Самовсасывающие насосы

Самовсасывающие насосы: принцип действия, конструкция, классификация и область применения

Самовсасывающий насос — это центробежный насос, конструктивно способный к самостоятельному удалению воздуха из всасывающего трубопровода и корпуса насоса при первом пуске, а также к поддержанию этой способности в процессе работы после возможных перерывов, связанных с попаданием воздуха в систему. Ключевое отличие от стандартных центробежных насосов, требующих постоянного заполнения перекачиваемой жидкостью, заключается в способности создавать разрежение на всасывающей линии и откачивать воздух, что позволяет запускать их при неполном заполнении жидкостью.

Принцип действия и физические основы самовсасывания

Процесс самовсасывания можно разделить на две фазы: фаза начального всасывания (первичный запуск) и фаза установившейся работы. При первичном запуске корпус насоса частично заполнен жидкостью (заливная порция). Рабочее колесо, вращаясь, перемещает эту жидкость вместе с воздухом, находящимся во всасывающем патрубке, в корпус. За счет специальной конструкции (чаще всего — в виде объемной камеры или концентрического уловителя) происходит сепарация: жидкость, как более плотная среда, отделяется от воздуха. Жидкость возвращается в область рабочего колеса, а воздух вытесняется в напорный патрубок. Этот циклический процесс повторяется, пока весь воздух во всасывающем трубопроводе не будет замещен жидкостью, после чего насос переходит в режим обычной центробежной подачи с устойчивым потоком.

Физической основой является создание газожидкостной эмульсии в рабочем колесе и ее последующее разделение в расширительной камере корпуса за счет снижения скорости и действия гравитации. Эффективность процесса зависит от точности расчетов объема сепарационной камеры, частоты вращения вала и конструкции колеса.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Конструкция самовсасывающего насоса включает ряд обязательных элементов, обеспечивающих его функциональность:

Корпус (улитка) с сепарационной/воздухоотделительной камерой: Это наиболее массивная часть насоса. Камера имеет значительно больший объем, чем у стандартного центробежного насоса, что обеспечивает пространство для эффективного разделения воздушно-жидкостной смеси. Верхняя часть камеры соединена с напорным патрубком для отвода воздуха, нижняя — с областью рабочего колеса для возврата жидкости.
Рабочее колесо: Как правило, закрытого или полуоткрытого типа, с радиально изогнутыми лопатками. Изготавливается из чугуна, бронзы, нержавеющей стали или полимерных материалов в зависимости от перекачиваемой среды.
Всасывающий и напорный патрубки: Всасывающий патрубок расположен в верхней части корпуса, что способствует удержанию заливной жидкости в насосе при остановках. Напорный патрубок может иметь различную ориентацию.
Обратный клапан со встроенным сетчатым фильтром: Устанавливается на конце всасывающего шланга или трубопровода. Его основная функция — удерживать заливную жидкость в корпусе и всасывающей магистрали после остановки насоса, предотвращая обратный слив. Фильтр защищает от попадания крупных механических примесей.
Заправочная (заливная) пробка: Предназначена для первоначального заполнения корпуса насоса жидкостью перед пуском.
Уплотнение вала: Может быть сальниковой набивкой или торцевым механическим уплотнением. Второй вариант более современен, надежен и не требует обслуживания.

Классификация самовсасывающих насосов

Самовсасывающие насосы классифицируются по нескольким ключевым признакам:

1. По типу перекачиваемой среды и назначению:

Для чистой и слабозагрязненной воды: Оснащены рабочими колесами закрытого типа. Максимальный размер твердых включений — до 5 мм.
Для сильно загрязненных жидкостей (дренажные, фекальные): Имеют рабочие колеса специальной конструкции (вихревые, с одним или двумя каналами, Vortex) или измельчительным механизмом. Способны пропускать твердые частицы размером от 10 до 50 мм и более.
Химические насосы: Изготавливаются из коррозионно-стойких материалов (нержавеющая сталь AISI 316, полипропилен, PVDF).

2. По расположению вала двигателя:

Моноблочные: Рабочее колесо насажено на удлиненный вал электродвигателя. Конструкция проста и компактна.
Консольные (на рамной плите): Насосный агрегат и электродвигатель установлены на общей плите, соединены через упругую муфту. Обеспечивает лучшую ремонтопригодность и возможность использования разных типов приводов.

3. По количеству ступеней:

Одноступенчатые: Одно рабочее колесо. Характеризуются умеренным напором и высокой подачей.
Многоступенчатые: Несколько рабочих колес, расположенных последовательно. Обеспечивают высокий напор при сравнительно небольшой подаче. Также обладают самовсасывающими свойствами.

Технические характеристики и параметры выбора

При подборе самовсасывающего насоса необходимо анализировать следующие ключевые параметры:

Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/мин).
Напор (H): Полное давление, создаваемое насосом. Суммарно состоит из геодезической высоты подъема, потерь на трение в трубопроводах и требуемого давления в конечной точке. Измеряется в метрах водяного столба (м).
Высота самовсасывания (геометрическая): Максимальная вертикальная высота от уровня воды в источнике до оси всасывающего патрубка насоса. Теоретический предел — около 10.3 м при идеальных условиях, на практике с учетом потерь составляет 7-9 м.
Время самовсасывания: Время, за которое насос эвакуирует воздух из всасывающей линии и выходит на рабочий режим. Зависит от объема всасывающего трубопровода и производительности насоса.
Мощность и тип привода: Электрическая (одно- или трехфазная), бензиновая, дизельная.
Материалы проточной части: Определяют химическую стойкость и долговечность при работе с агрессивными средами.
Допустимый размер твердых частиц: Критичен для насосов, работающих с загрязненными жидкостями.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Самовсасывающие насосы находят широкое применение благодаря автономности запуска:

Водоснабжение: Забор воды из колодцев, скважин (с эжектором), открытых водоемов для хозяйственно-бытовых и технических нужд, полива.
Дренаж и водоотведение: Откачка воды из котлованов, траншей, подвалов, дренажных коллекторов.
Пожаротушение: В составе мотопомп и переносных пожарных установок для быстрого забора воды из любых доступных источников.
Орошение и ирригация: Подача воды из каналов, озер и резервуаров в оросительные системы.
Промышленность: Перекачка химических реагентов, топлива, технологических жидкостей, где возможны срывы всасывания.
Судоходство: Откачка балластных и трюмных вод.

Сравнение с другими типами насосов

Параметр	Самовсасывающий центробежный насос	Нормальновсасывающий центробежный насос	Вихревой самовсасывающий насос	Поверхностный насос с внешним эжектором
Макс. высота всасывания	7-9 м	7-9 м (только при предварительном заполнении)	4-7 м	До 25-40 м
Работа с загрязненной средой	Ограниченно (зависит от конструкции колеса)	Ограниченно	Хорошо (колесо Vortex)	Плохо (чувствителен к загрязнениям)
КПД	Средний-высокий	Высокий	Низкий	Низкий
Стоимость	Средняя	Низкая-средняя	Средняя	Средняя
Основное преимущество	Автономность запуска, надежность	Высокий КПД, простота	Самовсасывание + работа с грязной водой	Большая глубина всасывания

Монтаж, эксплуатация и устранение неисправностей

Правила монтажа: Насос должен быть установлен на ровном, жестком основании вблизи источника. Всасывающий трубопровод должен иметь минимальную длину, диаметр не меньше патрубка насоса, и уклон в сторону источника (без провисов и «горбов», где может скапливаться воздух). Обязательна установка обратного клапана с фильтром на конце всасывающей трубы. Все соединения должны быть герметичны.

Эксплуатация: Перед первым пуском необходимо заполнить корпус насоса перекачиваемой жидкостью через заливное отверстие. Регулярный контроль за состоянием уплотнения вала, уровнем вибрации и шума. Запрещен «сухой ход» после выхода на режим, так как он приводит к перегреву и износу рабочих поверхностей.

Типовые неисправности и их причины:

Насос не создает давление/не качает после запуска: Недостаточное количество заливной жидкости; утечка воздуха во всасывающем трубопроводе или через уплотнения; засорение обратного клапана или фильтра; износ рабочего колеса или уплотнительных зазоров.
Насос качает с перебоями или низкой производительностью: Подсос воздуха; кавитация из-за слишком высокой высоты всасывания или зауженного трубопровода; частичное засорение проточной части.
Чрезмерный шум или вибрация: Кавитация; износ подшипников; разбалансировка рабочего колеса; механическое касание вращающихся частей о корпус.
Перегрев двигателя: Работа в режиме «сухого хода»; повышенное давление нагнетания, не соответствующее характеристикам насоса; неисправность в электрической части двигателя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какова максимальная теоретическая и практическая высота всасывания?

Теоретический предел при идеальном вакууме и температуре воды 20°C составляет около 10.3 метра. На практике, из-за гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе, парового давления жидкости и неидеальности уплотнений, эффективная высота самовсасывания редко превышает 7-8 метров. Для конкретной модели это значение указано в техническом паспорте.

2. Можно ли использовать самовсасывающий насос в качестве стационарного скважинного?

Нет, для скважин с глубиной зеркала воды более 8 метров предназначены погружные скважинные насосы. Самовсасывающий поверхностный насос может работать со скважиной только в комплекте с выносным эжектором, что значительно снижает КПД и увеличивает сложность системы. Это оправдано лишь для малых дебитов и больших глубин.

3. Почему насос теряет самовсасывающую способность со временем?

Основные причины: увеличение зазоров между рабочим колесом и корпусом вследствие износа или абразивного воздействия; потеря герметичности всасывающей магистрали или уплотнения вала; износ или загрязнение обратного клапана, препятствующее удержанию жидкости в корпусе; снижение оборотов двигателя.

4. Как правильно подобрать диаметр всасывающего трубопровода?

Диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше диаметра всасывающего патрубка насоса. Часто рекомендуется выбирать диаметр на один типоразмер больше для снижения гидравлических потерь, особенно при длине трубопровода более 10 метров или высокой требуемой подаче. Использование зауженного трубопровода приводит к кавитации, потере производительности и преждевременному износу.

5. В чем разница между самовсасывающим насосом и насосной станцией?

Насосная станция — это комплексное устройство, в состав которого, как правило, входит самовсасывающий насос, гидроаккумулятор (мембранный бак), реле давления и манометр, смонтированные на общей раме. Насосная станция предназначена для автоматического поддержания давления в системе водоснабжения. Обычный самовсасывающий насос требует отдельной установки элементов автоматики.

6. Как бороться с кавитацией в самовсасывающем насосе?

Меры по предотвращению кавитации: уменьшение высоты всасывания (по возможности); увеличение диаметра и сокращение длины всасывающего трубопровода; устранение местных сопротивлений (колен, фильтров грубой очистки) на всасывании; обеспечение температуры перекачиваемой жидкости ниже расчетной; использование насоса с кавитационно-стойкими материалами рабочего колеса. Признак кавитации — характерный шум, похожий на поток гравия внутри насоса.

7. Требуется ли техническое обслуживание и как часто?

Да, требуется. Периодичность зависит от интенсивности работы и условий эксплуатации. Стандартное обслуживание включает: визуальную проверку герметичности соединений; контроль состояния механического уплотнения или подтяжку сальника; очистку фильтра и обратного клапана; проверку давления в воздушной полости гидроаккумулятора (для станций); смазку подшипников (если предусмотрено конструкцией). Регламент указан в инструкции производителя.

Заключение

Самовсасывающие насосы представляют собой надежное и эффективное решение для задач, связанных с необходимостью самостоятельного удаления воздуха из системы и стабильной работы с возможными срывами всасывания. Правильный выбор модели на основе анализа технических характеристик, условий эксплуатации и свойств перекачиваемой среды, а также грамотный монтаж и соблюдение правил технического обслуживания являются залогом долговечной и безотказной работы агрегата. Понимание принципа действия и конструктивных особенностей позволяет эксплуатировать данный тип насосов с максимальной эффективностью и оперативно устранять возникающие неисправности.

Самовсасывающие насосы