Поверхностные насосы

Поверхностные насосы: конструкция, классификация, применение и критерии выбора

Поверхностный насос — это самовсасывающий насосный агрегат, устанавливаемый вне перекачиваемой среды (на поверхности земли, в кессоне или помещении) и осуществляющий забор жидкости через всасывающий трубопровод. Основная область применения — подъем воды из источников с глубиной до 8-9 метров по вертикали (теоретический предел для самовсасывания в идеальных условиях — 10,33 м), ее перекачка и повышение давления в системах водоснабжения, полива, осушения и других технологических процессах.

Принцип действия и ключевые конструктивные особенности

Принцип работы основан на создании разрежения (вакуума) во всасывающем патрубке и всасывающей магистрали. При включении электродвигателя вращение через вал передается на рабочее колесо. Лопасти колеса отбрасывают жидкость к периферии корпуса, создавая область пониженного давления в центральной (входной) части. Под действием атмосферного давления вода из источника поднимается по трубе, заполняя эту область, и затем выбрасывается в напорный патрубок. Критически важным элементом является обратный клапан со встроенным сетчатым фильтром, устанавливаемый на конце всасывающей трубы. Он предотвращает слив воды из трубопровода и корпуса насоса после его остановки, что позволяет сохранить «заливку» и обеспечивает быстрое повторное всасывание.

Классификация поверхностных насосов по конструктивному исполнению

1. Центробежные насосы с одноступенчатым рабочим колесом

Наиболее распространенный тип для бытового и коммерческого использования. Имеют одно рабочее колесо в спиральном корпусе (улитке). Отличаются простотой, надежностью, относительно невысокой стоимостью. Предназначены для перекачки чистой воды с низким содержанием абразивных частиц. Оптимальны для систем водоснабжения и полива с умеренными требованиями к напору.

2. Многоступенчатые (многосекционные) центробежные насосы

Конструкция включает несколько последовательно расположенных рабочих колес и диффузоров в общем корпусе. Жидкость, проходя через каждую ступень, последовательно увеличивает свое давление. Основное преимущество — способность создавать высокий напор при сравнительно небольшой подаче. КПД таких насосов выше, чем у одноступенчатых при работе в зоне высокого давления. Применяются в системах повышения давления (бустерные насосы), водоснабжения многоэтажных зданий, для питания котлов высокого давления.

3. Самовсасывающие насосы с эжектором (встроенным или выносным)

Конструктивно оснащены эжектором — устройством, использующим эффект Вентури для увеличения глубины всасывания. Часть жидкости из напорной линии возвращается в эжектор, создавая дополнительное разрежение во всасывающем патрубке. Насосы со встроенным эжектором способны поднимать воду с глубин до 8-9 метров, но отличаются повышенным уровнем шума. Насосы с выносным эжектором позволяют поднимать воду с глубин до 25-40 метров, при этом сам агрегат монтируется на поверхности. Эжектор опускается в скважину. Существенный недостаток — резкое пажение КПД (до 30-35%) и чувствительность к наличию воздуха и песка в системе.

4. Вихревые поверхностные насосы

Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными лопатками. В межлопастных каналах возникает вихревое движение жидкости, многократно увеличивающее энергию потока. Главное достоинство — способность создавать напор в 3-7 раз выше, чем у центробежного насоса с таким же диаметром колеса и частотой вращения. Недостатки: низкий КПД (порядка 35-45%), чувствительность к взвешенным частицам. Применяются для перекачки чистых, летучих жидкостей (например, растворителей), в качестве насосов повышения давления.

Основные технические параметры и характеристики

Выбор насоса определяется его рабочими точками на характеристической кривой (зависимость напора H от подачи Q).

• Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/мин).
• Напор (H): Приращение удельной механической энергии потока, выраженное в метрах водяного столба (м). Фактически, это высота, на которую насос может поднять воду, с учетом гидравлических потерь в трубопроводе.
• Мощность (P): Потребляемая электрическая мощность (кВт) и полезная гидравлическая мощность потока.
• КПД (η): Отношение полезной гидравлической мощности к потребляемой электрической. Для поверхностных насосов обычно находится в диапазоне 45-70% (для многоступенчатых — выше).
• Высота всасывания (Hвс): Максимальная геометрическая высота (по вертикали) от уровня воды в источнике до оси всасывающего патрубка насоса. Практически не превышает 7-8 метров с учетом потерь.
• Допустимый размер твердых частиц: Максимальный диаметр примесей, которые может пропускать насос без повреждений (указывается в мм).

Сравнительная таблица типов поверхностных насосов

Тип насоса	Макс. глубина всасывания	Макс. напор	КПД	Чувствительность к воздуху и песку	Типичная область применения
Центробежный одноступенчатый	7-8 м	До 40-50 м	Средний (50-60%)	Средняя	Полив, водоснабжение из колодца, перекачка чистой воды.
Многоступенчатый	7-8 м	До 100-150 м и более	Высокий (60-75%)	Высокая	Повышение давления в сети, водоснабжение многоэтажек, системы орошения под высоким давлением.
С выносным эжектором	До 25-40 м	Средний (40-60 м)	Низкий (30-40%)	Очень высокая	Забор воды из глубоких колодцев (при невозможности установки погружного насоса).
Вихревой	4-6 м	Высокий (до 100 м и более при малой подаче)	Низкий (35-45%)	Очень высокая (только для чистой воды)	Повышение давления, перекачка летучих жидкостей (бензин, растворители).

Комплектация насосных станций на базе поверхностных насосов

Для автоматизации работы поверхностного насоса в системах автономного водоснабжения его комплектуют дополнительным оборудованием, образуя насосную станцию. Основные компоненты:

• Гидроаккумулятор (мембранный бак): Метлический бак, разделенный эластичной мембраной на воздушную и водяную камеры. Сглаживает гидроудары, поддерживает давление в системе и снижает количество циклов включения/выключения насоса, продлевая его ресурс.
• Реле давления: Управляет работой насоса, включая его при падении давления ниже установленного минимума (например, 1,5 бар) и выключая при достижении максимума (например, 3,0 бар).
• Манометр: Для визуального контроля давления в системе.
• Защита от сухого хода: Может быть реализована в виде отдельного реле (по давлению или потоку) или встроенного в реле давления датчика. Отключает насос при отсутствии воды во всасывающей линии, предотвращая перегрев и поломку.
• Пятивыводной штуцер: Устройство для компактного монтажа реле давления, манометра и подключения гидроаккумулятора и трубопроводов.

Критерии выбора поверхностного насоса

Процедура выбора должна основываться на инженерном расчете.

1. Определение требуемой подачи (Q): Суммируется расход всех одновременно включаемых точек водоразбора (согласно СП 30.13330.2021) или поливочных устройств. Для дома на 4-х человек обычно достаточно 2-4 м³/ч.
2. Расчет требуемого напора (H): H = Hг + Hп + Hсв + Hсв.тр., где:
   • Hг – геодезическая высота подъема (от динамического уровня воды до самой высокой точки водоразбора).
   • Hп – требуемое избыточное давление в конечной точке (обычно 1,5-3 бар ≈ 15-30 м).
   • Hсв – потери напора в трубопроводе, фитингах, обратном клапане, счетчике (рассчитываются по таблицам Шевелева или специализированным программам).
   • Hсв.тр. – запас на износ (обычно 10-15%).
3. Анализ источника воды: Динамический уровень воды (при работающем насосе) должен быть не ниже 7-8 метров от места установки насоса. Качество воды: содержание песка и твердых примесей не должно превышать паспортные значения насоса (обычно не более 100-150 г/м³, размер частиц до 0,5-1 мм).
4. Материалы конструкции: Для долговечной работы предпочтительны насосы с рабочим колесом и корпусом из нержавеющей стали, латуни или технополимеров (для чистой воды). Чугунные корпуса прочны, но подвержены коррозии.

Монтаж, эксплуатация и типовые неисправности

Монтаж: Насос устанавливается на жесткое, ровное основание в отапливаемом, сухом помещении или в утепленном кессоне. Всасывающая труба должна быть жесткой (полиэтилен низкого давления, сталь) и иметь диаметр не меньше входного патрубка насоса. Обязателен уклон трубы от насоса к источнику для предотвращения образования воздушных пробок. Все соединения должны быть герметичны.

Эксплуатация: Перед первым пуском необходимо залить воду во всасывающую магистраль и корпус насоса через специальное отверстие. Регулярная проверка давления в воздушной камере гидроаккумулятора, очистка фильтра на всасывающей линии.

Типовые неисправности:

• Насос не качает воду, работает на «сухую»: Отсутствие заливки, негерметичность всасывающей магистрали, засорение обратного клапана или фильтра, износ уплотнений.
• Слабый напор или подача: Завоздушивание, кавитация (шум при работе), частичное засорение рабочего колеса или труб, износ колеса.
• Частое включение/выключение (короткий цикл): Неисправность или неправильная настройка реле давления, потеря давления в воздушной полости гидроаккумулятора (повреждена мембрана или ниппель), утечка в системе.
• Перегрев и отключение по тепловой защите: Работа в режиме сухого хода, заклинивание подшипника или рабочего колеса, повышенное напряжение в сети.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается поверхностный насос от погружного?

Поверхностный насос устанавливается вне источника, имеет ограниченную высоту всасывания (до ~8 м) и, как правило, более доступен для обслуживания. Погружной насос опускается непосредственно в жидкость, не имеет ограничений по глубине подъема (определяется только развиваемым напором), работает тише и эффективнее на больших глубинах, но его обслуживание сложнее.

Можно ли использовать поверхностный насос для забора воды из скважины глубиной 15 метров?

Стандартный центробежный насос для этого не подойдет. Теоретически возможны два решения: использование поверхностного насоса с выносным эжектором (но с низким КПД) или применение специального самовсасывающего насоса с повышенной глубиной всасывания (до 15-20 м) за счет многоступенчатой конструкции и вакуумных технологий. Однако в большинстве случаев для скважин глубиной от 10 метров экономически и технически оправдана установка погружного скважинного насоса.

Почему насосная станция часто включается и выключается?

Наиболее вероятная причина — падение давления в воздушной камере гидроаккумулятора. Необходимо отключить станцию от сети, слить воду, проверить и накачать давление через ниппель (обычно 1,5-1,8 бар, что на 10% ниже давления включения насоса). Другие причины: неисправность реле давления, утечка в системе водопровода или повреждение мембраны гидроаккумулятора.

Как подобрать мощность и производительность насоса для системы автоматического полива?

Необходимо суммировать расход всех одновременно работающих дождевателей (указывается в их технических данных). К полученному значению добавить запас 10-15%. Напор рассчитывается исходя из требований самого дальнего и высоко расположенного дождевателя, с учетом потерь в трубопроводе и фильтрах. Критически важно учитывать дебит источника воды — производительность насоса не должна его превышать.

Каков средний срок службы поверхностного насоса?

При правильной эксплуатации, защите от сухого хода и работе в номинальном режиме качественный бытовой насос может прослужить 5-10 лет. Промышленные модели имеют больший ресурс. Основные факторы, сокращающие срок службы: работа с перегрузкой, частые циклы включения/выключения, перекачка абразивных жидкостей, замерзание остатков воды в корпусе.

Нужно ли обслуживать поверхностный насос и как часто?

Да, необходимо. Ежеквартально: проверка давления в гидробаке, очистка входного фильтра. Ежегодно: визуальный осмотр на наличие подтеканий, проверка электрических соединений, при длительной работе на воду с примесями — возможна разборка и очистка рабочей камеры от отложений. Смазка подшипников требуется не для всех моделей (часто используются необслуживаемые подшипники с пожизненной смазкой).