Принцип работы и устройство типовой насосной станции водоснабжения

Способ установки водяной станции

Место, в котором необходимо установить водяную станцию, зависит от следующих критериев:

• тип мотора;
• тип накопителя;
• удаленность скважины с водой от дома.

Каждый критерий стоит разобрать по отдельности.

1. Если водяная станция является погружной, то есть насос располагается в самой скважине, лучшим решением будет монтаж установки в небольшом сарайчике рядом со скважиной. В случае если мотор поверхностный, то никаких ограничений нет. Можно установить агрегат где угодно, естественно, в рамках территории вашей жилой площади и скважины.
2. В открытых баках предполагается децентрализация станции. Иными словами, мотор можно устанавливать в любом удобном месте, в то время, как датчик должен быть расположен исключительно у распределительного щитка. В том случае, если используется специальный гидроаккумулятор, то станцию необходимо монтировать в утепленном месте. Например, в подвальном помещении.
3. Если скважина находится предельно или относительно близко к дому, в который проводится водоснабжение, то водяную станцию можно установить прямо на кухню, используя маломощный и бесшумный насос. Это обеспечит хороший напор воды без помех повседневной жизни. А вот если скважина находится довольно далеко, то насос придется устанавливать где-нибудь в подвале или пристройке, причем снарядить его довольно мощным насосом, который способен обеспечить хороший напор воды. Размещается же такая установка в подвале или в другом достаточно удаленном от жилых мест дома месте потому, что они приносят дискомфорт своей шумностью.

Насосное оборудование

Современные производители предлагают отдельно погружные насосы или насосные станции с поверхностными насосами. Считается, что первый вариант оптимален для скважин практически всех типов, а второй подходит для колодцев и абиссинских источников (из-за минимальной ширины их обсадных труб и неглубокого расположения зеркала воды).

• Действительно, погружные модели обладают возможностью подъема воды даже с очень большой глубины (например, высота обсадной трубы артезианских скважин достигает 100 метров и более).
• В то же время поверхностные перекачивающие агрегаты удобны в обслуживании, их легко ревизировать и периодически осматривать. Однако в классической модификации такие модели способны обеспечить подъем жидкости с глубины 8-9 метров максимум.

Основной дилеммой является сочетание большой высоты подъема с небольшой производительностью и достаточно скромными напорными характеристиками у погружных моделей и хорошая производительность и напор в сочетании с возможностью использования только для неглубоких источников у поверхностных агрегатов.

Компромиссом могут стать эжекторные модели. Эжектор обеспечивает образование разреженной зоны в трубопроводе за счет разницы давлений. Последнее возникает следующим образом: в упрощенном виде эжектор представляет собой конусообразное устройство, двигаясь по которому жидкость увеличивает скорость по мере сужения просвета. В зоне высокой скорости потока образуется разреженность, которая через дополнительное отверстие или патрубок захватывается жидкость из внешней среды.

Оснащенный внешним эжектором, который непосредственно опускается в водоисточник, насос способен поднимать воду с большей глубины (в зависимости от мощности перекачивающего агрегата и конструкции эжектора – до 25-40 метров). Выносные эжекторы более эффективны и обычно отличаются по конструкции, представляя собой две параллельный трубы (одна из них может быть заменена гибким шлангом) – вакуумно-нагнетающую и основную. Но они также чувствительны к песку в воде и другим загрязнениям.

Насосная станция с внешним эжектором

К недостаткам эжекторных станций со встроенным устройством часто относят повышенный уровень шума во время работы, однако он может стать заметной помехой только в том случае, если насосная станция размещается на открытом пространстве и близко к окнам дома. При установке в специальной постройке (которая часто необходима для защиты оборудования от промерзания зимой) теплоизоляция также выполняет и роль шумопоглотителя. Устроить звукоизоляцию помещения при установке оборудования в подвале так же не составит труда и не потребует чрезмерных затрат. Нужно отметить, что увеличение высоты подъема при использовании оборудования с встроенным эжектором не происходит, но возрастает производительность.

Насосы и эжекторы

В комплектных станциях применяются насосные установки со следующими видами насосов:

• центробежными (одноступенчатыми – одно рабочее колесо, многоступенчатыми – несколько рабочих колес);
• вихревыми.

Наиболее известен и распространен центробежный вид, относящийся к типу динамических насосов, имеющих постоянное соединение входа жидкости с выходом. Вход перекачиваемой жидкости расположен на оси агрегата, выход – на максимальном удалении от оси. Внутри рабочей камеры располагается рабочее колесо из двух параллельных дисков с центральным отверстием, между которыми вдоль окружности под постоянным углом к радиусам расположены  лопатки. Вращаясь, они придают частицам жидкости вращательное движение, вызывающее воздействие центробежной силы (отсюда и название!), отбрасывающей жидкость к периферии рабочей камеры, где находится выходной патрубок. Вблизи оси образуется область разрежения, характеризующаяся низким давлением, обеспечивающим постоянное всасывание жидкости.

Напорно-расходная характеристика центробежного насоса H=f(Q) существенно нелинейна (напор быстро падает) в области больших расходов Q. Этого недостатка лишены центробежные многоступенчатые агрегаты, отличающиеся повышенной мощностью, большими максимальными расходами, малошумностью, позволяющей устанавливать оснащенные  ими станции непосредственно внутри дома.

Линейка популярных станций Aquario с одноступенчатыми центробежными насосами, насчитывающая около трех десятков  модификаций, имеет диапазон мощностей агрегатов от 550 Вт до 1150 Вт, диапазон максимальных расходов Q_max от 40 л/мин до 80 л/мин, диапазон максимальных напоров H_max от 38 м до 54 м.

Станция Aquario с одноступенчатым центробежным насосом.

Вихревой насос также относится к динамическому типу, но жидкость через него протекает по рабочему каналу, имеющему форму кольца, охватывающего периферию рабочего колеса, напоминающего зубчатую шестерню. Отличительной особенностью такого механизма является близкое расположение входного и выходного патрубков, однако чтобы пройти от первого ко второму, жидкость протекает вдоль всей длины кольцевого канала, закручиваясь множеством вихрей (отсюда и название). Напорно-расходная характеристика вихревого насоса H=f(Q) строго линейна во всем диапазоне изменений расхода Q.

Любые вихревые насосы очень чувствительны к песку в воде, максимальный размер твердых частиц не должен превышать 0,1 мм (центробежные агрегаты некритичны к частицам до 1 мм). Производители не рекомендуют устанавливать их на источники воды  с песком: песочные скважины, заиленные колодцы. Данные механизмы весьма просты в эксплуатации и ремонте, легко разбираются/собираются домашними умельцами, отличаются невысокой стоимостью.

Линейка станций Aquario с вихревыми насосами, насчитывающая девять модификаций, имеет диапазон мощностей агрегатов от 430 Вт до 760 Вт, диапазон максимальных расходов Q_max от 35 л/мин до 40 л/мин, диапазон максимальных напоров H_max от 35 м до  55 м.

Станция Aquario с вихревым насосом.

Проведение расчетов

При покупке комплектной КНС нет необходимости покупать очень дорогое устройство, которое будет работать на 10% от заявленной мощности. Выбирают станцию исходя из следующих показателей:

• размеры оборудования – должны подходить для помещения, в котором планируется установка, для частного дома это будет обычный бытовой прибор, который можно разместить на площади в 1 кв. м;
• ожидаемый поток сточной жидкости – зависит от количества проживающих и расходуемого объема воды в час пик;
• расстояние, на которое необходимо удалить жидкость;
• высота впускной и выпускной трубы;
• производительность оборудования исходя из степени загрязнения стоков.

КНС бытовую можно самостоятельно подключить, в то время как габаритные устройства формируются из нескольких частей, предназначенных под конкретные условия работы.

Плюсы насосов для кнс:

• техническое обслуживание требует минимум средств и усилий;
• функционируют в автоматическом режиме;
• работают в любых погодных условиях.

Достаточно часто КНС Альта сменяют устаревшие системы самотечной канализации, а также они используются в условиях современного строительства. Это обусловлено огромным преимуществом канализационных станций перед «древними» системами.

Работа и особенности блока управления

В задачу управляющей насосной станцией автоматики входит отслеживание давления в системе и включение/выключение двигателя гидронасоса по мере необходимости. Для этого блок управления включает манометр и реле. Первый контролирует текущее давление, а второе – управляет насосом.

Реле давления автоматически запускает насос станции при снижении давления до 1,4 бара, например, и выключает при достижении максимального значения, указанного производителем. Нежелательно менять заводские настройки реле, т.к. они рассчитаны на возможности запорной арматуры.

При покупке насосной станции для работы в контурах с вероятностью кратковременной работы без воды необходимо обратить вниманием на наличие устройства контролера потока. Он предназначен для предохранения двигателя от перегрева в случае отсутствия воды в водозаборе

В таких агрегатах блок управления ориентирован не на предельные значения давления, а на понижение потока

Он предназначен для предохранения двигателя от перегрева в случае отсутствия воды в водозаборе. В таких агрегатах блок управления ориентирован не на предельные значения давления, а на понижение потока.

Установка и схема станции

Установка насосной станции в частном доме осуществляется либо специалистами, либо силами хозяев. В последнем случае часто требуется пошаговая инструкция. Первый этап в ней — разработка схемы установки оборудования. Можно прорисовать на компьютере или простой бумаге.

Второй этап — подготовка станции и фильтров, если те не входят в базовую комплектацию. Потребуются также обратный клапан, коннекторы, фум-лента, канцелярский нож, отвертки, поливающие пистолеты, шланг для подачи и гофрированный для забора жидкости.

Согласно схеме оборудование опускается в колодец, скважины или же устанавливается на «постамент» в подсобном помещении. При этом подводится гофра диаметром с выпуск насоса или больше.

Соединение герметизируется фум-лентой. Попросту говоря, это пленка из фторопласта. На противоположном конце гофрированного шланга ставится обратный клапан заборного типа.

Разобравшись с гофрой, нужно соединить станцию с системой водоснабжения. Применяются коннекторы. Такие устройства-переходняки используются не только в монтаже насосов, но и при подключении к интернету, теле-сигналу.

После подключения насоса к системе водоснабжения, встроенный фильтр или заливную головку прибора заполняют водой, выпускное соединение заворачивают. Это подготавливает станции к эксплуатации.

Следующий шаг — подключение кабеля от насоса к розетке. Далее, приоткрываются краны, — нужно спустить воздух. Когда насос включается и подается вода, краны блокируются. Система введена в эксплуатации. Подключение насосной станции считается легким, доступным для осваивания большинством домовладельцев.

Особенности монтажа

Насосные станции ставят в различные места, они могут находиться как на улице, так и внутри наружных неотапливаемых и отапливаемых жилых помещений в частном доме.

При их установке есть некоторые нюансы, о которых полезно знать как монтажнику, так и потребителю:

• Диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше входного отверстия. При использовании станции в предельных режимах работы, его рекомендуется делать больше.
• Для слива воды горизонтальный участок трубопровода должен иметь уклон не менее одного градуса.
• Обычно к станции на вход подключают жесткий напорный трубопровод из полиэтилена низкого давления ПНД. На выход подключают трубы из полипропилена ПП. Для соединения труб из разных материалов используют переходные муфты, отводы, тройники с наружной или внутренней резьбой. Причем, резьба на пластиковых фитингах имеет такой же трубный размер, как и стальные и отлино стыкуются друг с другом.
• Опущенный в источник напорный трубопровод от станции обязательно должен иметь обратный клапан, удерживающий воду при ее отключении. Также при эксплуатации в скважинах на песке и колодцах домов к нему нередко подсоединяют фильтр грубой очистки от песка.
• Перед включением насосной станции обязательно следует проверить давление в гидробаке. Оно должно быть на 10% меньше нижнего порога срабатывания реле давления. Любые другие отклонения могут привести к слишком частому включению электронасоса, преждевременному выходу резиновой мембраны бака из строя.
• После подключения трубопроводов не всегда удобно пользоваться заливным отверстием. В этом случае в трубах делают специальный отвод с отсекающим шаровым краном для заливки воды через выходной патрубок.
• При размещении установки следует учитывать, что в задней части электронасоса находится охлаждающий вентилятор. Ее монтаж должен обеспечивать свободный доступ воздуха к лопастям.
• Подключение установки к электрической сети рекомендуется проводить через дифференциальный выключатель, к шине обязательно должен быть подсоединен и заземляющий провод.
• Ни в коем случае не следует допускать работу станции на закрытый кран.

Рис. 11 Цены на насосные станции водоснабжения для частного дома центробежного принципа действия и с эжектором

Принцип действия

На этапе монтажа бытовая насосная станция подключается к системе водоснабжения, а ее всасывающая магистраль с водозаборным устройством на конце опускается в колодец или другой источник воды.

Работа двигателя насоса контролируется управляющим элементом, в качестве которого применяют реле давления или автоматику давления.

Эти устройства имеют различный принцип действия. Реле давления запускает насос в случае падения давления в системе до определенной отметки и останавливает его работу, как только давление достигнет максимального значения.

Автоматика давления реагирует на движение воды в трубопроводе.

Мембранный бак-аккумулятор представляет собой резиновую камеру, помещенную в герметичный металлический корпус, в котором с помощью обычного автомобильного насоса поддерживается определенное давление воздуха.

Во время работы станции резиновая емкость заполняется водой до тех пор, пока давление внутри нее не уравновесится давлением закачанного в бак воздуха.

Принцип работы насосной станции

Благодаря наличию упругой воздушной подушки, охватывающей резиновую камеру с водой, мембранный бак может выполнять две функции:

1. поддерживать некоторое время требуемый напор в системе водоснабжения без участия насоса, благодаря чему сокращается количество включений двигателя, во время которых он работает в самом тяжелом режиме;
2. амортизировать возникающие в момент запуска насоса гидроудары, препятствуя таким образом разрушению элементов трубопровода и запорной арматуры.

Работа блока управления

Основным преимуществом насосной станции является работа в автоматическом режиме. В промышленных установках для этого может потребоваться отдельный шкаф управления с множеством измерительных и регулирующих приборов.

Бытовое оборудование комплектуется штатным блоком управления, в котором реализованы все необходимые опции. Основным его элементом служит реле. У него есть две пружины, настроенные на максимальное и минимальное давление системы. С ними связаны контакты, которые в нужный момент замыкают и размыкают электрическую цепь питания двигателя насоса.

Крайне полезную функцию выполняет контроллер потока жидкости, осуществляющий защиту от сухого хода с отключением насоса при попадании воздуха во всасывающий шланг. На ряде моделей реализованы электрические блокировки от перегрева мотора и скачков напряжения в сети питания.

Устройство и принцип работы

Для того чтобы понять, как работает насосная станция для дачи или частного дома, следует подробнее рассмотреть ее устройство и основные функциональные элементы. Рассмотрим их последовательность по ходу движения воды.

• Водозабор, расположенный в скважине или колодце, оснащается фильтрующей сеткой, препятствующей попаданию в систему относительно крупных частиц примесей. Здесь же расположен обратный клапан для предотвращения обратного тока воды при снижении давления или прекращении работы насоса.
• Всасывающей магистралью называют участок трубопровода от водозабора до насоса.
• Работа центробежного насоса создает разрежение в трубопроводе, подающем жидкость от источника, что способствует ее интенсивному подъему, и избыточное давление в магистрали, ведущей к точкам водопотребления, для обеспечения тока воды по коммуникациям. Для оптимизации работы системы насос оснащается манометром и реле давления, настройки которого обеспечивают включение и отключение перекачивающего агрегата при достижении критических значений.
• Принцип работы насосной станции для дачи был бы непонятен без уточнения – настройки реле выставляются с учетом характеристик насоса, объема и необходимого давления в гидроаккумуляторе и других параметров.
• Системы оснащаются резервуарами, из которых осуществляется подача воды в трубопровод.

На фото схема устройства водоснабжения на базе насосной станции с гидроаккумулятором

Таким образом принцип работы насосной станции для дома поэтапно выглядит следующим образом:

• При включении насоса вода поднимается из источника, заполняет систему и гидронакопитель до достижения определенного значения давления либо уровня. После этого насос отключается.
• При расходе воды (открытие крана, использование душа или водопотребляющей техники) давление либо уровень в системе снижается, что способствует подаче жидкости из камеры гидроаккумулятора/накопительного бака. Так расход воды из накопителя осуществляется вплоть до достижения критического значения давления/уровня. После этого вновь включается насос и цикл повторяется.

Конструктивные особенности станции с баком

Применение гидростанций, функционирующих на основе накопительных баков, уже перестало быть актуальным. Эти системы устарели, поэтому используются все реже. Для перекачки воды предусмотрено гидротехническое отверстие, представляющее собой колодец либо скважину. Вода поступает в специальный резервуар, расположенный в точке системы, которая является наивысшей, например, чердак частного дома, где обустроена насосная система с накопителем.

Объем накопительного бака зависит от потребностей и числа людей, проживающих в загородном доме. На нужды каждого из жильцов частного дома необходимо около 200 л воды в месяц. Такой же объем воды требуется для приусадебного участка в 6 соток. Уровень напора воды и ее количество в баке регулируется с помощью поплавка.

Если уровень воды снижается до заданной величины, то после срабатывания датчика запускается подкачка воды. Насосные системы с накопителем, обладающие высокой энергоэффективностью, долгое время пользовались большим спросом. Недостатками станций являются сложность установки и наличие громоздкого резервуара.

Назначение основных частей станции

Назначение насосной установки общеизвестно – подъем воды из заглубленного источника и подача в жилище под давлением по напорному трубопроводу. Из вышесказанного следует, что технически насосная станция – это электронасос, укомплектованный дополнительными элементами. позволяющими ему работать автоматически. Отсюда вытекает, что расходо-напорные характеристики станции определяются входящим в ее состав насосом.

Блок автоматики предназначен для отслеживания давления в системе водоснабжения дома. Это может быть относительно простое механическое (с пружинными задающими элементами), пневматическое или электронное реле давления, имеющее две настройки: нижний и верхний порог. Иногда встречается т.наз. «струйная» автоматика, фиксирующая начало каждого отбора воды из кранов. В любом случае данный блок включает и отключает забор воды насосом путем пуска/останова приводного электродвигателя.

Гидроаккумулятор представляет собой полый цилиндр, внутри которого расположена эластичная (резиновая, пластиковая) «груша», заполняемая водой при работе станции. Этот элемент предназначен:

• уменьшения числа включений насоса;
• для демпфирования гидроударов;
• создания оперативного запаса воды;
• поддержания давления внутри системы при выключенном насосе.

Устройство гидроаккумулятора.

Работа его происходит аналогично мембранному расширительному баку закрытой системы отопления: заполняясь водой, подаваемой насосом, «груша» расширяется, сжимая воздух между собой и стенками стального бака, пока давление жидкости не достигнет верхнего порогового значения срабатывания автоматики. Однако «груша» гидроаккумулятора постоянно подвергается частым знакопеременным нагрузкам (в отличие от мембраны расширительного бака). Поэтому она должна быть гораздо прочнее, хотя термостойкость ее может быть ниже.

Гидроаккумулятор достаточной емкости позволяет реже включать/выключать насосную установку. Ведь износ электродвигателя и насоса происходит не вследствие длительной работы, а из-за частых пусков/остановов. Внутри дома можно выполнять водоразбор, пока избыточное давление воды в системе остается выше нижнего порогового значения.

Многие домовладельцы (дачники) не понимают назначения гидроаккумулятора. Стремясь достичь экономии бюджета, они строят автономное водоснабжение путем соединения обычного садового насоса с блоком автоматики, рассчитывая, что последний будет поддерживать давление воды непосредственно в трубах. Да, эту величину можно поддерживать стабильной таким способом. Однако гидроаккумулятор выполняет весьма важную функцию – он демпфирует (смягчает) гидроудары в системе, т.е. резкие скачки давления воды в трубах, вызываемые изменениями скорости движения потока. Данное явление возникает при открытии кранов, когда создается резкий и сильный напор воды. Гидроудары сильно сокращают сроки службы труб и запорной арматуры. Частые скачки давления могут вывести из строя смесители и другие сантехустройства.

Электронное управление – дополнительная защита насосной станции

Для увеличения срока эксплуатации водяной станции, ее оснащают блоком электронного управления. Основные функции, которые лежат на нем – защитные.

1. Сухой ход. Двигатель насоса охлаждается при помощи перекачиваемой жидкости. Избежать перегрева аппарата поможет электронное реле, которое отключает устройство при отсутствии в нем жидкости. Очень полезно в случаях резкого перепада уровня воды в колодце.
2. Автоматическое включение/выключение. Нужное приспособление при редком пользовании точками водоразбора. Насос запускается автоматически, благодаря датчику активности в той или иной точке. Точно также прибор выключается.
3. Изменение оборотов. Постепенное наращивание оборотов двигателя позволит избежать гидроударов в системе водопровода. Также при этом появляется возможность экономии электроэнергии.

Минусом насосных станций, оснащенных электронным управлением является их повышенная стоимость. Именно это отталкивает многих покупателей.

Электронное управление дополнительная защита насосной станции

Для увеличения срока эксплуатации водяной станции, ее оснащают блоком электронного управления. Основные функции, которые лежат на нем – защитные.

1. Сухой ход. Двигатель насоса охлаждается при помощи перекачиваемой жидкости. Избежать перегрева аппарата поможет электронное реле, которое отключает устройство при отсутствии в нем жидкости. Очень полезно в случаях резкого перепада уровня воды в колодце.
2. Автоматическое включение/выключение. Нужное приспособление при редком пользовании точками водоразбора. Насос запускается автоматически, благодаря датчику активности в той или иной точке. Точно также прибор выключается.
3. Изменение оборотов. Постепенное наращивание оборотов двигателя позволит избежать гидроударов в системе водопровода. Также при этом появляется возможность экономии электроэнергии.

Минусом насосных станций, оснащенных электронным управлением является их повышенная стоимость. Именно это отталкивает многих покупателей.