Принцип работы водяного насоса

Устройство и принцип работы

Главным элементом конструкции вихревого насоса является крыльчатка, вращающаяся вокруг своей оси. Она имеет вид стального диска, где на внешнем диаметре имеются ямки, формирующие лопасти разного вида.

Такая крыльчатка вращается вокруг своей оси в прочной камере, имеющей форму цилиндра. Принцип работы вихревого насоса заключается в эффекте всасывания воды через входной патрубок, и ее закручивания в вихрь из-за вращения крыльчатки. Вследствие чего она выталкивается под большим давлением. Таким образом, при малых энергетических затратах мощность водяного потока усиливается в несколько раз.

Следует заметить, что оба патрубка размещены вверху корпуса. Это обеспечивает эффект всасывания уже на старте.

Особенностью устройства является наличие отливного канала между отверстиями для входа — выхода перекачиваемой воды, и специальной перегородки, перекрывающей несколько лопастей с зазором не больше 0,2 мм. Вследствие чего создается центробежная сила, усиливающая водяной напор. В результате, эффективность действия данной конструкции стала в несколько раз больше нежели работа центробежного аппарата.

Популярные бренды

Владельцы дачных участков и загородных домов с автономным водоснабжением из неглубокой скважины или колодца часто предпочитают поверхностные насосы погружным из-за простоты их обслуживания. Поэтому им небезынтересно будет узнать, какие самовсасывающие модели насосов заслужили хорошую репутацию своей надежностью, долговечностью и эксплуатационными характеристиками.

Начнем с отечественных марок:

Калибр НБЦ – это один из самых недорогих агрегатов в ряду самовсасывающих насосов, отличающийся при этом внушительными характеристиками: он способен давать до 80 литров воды в минуту, качая её с девятиметровой глубины. Есть модели со встроенным эжектором и без него. Но именно это оборудование подтверждает правило: скупой платит дважды. По отзывам владельцев, средний срок его службы всего три года.

Калибр НБЦ – S80

Насосы самовсасывающие ОНЦс могут использоваться как в пищевой промышленности для откачки жидкостей из цистерн, так и в системе водоснабжения загородного дома из источника с динамическим уровнем воды не более 8 метров. В зависимости от модели, могут создавать напор от 15 до 55 метров и подавать от 3 до 80 кубометров воды в час. Но мобильными их назвать трудно, так как вес самой малогабаритной модели составляет 20 кг.

ОНЦс 6,3/30К-2,2/2

Пока российские потребители, ценящие надежность, долговечность и качество водоподъемного оборудования, предпочитают покупать насосы европейских производителей. К самым популярным маркам можно отнести:

Wilo (см. Насосы Wilo: технические характеристики) – насосное оборудование известной немецкой компании. Длительный срок эксплуатации ему обеспечивает качественная сборка, использование высокопрочных и устойчивых к коррозии материалов, а также оснащенность автоматикой, защищающей насосы от перегрева и работы на холостом ходу. При этом среди большого ассортимента самовсасывающих агрегатов можно найти и весьма недорогие бытовые модели, и установки для коммунального и промышленного применения. Например, цена представленного ниже агрегата всего около 10 тысяч рублей, и прослужит он не менее 10 лет.

WILO JET WJ 202 с максимальной подачей до 4,5 м3/ч

Насосы Grundfos серии JP представлены несколькими моделями разной мощности и предназначены для обустройства поливочных и водопроводных бытовых систем. Основные рабочие детали изготавливаются из нержавейщей стали и прочных современных композитных материалов. Глубина их всасывания 8 метров, создаваемый напор достигает 50 метров, максимальная производительность 5 м3/ч. Стоимость выше, чем у аналогичных моделей Вило (18-25 тысяч рублей), но и гарантированный срок службы 15 лет.

Одноступенчатый самовсасывающий центробежный насос JP от Grundfos

Корпуса итальянских насосов Pedrollo серии JSWm изготавливаются из чугуна с антикоррозийным покрытием, а вал и крыльчатка из нержавеющей стали, хотя по заказу рабочее колесо может быть сделано и из технополимеров. Устойчивые к коррозии материалы обеспечивают долгую и надежную работу устройств этой марки, позволяя им работать в длительном режиме без технических перерывов. Высота всасывания эжекторных насосов составляет 9 метров, максимальный напор в зависимости от модели 35-48 метров, производительность до 60 м3/ч. Инструкция допускает их использование не только в источниках с чистой водой, но и в открытых водоемах. Цена оборудования довольно высока и составляет в среднем 25 тысяч рублей.

Самовсасывающий эжекторный насос Педролло

Другой итальянский бренд Calpeda известен чуть менее остальных, но и его насосы находят все больше поклонников на отечественном рынке. В первую очередь это касается агрегатов серий МХ и MG, обладающих максимальной для самовсасывающих насосов глубиной подачи, достигающей 9,5-10 метров. А устройства серии Calpeda А с открытым рабочим колесом могут перекачивать даже загрязненную воду с нерастворенными примесями диаметром до 10 мм. Они применяются для откачки воды из бассейнов, канав, затопленных помещений, используются как в быту, так и в сельском и коммунальном хозяйстве. Стоимость – от 16 тысяч рублей.

Универсальный агрегат Calpeda MXH

Принцип работы

Действие центробежного насоса основано на законах гидродинамики, на придании жидкости, поступающей в замкнутый корпус спиралевидной формы, динамического воздействия через вращающиеся лопасти ротора. Эти лопасти имеют сложную форму с изгибом в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Они закреплены между двумя дисками, насаженными на ось, и сообщают динамику жидкости, заполняющей пространство между ними.

Возникающая при этом центробежная сила относит её из центральной части корпуса, расположенной в районе оси вращения рабочего колеса к его периферии, и дальше — в отводящую трубу. В результате действия центробежной силы в центре корпуса создаётся разреженная область пониженного гидравлического давления, которая заполняется новой партией жидкости из подающего патрубка. Необходимый напор в трубопроводе создаётся разницей давлений: атмосферного и внутреннего, в центральной части рабочего колеса. Работа насоса возможна только при полном заполнении корпуса водой, в «сухом» состоянии колесо будет вращаться, но необходимой разницы давления не возникнет и перемещения жидкости из подающего трубопровода не будет.

Приборы и арматура

Для нормальной работы центробежного насоса нужны дополнительные узлы и приборы:

• Приёмный обратный клапан. Способствует сохранению воды в проточной части, если перекачивается вода — оснащается сеткой для грубой очистки.
• Задвижка на всасывающем патрубке.
• Кран для выпуска воздуха при наполнении водой рабочей камеры.
• Обратный клапан на напорной трубе, препятствующий ходу воды в корпус при работе другого агрегата.
• Задвижка на выходной трубе для запуска и контроля напора воды.
• Вакуумметр, измеряющий степень разрежения на входе в проточную камеру.
• Манометр для измерения напора.
• Предохранительный клапан для защиты от гидроудара.
• Приборы автоматического контроля (комплектуются при работе в составе производственного комплекса оборудования различного назначения).

Как выбрать насос поверхностный –основные факторы при покупке

В первую очередь при покупке нужно определиться с задачами, которые будет решать поверхностный насос

Если агрегат будет перекачивать воду для питья, бытовых нужд жителей и полива огорода, значит, нужно обращать внимание на следующие факторы:

• Производительность насоса – чтобы обеспечить семью из 3–4 человек водой для питья и полива, устройство должно перекачивать не менее 3 м3/ч;
• Протяженность трубы по горизонтали и глубина забора – два эти параметра связаны между собой. Чтобы выбрать насос для колодца, необходимо ориентироваться на соотношение 1:4, то есть, при наличии источника глубиной 2 метра, протяженность горизонтальных труб не должна превышать 8 м;
• Напор воды – очень важный фактор. Узнав глубину колодца, к этому показателю следует прибавить 30 м. Подобрать насос нужно так, чтобы указанный в его паспорте напор не был меньше полученных расчетов;
• Количество точек потребления воды – необходимо учесть, что чем больше этих точек, тем мощнее должен быть насос. В противном случае при открывании сразу нескольких кранов давление в системе резко упадет.

Самовсасывающие насосы

Малосведущему человеку может показаться, что это свойство характерно для любого насоса, однако это не так: агрегаты второй разновидности – нормального всасывания – «ждут», пока перекачиваемая среда поступит в их рабочую камеру самотеком (из расположенной рядом емкости) или посредством другого насоса.

Предназначенные для этого модели так и называются – погружными.

Совсем по-другому обстоят дела с самовсасывающим насосом: он «умеет» создавать разрежение, благодаря которому внешнее атмосферное давление заставляет воду подняться по всасывающей магистрали.

Похожим образом действуем и мы, когда пьем напиток через соломинку.

Теоретически при создании идеального вакуума воду в условиях нормального атмосферного давления можно втянуть на высоту 10,34 м. Но до идеального вакуума даже самым современным самовсасывающим насосам пока далеко. Да ведь и вода при работе помпы пребывает не в статичном состоянии, а в постоянном движении, а значит на нее оказывает воздействие гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода. В результате глубина всасывания – так называют максимальную высоту, на которую самовсасывающий насос может вытянуть воду – составляет в лучшем случае 9 м, а у большинства моделей – не более 8 м.

Самовсасывающий горизонтальный открыто-вихревой насос с магнитной муфтой в герметичном исполнении — устройство

Тот факт, что самовсасывающий насос может выкачивать воду из скважины или колодца, находясь при этом на поверхности (такие агрегаты как раз и называют поверхностными – в противоположность погружным), обуславливает целый ряд преимуществ:

1. Корпус насоса можно изготовить из дешевых материалов – обычной углеродистой стали (без легирующих добавок) или низкокачественного (непищевого) чугуна.
2. Сэкономить, также, можно на качестве и конструкции уплотнителей, удерживающих в двигателе смазку, ведь даже при самых неблагоприятных обстоятельствах она в колодец не попадет. Погружные агрегаты, напротив, приходится делать сверхнадежными, поскольку удаление машинного масла из источника в случае его протечки – очень сложная и дорогостоящая процедура.
3. Разработчики самовсасывающих насосов не стеснены размерами скважины или колодца. Корпус и двигатель могут иметь любые габариты, соответственно, и мощность поверхностного агрегата ничем не ограничена.
4. Поверхностный насос покоится на прочном основании, с которого никуда деться не может. В отличие от него погружной агрегат приходится подвешивать на тросике, который нередко обрывается.
5. Самовсасывающий насос всегда находится на виду, что облегчает контроль его состояния и обслуживание.

При установке самовсасывающего насоса следует учитывать, что максимальная глубина всасывания ограничивает не только разность уровней зеркала воды и насоса, но и расстояние между агрегатом и скважиной. Обычно гидравлическое сопротивление 4-метрового горизонтального участка всасывающей магистрали считают эквивалентным перепаду высот в 1 м. Приведем пример: если у нас имеется источник глубиной 3 м и насос с максимальной глубиной всасывания 7 м, то мы его сможем расположить не далее, чем в (7 — 3)х4 = 16 м от источника.

Соотношение 1:4 справедливо только для всасывающего трубопровода, для напорной магистрали характерна другая зависимость – 10 м трубопровода приблизительно приравниваются к 1-му метру напора.

Вихревые импеллерные насосы

Среди самовсасывающих модификаций присутствует группа вихревых насосов, однако, в отличие от центробежных аналогов, они не подходят для перекачивания вязких сред. Наличие твердых включений в воде необходимо исключить, иначе работоспособность оборудования нарушится. Насосы вихревого типа просты в устройстве и обслуживании, но обладают меньшей производительностью и низким КПД.

Вихревой самовсасывающий насос Pedrollo PKm 60 для исключительно чистой воды: мощность – 0,37 кВт, производительность – 0,3-2,4 м³/ч, высота подъема воды – до 5 м

Схема устройства и принцип работы

Внутренние детали вихревого насоса мало отличаются от аналогов центробежного оборудования. Основной динамической деталью является рабочее дисковое колесо, оснащенное расположенными по кругу лопастями.

Лопасти вращаются внутри своеобразного канала, связанного с входящим и выводящим патрубками. Жидкость поступает по всасывающему патрубку, под воздействием вращения колеса закручивается и по винтовой траектории перемещается в сторону выхода.

Многократное нахождение жидкости в пространстве между лопастями образует дополнительную энергию и напор, поднимающий воду на необходимый уровень, на этом и основан принцип работы самовсасывающего вихревого насоса.

Всасываемый воздух смешивается с жидкостью, затем смесь вновь разделяется на два компонента: воздух выводится наружу, а жидкость продолжает циркулировать в рабочей камере. После того, как удален весь воздух, камера полностью заполняется водой и вводится в работу по принципу центробежного оборудования.

Вихревой насос Оптима (Польша) в чугунном корпусе, с мощностью 0,37 кВт и напором 35 метров. Предназначен для водоснабжения дома или садового участка, перекачивает только чистую воду

Обязательным элементом, как и у центробежного оборудования, является обратный клапан, выполняющий две функции:

• препятствует обратному попаданию воздуха;
• обеспечивает заполнение рабочей камеры водой.

Максимальная высота подъема воды, которую обеспечивает вихревое самовсасывающее оборудование, — 8 метров. От центробежных насосов вихревые отличаются двумя принципиальными качествами: они не перекачивают грязные среды, однако прекрасно справляются с перемещением смеси воздуха и жидкости.

Низкий КПД (от 25% до 45 %) объясняется тем, что много энергии тратится на процесс нагнетания жидкости. По этой причине владельцы загородных участков отдают предпочтение центробежным агрегатам. О вихревом оборудовании обычно вспоминают, когда нет возможности установить более продуктивный аналог.

Преимущества бытового использования

Достоинством данной категории самовсасывающих насосов являются компактные размеры и увеличенный напор (в 5-7 раз больше, чем у центробежных аппаратов). Таким образом, их рационально использовать при обслуживании источника воды, находящегося на далеком расстоянии от точек водоразбора, при условии, что большая производительность не нужна.

Вихревые насосы Speroni KPM выпускают в двух вариантах, различающихся габаритами, весом, объемом рабочей камеры и производительностью. Модификации используются для заполнения мембранных баков небольшого объема и систем отопления (+)

Примером может служить перекачка воды из колодца, высота подъема в котором не превышает 7-8 м, в так называемую «рабочую зону», где обычно расположены садовые посадки, грядки, теплицы. Учитывая неравномерность рельефа и огибание дачных строений, стоит рассчитывать на трубопровод до 100м длиной, а это значит, что потребуется большой напор.

Кроме использования вихревых модификаций в автономных частных водопроводах, их применяют для тушения пожаров, устройства вентиляции, в тепловых установках.