Как устроен скважинный насос? По каким характеристикам и как подобрать погружной насос для скважины? На что стоит обратить особое внимание при его монтаже?
В статье мы постараемся ответить на эти и некоторые другие вопросы.
Условия работы
В каких условиях работают бытовые скважинные насосы?
Понимание этого даст нам более четкое представление о том, какие характеристики наиболее важны при оценке устройства.
- Для охлаждения электромотора используется вода, перекачиваемая насосом. На качество охлаждения влияет, среди прочего, зазор между корпусом устройства и стенками скважины: слишком малое расстояние нежелательно. Мало того: в этом случае есть риск заклинить изделие при опускании или извлечении.
- Насос подвешен на некотором расстоянии от дна скважины; при этом большую часть времени водяной столб над ним составляет несколько метров. Таким образом, компенсируются неизбежные сезонные колебания уровня грунтовых вод.
- Обслуживание, мягко говоря, затруднено. Извлечь изделие с глубины в несколько десятков метров — сама по себе нетривиальная задача; деформация ствола скважины вполне может сделать ее невозможной.
Обратите внимание: если установка погружного насоса в скважину своими руками вполне выполнима, то его подъем при деформации обсадной трубы вполне может потребовать привлечения буровой техники.
- Напор, который должен создавать наш агрегат, не ограничен расстоянием до поверхности. Необходим избыток, который позволит не только создать давление, достаточное для работы сливных бачков и смесителей, но и преодолеет гидравлическое сопротивление труб.
Классификация
Итак, какими бывают обсуждаемые нами устройства?
Вихревой
Его конструкция довольно проста: крыльчатка создает избыточное давление на расстоянии от оси вращения; вдоль оси, напротив, возникает разрежение, обеспечивающее водозабор из скважины. Казалось бы, схема проста и отказоустойчива, благодаря чему цена насоса будет минимальной, а срок службы — большим.
Однако, как всегда, дьявол кроется в деталях.
Вспомните, какой напор должен создавать этот агрегат. В десятки метров, верно? Для того, чтобы обеспечить на выходе избыточное давление в 7-9 кгс/см2, зазор между крыльчаткой и корпусом должен исчисляться долями миллиметра — иначе вода будет просто-напросто гоняться по кругу.
Если попадание крупных частиц, которые могут заклинить крыльчатку, может предупредить фильтр грубой очистки на входе, то, что делать с мелкими абразивами? Они изнашивают лопасти и разбивают корпус; в результате требуется дорогостоящий ремонт, сводящийся к полной замене насосной части.
Капитан Очевидность подсказывает: вихревые насосы используют лишь для скважин с исключительно чистой водой, содержащей не более 30 граммов примесей на кубометр объема.
Винтовой
Винтовые скважинные насосы — полная противоположность вихревым в плане привередливости по отношению к примесям. Они справляются с подъемом жидкости, содержащей до 50 процентов песка и прочих взвесей. За счет чего это достигается?
В основе конструкции — винт Архимеда (или червяк), конструктивный элемент, примененный древнегреческим изобретателем для подъема воды еще в античные времена. Вращаясь, он создает динамически перемещающиеся области высокого давления.
Такое устройство порождает несколько конструктивных особенностей.
- Потребность в отдельном моторе, равно как и проблемы с его гидроизоляцией, отпадает. Вращающийся червяк сам является ротором электромотора, а корпус — его статором.
- КПД устройств составляет всего 50-70 процентов, что куда хуже, чем у конкурирующих решений. Часть энергии тратится на бесполезное перемешивание и нагрев воды: собственное гидравлическое сопротивление насоса крайне велико.
- Производительность тоже заметно ниже, чем у конкурентов.
- Вода на выходе требует обязательной фильтрации. Впрочем, устройства этого типа чаще применяются не для постоянной эксплуатации в скважинах, а для их прочистки при заиливании или во время предэксплуатационной подготовки.
- От зазора между червяком и корпусом (так называемой компрессионной подгонки) зависит производительность насоса. Чем плотнее подогнаны детали, тем выше производительность и напор на выходе.
Однако: ресурс статора при этом многократно снижается из-за возрастающей степени механического износа.
- Если роторы делаются максимально твердыми и износостойкими (как правило, используется нержавеющая сталь), то для внутренних оболочек статоров широко применяются эластичные материалы, в том числе составы на основе каучука.
Мембранный
Дешевизна устройств этого типа — вне конкуренции. Ее причина — в простоте конструкции: эластичная мембрана приводится в движение соленоидом, на который управляющей схемой с высокой частотой подается питание; шариковые клапаны заставляют воду двигаться в нужном направлении, блокируя ее перемещение при обратном ходе мембраны.
Несмотря на дешевизну, потенциальному покупателю можно рекомендовать держаться от мембранных насосов как можно дальше.
С чем связана эта инструкция?
- Ресурс мембраны ограничен, независимо от ее качества и примененного для изготовления материала. Она деформируется в процессе работы, что неизбежно в определенный момент приводит к ее разрушению. Поднимать насос для обслуживания, как мы помним, удовольствие сомнительное.
- Заклиненный песком или небольшим камушком шариковый клапан приводит к холостой работе насоса с очень быстрым выходом из строя соленоида.
- Напор и производительность такого изделия — ниже всякой критики. Типичный представитель этого класса — отечественный «Малыш» — широко применялся несколько десятилетий назад в дачных колодцах и неглубоких скважинах; сейчас все мембранные устройства практически вытеснены следующим типом насосов — центробежными.
Центробежный
Именно по этой схеме работает большая часть продающихся сейчас устройств. Конструктивно они сильно напоминают вихревые; однако зазор между крыльчаткой и корпусом значительно больше, что делает конструкцию менее чувствительной к примесям. Частицы размером до 2 миллиметров и количество взвесей до 150 граммов на кубометр проблем не создают.
Как обеспечиваются нужный напор и производительность? Ведь, казалось бы, очевидно, что основные технические характеристики погружных насосов для скважин — напор и производительность — при увеличении зазора между крыльчаткой и корпусом должны катастрофически ухудшиться, не так ли?
Проблема решена просто и изящно. На валу мотора последовательно установлено несколько ступеней, каждая из которых состоит из рабочего колеса и диффузора. Каждая ступень увеличивает напор на 5 — 10 метров; в результате избыточное давление на выходе может составлять 20 и более атмосфер.
Статьи по теме:
Выбор
Итак, скважина пробурена, обсадная труба установлена. Мы — в магазине и собираемся приобрести устройство, которое в последующие несколько лет обеспечит нас водой — питьевой и предназначенной для хозяйственных нужд. На что обратить внимание при покупке?
Напор
Номинальный напор должен быть не менее необходимого; однако значительное его превышение тоже нежелательно: результатом станет не только избыточный расход электроэнергии, но и потенциальные проблемы с гибкими подводками (они не слишком устойчивы к высоким рабочим давлениям).
Как рассчитать потребность?
- Берется глубина размещения насоса. Минимальное расстояние от дна скважины — около метра; с учетом колебаний уровня грунтовых вод рекомендуется опускать насос примерно на 5 — 10 метров от поверхности воды. Глубина пустой и заполненной водой частей ствола легко промеряются веревкой со свинцовым грузилом — достаточно измерить сухую и влажную часть веревки.
- К полученному значению добавляется 30 метров. Избыточный напор должен создать необходимое для нормальной работы смесителей и заливных клапанов давление в водопроводе.
- К результату добавляется 10% на неучтенные потери.
Так, для насоса, погруженного на глубину 40 метров, желателен номинальный напор в (40+30)*1,1 = 77 метров.
Обратите внимание: на практике результат округляется в большую сторону до десятков метров.
В нашем случае стоит приобрести устройство с номинальным напором 80 м.
Производительность
В идеале она должна быть больше пиковой потребности семьи в воде, но не превышать дебит скважины. Для семьи из 4 человек обычно берется устройство производительностью около 50 литров в минуту; необходимость полива приусадебного участка увеличивает это значение примерно вдвое.
Как определить (пусть даже приблизительно) дебит скважины?
- Определяем высоту водяного столба над насосом. Промерять ее , как мы уже знаем, несложно грузилом на веревке.
- Откачиваем скважину полностью.
- Выясняем, за какое время уровень воды восстановится. Для этого делаем периодические промеры с небольшим интервалом.
- Делим объем откачанной и впоследствии поступившей в скважину на прошедшее время. Как вычислить объем водяного столба известной высоты?
Он равен произведению этой высоты на квадрат радиуса обсадной трубы и на число «пи». Так, столб высотой 10 метров при диаметре 10 см имеет объем 10х(0,05^2х3.1415)=0,0785 м3, или 78,5 литров.
Диаметр
В большинстве случаев он равен 4 дюймам (примерно 10 сантиметров); однако в ассортименте производителей есть и 3-дюймовые модели.
Заметьте: при равных характеристиках насос меньшего диаметра обычно дороже.
Чем меньше габариты мотора, тем труднее обеспечить необходимый крутящий момент.
Производитель
Как правило, продукция именитых изготовителей (Grundfos, Pedrolo, Wilo и так далее) служит дольше и создает владельцам куда меньше проблем. На случай отказа оборудования компании имеют развитые сети сервисных центров.
Статьи по теме:
Монтаж
Собственно монтаж погружного насоса в скважину выглядит так:
- Скважина прокачивается, очищаясь от песка и ила. Разумеется, при наличии такой возможности.
- На выходном патрубке насоса хомутом крепится пластиковая труба для транспортировки воды. Кроме того, устройство подвешивается на стальном тросе с антикоррозионной защитой.
- Затем агрегат опускается в ствол скважины. Напомним: расстояние до дна не должно быть меньше метра, иначе высока вероятность захвата ила и песка.
- Трос надежно фиксируется на оголовке. Труба для воды и кабель заводятся в дом.
Внимание: труба прокладывается ниже уровня промерзания грунта.
При подключении к водопроводу, однако, стоит учесть ряд нюансов.
- Если обратный клапан не предусмотрен в конструкции самого насоса, он устанавливается после него. Без клапана при остановке мотора вода из водопровода будет сливаться в скважину.
- Крайне желательна установка гидроаккумулятора. Он позволит сгладить пики использования воды; кроме того, при его наличии насос будет простаивать существенную часть времени, что сэкономит и электроэнергию, и его ресурс.
- Устройства высокой мощности требуют наличия пускателя, плавно увеличивающего пусковой ток.
Заключение
Надеемся, что выбор и монтаж не вызовут у читателя серьезных затруднений. Видео в этой статье обеспечит дополнительной полезной информацией. Успехов!