Насосы. 09 Фев 2013
Здравствуйте, уважаемые читатели «Сан Самыча». Многочисленные Ваши вопросы, связанные с первым пуском или пуском насосной станции после ремонта каких-либо элементов системы побудили меня к написанию данной статьи. Казалось бы, в теории все просто: залили насос через заливное отверстие водой, завинтили и обжали пробку, включили вилку в розетку. Насос должен удовлетворенно заурчать, поднимая давление в системе до заданного, и после щелчка реле давления отключиться.
Но на практике, почему-то так не получается. Обычно, после включения насоса, стрелка манометра подпрыгивает до отметки в 1,0 бар, после чего медленно скатывается до 0,8, а иногда и до 0,5 бар, где беспомощно застывает. Из крана на напорной трубе вместе с водой шумно вырывается воздух, и, вырвавшись, затихает. Все затихает: ни воды, ни воздуха – ничего, лишь насос продолжает исступленно подвывать, сорвавшись на холостой ход. Вы лихорадочно выдергиваете вилку из розетки и пытаетесь сообразить, что Вы сделали не так. Снова откручиваете пробку, снова заливаете, закручиваете, включаете… Но в результате ничего не меняется.
Давайте разбираться…
Почему насос «срывает»?
Насосы для бытовых насосных станций, хоть и называются «самовсасывающими», но сами они ничего всасать не могут. Этого не позволяет сделать огромная разница в плотности воды и воздуха. А насосы рассчитаны на перекачивание воды, и никак не воздуха. Поэтому прежде чем включить насос, его необходимо заполнить водой, и вместе с ним – всасывающий трубопровод, каким бы длинным он не был. И только в воде лопасти рабочего колеса насоса, вращаясь, создают избыточное давление по внутреннему периметру корпуса и разрежение в его центре.
Но если в насос, уже после его пуска, попадет воздух, то, во-первых, лопасти сразу же взобьют «смертельный» для насоса коктейль из воды и воздуха и, во-вторых, общая плотность воды с воздухом тут же значительно изменится (это зависит от количества попавшего в насос воздуха), изменяя и перепад давления внутри насоса. Соответственно, всасывающая сила уменьшится так же, как и центробежная (ни всасать, ни выплюнуть) из-за уменьшения плотности «коктейля».
Кроме того, «масла в огонь подливает» и эффект кавитации, образование воздушных каверн за быстродвижущимися лопастями рабочего колеса, уменьшая и без того не очень большую плотность «коктейля». И чем ниже первоначальная плотность «коктейля», тем в большей степени проявляется эффект кавитации, и тем меньше создаваемое насосом давление на напоре.
«Откуда воздух?», – спросите Вы, – «Если все новое, соединения обжаты, насос залит по «самую маковку», воды в колодце или скважине более чем достаточно». Проблема в том, что для образования «коктейля» много воздуха и не нужно. Рабочая зона в корпусе бытового насоса довольно мала, соответственно даже небольшой пузырек всплывшего из всасывающей трубы воздуха может изменить плотность воды в рабочей зоне.
Откуда могут взяться эти пузырьки? Из неровностей всасывающей трубы, положенной и закопанной в грунте. Из неплотного соединения всаса непосредственно к насосу. Из незаметных глазу пазух переходных фитингов. Даже из внутреннего эжектора самого насоса и его рабочего колеса, где мелкие пузырьки могли остаться из-за шероховатостей внутренней поверхности материала. Я могу и дальше продолжать, но нужно ли? Это нормально, это неизбежно.
Вопрос нужно ставить по-другому: Как уменьшить влияние оставшегося на всасе и в насосе воздуха, чтобы система нормально заработала? И каверзный вопрос: Почему при уже работающей системе это влияние почти не проявляется, и даже если проявляется, исправляется само, автоматически? Ответив на второй вопрос, мы сможем найти решение для первого.
Ответ на второй вопрос кроется в нормальных условиях работы насосной станции. А нормальным режимом работы насосной станции является работа под давлением, ведь даже при пониженных параметрах, реле давления включает насос не при нулевом значении давления в системе. И если напорный трубопровод уже заполнен водой и есть минимальный перепад по высоте между насосом и потребителями (а он, как правило, есть, редко, кто ставит насосную станцию на чердаке), то даже если на манометре «ноль», минимальное давление все равно присутствует. Кроме того, если насос уже запустился и смог, хотя бы однажды, поднять давление в системе, то он уже смог выгнать лишний воздух, по крайней мере из корпуса.
И еще один момент. Как мы все знаем, вода – вещество не сжимаемое, и её объем мало зависит от давления. А вот объем воздуха очень сильно зависит от давления окружающей среды, и первоначальное разрежение на всасе насоса превращает небольшой пузырек воздуха в монстра, который способен на много уменьшить общую плотность водо-воздушного коктейля в корпусе насоса. Соответственно, подняв любым способом, хотя бы на немного, первоначальное давление во всасывающей трубе, мы увеличиваем плотность коктейля, и, тем самым, уменьшаем вероятность срыва насоса.
Резонный вопрос: «А как же кавитация?». А кавитация никуда не делась, но, опять же, объем воздушных каверн зависит от давления в корпусе насоса, а дальше… смотрите предыдущий абзац.
Еще один частый вопрос, связанный с этой темой: «Почему новый насос запускается легче, чем уже проработавший в составе насосной станции энное количество времени? Ведь до этого было все нормально, насос не трогали, поменяли лишь обратный клапан (гидроаккумулятор, реле давления и т.д.)». Да потому что он новый, его еще «не ел песочек», еще не было небольших деформаций внутренних пластиковых стенок из-за перегрева, еще не было работы электродвигателя на пределе возможного, подшипники и сальники еще не изношены и прочее, и прочее. Как бы ни был хорош насос, со временем, все равно происходит износ его рабочих элементов, и его характеристики начинают уменьшаться. Просто у хороших и дорогих насосов это происходит немного позже.
Итак, вывод из всего предыдущего: нужно каким-то образом поднять давление во всасывающей трубе, и не допустить его падение при пуске насоса и в ближайшее после пуска время, до тех пор, пока насос сам не сможет создать устойчивый рост избыточного давления в системе.
Как это сделать? Как обычно, предлагаю на Ваш суд несколько решений.
Работа внутреннего эжектора центробежного насоса.
На самом деле, даже производители насосов знакомы с этой проблемой. Иначе зачем, по-вашему, нужны насосы с внутренним, уже встроенным в насос, эжектором. Другое дело, что эжектор этот – далек от идеального из-за ограничения в габаритах и не всегда бывает эффективен. Хотя задумка правильная.
Вода из нижней части рабочей камеры насоса, там, где меньше вероятность появления воздуха, подается снова на всас насоса, тем самым повышая давление на всасе. Кроме того, сам всас насоса немного приподнят относительно центра насоса, где и расположен реальный вход в рабочую камеру, создавая небольшой гидравлический подпор (смешно, сантиметров 10) и действуя в качестве гидрозатвора, который отводит попадающий воздух в верхнюю часть всаса. Проблема только в том, что плотность «коктейля» настолько мала, что этих мер недостаточно.
При этом на работу эжектора тратится часть мощности электродвигателя, уменьшая напор и производительность насоса. Но производитель идет на эти жертвы ради устойчивой работы насоса и легкого его пуска.
Владельцы вихревых насосов лишены даже этой малости, зато их насосы обладают большим напором и расходом при, относительно, небольшой мощности электродвигателя.
Поможем насосу запуститься. Заливная воронка на всасе.
Классическим решением данной проблемы является отдельная заливная трубка с воронкой, подсоединенная через тройник ко всасу насоса. Преимущество такого решения в его простоте и эффективности.
Заполняя воронку водой, мы, тем самым, на немного (1 метр = 0,1 бар) повышаем первоначальное давление на всасе. И все бы было прекрасно, если бы мы могли поддерживать высокий уровень воды в воронке постоянно, пока насос не «подхватит». Но это не всегда возможно. Можно заменить маловместительную воронку на бутыль или канистру, но где гарантия, что их объема точно хватит для пуска насоса.
Кстати, переместив кран на заливной трубке повыше от тройника, мы устраиваем ловушку для воздуха, приходящего к насосу по всасывающей трубе. К сожалению, только для этой его части. Подсосы воздуха непосредственно на насосе, воздух, появившийся в результате кавитации и оставшийся в насосе, мы устранить не сможем.
Гидрозатвор на всасе.
Теми же недостатками обладает устройство гидрозатвора на всасе насоса. Но у него есть преимущества по сравнению с обычной заливной воронкой. Если всасывающий трубопровод действительно герметичен, то залить его нужно будет всего один раз, а дальше атмосферное давление само будет заполнять эту емкость, отделяя воздух от воды. Высота гидравлического подпора в этом случае зависит от высоты размещения самого гидрозатвора.
Важным преимуществом такого решения является возможность разместить обратный клапан системы на всасывающей трубе уже после гидрозатвора, т.е. непосредственно перед насосом. Многие читатели спрашивали об этом, не желая откапывать на морозе кессон скважины или лезть в колодец. Я их понимаю.
Ну, и небольшая «ложка дегтя». Высоту подъема воды на всасе, при таком размещении обратного клапана, нужно рассчитывать по высоте входа трубы в гидрозатвор, а не по высоте насоса. И если у Вас насос уже на пределе всасывающих возможностей, то этот вариант Вам не подойдет.
Еще есть некоторые тонкости при использовании такого устройства, но эта тема для отдельной статьи, если Вам будет интересно. И так этот рассказ получается довольно длинным, поэтому я продолжу в следующий раз.
В следующий раз я расскажу еще о нескольких способах облегчить «первый» пуск насоса. Да-да, не об одном, не двух, а о нескольких, в том числе и об универсальном, подходящем, по моему мнению, практически для любого насоса. Надеюсь, Вы сможете выбрать наиболее подходящий для Вас.
За сим, откланиваюсь, уважаемые читатели «Сан Самыча», надеюсь не надолго.
Есть вопросы? Спрашивайте.
