Принцип работы и устройство циркуляционного насоса

Насосное оборудование занимает важное место в организации систем водоснабжения и отопления. На базовом уровне с помощью такой техники обеспечивается перекачивание жидкости от источника к месту потребления. Однако по мере оптимизации и рационализации процессов транспортировки жидкостных сред была выделена задача именно поддержания достаточной скорости движения в контуре доставки. На ее исполнение и ориентируется устройство циркуляционного насоса, базирующееся на электромоторе с ротором.

Конструкция агрегата

Корпус преимущественно изготавливается на моноблочной основе, благодаря которой повышается степень герметичности, но также снижаются возможности для выполнения ремонтных мероприятий. Работа гидравлической инфраструктуры обеспечивается электрическим двигателем с выводом для подключения к сети (некоторые конструкции допускают двусторонний подвод кабеля). К слову, в современном устройстве циркуляционного водяного насоса предусматривается широкий спектр средств электротехнической защиты, в числе которых адаптеры нагрузки с регулировкой частоты вращения, предохранительный блок и система автоотключения.

Также в устройство основы насоса входит статор, рабочее колесо, вал, фланцевые компоненты, клеммная коробка, патрубки для подключения подводных коммуникаций и т. д. Это рабочая группа, на которой основывается большинство насосов, предназначенных для систем отопления. Отдельное внимание стоит уделить вспомогательным устройствам циркуляционного насоса. Ремонтные операции, как правило, и связаны с их заменой. В частности, это касается уплотнительных подкладок, упорных подшипников, пробок и материалов изоляции. У данных элементов разный эксплуатационный ресурс, но через определенные временные интервалы они деформируются или изнашиваются, требуя обновления.

Многое в надежности циркуляционного насоса и его компонентов зависит от качества материалов изготовления. Корпус чаще выполняется из чугуна или стального сплава, хотя в некоторых моделях ради снижения веса применяется высокопрочный пластик. Фурнитурные элементы изготавливают из композитов, резины (синтетический каучук), термопластов и штампованного алюминия. В последних версиях насосов наблюдается отказ от металлических трущихся элементов в пользу керамических. Данное решение сказывается на ценнике в сторону повышения, однако увеличивает ресурс того же подшипника.

Общий принцип работы оборудования

Функция циркуляционных насосов отличается тем, что они не участвуют непосредственно в операциях забора и отдачи воды. По крайней мере, традиционное устройство циркуляционного насоса для отопления рассчитывается на поддержание достаточной скорости движения воды в контуре за счет воздействия рабочего колеса. В точке установки агрегата жидкость выходит под более высоким давлением, что и сказывается на скорости потока. Иными словами, скоростной режим на подходе к рабочему колесу насоса преобразуется за счет повышения давления, что, как минимум, обеспечивает постоянное движение теплоносителя.

Уже было отмечено, что системы отопления являются целевыми объектами применения циркуляционного насоса. Но можно ли использовать их в системе водоснабжения? Как и в отопительном контуре, такое оборудование вполне может выполнять роль стабилизатора давления и скорости движения потока. Однако важно учитывать, что функции контроля давления в системах отопления и водоснабжения различаются по нагрузкам. Если в первом случае требуется лишь поддерживать движение потока, то полноценная подача воды, к примеру, на второй этаж требует гораздо больше ресурсов, на которые не рассчитывается принцип работы циркуляционного насоса. Устройство некоторых моделей допускает подключение расширительного бака (гидробак), наличие которого может увеличивать напорную мощность, но с задачами именно водоснабжения лучше справляются центробежные самовсасывающие насосы.

И напротив, не каждый поверхностный насос из группы центробежных может быть интегрирован в систему отопления. Дело в том, что среда теплоносителя отличается не только высокой температурой до 110 °С, но и наличием в составе смесей антифриза. Для обслуживания таких сред должны быть изначально использованы специальные термостойкие трубы в системе отопления и насосы с приемлемыми характеристиками внутренних поверхностей, которыми отличаются циркуляционные установки.

Работа моделей с «мокрым» ротором

В данном случае место ротора находится в зоне внутреннего протока теплоносителя, то есть элемент располагается в прямом контакте с обслуживаемой средой. Ключевым эксплуатационным эффектом данной конфигурации является косвенная смазка жидкостью, которую переносит агрегат. Этим обуславливается оптимизированное устройство циркуляционного насоса с «мокрым» ротором, в котором отсутствует специальная инфраструктура для смазки трущихся частей двигателя. Из внешних факторов применения такого оборудования можно отметить низкий уровень шума и легкость техобслуживания.

Однако упрощение конструкции насоса имеет и обратные стороны эксплуатации. Например, производители устанавливают жесткие требования по размещению насоса. Его корпус должен быть размещен так, чтобы ротор занимал строго горизонтальное положение, иначе оборудование выйдет из строя. Также в силу чувствительности начинки к загрязнениям устройство «мокрого» циркуляционного насоса в некоторых версиях предполагает внедрение фильтра очистки на входящем патрубке. Связано это как раз с тем, что смазочный теплоноситель может содержать мелкие твердые включения, которые негативно сказываются на состоянии того же ротора при длительной эксплуатации. Из этого следует и другой негативный фактор – снижение производительности до 40%. По этой причине модели с «мокрым» ротором используются только в сетях с небольшим количеством коротких разветвлений.

Работа моделей с «сухим» ротором

В данной конфигурации насоса ротор изолируется от протока теплоносителя посредством уплотнителей и сальниковых элементов. Задача смазки движимых деталей при этом решается в отдельном порядке с помощью технических масел. Но также существуют разные вариации устройства и принципа работы циркуляционного насоса с «сухим» ротором:

• Консольные модели. Предполагается разделение электродвигателя и его рабочей инфраструктуры за счет специальной муфты. Обе части находятся в разных блоках, но на одном уровне, что исключает возможность их непараллельного взаимодействия.
• Моноблочные конструкции. Также двигатель отделяется от рабочей части, однако все размещается в одном блоке, что облегчает установку и техобслуживание насоса.
• Конфигурация Inline. По сути, модификация консольной системы, но с улучшенной реализацией соединяющей оснастки. Для этого применяется не только муфта, но и комплекс уплотнительных колец, выполненных из керамики или стали. Посредством этих колец обеспечивается высокая степень герметичности водонесущей части, что повышает надежность работы агрегата. Кроме того, устройство циркуляционного насоса в конфигурации Inline предполагает линейное размещение выносящего и приносящего патрубков. Для сравнения, другие версии моделей с «сухим» ротором характеризуются радиальным или циркулярным размещением патрубков для коммуникационного обеспечения.

В целом же изоляция ротора от теплоносителя дает положительный эффект с точки зрения производительности (КПД более 70%), поэтому такую технику часто применяют в обслуживании длинных отопительных сетей с высокой пропускной способностью. Это оптимальное решение для промышленных объектов, но в бытовой сфере достаточно хлопотное и некомфортное с точки зрения обслуживания.

Эксплуатационные характеристики

В первую очередь при оценке характеристик циркуляционного насоса следует убедиться, что он в принципе пригоден к работе с целевой жидкостной средой в конкретном температурном режиме. Как уже говорилось, такое оборудование выдерживает от 90 до 110 °С. Далее можно перейти к конструкционным параметрам, главным из которых помимо габаритов и конфигурации размещения двигателя будет диаметр резьбового соединения. Например, устройство циркуляционного насоса Grundfos UPS-25/40 допускает возможность подключения к трубам с диаметром внешней резьбы 25 мм. Вторая же цифра в маркировке датского агрегата указывает на силу напора. В числовом выражении это 40 дм или 4 м водяного столба, который может поддерживаться при максимальной загрузке мощностей. Опять же, не стоит рассматривать это значение как основной рабочий параметр, который позволит доставить воду на заданную высоту. Это не более чем уровень подъема в рамках отопительной циркуляционной сети. К сравнению, повысительные напорные модели для систем водоснабжения способны в нормальном рабочем режиме поднимать жидкость на 12-15 м. В рамках обслуживания отопительных контуров также могут применяться насосы с диаметром входного патрубка на 32 мм и напорным давлением порядка 60 дм.

Для простоты расчетов по требуемой мощности производители насосов специально указывают и скорость движения теплоносителя. Эта величина напрямую зависит от силового потенциала двигателя и размеров патрубка. Обычно 1 кВт приравнивается к 0,06 м³/ч. Альтернативная система расчета предлагает отталкиваться от того, что, если диаметр выходного отверстия в устройстве циркуляционного насоса для отопления составляет те же 25 мм, то скорость движения потока будет достигать 30 л/мин. Но это малая величина, так как большинство современных моделей даже бытового сегмента достигает в показателе производительности 170-180 л/мин. Баланс между конструкционной пропускной способностью и мощностью двигателя обеспечивается функцией регулировки вращения вала. Модели с такой возможностью позволяют выполнять ступенчатое переключение от 2 до 4 скоростей.

Электротехника насоса

Обычно в качестве силового агрегата применяются асинхронные электромоторы, подключаемые к сети с напряжением 220 В. Средняя сила тока составляет 0,12-0,18 А. Основа для подключений представляет собой комплекс из клеммного короба, переключателя частоты и кабельных соединений. В устройстве циркуляционных насосов Wilo из линейки Star-RS также предусматривает отвод конденсата и двухстороннее подключение кабелей с системой защиты от токов блокировки.

Но далеко не всегда удается на базе самого насоса реализовать полный спектр устройств для электротехнической защиты. Поэтому существенную роль в организации системы энергоснабжения будут играть и внешние аппараты. Как минимум следует предусмотреть стабилизатор напряжения и систему защиты от коротких замыканий – разумеется, нельзя игнорировать и требования к заземлению. Что еще важно, в сетях с периодическим отключением энергии будет не лишним продумать и вопрос обеспечения резервного питания циркуляционного насоса. Устройства для решения таких задач представлены в широком ассортименте – от внешних аккумуляторов (АКБ) до автономных генераторов. Выбор конкретного оборудования зависит от условий и режимов эксплуатации насоса. Если речь идет о частном доме, где энергоснабжение прекращается в исключительных случаях, то можно выбрать АКБ соответствующего объема с регулярной поддержкой энергоресурса. Но в условиях острого дефицита электроэнергии на удаленных объектах лучше применить генераторный блок на бензине или солярке с системой автозапуска. К слову, работа маломощных насосов до 30 Вт в течение пары дней может поддерживаться и автомобильными аккумуляторами, но такой вариант следует использовать лишь в крайних случаях.

Монтаж насоса

К моменту проведения установки должно быть подготовлено и место эксплуатации, и сам агрегат. Что касается первого условия, то должны быть готовы к подключению трубы с запорными кранами перед точками соединения для перекрытия воды. Насос, в свою очередь, должен быть тщательно промыт и проверен на предмет целостности конструкции. Врезка осуществляется с помощью муфты и контргайки с уплотнительными материалами. Для повышения надежности регуляционного контура в монтажном устройстве циркуляционного насоса иногда предусматривают байпас. Это обходчик на контуре размещения оборудования, который представляет собой отрезок трубопровода, идущий параллельно ответственной технологической зоне и выполняющий функцию резервного маршрута доставки теплоносителя. На этом же отрезке можно установить и дополнительную функциональную оснастку наподобие фильтров, воздухоотводчиков и просто запорной арматуры.

Техническое обслуживание

В режиме интенсивной эксплуатации проверку состояния рабочей части и подключения насоса рекомендуется производить ежемесячно. Комплексные работы по техническому обслуживанию выполняются до и после отопительного сезона вместе с опрессовкой водопроводной системы. Среди основных мероприятий по обслуживанию насоса стоит выделить следующие:

• Проверка технико-конструкционного состояния оборудования.
• Замена изнашиваемых элементов при необходимости. Как уже отмечалось, в устройстве циркуляционного насоса имеются детали с ограниченным ресурсом, установленным производителем. Например, уплотнители и муфты в среднем служат 1-1,5 года, после чего их следует заменять.
• Очистка поверхностей корпуса и функциональных частей от загрязнений.
• Проверка работы двигателя – необходимо проконтролировать его способность к поддержанию силовой нагрузки, уровень шума и вибраций.
• Особое внимание следует уделить герметичности конструкции и соединительным узлам.
• Проверка электротехнической инфраструктуры и качества соединений с подключенными к насосу устройствами.

Возможные поломки и ремонт

В процессе эксплуатации оборудования можно столкнуться со следующими техническими проблемами:

• Агрегат не запускается. Среди возможных причин может быть нарушение электрического соединения или неполадка конденсатора. Если в устройстве циркуляционного насоса предусмотрен «мокрый» ротор, то в результате его загрязнения примесями теплоносителя вполне может возникнуть блокировка двигателя. Соответственно, потребуется общая ревизия электротехнической системы с коммуникациями, проверка конденсатора и очистка ротора.
• Насос шумит и сильно вибрирует. Как правило, подобные проблемы связаны с большим расходом воды, что не соответствует мощности оборудования. Также не исключено завоздушивание отопительного контура. Воздух из системы должен выводиться регулярно, для чего используется автоматический воздуховодчик.
• Агрегат включается и сразу отключается. Распространенная проблема, чаще встречающаяся у моделей с консольным устройством. Ремонт циркуляционного насоса для отопления в данном случае сводится к восстановлению герметичности конструкции на участке сопряжения рабочих блоков. В зоне между рубашкой статора и ротором также следует выполнить очистку от известкового налета при его наличии.

Заключение

Циркуляция теплоносителя может быть организована и без поддержки насосного оборудования в естественном режиме движения. Такие схемы применяются в частных домах, но высокой производительностью, с точки зрения теплоотдачи, не отличаются. В то же время, к примеру, устройство циркуляционного насоса «Грундфос» предусматривает возможность подключения бойлерного оборудования, что выводит функцию агрегата далеко за рамки одной лишь регуляции потоков системы отопления. Появляются новые возможности обеспечения системы ГВС, но в рамках технико-эксплуатационного потенциала применяемого оборудования. Возможны и схемы совмещения отопительного контура с системой кондиционирования, в которой будет задействоваться циркуляционный насос, однако подобные конфигурации требуют тщательного расчета на этапе проектирования.