вихревым. В этой модели рабочее колесо отличается по форме лопастей и их расположению от центробежного. За счет быстрой скорости вращения создается вихрь, засасывающий воду и газовую среду из входного патрубка. Отсюда и название.

• Объемным. Эти насосы близки по конструкции к компрессорам. Напор воды достигается за счет изменения объема камеры. Наибольшее распространение получили поршневые и диафрагменные модели. В промышленных агрегатах такая конструкция встречается редко, так как проигрывает по эффективности центробежным и вихревым.

Что такое самовсасывающий насос для воды и как он работает, рассмотрим на примере вихревой модели НС завода Взлет. Агрегат представляет собой собранную на одной консоли комбинацию следующих элементов:

• Центробежный насос. В исполнении НС2 предусматривается возможность перекачивания дренажной воды. Что делает эту модель удобной для откачивания стоков из накопителя, накопившейся воды из цоколя здания и других подобных задач.

• Электромотор. В промышленных моделях используются трехфазные электромоторы мощностью 1,5 кВт и более. 

• Ременная передача или муфта. Используется для передачи вращения от ротора электромотора валу насоса, на котором закреплено рабочее колесо. Благодаря разборной конструкции передачи облегчается обслуживание агрегата. Мотор можно осматривать и ремонтировать, даже заменять без отключения насоса от системы.

Отметим, что агрегаты серии НС по способу монтажа относятся к стационарным поверхностным. Поскольку их вес 200 кг и более, перевозка между объектами и использование в качестве переносных затруднены.  Существует два варианта компоновки элементов:

• Горизонтальная с соосным соединением двигателя и насоса. В таких моделях используется муфта.

• Горизонтальная, с параллельно расположенными валами мотора и насоса. Такая компоновка позволила сделать агрегат компактным, поскольку длина консоли в этом случае меньше. Для передачи вращения от вала мотора используется система шкивов и ремней.

Чтобы понять, что значит понятие «самовсасывающий насос для воды», рассмотрим его схему установки применительно к дренажному колодцу. Сам агрегат устанавливается на поверхности земли. На схеме выше обозначен цифрой 8. 

Со скважиной его связывает труба — 1, один конец которой погружен в воду на достаточную глубину. Также может применяться армированный шланг. Обычный резиновый рукав для работы самовсасывающего агрегата не подходит, так как при создании вакуума в момент пуска он деформируется. Что угрожает перегревом и поломкой насоса.

Для отвода воздуха в момент старта агрегата предусмотрена байпасная линия — 4, оснащенная воздушным клапаном — 3. Трубопровод для отвода водяного пара опускается в накопительную емкость и фиксируется с помощью поддержки — 2. Напорный трубопровод — 5 начинается восходящим участком от исходящего патрубка — 7 и оснащается задвижкой, обратным клапаном — 6. 

Как увеличить глубину всасывания

Для увеличения глубины всасывания используют два основных метода:

Заливка камеры

В таких моделях предусмотрена откручивающаяся пробка. Через нее перед пуском агрегата заливают воду таким образом, чтобы камера агрегата заполнилась. При запуске мотора рабочее колесо начинает выталкивать воду в выходной патрубок. Одновременно на входном образуется зона низкого давления. В нее устремляется вода из скважины по присоединенной трубе.

По наличию заливной пробки можно с определенной уверенностью утверждать, что это самовсасывающий насос. Регулярно пользоваться ею для запуска агрегата не удобно. Поэтому при монтаже рекомендуется установить обратный клапан в нижней части подводящей воду трубы. 

Срабатывает этот вид запорной арматуры автоматически, под действием веса столба жидкости в восходящем участке трубы. В результате при остановке насоса воздушная пробка имеет минимальные размеры. Что позволит запустить устройство без предварительной заливки камеры.

Наличие обратного клапана также позволяет предотвратить попадание потенциально загрязненной воды обратно в скважину. При таком способе установки пробку придется откручивать только при обслуживании насоса. Или для заливки камеры после долгого простоя или ремонта.

Эжектор

Специальное приспособление — эжектор, позволяет заметно снизить гидродинамическое сопротивление и облегчить пуск самовсасывающего насоса. По способу монтажа он может быть:

• Встроенным. В этом случае изготовитель насосного оборудования предусматривает ответвление от исходящего патрубка для подключения шланга. Второй его конец врезается в подводящую трубу. В момент старта самовсасывающего насоса рабочее колесо начинает выбрасывать воду из залитой камеры в выходной патрубок и ответвление эжектора. Жидкость под давлением попадает в нижнюю часть подводящей трубы. В месте врезки образуется пониженное давление. Что позволяет эффективно всасывать воду из скважины.

• Внешним. Приспособление работает за счет отдельного насоса малой мощности. Нередко для этого задействуют погружную модель. В остальном внешний эжектор работает по тому же принципу, что и встроенный.

Стоит отметить, что принципиально насос с эжектором не отличается от аналогичного устройства без него. В нем установлено такое же центробежное или вихревое рабочее колесо, электродвигатель. Что позволяет производителю увеличивать ремонтопригодность и снижать стоимость обслуживания своего оборудования.

В принципе, внешним эжектором можно оснастить и нормальновсасывающий насос. Например, для установки его выше уровня жидкости и облегчения процедуры первого запуска после простоя. Но в этом случае технический и гидравлический расчет системы — ответственность инженера на предприятии. 

Приобретая готовый самовсасывающий насос в заводском исполнении, предприятие заведомо получает работоспособный агрегат с заявленной производителем глубиной всасывания. Что особенно важно при установке однотипных насосных станций, пожарных систем и прочее. 

Преимущества и недостатки самовсасывающих насосов

Главное преимущество оборудования этого типа следует из определения, что это такое — самовсасывающий насос. Они могут по умолчанию устанавливаться выше уровня воды. Эта техническая особенность особенно важна в следующих сценариях использования:

• Дренажные системы. В них могут использоваться стационарные самовсасывающие насосы типа НС2 и аналогичные. Также производители предлагают переносные модели с глубиной всасывания до 7,6 метров. Что позволяет осушать карьеры, места проведения аварийных работ на трубопроводе и прочее.

• Системы водоснабжения. В том числе — с забором воды из скважины и водоема. Насос располагается в отдельном павильоне, установленном выше уровня жидкости. Так легче защитить машинный зал от подтопления и обеспечить комфортные условия для работы электронасосов. Поскольку большинство самовсасывающих моделей оборудованы влагозащитой уровня не выше IP54. Что накладывает на инженеров необходимость обеспечить защиту от влаги и пыли.

• Канализационные системы. Установка самовсасывающего насоса вместо погружного позволяет существенно упростить его обслуживание. Также это обеспечивает возможность использования электронасоса для работы с несколькими соседними емкостями для сбора стоков, организовав возможность переключения подводящих трубопроводов.

К минусам этого насосного оборудования относят меньшую эффективность — в сравнении с аналогичными по характеристикам нормальновсасывающими. И тут снова стоит вспомнить что это значит — «самовсасывающий насос». Поскольку конструкторы реализуют возможность выкачивания воды с большой глубины, они вынуждены вносить некоторые коррективы в конструкцию или допустить потерю части энергии для облегчения подъема жидкости к всасу — установка эжектора. 

И в том и другом случае КПД несколько снижается. Поэтому к установке самовсасывающих агрегатов прибегают в случаях, когда реализация иных схем: применение погружных моделей, реализация накопительных емкостей, расположенных выше уровня монтажа насосного оборудования, технически сложна или не оправдана экономически. 

Еще одной особенностью монтажа самовсасывающих агрегатов являются высокие требования к организации подводящего и исходящего трубопроводов. В частности:

• В подводящей линии нельзя использовать обычный резиновый или пластиковый шланг. Вместо него устанавливают армированный или жесткую трубу. Это связано с образованием вакуума на этапе пуска агрегата — когда из отрезка трубы откачивается воздух вместе с парами воды.

• Диаметр подводящего трубопровода должен быть постоянного и максимально совпадающего с диаметром всасы сечением. Что позволяет минимизировать гидравлическое сопротивление и кавитационные процессы.

• В нижней части подводящей трубы при стационарной установке устройства устанавливают обратный клапан. Он предотвращает ее опустошение в момент отключения электронасоса. Что существенно снижает нагрузку с агрегата при последующем пуске.

Ниже рассмотрим особенности выбора самовсасывающего агрегата.

Критерии выбора насосного оборудования

Ключевыми параметрами выбора, как и для других насосов, являются напор и производительность. Для удобства покупателей и эксплуатантов производители указывают эти характеристики в виде графика. При выборе ориентируются на среднюю часть кривой и учитывают потерю напора в трубопроводе: каждый метр восходящего участка считается за 1 м, горизонтального — 0,1 м. 

Параметры электромоторов, присоединения к сети указаны в названии модели. Рассмотрим для примера расшифровку агрегата НС2 80/230.230-3/6-600:

• НС2 — обозначение типа агрегата — самовсасывающий. Буква «Н» указывает на наружное исполнение электромотора. Цифра 2 — исполнение рабочего колеса. В данном случае двухканальное, закрытое. Агрегат подходит для перекачки чистой и преимущественно чистой воды. Может применяться в дренажных системах.

• 80 — обозначает размер входного патрубка. Указывается номинальный диаметр трубы.

• Две цифры 230, разделенные точкой, указывают соответственно на номинальный и фактический диаметр рабочего колеса.

• Мощность установленного в агрегате мотора. В данном случае — 3 кВт. Подключают такие электродвигатели к трехфазной сети 380 В.

• Через дробь указывается количество полюсов электромотора — 6. Перед тире также может следовать обозначение исполнения электромотора. Например, для взрывозащищенных моделей для применения в рудниках это будет «РВ Ex». Для мотора с частотным преобразователем будет указана буква «Ч». Если дополнительного обозначения нет — электродвигатель поставляется в базовом исполнении.

• Цифра 6 указывает на способ компоновки элементов самовсасывающего насоса — стационарный, на плите, с ременной передачей. Для моделей с муфтой будет указано 4.

• Последние две цифры указываются, если электронасос поставляется с собственным шкафом управления (первая цифра) и системой термозащиты (вторая).

При необходимости специалисты завода Взлет помогут вам с выбором подходящей модели самовсасывающего насоса.

Автор статьи: Александр Шихов