Устройство дренажного насоса

Общая конструкция

Дренажные насосы относятся к динамическим. Рабочий поток входит и выходит через проточную полость.

Устройство дренажного насоса в разборе (см. рисунок) включает:

• асинхронный электродвигатель с валом (ротором) и подшипником;
• рабочее колесо, установленное на вал;
• корпус с отводом жидкости;
• торцевое уплотнение вала.

Конструкция рабочего колеса состоит из основного диска, отливаемого со ступицей, лопастей и переднего диска. Лопасти, как правило, также цельнолитые с основным диском. Передний диск либо цельнолитой, либо крепится к лопастям.

Подшипники служат опорой ротора. Для насосов небольшой мощности используются подшипники качения, мощных –скольжения.

Корпус состоит из подвода для направления жидкости к входному отверстию рабочего колеса, основной части корпуса и отвода, предназначенного для отведения жидкости от рабочего колеса в нагнетательный патрубок. Корпус оснащается двумя видами уплотнений: передним и концевым. Переднее уплотнение предотвращает переток жидкости с выхода обратно на его вход через зазор между корпусом и передним диском. Концевое уплотнение герметизирует корпуса в месте выхода вала. Подшипники и концевое уплотнение размещаются в двигателе.

Такая моноблочная конструкция недорога и долговечна, поддерживает стабильный напор и КПД. Несмотря на компактность такие насосы применяются с двигателями диапазона мощности от 1 до 500 кВт.

Классификация по типу конструкции

Для максимального соответствия к условиям эксплуатации производители выпускают дренажные насосы в различной комплектации и исполнении. Их классификация по конструкционному типу осуществляется:

• по типу рабочего колеса и его расположению;
• по количеству ступеней (одноступенчатый насос оснащен одним рабочим колесом, многоступенчатый — несколькими);
• по пространственному расположению ротора;
• по типу торцевого уплотнения.

Дренажный насос может быть с горизонтальным или вертикальным расположением ротора двигателя. По конструкции корпуса модели бывают спиральными и секционными. Спиральные так названы из-за корпуса улиткообразной формы. Такая конструкция характерна для одноступенчатых агрегатов. Секционная - для многоступенчатых, где каждая ступень размещена в отдельной секции. Корпус таких моделей имеет цилиндрическую форму, разделённую вертикальными разъёмами на секции.

Типы уплотнений

Модели оснащаются уплотнениями 3 типов:

• манжетными;
• сальниковыми или набивочными;
• торцевыми.

Манжетные уплотнения имеют наиболее простую конструкцию и представляют собой резиновое кольцо с круглым сечением. Оно устанавливается на вал с натягом и крепится к корпусу. Такие уплотнения подходят для насосов малой мощности.

Сальниковая конструкция состоит из мягкой набивки и втулки с разъемным креплением для плотной фиксации к корпусу или валу. Для уменьшения трения и предотвращения протечек жидкости набивка обязательно промасливается. Недостатки уплотнений этого вида — нагрев и потери мощности, чувствительность к биению вала, деформация, из-за которой приходится регулировать прижим.

В наиболее производительных агрегатах, устанавливающихся на ответственных участках инженерных сетей используются торцевые уплотнительные элементы, состоящие из подвижного и неподвижного контактов. Неподвижная часть конструкции крепится к корпусу, а подвижная устанавливается на ротор. Вращение передаётся штифтом. Специальное уплотнительное кольцо с пружиной предотвращает протечки жидкости, но при этом обеспечивает подвижному контакту свободное перемещение вдоль вала за счет действия пружины, которая прижимает подвижный контакт к неподвижному, этим достигается необходимое уплотнение. Материалы контактов подбираются с учетом инертности к перекачиваемой жидкости, антифрикционности относительно друг друга, хорошей взаимной прирабатываемости. Для их изготовления используют черные и цветные сплавы, графит, текстолит, керамику. Торцевые уплотнения отличаются низкой потерей мощности, стойкостью к биению вала. Они не требуют регулировки и обслуживания.

Выбор конструктивных решений по типу рабочей среды

Оборудование этого типа используется для перекачивания:

• чистой воды;
• слабозагрязненной жидкости;
• грязной рабочей среды;
• горячей воды (более 40 оС).

Виды загрязнений могут быть разными: ил, твердые абразивные частицы (песок), неочищенные канализационные стоки с крупными и волокнистыми включениями. Тип и материалы конструкции соответствуют размерам и количеству, содержащихся загрязнений, температуре рабочей среды. От этого зависит форма и материал рабочего колеса, корпуса.

Дренажники для чистой воды рассчитаны на содержание в потоке небольшого количества твердых частиц диаметром не более 4 мм. Агрегаты для откачки слабозагрязненных грунтовых вод подходят для песка диаметром до 8 мм. Устройство дренажных насосов для работы с грязной водой в строительных котлованах отличается конструкцией входной части, которая рассчитана на твердые включения размером до 30-50 мм. Модели для неочищенных стоков пропускают включения до 80 мм.

Долговечная профессиональная техника оснащается деталями из чугуна, латуни, нержавеющей стали. В обычных системах дренажа с невысокой температурой рабочей среды конструкции из чугуна способны служить десятилетиями без износа и корродирования. Для применения в агрессивных средах, например, для грунтовых вод с повышенным уровнем РН, чугунная поверхность защищается специальным покрытием, например, слоем эпоксидной смолы или износостойкой краски.

При перекачке горячей воды, ливневых вод с высокой кислотностью, технологических стоков используются компоненты из нержавеющей стали. Для контакта с морской водой высококачественная нержавеющая сталь дополнительно защищается эпоксидным и цинковым покрытием, которое служит как анод.

Рабочие колеса

Эксплуатационные характеристики рабочего колеса наиболее всего зависят от качеств и состава перекачиваемой жидкости. По типу конструкций используются:

• закрытые колеса с несколькими лопастями для применения с загрязненными жидкостями с долей твердых включений — 5 %;
• вихревые колеса для рабочей среды с повышенным содержанием песка;
• осевыми (пропеллерными) колесами для работы с большими объемами жидкости.

Центробежные колеса с большим числом лопаток обеспечивают равномерную подачу жидкости и высокий КПД. Преимущество вихревых - поддержание сильного направленного потока, который проходит по каналам вне колеса и не воздействует на его поверхность. Но максимальное КПД вихревого насоса — 50 %, что на 30-35 % ниже, чем у центробежного.

Рабочее колесо оборудуется коническим или цилиндрическим отверстием для посадки на ротор. Коническое соединение фиксируется винтом и легко демонтируется для обслуживания уплотнения, ремонта, балансировки или замены деталей конструкции. Винтовое соединение обеспечивает жесткую посадку на вал.

Особенности конструкции вихревого насоса

Вихревые дренажные насосы (трения) обеспечивают интенсивное перемещение жидкости за счет вращения лопаток, закрепленных на рабочем колесе. Такое движение позволяет насосу всасывать жидкость во внутренний центральный канал и нагнетать продольный вихрь. Движение воды происходит за счет бурного перемешивания с вихреобразованием, однако такие процессы увеличивают энергетические затраты на преодоление трения. Колесо размещается в цилиндрическом корпусе с малыми торцевыми зазорами.

Преимущества такой конструкции:

• установка колеса на валу без уплотнения;
• могут работать с агрессивными газонасыщенными жидкостями;
• простота устройства;
• плавный ход;
• возможность самовсасывания;
• высокая надежность и долговечность.

Благодаря самовсасыванию корпус и трубопровод перед работой не нужно заполнять водой полностью. Для начала перекачивания достаточно небольшого количества воды в канале насоса. Агрегаты этого типа нагнетают давление в 3-7 раз выше, чем центробежные, но значительно уступают им по КПД. Они используются в системах с высоким напором и низким расходом.

Конструкция лопастного насоса

Лопастное рабочее колесо взаимодействует непосредственно с жидкостью. По типу его конструкции различают центробежные и осевые агрегаты.

В центробежных моделях подача воды производится к центральной части колеса для попадания в диапазон действия лопастей. Жидкость отбрасывается к периферии за счет центробежных сил, поэтому выходит по периметру и сбрасывается в улитку корпуса, где тормозится для повышения давления. Центробежные конструкции подходят для систем с большим напором и относительно небольшим расходом.

Преимущества:

• компактность и простота механизма;
• высокий КПД;
• плавная работа и равномерный поток;
• универсальность применения.

Перед запуском насоса такого типа приходится заливать воду в систему, поскольку самовсасывание отсутствует. Ее нужно заполнить полностью. В промышленных установках этот процесс полностью механизирован. Это неудобство полностью компенсируется высоким КПД, который у мощных моделей достигает 95 %, а у бытовых составляет около 80 %.

Осевые насосы оснащены лопастями, аналогичными пропеллеру. Они нагнетают сравнительно невысокое давление (в 4 раза ниже, чем у центробежных такой же мощности) при значительном расходе жидкости, поэтому такие насосы используются в системах с потребностью в большой расход при невысоком напоре.

Дренажные насосы по типу установки

Исполнение модели зависит от типа установки в дренажном колодце. Выпускаются насосы для погружного и поверхностного монтажа. Модели для полного или частичного расположения под водой имеют компактную и герметичную конструкцию. Для них характерно вертикальное расположение вала. Они рассчитаны на погружение в рабочую среду до 7 м.

Достоинства конструкции погружной техники:

• эффективное охлаждение двигателя за счет контакта с окружающей насос жидкостью;
• подходит для круглогодичной работы (находится ниже точки замерзания грунта);
• бесшумна;
• проста в монтаже и управлении.

К погружным дренажным насосам предъявляют повышенные требования к герметичности и коррозионной стойкости устройства. Для этого детали корпуса и механизмов тщательно подгоняются и оснащаются уплотнениями, кабельный ввод изолируется специальным резиновым кольцом и внешним хомутом. Ресурс уплотнительных элементов контролируется, детали регулярно заменяются во время техобслуживания.

Погружные модели могут полностью изготавливаться из нержавеющей стали, но они в 3-4 раза дороже аналогов, поэтому такой металл используется преимущественно для производства профессиональной строительной или индустриальной техники. Полипропилен, армированный полиамид значительно снижают вес конструкции и стоимость. Они имеют ограниченный ресурс, но его вполне достаточно для бытовых нагрузок.

Поверхностные установки размещаются выше уровня жидкости и используются для откачивания жидкости с небольшой глубины. Технику с таким монтажом удобно обслуживать, но двигатель больше шумит. Кроме того, важно контролировать уровень вентиляции в колодце, поскольку недостаточный отвод тепла может вызвать перегрев и поломку электродвигателя. Для непрерывной работы поверхностных насосов используют кожухи с внешним водяным охлаждением. Некоторые производители выпускают модели с контуром внутреннего охлаждения. Для этого используются специальные жидкости (например, гликоль), для ее перекачивания требуется дополнительное колесо. Тепло от двигателя поступает к охлаждающей системе через теплообменник. Конструкция внутреннего охлаждения довольно сложна, поэтому внешние кожухи применяются чаще.

Исполнение электродвигателей

В насосах устанавливают асинхронные электрические двигатели для однофазного или трехфазного электроснабжения. Однофазные модели подходят для бытовых и коммунальных нужд, их мощность не превышает 2 кВт. Двигатели до 1,5 кВт заполняются воздухом или маслом. При более высокой мощности маслозаполненные агрегаты теряют КПД. Масляные двигатели популярны из-за упрощенной недорогой конструкции.

Электродвигатели погружных насосов выпускаются с классом защиты IP68. В составе моноблочной конструкции они жестко соединяются с гидравлической частью и могут составлять с корпусом единое целое. Агрегаты проектируются специально для насосов с учетом типа колеса, чтобы исключить риск перегрузки.

Промышленные модели выпускаются в обычном и взрывозащищенном исполнении. Взрывозащищенные двигатели успешно противостоят возгоранию при внутреннем взрыве (класс D). В конструкции класса Е внутри не возникает искрения при эксплуатации. Из-за повышенных требований к комплектующим взрывозащищенные двигатели стоят дороже.

Схемы подсоединения погружного насоса

Стационарная установка погружного дренажного насоса значительно упрощается при использовании автоматической трубной муфты. Агрегат опускается в колодец и подключается к ответной части муфты, установленной на конце напорного трубопровода, без участия персонала. Демонтаж оборудования тоже прост. Насос опускают по направляющим трубам на основание, а фланец напорной части соединяется с автоматической муфтой трубы специальными клыками. Корпус удерживается на основании за счет веса, не требуя дополнительного крепления.

Устройство дренажного насоса с поплавком

Насосные установки с поплавковым выключателем удобны и безопасны в эксплуатации. Автоматика контролирует уровень воды, предотвращая «сухую» работу колеса и перерасход энергии. Для выбора режима эксплуатации используется переключатель. Техника может работать в автоматическом или непрерывном (ручном) режиме, поэтому всегда есть возможность выбора оптимального способа эксплуатации.

Насос устанавливается на глубине, подсоединяется к напорному трубопроводу, кабель подключается к электросети. В автоматическом режиме электроды системы контроля замыкают электрическую цепь, как только заливаются водой до определенного уровня. Двигатель запускается и насос качает воду. Как только жидкость откачивается до безопасного уровня, электроды размыкают цепь, и работа прекращается. Циклы включения и выключения чередуются в зависимости от притока воды.

При выборе насоса учитывают наличие встроенной автоматики, функций защиты от перегрева, протечки. Если поплавковый выключатель в комплекте не предусмотрен, его можно приобрести опционно. Как правило, производители выпускают каждую модель серии в нескольких вариантах исполнения и комплектации.