Насосные станции с эжектором
Насосные станции с эжектором: принцип работы, конструкция, применение и подбор
Насосная станция с эжектором представляет собой комплексное решение для подъема воды с больших глубин, превышающих возможности стандартных поверхностных центробежных насосов. Ключевым элементом такой системы является эжектор (струйный насос) – устройство, не имеющее движущихся частей, которое использует эффект Бернулли для повышения энергии перекачиваемой среды. Основная задача эжектора в составе станции – создание дополнительного разрежения на всасывающем патрубке, что позволяет увеличить глубину всасывания с типичных 7-9 метров до 25-50 метров, в зависимости от модели и конфигурации.
Принцип действия и физические основы
Работа эжектора основана на преобразовании кинетической энергии рабочего потока жидкости высокого давления в потенциальную энергию (давление) потока транспортируемой среды. В насосной станции это реализуется путем рециркуляции части поднятой воды.
Процесс можно разделить на следующие этапы:
- Создание рабочего потока: Центробежный насос станции создает напор. Часть воды из напорной линии направляется по отдельному трубопроводу (рециркуляционной или напорной линии к эжектору) обратно к эжектору, погруженному в скважину или колодец.
- Формирование высокоскоростной струи: В сопле эжектора проходное сечение резко уменьшается, что приводит к значительному увеличению скорости потока рециркуляционной воды.
- Создание зоны разрежения: Высокоскоростная струя, выходящая из сопла, увлекает за собой молекулы окружающей среды, создавая в камере смешения значительное разрежение (вакуум).
- Подъем транспортируемой жидкости: Под действием этого разрежения вода из источника засасывается в камеру смешения эжектора.
- Смешение и передача импульса: В камере смешения происходит интенсивное взаимодействие высокоскоростного рабочего потока и засасываемой транспортируемой воды. Энергия рабочего потока передается транспортируемому, и их общая кинетическая энергия частично преобразуется в давление в диффузоре эжектора, где скорость потока снижается, а давление возрастает.
- Поступление в насос: Смешанный поток с повышенным давлением поступает во всасывающую полость насоса. Таким образом, насос качает не просто воду с глубины, а воду, уже имеющую дополнительный подпор, что радикально снижает нагрузку на его всасывающую сторону и позволяет преодолеть ограничение по глубине, связанное с атмосферным давлением.
- Преимущества: Глубина всасывания увеличивается до 25-50 м. Насос можно расположить в удобном и легкодоступном месте (котловане, кессоне, отапливаемом помещении).
- Недостатки: Более сложный монтаж, требующий прокладки двух труб в скважине, повышенная чувствительность к правильности сборки и наличию воздуха в системе. КПД системы снижается, так как часть энергии насоса тратится на рециркуляцию.
- Центробежный насос: Многоступенчатый или одноступенчатый, обеспечивающий создание необходимого напора и расхода как для потребителя, так и для работы эжектора.
- Эжекторный узел: Состоит из сопла, камеры всасывания, камеры смешения и диффузора. Материал – латунь, нержавеющая сталь, износостойкие полимеры.
- Гидроаккумулятор (мембранный бак): Стабилизирует давление в системе, уменьшает количество пусков/остановок насоса, защищает от гидроударов.
- Реле давления: Автоматически включает и выключает насос при достижении заданных порогов давления в системе.
- Манометр: Для визуального контроля давления.
- Обратный клапан с сетчатым фильтром: Устанавливается на всасывающей линии выносного эжектора для предотвращения обратного слива воды и защиты от крупных механических включений.
- Пятерник (штуцер): Узел для подключения гидроаккумулятора, реле давления, манометра и магистральных трубопроводов.
- Водоснабжение частных домов и небольших хозяйств из глубоких скважин и колодцев (где использование погружного насоса невозможно или нежелательно).
- Полив сельскохозяйственных угодий из глубоких источников.
- Повышение давления в существующих водопроводных сетях с низким входным напором.
- Откачка жидкостей из глубоких резервуаров, дренажных систем.
- Низкий КПД: Значительная часть энергии (до 50-60%) расходуется на организацию рециркуляции. Это не энергоэффективное решение для постоянного водоснабжения с больших глубин.
- Чувствительность к воздуху: Наличие воздуха в рециркуляционной или всасывающей линии приводит к потере работоспособности. Система требует тщательной герметизации.
- Падение производительности с глубиной: Полезный расход уменьшается пропорционально увеличению глубины всасывания.
- Сложность настройки и монтажа: Требуется точный подбор диаметров труб, настройка запорной арматуры на рециркуляционной линии.
- Шумность: Насосная станция со встроенным эжектором работает значительно громче, чем обычная центробежная.
- На всасывающий патрубок эжектора обязательно устанавливается обратный клапан с грубым фильтром.
- Напорная (рециркуляционная) труба подключается к боковому патрубку эжектора. Труба, идущая от диффузора эжектора к насосу, – это линия всасывания смешанного потока.
- Рекомендуемый диаметр труб – не менее 32 мм (1 1/4 дюйма) для глубин свыше 20 м для минимизации потерь.
- На рециркуляционной линии перед эжектором рекомендуется установить регулировочный вентиль и фильтр тонкой очистки для защиты сопла от засорения.
- Все соединения должны быть абсолютно герметичны.
- КПД: Погружной насос имеет значительно более высокий КПД (60-80%) против 30-40% у станции с эжектором, так как ему не нужно тратить энергию на рециркуляцию и преодоление сил трения в длинных трубопроводах.
- Глубина: Погружные насосы способны поднимать воду с глубин в сотни метров.
- Надежность и обслуживание: Станция с эжектором требует регулярного обслуживания (чистка фильтров, проверка герметичности), но все компоненты доступны. Ремонт погружного насоса сложнее и дороже, но межремонтный период при правильной эксплуатации значительно дольше.
- Стоимость: Стоимость мощной насосной станции с эжектором и качественного погружного насоса сопоставима, однако эксплуатационные затраты (электроэнергия) у станции будут выше.
Конструктивные типы и компоновка станций
Насосные станции с эжектором делятся на два основных типа по месту расположения эжекторного узла.
1. Станции со встроенным (интегрированным) эжектором
Эжекторный узел расположен внутри или непосредственно на корпусе центробежного насоса. Такая конструкция отличается компактностью, простотой монтажа (подключается одна всасывающая труба) и меньшей чувствительностью к загрязнениям в воде. Однако максимальная глубина всасывания ограничена 7-9 метрами. Фактически, встроенный эжектор лишь незначительно улучшает всасывающие характеристики насоса, помогая ему удалить воздух из всасывающей магистрали при запуске. Основное применение – повышение эффективности забора воды с небольших глубин или из емкостей.
2. Станции с выносным (дистанционным) эжектором
Эжекторный узел размещается непосредственно в источнике воды (скважине, колодце) и соединяется с насосом двумя трубопроводами: напорным (подача рабочего потока к эжектору) и всасывающим (подъем смешанного потока к насосу). Это наиболее эффективная схема для глубоких источников.
Ключевые компоненты станции
Технические характеристики и подбор
Выбор насосной станции с эжектором требует учета взаимосвязанных параметров.
| Глубина зеркала воды, м | Рекомендуемая модель насоса (пример) | Диаметр обсадной колонны скважины, мин. | Ожидаемый расход (при напоре до 40 м), л/мин | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 15 — 20 | Станция средней мощности (напор ~70 м) | 100 мм (4 дюйма) | 35 — 45 | Стандартная конфигурация для глубоких колодцев. |
| 20 — 30 | Мощная станция (напор ~80-90 м) | 100 мм | 25 — 35 | Требуется тщательный подбор диаметров труб и эжектора. |
| 30 — 40 | Высоконапорная станция (напор >100 м) | 110-125 мм | 15 — 25 | Расход существенно падает. Необходимы минимальные потери в трубопроводах. |
Формула для ориентировочной оценки производительности: Q = Qнасоса — Qрециркуляции, где Q – полезный расход на выходе из системы, Qнасоса – паспортная производительность насоса, Qрециркуляции – расход по рециркуляционной линии (обычно 30-40% от производительности насоса). С ростом глубины Qрециркуляции должно увеличиваться для поддержания эффекта, что снижает полезный выход.
Области применения и ограничения
Применение:
Ограничения и недостатки:
Монтаж, эксплуатация и устранение неисправностей
Основные правила монтажа выносного эжектора:
| Неисправность | Возможная причина | Способ устранения |
|---|---|---|
| Станция не набирает давление, вода не идет | Разгерметизация всасывающей или рециркуляционной линии. Засорение фильтра или сопла эжектора. Неправильная сборка узла эжектора. | Проверить герметичность, прокачать систему. Прочистить фильтр и сопло. Проверить схему подключения труб к эжектору. |
| Станция работает рывками, часто включается/выключается | Подсос воздуха на всасывании. Падение уровня воды в источнике. Неисправность или неверная настройка реле давления. | Проверить герметичность, уровень воды. Настроить или заменить реле давления. |
| Малая производительность (слабый напор) | Засорение труб или элементов эжектора. Естественное снижение производительности из-за большой глубины. Износ сопла эжектора. | Прочистить систему. Заменить сопло эжектора (оно является расходным материалом). |
| Насос работает, но вода не рециркулирует | Закрыт или засорен вентиль на рециркуляционной линии. Полное засорение сопла. | Открыть, прочистить вентиль, снять и прочистить эжекторный узел. |
Сравнение с погружными насосами
Для глубоких скважин основная альтернатива – погружной скважинный насос.
Вывод: Насосная станция с выносным эжектором – это, как правило, решение для случаев, когда использование погружного насоса невозможно: малый диаметр скважины, необходимость легкого доступа к насосному оборудованию, временное водоснабжение, либо когда глубина находится на границе возможностей обычных поверхностных насосов (15-25 м).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какой минимальный диаметр скважины для выносного эжектора?
Рекомендуемый минимальный диаметр обсадной трубы – 100 мм (4 дюйма). Это позволяет разместить эжекторный узел и две трубы (напорную и всасывающую) с необходимыми зазорами. В некоторых случаях возможен монтаж в 90-мм трубу, но это усложняет установку и повышает риск повреждения.
2. Можно ли использовать станцию со встроенным эжектором для скважины 15 метров?
Нет, нельзя. Станции со встроенным эжектором физически не могут поднять воду с такой глубины. Максимальная теоретическая глубина всасывания для любых поверхностных насосов в идеальных условиях – 10.3 метра (1 атм). На практике, с учетом потерь, это 7-9 метров. Для 15 метров требуется станция с выносным эжектором.
3. Почему падает производительность станции с выносным эжектором со временем?
Наиболее частая причина – износ или эрозия сопла эжектора (особенно при наличии абразивных частиц в воде) и засорение фильтров. Увеличение диаметра сопла из-за износа нарушает расчетный режим работы, снижая создаваемое разрежение. Рекомендуется регулярная проверка и замена сопла как расходной детали.
4. Как отрегулировать производительность станции?
Производительность регулируется изменением расхода рециркуляционной воды с помощью вентиля, установленного на напорной линии к эжектору. При уменьшении прохода через этот вентиль снижается расход на рециркуляцию, что может увеличить полезный выход, но только до определенного предела. При чрезмерном перекрытии эжектор перестанет создавать необходимое разрежение. Настройка требует экспериментального подбора при работающей системе.
5. Что надежнее и долговечнее: станция с эжектором или погружной насос?
С точки зрения долговечности механической части в условиях правильной эксплуатации надежнее погружной насос, так как он работает в стабильных условиях, охлаждается перекачиваемой средой и не подвержен циклам «сухого» хода при правильной автоматике. Станция с эжектором имеет больше потенциальных точек отказа (гидроаккумулятор, реле давления, утечки в трубопроводах, засорение эжектора). Однако ремонтопригодность станции выше, а стоимость ремонта обычно ниже.
6. Как подготовить станцию с эжектором к зиме?
Если станция установлена в неотапливаемом помещении, необходимо полностью слить воду из всех компонентов: насоса, гидроаккумулятора (через специальный ниппель), трубопроводов и эжекторного узла. Выносной эжектор необходимо поднять из скважины и также освободить от воды. Пренебрежение консервацией приведет к разрыву корпусов и мембраны гидроаккумулятора при замерзании остаточной воды.