Устройство погружного насоса

Погружными называются насосные агрегаты, полностью находящиеся во время работы ниже уровня жидкости. Такие условия эксплуатации накладывают на производителя насоса необходимость обеспечить герметичность корпуса и учесть ряд других моментов. Применяются такие устройства для водоснабжения, орошения, канализационных систем. 

В этой статье мы рассмотрим общее устройство погружных насосов и особенности конструкции моделей, предназначенных для эксплуатации в сложных условиях.

Конструкция

Рассмотрим конструкцию погружного насоса на примере модели, приводимой в работу электромотором. В этом исполнении изготавливается абсолютное большинство насосного оборудования, эксплуатируемого ниже уровня жидкости. Исключение составляют дизельные и бензиновые мотопомпы. Они оснащаются двигательной установкой, расположенной выше уровня воды, и герметичным насосом, связанными гибким съемным валом.

Компоновка элементов погружного насоса может быть:

• Вертикальной. Такие модели имеют узкий вытянутый корпус. Подход широко используется в скважинных агрегатах. Также вертикальную компоновку производители используют в дренажных моделях. Компактный размер позволяет помещать их в узкие колодцы и шахты. Например, для их осушения.

• Горизонтальной. Рабочее колесо при такой компоновке располагается перпендикулярно дну колодца или накопителя. Эти модели могут быть многосекционными. Что позволяет производителю увеличить производительность и напор агрегата.

Погружной насос состоит из следующих элементов:

• Герметичный корпус. Материал изготовления зависит от сферы применения. Облегченные модели изготавливаются из алюминиевого сплава. Долговечные канализационные модели — из чугуна. Также проточная часть может выполняться из нержавеющей стали. Для удобства установки и извлечения насоса из скважины в верхней части корпуса предусмотрена прочная ручка/петля.

• Силовая установка. В бытовых и маломощных моделях устанавливают электродвигатели, требующие питания 220 В, однофазный ток. В промышленных агрегатах применяют трехфазные асинхронные электромоторы. 

• Нижний диффузор. Используется для забора воды из водоема и колодца. Защищается сеткой, размер ячейки которой соответствует максимальному диаметру твердых частиц, перекачиваемых насосом.

• Проточная часть с рабочим колесом. Форма крыльчатки зависит от сферы применения агрегата. Так, в глубинных скважинных моделях рабочее колесо имеет узкие канавки, позволяющие эффективно разогнать воду. Поэтому такие модели обладают напором до 200 м и более.

• Выходной патрубок. Для удобства подключения к трубопроводу или шлангу выход может быть регулируемым. При установке можно выбрать угол в 90 и 180°.

Устройство и принцип работы погружного центробежного насоса

Рассмотрим устройство погружного насоса и принцип его работы на основе распространенной модели центробежной конструкции с вертикальной компоновкой элементов.

Рабочее колесо связано с валом электродвигателя. Для обеспечения герметичности камеры мотора используются специальные уплотнители и сальники. Промышленные модели могут комплектоваться датчиками. Они автоматически определяют проникновение жидкости через уплотнитель и подают сигнал предупреждения на пульт диспетчера.

Нижний диффузор обеспечивает свободный доступ воды к рабочему колесу насоса даже при установке агрегата на дно. Одновременно он оснащен защитной сеткой. Она не пропускает крупные твердые частицы, палки к крыльчатке.

При подаче питания на электромотор рабочее колесо приходит в движение. Канавки особой формы захватывают воду и разгоняют ее. Кинетическая энергия преобразуется в центробежное ускорение среды. В центре образуется зона низкого давления. В нее самотеком засасывается новая вода. На внешнем диаметре колеса образуется зона высокого давления, где и расположен выходной патрубок.

Вода с высоким давлением подается в присоединенную к выходному патрубку трубу и направляется на поверхность. Существуют модели погружных центробежных насосов с подачей до 200 метров и более. Они могут устанавливаться в артезианских скважинах.

Выше описана конструкция погружного агрегата с одним рабочим колесом. Отметим, что в промышленных агрегатах секций с аналогичной производительностью может быть несколько. Все они соединены единым валом и вращаются с одинаковой скоростью. Многосекционная конструкция позволяет увеличивать подачу и напор одновременно. 

Особенности установки погружных насосов

Существует два основных способа установки погружных насосов:

• На подвесе. Агрегат подвешивается внутри обсадной трубы скважины на глубине, обеспечивающей достаточную чистоту воды и постоянное нахождение корпуса в жидкости. В качестве подвеса рекомендуется использовать полимерные шнуры и тросы. Они позволяют минимизировать передачу вибраций корпуса агрегата на подвес.

• На лапах. В таком исполнении изготавливаются массивные дренажные, шламовые и канализационные модели. Расположенные в нижней части корпуса лапы обеспечивают устойчивость корпуса агрегата на ровной поверхности дна накопительной емкости, бака, колодца. Подъем на поверхность выполняется с помощью стальных цепей. В случае массивных моделей используют ручные тали и электрические подъемные механизмы.

Отметим, что при извлечении насоса из глубокой скважины усилие прилагается только к подвесу. Подъем удобно осуществлять силами двух рабочих. Первый поднимает агрегат. Второй контролирует состояние кабеля и шланга. Это позволяет избежать перегиба, разрыва этих элементов и обеспечивает их долговечность.

Подвешивание погружных насосов на стальных цепях и тросах нежелательно. Такие подвесы передают вибрации и могут создавать дополнительный шум при работе. Поэтому цепи используют только для спуска и подъема агрегата.

В случае стационарной установки погружного насоса, например, в составе канализационной станции, предусматривают направляющие. Они позволяют обеспечить точную установку корпуса на дне и исключают перекашивание массивного агрегат при спуске/подъеме.

Подключение и управление

Главной особенностью подключения погружных насосов является необходимость обеспечить герметичность ввода кабеля в корпус. Этот момент реализуется в заводских условиях. При обслуживании погружного насоса узел обычно не требует разборки. Поэтому с завода агрегаты погружного типа поступают с отрезком кабеля. Длину можно уточнить при оформлении заказа.

При подключении промышленных агрегатов используют специальные шкафы управления. Они специально разработаны для обеспечения насосных агрегатов защищенным питанием и выполнения следующих дополнительных функций:

• Плавный пуск агрегата. Устройства плавного пуска позволяют обеспечить постепенное нарастание подаваемой на электромотор мощности. Что приводит к постепенному раскручиванию рабочего колеса агрегата, снижает пиковые нагрузки на систему электроснабжения. Давление воды в подключенной к насосу трубе также нарастает равномерно. Что обеспечивает долговечность трубопровода и его соединений.

• Автоматическое управление. Применяются эффективные и недорогие поплавковые выключатели. Они позволяют автоматически включать погружной насос, когда уровень жидкости в накопительной емкости системы водоснабжения критически снижается. Это обеспечивает экономию электроэнергии и непрерывность водоснабжения. Также поплавок отключает питание, когда уровень воды в скважине опасно снижается. Что позволяет исключить перегрев электромотора насоса.

• Передачу данных о режиме работы подключенного оборудования в центральную диспетчерскую. Функция востребована в масштабных и распределенных системах водоснабжения, производственных гидроконтурах.

• Переключение на резервный источник питания. Применяется в системах, требующих высокого уровня надежности. Блок АВР автоматически переключает оборудование насосной станции на резервную линию. При этом подключенные к ШУ насосы не прекращают своей работы.

Стоит отметить, что некоторые модели погружных насосов могут комплектоваться собственным поплавком. Например,такое решение распространено в дренажных агрегатах. При установке для насоса выполняется неглубокая шахта, расположенная в нижней точке пола помещения или подвала. В ней постепенно собирается вода. 

При повышении уровня жидкости в шахте поплавок всплывает. Он включает электродвигатель и насос выкачивает воду, осушая помещение. Как только уровень жидкости опускается, поплавок отключает мотор. Участие оператора в таком режиме работы не требуется.

Аналогичная система с использованием поплавочных выключателей применяется и в насосных станциях. Количество использованных в ней датчиков зависит от числа установленных агрегатов. 

Так, в канализационной станции с двумя погружными насосами показала свою эффективность система с четырьмя поплавками. Они расположены на разных уровнях накопительной емкости. 

Самый нижний обесточивает агрегаты полностью. Второй включает один из насосов. Шкаф управления старается равномерно распределять наработку между агрегатами. Поэтому может включать первый или второй насос, следуя своему алгоритму. Третий поплавок подключает к работе оба агрегата одновременно. Четвертый — сигнальный. Информирует оператора об аварийной ситуации.

Завод «Взлет» изготавливает специальные шкафы управления для насосов погружной конструкции. Их использование заметно снижает сложность подключения оборудования на объекте. 

Специальные погружные насосы

К этой категории относятся устройства с герметичным корпусом, эксплуатируемые в сложных условиях. Наиболее востребованные виды:

• Дренажные погружные насосы. Применяются для осушения шахт, карьеров. Преимущество, по сравнению с моделями для перекачки чистой воды — возможность работы с загрязненной жидкой средой. В том числе с твердыми включениями. Конструкция модели позволяет без вреда для механизма пропускать песок и камни размером не более 1 мм в поперечнике. Эффективны при подаче воды для полива из заиленных водоемов.

• Фекальные. Применяются для перекачки канализационных стоков. Допускается содержание в перекачиваемой среде твердых, но не абразивных, частиц. 

• Шламовые. Используются в горнодобывающей отрасли и ряда других направлений. Особенность конструкции этих погружных насосов — надежный корпус из чугуна или иного прочного металла, прочное рабочее колесо, способные выдержать удары достаточно крупных абразивных частиц — до 12 мм в поперечнике.

• Шахтные. Особенность конструкции этих погружных насосов — узкий вертикальный корпус. Его можно спустить в шахту или колодец. 

• Песковые — ППс. По конструкции эти погружные насосы близки к дренажным и шламовым. Их основное назначение — добыча песка со дна водоемов. Также они востребованы в карьерах. Содержание песка в перекачиваемой среде может достигать 2,8 г/см³. Наиболее долговечными считаются модели с гидравлической частью из чугуна. Этот металл хорошо противостоит абразивному воздействию перекачиваемого песка.

Отметим, что учет специализации модели при выборе позволяет обеспечить эффективность и долговечность работы агрегата. Например, применение дренажного погружного насоса для водоснабжения в скважине с чистой водой с низким содержанием твердых примесей возможно. Но работать он будет менее эффективно, чем скважинные модели. Однако в скважине с высоким содержанием песка и низким дебитом применение дренажной модели оправдано. 

Автор статьи Александр Шихов