Как работает погружной насос: устройство и принцип действия

Погружной насос выглядит просто: цилиндрический корпус, кабель и патрубок. Но именно из его внутренней компоновки следуют все правила эксплуатации — от требования держать агрегат в воде до запрета поднимать его за кабель. Если представлять, что происходит внутри, диагностика перестаёт быть гаданием. По характеру звука, нагреву и падению подачи можно точно сказать, какой узел страдает. Подробнее о том, как скорость воды превращается в напор, — в статье об улитке насоса.

Из чего состоит погружной насос

Конструктивно агрегат делится на две части — гидравлическую и электрическую, разделённые уплотнительным узлом. В гидравлической части находятся всасывающее отверстие с решёткой или сеткой, рабочее колесо и корпус-улитка, переходящий в напорный патрубок. В электрической — двигатель с обмотками, подшипники и вводной кабель. Всё это заключено в общий герметичный корпус, рассчитанный на постоянное пребывание в жидкости.

Материал проточной части подбирают под среду: для абразивных сред нужен более стойкий материал, для агрессивной химии — нержавеющая сталь. Сравнение вариантов приведено в статье «Материалы проточной части насоса».

Как работает дренажный насос: что происходит при пуске

При подаче питания двигатель раскручивает вал с рабочим колесом. Колесо отбрасывает жидкость от центра к периферии — за счёт центробежной силы у входа возникает разрежение, и вода втягивается через всасывающее отверстие. На периферии колеса жидкость получает скорость. А корпус-улитка преобразует эту скорость в давление и направляет поток в напорный патрубок. Дальше вода идёт по рукаву или трубопроводу к месту сброса. Чем центробежный насос отличается от вибрационного, разобрано в статье о центробежном погружном насосе.

Именно поэтому насос не «толкает» воду абстрактно, а работает в паре с системой: чем длиннее и уже линия, тем большее сопротивление он преодолевает и тем меньше остаётся на подачу. Точка, в которой возможности насоса совпадают с сопротивлением системы, называется рабочей точкой — ей посвящён отдельный материал «Что такое рабочая точка насоса».

Три узла, от которых зависит всё

• Рабочее колесо. Его тип определяет, что насос вообще способен пропустить: открытое, полуоткрытое, закрытое или вихревое колесо ведут себя в загрязнённой воде по-разному. Разбор — в статье «Типы рабочих колёс погружных насосов».
• Уплотнение вала. Барьер между водой и двигателем, обычно двойной, с масляной камерой между ступенями. Его износ — самая частая причина попадания влаги в статор; о замене мы писали в материале «Замена сальника и уплотнений».
• Двигатель и его охлаждение. Тепло обмоток отводится через корпус в окружающую жидкость. Нет жидкости — нет охлаждения, и обмотки перегреваются за минуты. Отсюда все требования к минимальному уровню и к защите, описанные в статье «Защита двигателя насоса от перегрева».

Устройство дренажного насоса: вал, ротор и корпус

Вал — стальная ось, на которой сидят ротор двигателя и рабочее колесо. Он передаёт вращение от двигателя к гидравлике и опирается на подшипники. Ротор — вращающаяся часть электродвигателя внутри статора: магнитное поле статора заставляет его вращаться вместе с валом. Корпус объединяет двигательную часть и гидравлику: у погружного насоса он герметичен, отводит тепло двигателя в окружающую воду и выдерживает давление столба воды. Износ подшипников вала — одна из главных причин шума и вибрации, подробнее — в статье о замене подшипников насоса. Обмотку, термозащиту и кабельный ввод разбирает статья об электродвигателе погружного насоса.

Почему нельзя работать «на сухую»

Погружной насос охлаждается перекачиваемой жидкостью — это принципиальное отличие от поверхностных агрегатов. Как только уровень падает ниже допустимого, теплоотвод прекращается: температура обмоток растёт стремительно, изоляция деградирует. А уплотнение, оставшееся без смазки, начинает работать всухую и выходит из строя. Последствия и способы защиты подробно разобраны в материале «Сухой ход насоса».

Вторая причина держать насос в жидкости — гидравлическая. При подсосе воздуха поток становится прерывистым, подача падает, а в проточной части возникают удары. Близкое по природе явление — кавитация, когда из-за падения давления в жидкости образуются и схлопываются пузырьки, разрушающие поверхность колеса. Об этом статья «Что такое кавитация».

Как устройство объясняет типовые неисправности

Более развёрнутый разбор причин — в статьях «Почему насос не качает воду» и «Частые поломки погружных насосов».

Что следует из принципа работы на практике

Из конструкции вытекают вполне бытовые правила. Насос нельзя опускать и поднимать за кабель — ввод не рассчитан на вес агрегата, и нарушение герметичности ввода означает попадание воды в двигатель. Не стоит ставить агрегат прямо на илистое дно: он засосёт осадок и будет работать на абразиве. Нельзя пережимать напорную линию надолго — насос продолжит вращаться, вода в корпусе будет греться, а нагрузка на двигатель вырастет.

И наоборот, соблюдение нескольких простых условий заметно продлевает ресурс: устойчивое основание, контроль уровня, промывка после работы с грязной средой, корректно подобранное сечение кабеля — об этом материал «Кабель насоса: длина и сечение». Полный регламент собран в статье «Обслуживание дренажного насоса».

Принцип работы погружного насоса: цикл целиком

Если свести принцип работы к последовательности, цикл выглядит так. Насос опускают в жидкость — и на этом подготовка заканчивается: заливать его перед пуском не нужно, потому что рабочая полость уже заполнена средой. При включении колесо разгоняет жидкость от центра к периферии. И она выталкивается в напорный патрубок; на её место через входную решётку поступает следующая порция.

Одновременно с перекачкой идёт второй процесс — охлаждение. Жидкость обтекает корпус двигателя (а у машин с рубашкой прогоняется по каналу вокруг него) и уносит тепло. Именно поэтому принцип работы погружного насоса накладывает жёсткое условие. Без среды он не может работать в принципе — «Сухой ход насоса», «Рубашка охлаждения насоса».

Остановка происходит либо по команде оператора, либо по уровню — от поплавка или датчиков в шкафу управления: «Насос с поплавком». В этом ключевое отличие от поверхностных машин: те тянут воду через всасывающую линию и требуют заливки, а погружной толкает её, находясь внутри среды, — «Погружной или поверхностный насос», «Насос сухой установки или погружной».

Устройство дренажного насоса: чем он отличается от скважинного и фекального

Устройство дренажного насоса подчинено одной задаче: откачать много воды с песком и илом на небольшую высоту. Поэтому у него одно рабочее колесо, крупная входная сетка и корпус, рассчитанный на загрязнённую среду. Скважинный и фекальный насосы решают другие задачи и устроены иначе.

Размер ячейки сетки показывает, что насос пропустит. Например, у Grindex Minex это 7,5 мм, у Minor и Major — 10 мм, у Grindex Master в исполнениях N и H — 12 мм. Всё, что крупнее, остаётся снаружи. Однако для воды с камнями и густым осадком нужна уже другая машина — см. «Дренажный или грязевой насос» и «Дренажный или фекальный насос».

Схема управления тоже входит в устройство дренажного насоса и зависит от класса. Компактные машины часто работают от поплавка на кабеле, а промышленные обычно включают по уровню из шкафа управления — «Насос с поплавком», «Шкаф управления насосом». Все виды и их назначение собраны в статье о видах погружных насосов.

Частые вопросы

Чем погружной насос отличается от поверхностного? Местом установки и способом охлаждения: погружной работает в жидкости и ею же охлаждается, поверхностный стоит рядом и всасывает воду через шланг. Подробное сравнение — в статье «Погружной или поверхностный насос».

Почему насос не может откачать «в ноль»? Всасывающее отверстие находится на некоторой высоте от опоры, поэтому часть жидкости всегда остаётся. Величина зависит от конструкции — см. «Остаточный уровень откачки».

Насколько важна степень защиты IP? Для погружного агрегата это базовое требование к герметичности корпуса. Что означают цифры, объясняет материал «Степень защиты IP у насосов».

Можно ли поднять подачу, поставив шланг потоньше? Нет, эффект обратный: узкая линия увеличивает сопротивление, насос смещается по характеристике, и подача падает.

Вывод: устройство дренажного насоса сводится к трём узлам. Погружной насос — это центробежная гидравлика плюс двигатель, охлаждаемый перекачиваемой средой, разделённые уплотнением. Три этих узла объясняют и правила эксплуатации, и почти все отказы. Если подбираете агрегат под конкретную задачу, начните с обзора дренажной серии Grindex — или напишите нам, поможем с расчётом.

Производитель оборудования — шведская компания Grindex.