На сегодняшний день инженерное оборудование предлагает потребителю широкий арсенал средств для обеспечения водоснабжения там, где нет возможности подключиться к магистральному водопроводу, либо давление в магистрали мало для полноценного водопользования.
Среди этих устройств важнейшее место занимают насосы и насосные установки.
В первую очередь выделяют поверхностные насосы и погружные. Поверхностные устанавливаются вне источника и способны поднимать воду с глубины 7-8 м, вторые — колодезные и скважинные насосы — работают, находясь непосредственно в воде, и используются для ее подачи со значительно большей глубины (они подвешиваются в колодце либо в скважине к тросу). Скважинный насос, установленный горизонтально, можно также использовать и для забора воды из реки или озера, когда они находятся далеко от дома и требуется большой напор.
В свою очередь поверхностные насосы делятся на самовсасывающие (предназначены для забора воды непосредственно из источника) и так называемые насосы с нормальным всасыванием — они используются для повышения давления в существующем водопроводе. Самовсасывающие агрегаты перед запуском следует заполнять водой, для чего специально предусмотрено отверстие с пробкой. По конструкции, в зависимости от количества рабочих колес, различают насосы одноступенчатые и многоступенчатые. Чем большее число ступеней достигается, тем большего давления и производительности можно достичь.
Помимо аппаратов, которые осуществляют всасывание и подачу воды за счет вращения рабочих колес, в бытовом водоснабжении широко используются насосы, которые действуют по так называемому Jet-принципу. В этом случае требуемое разрежение создается в насосе после прохождения части жидкости через встроенный эжектор. Эта конструкция позволяет увеличить глубину забора воды, но при этом снижает КПД насоса, и в результате часть работы он тратит на самого себя. Работа эжектора сопровождается некоторым шумом, и в связи с этим Jet-насосы можно устанавливать в жилых помещениях далеко не всегда. Случается, что эжекторы используются в качестве дополнительного средства увеличения напора.
Чаще всего для бытовых целей используются поверхностные насосы, выполненные в горизонтальном варианте. Обычно вертикальную конструкцию имеют высоконапорные установки повышения давления. Хотя и среди вертикальных насосов встречаются модели, которые используются в домашнем водоснабжении.
На основе отдельных поверхностных насосов выпускаются мини-станции бытового назначения. Такие крупные объекты, как, например, многоквартирные дома и небольшие поселки, могут обслуживаться установками из нескольких насосов одновременно.
Мы уже отмечали, что водоснабжение из источников глубиной не превышающих 7-8 м, производится посредством поверхностных насосов. В самом простом случае вода закачивается в открытый бак, который располагается на чердаке дома, и самотеком поступает к точкам разбора. Как правило, такую систему оснащают поплавковым датчиком, отключающим насос при заполнении бака, а при падении уровня в баке до минимального значения дает команду на включение. Главным недостатком такого варианта является совсем небольшое давление.
Величина его напрямую связана с высотой водяного столба между точками потребления и баком — в большинстве случаев оно не превышает 1 атм. Для работы современной домашней техники (такой как газовые колонки, стиральные и посудомоечные машины и т. д.) требуется напор в 2-3 атм. Помимо этого, подобная система занимает в здании достаточно много места, что также является ее существенным недостатком. Плюс ко всему вышесказанному, в случае сбоя автоматики вода, переполнившая бак на чердаке, может залить весь дом.
Существует такая технология, которая позволяет отказаться от использования открытой накопительной емкости и обеспечить тем самым необходимый напор в системе домашнего водоснабжения. В этом случае отдельный насос (либо самовсасывающий, либо нормального всасывания) автоматически включается при каждом разборе воды — осуществляется это при помощи специальных устройств. Например, у Grundfos — это блок автоматики, называемый Presscontrol, у DAB — система Auto, у Calpeda — Idromat, у Nocchi Pumps —Aqua Matic. Надо сказать, что у разных производителей насосного оборудования эти приборы отличаются различными же принципами действия и конструкции. Например, концерн Wilo оснащает ряд своих бытовых насосов устройствами Fluidcontrol, в которых встроены подвижный магнит и герконовый выключатель.
Система работает так, что как только вы открываете кран, и давление в водопроводе снижается (например, у тех же моделей Wilo до 1,7 или 2,2 бар), магнит сдвигается, реле срабатывает и замыкает цепь включения насоса. В то же время, Fluidcontrol защищает оборудование от недопустимого включения "на сухую", без забора воды. Для того, чтобы подача воды была непрерывной, насос выключается, через несколько секунд после закрытия крана, что создает в системе запас воды и позволяет не устанавливать резервуар в качестве буфера.
Помимо всего прочего, Fluidcontrol защищает водопроводную систему от превышения давления и имеет встроенный обратный клапан. Без последнего вода из трубопровода при выключенном насосе будет снова сбрасываться в источник. Насос, оснащенный таким прибором, представляет собой компактную и достаточно недорогую автоматическую станцию. Из недостатков ее стоит отметить необходимость включать насос при каждом открытии крана, что снижает срок его службы.
Достичь более экономичной работы насоса можно, укомплектовав установку напорным баком (он же — гидроаккумулятор). Он представляет собой металлический резервуар, разделенный на две полости объемной (в виде мешка) либо плоской эластичной мембраной. Одна часть такого бака напрямую соединяется с водопроводной сетью, другая же наполнена воздухом либо азотом. В то время, как насос закачивает воду в первую полость, находящийся во второй полости газ сжимается. Продолжается это до тех пор, пока давление в системе не достигнет требуемой величины. Управляется работа насоса при помощи реле давления.
С началом разбора сжатый газ выталкивает воду в систему, давление в баке снижается, и реле включает насос повторно. Чаще всего автоматику настраивают таким образом, чтобы водяная полость напорного бака оставалась всегда заполненной хотя бы на 1/3. Как правило, такие установки комплектуются мембранными баками емкостью 24-50 л. В то же время, к примеру, для модели Primson компании Salmson с баком на 24 л полезный запас воды составляет 10 литров. Благодаря этому отпадает необходимость запускать насос при каждом открытии водопроводного крана.
Сегодня многие фирмы производят компактные установки с напорными баками. Такое оборудование можно приобрести и по отдельности. Если сравнивать с открытыми емкостями, то в отличие от них мембранные баки необязательно монтировать в наивысшей точке системы, да и их размеры не так уж велики. Важно отметить, что для питьевого водоснабжения должны применяться напорные баки, которые имеют гигиенический сертификат.
Иногда, например, когда вода подается с перебоями, имеет смысл использовать в сочетании с насосной установкой самый обычный бак для воды. В этом случае емкость можно установить в подвале жилища. В таком баке накапливается запас воды, а подачу ее в точки разбора выполняет насос. В этом случае нет необходимости использовать самовсасывающий аппарат, а лучше применить установку с насосом нормального всасывания, работающим с меньшим шумом.
Мы уже знаем, что для забора воды из источника глубиной более 8 м рекомендуется использовать колодезный или скважинный насос. Речь идет о центробежных насосах с различным числом рабочих колес и электрическим двигателем, защищенным гидравлически. Сконструированы они с расчетом на то, что охлаждение работающего мотора будет осуществлять поток воды, в которую погружается весь насос. Важное условие: скорость этого потока должна быть не менее расчетной величины. В случае со скважинными насосами, двигатели которых охлаждаются снаружи, она указывается в технической документации. Реальная величина будет зависеть от соотношения диаметров двигателя и скважины.
Как это ни грустно, но ни с одним видом насосов не происходит такого количества отказов и выходов из строя, как это бывает с бытовыми погружными скважинными насосами (рис. 54). Основная причина кроется не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не квалифицированные проектировщики, а сами же домовладельцы или недостаточно профессиональный персонал монтажных организаций. К примеру, откуда может знать неспециалист, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в его рабочий диапазон.
Для правильного выбора насоса в первую очередь потребуется определить его рабочие параметры — расход (Q) и напор (Н).
Нужный расход воды вычисляется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта с учетом вероятности их использования одновременно. Для упрощенного расчета можно использовать такие нормы водопотребления для сантехнических приборов: поливочный кран — 1080 л/ч, кухонная мойка — 500 л/ч, душ — 500 л/ч, ванная — 300 л/ч, смывной бачок унитаза — 83 л/ч, умывальник — 60 л/ч. Полив приусадебных площадей требует 3-6 м3 воды на 1 м2, при этом расход зависит еще и от способа орошения и интенсивности полива. Сауна или баня потребует порядка 1000 л/ч.
Н тр. = Н гео. + S + Н своб.,
Параметры скважины принципиально важны, поскольку используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины в обязательном порядке должны быть указаны такие параметры, как статический уровень, динамический уровень и дебит скважины. Такие данные определяются экспериментально организацией, которая проводила буровые работы. Естественно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины заведомо использовался насос, меньший по мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта согласно потребностям домовладельца.
И несмотря на то, что на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать довольно сложно (это государственный документ, который требует множества разрешений и согласований), все-таки нужно требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробных данных по скважине и обязательно осведомиться и о мощности насоса, которым осуществлялась откачка воды при определении динамического уровня.
В процессе заключения договора на буровые работы нужно обращать внимание на наличие у подрядчика соответствующей лицензии. Только серьезные фирмы всегда по окончании работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, в котором четко прописаны все упомянутые характеристики, а помимо этого — диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и тому подобные вещи вплоть до рекомендованной марки насоса.
Для дополнительного оборудования — такого как джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, "дождевалки" и т. д. — параметры требуемых Q и Н должны указываться производителями. При установке водоочистных фильтров должны учитываться потери напора (как правило, порядка 2 атм) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.
Необходимо обеспечить водоснабжение загородного участка с двухэтажным коттеджем (два санузла, кухня, душ с гидромассажем — все это требует расхода 1 м3/ч и напора 4-5 атм.), гаражом, домом для персонала (с санузлом), бассейном на 45 м8, баней, системой водоочистки. На участке постоянно проживает семья из четырех человек и два человека из числа персонала. Для снабжения участка водой пробурена скважина глубиной 80 м; диаметр обсадной колонны составляет 150 мм; динамический уровень — 50 м; статический уровень — 46 м; расход, измеренный при откачке, составляет 3,5 м3/ч.
Учитывая нормы расхода воды (см. начало главы), получаем суммарный расход и напор потребителей:
Q сум = 500 + 3 * (60 + 83 + 500) + 1000 + 1000 + + 2 • 1060 = 6500 л/ч = 6,5 м3/ч;
Н тр. = 50 + 8 + 20 + 2 + 30 = 110 м.
Из-за невозможности и нецелесообразности использования всех водоразборных точек одновременно требуемый расход можно определить как 5 м3/ч. В результате расчетным данным удовлетворяет насос SP 5A-33 (Q = 5 м3/ч, Н = 120 м);
Таким образом, обеспечивается достаточный расход для кухни, полива и одного санузла. Имеется в виду, что хозяева не будут одновременно с поливом территории из обоих кранов использовать баню, наполнять бассейн, принимать ванну и мыться в душе. С целью обеспечения давления на поливочные установки и гидромассаж более экономичным будет использование отдельных насосов, что позволит не держать под высоким давлением весь водопровод и сделает работу погружаемого насоса более стабильной, а систему — гибкой и независимой. С помощью дополнительного насоса всегда можно получить высокое давление в любой точке разбора. Бассейн будет наполняться ночью.
Самостоятельный непрофессиональный выбор насоса заказчиком, предъявляющим слишком высокие требования по расходу и напору, зачастую приводит к выбору насоса слишком большой мощности. В случае с рассмотренными выше исходными данными таким насосом может быть, к примеру, SP14A-25. А вот при установке модели повышенной мощности возможно возникновение проблем.
1. Поскольку при таком выборе номинальная подача значительно превышает средние потребности по воде, насос будет работать в режиме частых включений-выключений. Производители допускают до 30 включений насоса в час, но только на протяжении 1 часа в сутки, при общем ограничении — 60 циклов в день. Так или иначе, частые включения негативно сказываются на ресурсе работы электродвигателя и пусковой автоматики. Во избежание этого придется установить мембранный бак большого объема.
2. При завышенной мощности насоса, как результат — будет завышено и давление воды на вводе в дом. В момент пуска такого насоса неизбежно возникнут сильные гидравлические удары. Арматура может оказаться просто не рассчитанной на такое давление (например, посудомоечные и стиральные машины, смесители), для снижения напора потребуется дополнительная установка редукторов давления.
3. В процессе наполнения бассейна насос будет работать, что называется, на "открытую трубу", не создавая при этом давления. Такие условия подразумевают большой расход воды при минимальном давлении. Рабочая точка насоса в этом случае смещается на кривой характеристики вправо, в область, которая не соответствует рабочей зоне насоса. Мощность на валу будет максимальной, а значит, при длительной работе в таком режиме двигатель выйдет из строя.
Результатом работы насоса с завышенной мощностью будет неизбежное общее удорожание всей системы, что вызвано применением более мощной электротехнической аппаратуры, материалов и арматуры с более высоким допустимым рабочим давлением, а также увеличением диаметров трубопровода и скважины, удорожанием водоочистки, наконец. Когда номинальная подача насоса превышает дебит скважины, появляется необходимость установки дополнительной защиты по так называемому сухому ходу. Настройка и дросселирование насоса приведут к перерасходу электроэнергии.
Другими словами, при обеспечении возможности одновременного использования всех водоразборных точек путем установки насоса с завышенной мощностью стоимость системы водоснабжения возрастает обязательно. Реальное же водопотребление при этом будет значительно меньше.
Так что, хотя конечный выбор всегда останется за заказчиком, правильнее и экономичнее выбирать насос с учетом реальных потребностей, и при обязательной помощи профессионалов. Полностью обеспечить потребности пользователя в водоснабжении при соблюдении правил монтажа и эксплуатации системы можно, избрав оптимальный в данной ситуации насос с пологой рабочей характеристикой.
В частности, для той конкретной системы водоснабжения, которая рассматривалась выше в примере, может быть выбран насос SP 8A-25. В зоне возможных подач (4-8 м3/ч) у данной модели кривая зависимости напора от расхода имеет пологий вид, а значит, при малых расходах воды не произойдет слишком большого повышения напора. Но одновременно некоторый допустимый запас при расчете водопотребления не допустит возникновения перебоев с водой.
Так или иначе, на какой бы насос ни пал ваш выбор, при монтаже чрезвычайно важно выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. Вводя агрегат в эксплуатацию, необходимо замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения любой емкости известного объема, к примеру, ведра), создаваемое давление (по показанию манометра) и потребляемый при этом ток (замеряют специальными щипцами).
Установленные таким образом характеристики сверяются по каталогу с паспортными данными насоса. В случае превышения рабочих параметров (чаще всего некоторый запас мощности предусматривается, к примеру, для последующей установки фильтров) следует прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установления требуемой рабочей точки — середина характеристики Q (Н).
Монтаж насоса, равно как и его выбор, должны осуществлять специалисты этой области, компания обязательно должна иметь лицензию на установку данного оборудования.
Непосредственно перед выбором и приобретением насоса потребуется получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Особенно это важно при выборе насоса импортного производства. Дело в том, что все поставляемое из-за рубежа оборудование, прежде всего, соответствует промышленным нормам страны-производителя. К примеру, для всех немецких насосов допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет +6 до -10%. Даже при наличии встроенной защиты насос никак не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, любые просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электроагрегата.
В такой ситуации следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов еще и от неполнофазных режимов работы. Не рекомендуется также устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт вполне может превышать номинальный в 4,4 раза! Чтобы стабилизировать напряжение в пределах рабочего диапазона при таких скачках, потребуется стабилизатор с 5-кратным запасом мощности. Случается, что для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, нежели корректную работу такого однофазного насоса.
Как гласит статистика, порядка 85% отказов происходит как раз с электрической частью насоса. Главной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора из-за перегрева вследствие гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. Обеих причин можно избежать, установив надлежащую токовую защиту. С этой задачей способен справиться и обычный пускатель с токовой защитой, но все-таки некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. В результате такой халатности придется заплатить за подъем насоса из скважины, за его ремонт (а это — цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Вероятнее всего сумма может превысить стоимость нового агрегата.
Термины, которые вам могут понадобиться:
