Принцип роботи і пристрій циркуляційного насоса

Насосне обладнання займає важливе місце в організації систем водопостачання та опалення. На базовому рівні за допомогою такої техніки забезпечується перекачування рідини від джерела до місця споживання. Однак по мірі оптимізації і раціоналізації процесів транспортування рідинних середовищ була виділена завдання саме підтримання достатньої швидкості руху в контурі доставки. На її виконання і орієнтується пристрій циркуляційного насоса, що базується на електромоторі з ротором.

Конструкція агрегату

Корпус переважно виготовляється на моноблочної основі, завдяки якій підвищується ступінь герметичності, але також знижуються можливості для виконання ремонтних заходів. Робота гідравлічної інфраструктури забезпечується електричним двигуном з висновком для підключення до мережі (деякі конструкції допускають двосторонній підведення кабелю). До речі, в сучасному пристрої циркуляційного водяного насоса передбачається широкий спектр засобів електротехнічної захисту, в числі яких адаптери навантаження з регулюванням частоти обертання, запобіжний блок і система автоматичного вимкнення.


Також пристрій основи насоса входить статор, робоче колесо, вал, фланцеві компоненти, клемна коробка, патрубки для підключення підводних комунікацій і т. д. Це робоча група, на якій грунтується більшість насосів, призначених для систем опалення. Окрему увагу варто приділити допоміжним пристроїв циркуляційного насоса. Ремонтні операції, як правило, пов'язані з їх заміною. Зокрема, це стосується ущільнювальних підкладок, наполегливих підшипників, пробок і матеріалів ізоляції. У даних елементів різний експлуатаційний ресурс, але через певні тимчасові інтервали вони деформуються або зношуються, вимагаючи поновлення. Багато в надійності циркуляційного насоса і його компонентів залежить від якості матеріалів виготовлення. Корпус частіше виконується з чавуну або сталевого сплаву, хоча в деяких моделях заради зниження ваги застосовується високоміцний пластик. Фурнітурні елементи виготовляють з композитів, гуми (синтетичний каучук), термопластів і штампованого алюмінію. В останніх версіях насосів спостерігається відмова від металевих тертьових елементів на користь керамічних. Дане рішення позначається на ціннику в бік підвищення, однак збільшує ресурс того ж підшипника.

Загальний принцип роботи обладнання

Функція циркуляційних насосів відрізняється тим, що вони не беруть участь безпосередньо в операціях забору і віддачі води. Принаймні, традиційне пристрій циркуляційного насоса для опалення розраховується на підтримання достатньої швидкості руху води в контурі за рахунок впливу робочого колеса. У точці установки агрегату рідина виходить під більш високим тиском, що і позначається на швидкості потоку. Іншими словами, швидкісний режим на підході до робочого колеса насоса перетвориться за рахунок підвищення тиску, що, як мінімум, забезпечує постійний рух теплоносія. Вже було зазначено, що системи опалення є цільовими об'єктами застосування циркуляційного насоса. Але чи можна використовувати їх у системі водопостачання? Як і в опалювальному контурі, таке обладнання цілком може виконувати роль стабілізатора тиску і швидкості руху потоку. Однак важливо враховувати, що функції контролю тиску в системах опалення та водопостачання розрізняються за навантаженням. Якщо у першому випадку потрібно лише підтримувати рух потоку, то повноцінна подача води, наприклад, на другий поверх потребує значно більше ресурсів, на які не розраховується принцип роботи циркуляційного насоса. Пристрій деяких моделей допускає підключення розширювального бака (гідробак), наявність якого може збільшувати напірну потужність, але з завданнями саме водопостачання краще справляються відцентрові самоусмоктувальні насоси.
І навпаки, не кожен поверхневий насос з групи відцентрових може бути інтегрований в систему опалення. Справа в тому, що середовище теплоносія відрізняється не тільки високою температурою до 110 °С, але й наявністю в складі сумішей антифризу. Для обслуговування таких середовищ повинні бути спочатку використані спеціальні термостійкі труби системи опалення та насоси з прийнятними характеристиками внутрішніх поверхонь, якими відрізняються циркуляційні установки.

Робота моделей з «мокрим» ротором

В даному випадку місце ротора знаходиться в зоні внутрішнього протоку теплоносія, тобто елемент розташований у прямому контакті з обслуговується середовищем. Ключовим експлуатаційним ефектом даної конфігурації є непряма мастило рідиною, яку переносить агрегат. Цим обумовлюється оптимізоване пристрій циркуляційного насоса з «мокрим» ротором, в якому відсутня спеціальна інфраструктура для змащення тертьових частин двигуна. Із зовнішніх факторів застосування такого обладнання можна відзначити низький рівень шуму і легкість техобслуговування.
Однак спрощення конструкції насоса має і зворотні сторони експлуатації. Наприклад, виробники встановлюють жорсткі вимоги щодо розміщення насоса. Його корпус повинен бути розміщений так, щоб ротор займав строго горизонтальне положення, інакше обладнання вийде з ладу. Також в силу чутливості начинки до забруднень улаштування «мокрого» циркуляційного насоса в деяких версіях передбачає впровадження фільтра очищення на вхідному патрубку. Пов'язано це з тим, що змащувальний теплоносій може містити дрібні тверді включення, які негативно позначаються на стані того ж ротора при тривалій експлуатації. З цього випливає й інший негативний фактор – зниження продуктивності до 40%. З цієї причини моделі з «мокрим» ротором використовуються тільки в мережах з невеликою кількістю коротких розгалужень.

Робота моделей з «сухим» ротором

У даній конфігурації ротор насоса ізолюється від протоку теплоносія за допомогою ущільнювачів і сальникових елементів. Завдання змащення рухомих деталей при цьому вирішується в окремому порядку з допомогою технічних масел. Але також існують різні варіації пристрою і принципу роботи циркуляційного насоса з «сухим» ротором:

Консольні моделі. Передбачається поділ електродвигуна і його робочої інфраструктури за рахунок спеціальної муфти. Обидві частини знаходяться в різних блоках, але на одному рівні, що виключає можливість їх непараллельного взаємодії.

Моноблочні конструкції. Також двигун відокремлюється від робочої частини, проте всі розміщується в одному блоці, що полегшує установку і техобслуговування насоса.

Конфігурація Inline. По суті, модифікація консольної системи, але з поліпшеною реалізацією з'єднує оснастки. Для цього застосовується не тільки муфта, але і комплекс ущільнювальних кілець, виконаних з кераміки або сталі. За допомогою цих кілець забезпечується висока ступінь герметичності водонесущей частині, що підвищує надійність роботи агрегату. Крім того, пристрій циркуляційного насоса в конфігурації Inline припускає лінійне розміщення jud і приносить патрубків. Для порівняння, інші версії моделей з «сухим» ротором характеризуються радіальним або циркулярним розміщенням патрубків для комунікаційного забезпечення.

В цілому ж ізоляція ротора від теплоносія дає позитивний ефект з точки зору продуктивності (ККД понад 70%), тому таку техніку часто застосовують в обслуговуванні довгих опалювальних мереж з високою пропускною здатністю. Це оптимальне рішення для промислових об'єктів, але в побутовій сфері досить клопітка і некомфортне з точки зору обслуговування.

Експлуатаційні характеристики

В першу чергу при оцінці характеристик циркуляційного насоса слід переконатися, що він в принципі придатний до роботи з цільовою рідинним середовищем в конкретному температурному режимі. Як вже говорилося, таке обладнання не витримує від 90 до 110 °З. Далі можна перейти до конструкційних параметрами, головним з яких крім габаритів та конфігурації розміщення двигуна буде діаметр різьбового з'єднання. Наприклад, пристрій циркуляційного насоса Grundfos UPS-25/40 допускає можливість підключення до труб з діаметром зовнішньої різьби 25 мм. Друга цифра в маркуванні данської агрегату вказує на силу напору. У числовому вираженні це 40 дм або 4 м водяного стовпа, який може підтримуватися при максимальному завантаженні потужностей. Знову ж таки, не варто розглядати це значення як основний робочий параметр, який дозволить доставити воду на задану висоту. Це не більш ніж рівень підйому в рамках опалювальної циркуляційної мережі. До порівняння, підвищувальні напірні моделі для систем водопостачання здатні в нормальному робочому режимі піднімати рідину на 12-15 м. В рамках обслуговування опалювальних контурів також можуть застосовуватися насоси з діаметром вхідного патрубка на 32 мм і напірним тиском близько 60 дм. Для простоти розрахунків по необхідної потужності виробники насосів спеціально вказують і швидкість руху теплоносія. Ця величина прямо залежить від силового потенціалу двигуна і розмірів патрубка. Зазвичай 1 кВт прирівнюється до 006 м 3 /ч. Альтернативна система розрахунку пропонує відштовхуватися від того, що, якщо діаметр вихідного отвору в пристрої циркуляційного насоса для опалення становить ті ж 25 мм, то швидкість руху потоку буде досягати 30 л/хв. Але це мала величина, так як більшість сучасних моделей навіть побутового сегмента досягає в показнику продуктивності 170-180 л/хв. Баланс між конструкційної пропускною здатністю і потужністю двигуна забезпечується функцією регулювання обертання вала. Моделі з такою можливістю дозволяють виконувати ступеневе перемикання від 2 до 4 швидкостей.

Електротехніка насоса

Зазвичай в якості силового агрегату застосовуються асинхронні електродвигуни, що підключаються до мережі з напругою 220 В. Середня сила струму становить 012-018 А. Основа для підключень являє собою комплекс з клемного короба, перемикача частоти і кабельних з'єднань. У пристрої циркуляційних насосів Wilo з лінійки Star-RS також передбачає відведення конденсату та двостороннє підключення кабелів з системою захисту від струмів блокування. Але далеко не завжди вдається на базі самого насоса реалізувати повний спектр пристроїв для електротехнічної захисту. Тому суттєву роль в організації системи енергопостачання будуть грати і зовнішні апарати. Як мінімум слід передбачити стабілізатор напруги і систему захисту від коротких замикань – зрозуміло, не можна ігнорувати вимоги до заземлення. Що ще важливо, в мережах з періодичним відключенням енергії буде не зайвим продумати питання забезпечення резервного живлення циркуляційного насоса. Пристрої для рішення таких завдань представлені в широкому асортименті – від зовнішніх акумуляторів (АКБ) до автономних генераторів. Вибір конкретного обладнання залежить від умов і режимів експлуатації насоса. Якщо мова йде про приватний будинок, де енергопостачання припиняється у виняткових випадках, то можна вибрати АКБ відповідного об'єму з регулярною підтримкою енергоресурсу. Але в умовах гострого дефіциту електроенергії на віддалених об'єктах краще застосувати генераторний блок на бензині або солярці з системою автозапуску. До речі, робота малопотужних насосів до 30 Вт протягом пари днів може підтримуватися і автомобільними акумуляторами, але такий параметр слід використовувати лише у крайніх випадках.

Монтаж насоса

До моменту проведення установки повинно бути підготовлено і місце експлуатації, і сам агрегат. Що стосується першої умови, то повинні бути готові до підключення труби з запірними кранами перед точками з'єднання для перекриття води. Насос, в свою чергу, повинен бути ретельно промитий і перевірений на предмет цілісності конструкції. Врізання здійснюється з допомогою муфти та контргайки з ущільнювальними матеріалами. Для підвищення надійності регуляційного контуру в монтажному пристрої циркуляційного насоса іноді передбачають байпас. Це обхідник на контурі розміщення обладнання, який представляє собою відрізок трубопроводу, що йде паралельно відповідальної технологічній зоні і виконує функцію резервного маршруту доставки теплоносія. На цьому ж відрізку можна встановити і додаткову функціональну оснастку кшталт фільтрів, систем опалення та просто запірної арматури.

Технічне обслуговування

В режимі інтенсивної експлуатації перевірку стану робочої частини та підключення насоса рекомендується проводити щомісяця. Комплексні роботи з технічного обслуговування виконуються до і після опалювального сезону разом з обпресуванням водопровідної системи. Серед основних заходів з обслуговування насоса варто виділити наступні:

Перевірка техніко-конструкційного стану обладнання.

Заміна зношених елементів при необхідності. Як вже зазначалося, у пристрої циркуляційного насоса є деталі з обмеженим ресурсом, встановленими виробником. Наприклад, ущільнювачі і муфти в середньому служать 1-15 року, після чого їх слід замінювати.

Очищення поверхонь корпусу і функціональних частин від забруднень.

Перевірка роботи двигуна – необхідно проконтролювати його здатність до підтримання силового навантаження, рівень шуму і вібрацій.

Особливу увагу слід приділити герметичності конструкції і сполучних вузлів.

Перевірка електротехнічної інфраструктури та якості з'єднань з підключеними до насоса пристроями.

Можливі поломки і ремонт

В процесі експлуатації обладнання можна зіткнутися з наступними технічними проблемами:

Агрегат не запускається. Серед можливих причин може бути порушення електричного з'єднання або несправність конденсатора. Якщо у пристрої циркуляційного насоса передбачений «мокрий» ротор, то в результаті його забруднення домішками теплоносія цілком може виникнути блокування двигуна. Відповідно, потрібно загальна ревізія електротехнічної системи з комунікаціями, перевірка конденсатора і очищення ротора.

Насос шумить і сильно вібрує. Як правило, подібні проблеми пов'язані з великою витратою води, що не відповідає потужності обладнання. Також не виключено повітря в системі опалювального контуру. Повітря з системи повинен виводитися регулярно, для чого використовується автоматичний воздуховодчик.

Агрегат включається і відразу відключається. Поширена проблема, частіше зустрічається у моделей з консольним пристроєм. Ремонт циркуляційного насоса для опалення в даному випадку зводиться до відновлення герметичності конструкції на ділянці сполучення робочих блоків. В зоні між сорочкою статора і ротором також слід виконати очищення від вапняного нальоту при його наявності.

Висновок

Циркуляція теплоносія може бути організована і без підтримки насосного обладнання в природному режимі руху. Такі схеми застосовуються в приватних будинках, але високою продуктивністю, з точки зору тепловіддачі, не відрізняються. У той же час, приміром, пристрій циркуляційного насоса «Грундфос» передбачає можливість підключення бойлерного обладнання, що виводить функцію агрегату далеко за межі однієї лише регулювання потоків системи опалення. З'являються нові можливості забезпечення системи ГВП, але в рамках техніко-експлуатаційного потенціалу застосовуваного устаткування. Можливі схеми суміщення опалювального контуру з системою кондиціонування, в якій буде задіюватися циркуляційний насос, однак подібні конфігурації вимагають ретельного розрахунку на етапі проектування.