Принцип работы фекального насоса

Фекальные насосы используются в сельском и коммунальном хозяйстве, строительстве, промышленности и быту, экологическими и геологоразведочными службами. Они подходят для откачки талых и дождевых вод, очищенных или неочищенных стоков, осушения болот и водоемов. Их можно использовать для обслуживания подземных гаражей, ливневок частных или коммунальных систем водоотведения и канализации.

Производители выпускают технику в большом диапазоне мощности. Предлагаемые конструкции имеют свои особенности, но все они рассчитаны на работу в труднодоступных местах с длинным межсервисным интервалом. Элементы конструкции изготавливаются из коррозионностойких прочных материалов, оборудованы надежными уплотнительными элементами, защищенными кабельными вводами.

Работа фекального насоса

Для работы со стоками такого вида используются центробежные насосы или насосы трения. С их помощью жидкость перемещается, преодолевая сопротивление трубопроводной системы и разности высот. Конструкция фекального насоса представляет собой гидравлический двигатель. Вал с перекачивающим механизмом приводится в движение асинхронным электродвигателем. Вода подается через всасывающее отверстие, а затем перемещается во внутреннем пространстве корпуса под воздействием центробежных сил, нагнетаемых рабочим колесом. За счет контакта с лопастями у жидкости значительно возрастают скорость и рабочее давление. В целях снижения потерь потока в виде утечек, максимально снижают зазор между рабочим колесом и корпусом. У большинства моделей он составляет 0,5-1 мм.

Наглядно, как работает фекальный насос, показана на видео.

Общая конструкция насоса

Конструкция включает:

• электродвигатель;
• рабочее колесо, установленное на вал;
• корпус с направляющим контуром для оптимальной подачи воды к колесу;
• торцевое уплотнение вала (при необходимости).

Фекальный насос представляет собой единый блок. Внутри корпуса размещен электродвигатель и насосный механизм. Возможна горизонтальная или вертикальная компоновка на валу двигателя. Моноблочная компактная конструкция удобна для стационарной установки в приемном резервуаре колодца и переносного использования.

Конструкции отличаются исполнением рабочего колеса. Для избежания блокировки или засорения в фекальных насосах используются специальные рабочие колеса. Они могут быть одноканальными, двухканальными и вихревыми. В больших промышленных насосах устанавливают колеса с большим количеством лопаток. Для работы фекального насоса в сильнозагрязненнй среде используют конструкции с измельчителем — специальным режущим механизмом в виде круглого ножа. Такая техника используется в частных домах, на небольших стройплощадках, в зонах отдыха. Для прохождения крупных включений также используют колеса с режущими кромками или с самоочищающейся конструкцией.

Виды рабочих колес

Тип рабочего колеса зависит от характеристик напора и расхода, качества перекачиваемой жидкости. В фекальных насосах устанавливаются конструкции нескольких видов.

Одноканальные рабочие колеса с максимальной длиной единственной лопасти для повышения производительности и способности противостоять засорам. Асимметричная конструкция требует тщательной балансировки. КПД составляет 70-75 %.

• Двухканальные колеса с особой входной кромкой для предотвращения засора волокнистыми включениями, поступающими в оба канала. Они используются с проходами до 100 мм и работают с КПД 80-85 %.
• Трех- и четырехканальные колеса со свободным проходом не менее 100 мм. Максимальный КПД — 86 %.
• Вихревые колеса с сильным направленным потоком, проходящим вне рабочего колеса. Для них характерно отсутствие риска засорения и высокая плавность хода, но максимальный КПД — 50 %. По этой причине такие конструкции устанавливаются в потоках с малым расходом.
• Рабочие колеса с режущим механизмом из закаленной нержавеющей стали для работы в системах с малым объемом сточных вод. При незначительном расходе (1-5 л/с) общий значительный напор (до 50 м) достигается подводом узких длинных труб. Твердые включения разрезаются на фрагменты размером около 10 мм. Режущий механизм располагается перед рабочим колесом.
• Осевые колеса с регулируемыми лопастями. КПД повышается за счет жестко закрепленной крыльчатки, преобразующей движение воды в давление. КПД составляет 75-85 %, но такие конструкции подходят только для очищенных стоков.
• Рабочие колеса со вспомогательными лопастями, установленными на внешней стороне диска, используются в небольших установках. Такая конструкция увеличивает скорость потока в пространстве между колесом и корпусом. Преимущества — снижение нагрузок на подшипники, износа колеса и корпуса, предотвращение засоров волокнами. Они не подходят для крупных конструкций, поскольку при больших расходах критически падает давление, и это приводит к кавитации.

Производители проектируют лопастные колеса с трехмерной конструкцией, стараясь объединить существующие достоинства центробежных насосов разных типов.

Так как фекальный насос работает в сильнозагрязненной среде, то важное значение имеет свободный проход — способность пропускать твердые частицы без засорения. Размер прохода обычно соответствует размерам особо крупных включений, которые могут беспрепятственно перекачиваться рабочим колесом. Для насосов средней и малой производительности достаточным считается проход 80 мм. У техники с расходом более 100 л/с это значение составляет не менее 100 мм.

Сам по себе большой проход не дает гарантии свободного прохождения крупных частиц. Проблема решается комплексно с рабочим колесом, геометрия которого предупреждает возникновение засоров.

Выбор рабочего колеса

Разновидность и конструкция рабочего колеса фекального насоса подбирается с учетом загрязненности, типа твердых включений и вязкости перекачиваемой жидкости. Каждый механизм имеет свои преимущества и недостатки.

• Применение закрытого однолопастного колеса снижает риск блокировки, увеличивает проход. Такая конструкция имеет повышенную износостойкость и высокий КПД. Оптимальный выбор для отведения стоков с фекалиями и илистой воды. Концентрация твердых включений не должна превышать 8 %.
• Закрытое многолопастное колесо обладает плавным ходом с низкой вероятностью блокировки. Износостойкая конструкция с большим проходом обеспечивает высокий КПД, но не подходить для сильнозагрязненной рабочей среды. Допустимая доля включений составляет 5 %.
• Открытое многолопастное колесо с дополнительным режущим механизмом гарантирует низкий риск засора и однородное измельчение твердых и волокнистых включений. Однако его можно использовать только в системах с невысокой производительностью. Конструкция имеет узкий проход, чувствительна к абразивным составляющим, подходит преимущественно для бытового применения.
• Свободновихревое колесо отличается упрощенной конструкцией, поскольку не требует уплотнения. Существует минимальная вероятность блокировки. Конструкция подходит для перекачивания загазованных жидкостей, стоков с фекалиями и волокнистыми включениями., имеет большой проход и наиболее высокую износостойкость, плавность хода при невысоком КПД.
• Осевое колесо используется для работы с большими объемами при низком напоре. Обеспечивает самый высокий КПД и стойкость к абразивным включениям.

Наиболее часто для работы со сложными неабразивными загрязнениями предпочтение отдается насосам с вихревым колесом.

Особенности вихревого фекального насоса

Техника этого вида относится к насосам трения. Она обеспечивает интенсивное перемещение жидкости вращением радиальных или продольных лопаток, установленных на рабочем колесе. Благодаря этому жидкость на входе всасывается во внутренний центральный канал и перемещается в виде продольного вихря. Такое движение поддерживается за счет постоянного перемешивания жидкости, но это требует преодоления трения, поэтому энергетические потери увеличиваются. Колесо вихревого фекального насоса размещают в компактном цилиндрическом корпусе.

Преимущества конструкции:

• простота механизма и обслуживания;
• стойкость к газам и агрессивным веществам;
• плавный ход;
• возможность самовсасывания;
• повышенная надежность.

У конструкций этого вида отсутствует риск кавитации, на входе начинает всасываться воздух, рабочее колесо перестает перекачивать воду. Корпус перед запуском не нужно заполнять водой полностью, благодаря самовсасыванию достаточно небольшого количества жидкости в канале насоса. Нагнетаемое рабочее давление в 3-7 раз выше, чем у центробежных моделей. Сферу применения ограничивает низкий КПД — около 50 %.

Особенности лопастного насоса

Характерная особенность моделей с лопастным рабочим колесом — увеличенный диаметр нижней части корпуса из-за расположенного там васывающего патрубка. По типу конструкции различают центробежные и осевые модели.

Центробежные насосы подают воду к центральной части рабочего колеса, разгоняют поток по периметру корпуса и сбрасывают его в отвод-улитку. Спиральный отвод тормозит поток для повышения давления. Фекальные насосы с таким принципом работы устанавливают в системах с большим напором и небольшим расходом.

Преимущества центробежных конструкций:

• высокий КПД;
• возможность оптимизации энергозатрат за счет регулировки рабочих параметров;
• плавная работа и равномерный поток;
• универсальность применения.

Минус таких насосов - необходимость наполнения корпуса водой перед запуском. КПД индустриальных моделей достигает 95 %, бытовых - около 80 %.

Способы установки

Фекальные насосы подходят для погружной и наружной установки. Размещение зависит от герметичности конструкции. Некоторые производители выпускают универсальные модели, которые можно размещать в рабочей среде или просто в колодце. Главное — контролировать эффективность отвода тепла и не допускать критического повышения температуры окружающей среды.

Погружные модели имеют абсолютно герметичную конструкцию, компактны, долговечны, коррозионноустойчивы, бесшумны. Их можно опускать в воду на глубину до 5-7 м. Такие модели не перегреваются, поскольку окружающая среда эффективно и быстро охлаждает двигатель. Они могут работать круглогодично, так как размещаются ниже точки промерзания грунта.

Протечки предотвращаются тщательной подгонкой и уплотнением всех соединений. Монтаж максимально упрощен за счет использования автоматических муфт. Погружная техника не требует регулярного обслуживания, поскольку в сальниковое уплотнение вала входит контур со смазкой, не требующей частой замены.

Поверхностные насосы устанавливают в приямке колодца, но нужно учесть, что для отвода тепла естественного воздушного охлаждения может не хватать. Для эксплуатации с высокой нагрузкой дополнительно используют кожухи с внешним водяным отводом тепла. Есть поверхностные модели с внутренним охлаждающим контуром. В качестве рабочей жидкости в нем, чаще всего, используют гликоль. Для его перекачивания нужно отдельное колесо. Из-за конструкционной сложности такой тип охлаждения применяется реже.

Техника с «сухой» установкой больше шумит.

Как работает погружной фекальный насос с поплавком

Для работы в автоматическом режиме с минимальными энергозатратами фекальные насосы оборудуются поплавковым выключателем с датчиком уровня. Устройство оснащается переключателем для выбора ручного (непрерывного) или автоматического режима эксплуатации.

В автоматическом режиме насос включается и останавливается системой контроля уровня жидкости, который настраивается пользователем. Поплавок присоединяется кабелем и размещается свободно или закрепляется на стержне. Когда вода поднимается до заданного уровня и заливает электроды системы контроля, электрическая цепь замыкается, и насос начинает работать до тех пор, пока поплавок не опустится на безопасную глубину. Электроцепь размыкается, двигатель останавливается. Поплавковый датчик — наиболее востребованный вид автоматики, поскольку надежен и долговечен. Нужно только следить за возможностью беспрепятственного перемещения поплавка.

Регулирование работы

Для работы фекального насоса с максимальным КПД, то есть оптимальными затратами на эксплуатацию, рекомендуется регулировать основные рабочие параметры: расход, напор, давление. Таким образом можно добиться существенного снижения энергопотребления.

Для этого используют следующие виды регулирования:

• дроссельное;
• байпасное;
• изменение скорости.

Для возможности регулирования при монтаже системы канализации или водоотведения устанавливают дроссельные задвижки и байпасы.

Дроссельные задвижки устанавливаются до или после насоса для изменения поперечного сечения труб. Если арматура устанавливается на выходе, то снижается пропускная способность трубопровода и в системе увеличивается рабочее давление. Недостаток такого решения— падение КПД. Возникающие энергетические потери — следствие преодоления жидкости созданного препятствия. При уменьшении диаметра на входе уменьшается подача и давление поступающей в насос жидкости. В этом случае важно минимизировать риск кавитации. Для этого контролируют глубину погружения патрубка и температуру рабочей среды.

Принцип работы насоса с байпасом заключается в подаче части воды обратно на вход. Такой метод можно использовать, если система перекачивает жидкость с избыточным давлением.

Для повышения скорости потока изменяют диаметр и конструкцию рабочего колеса, заменяют трубы.

Эксплуатация фекального насоса зависит от различных факторов, зачастую способы оптимизации рабочего процесса способны определить только профессионалы. Наши специалисты помогут с выбором оптимальной модели и комплектацию для решения конкретных задач.