Принцип работы и устройство насосной станции водоснабжения

Принцип работы и устройство насосной станции водоснабжения

Для организации водоснабжения в частном доме магазины предлагают насосные станции в виде компактного блока из гидробака, блока автоматики и электронасоса. Также можно подобную установку подачи воды собрать из отдельных частей и оборудования. Оба варианта приемлемы, но лучше выбрать готовый комплект с гарантией производителя. Это обойдется дешевле и практичней при дальнейшем обслуживании. По устройству собранная в заводских условиях насосная станция водоснабжения отличается от поверхностного насоса наличием системы управления по значениям давления.

• Поверхностный электронасос.
• Гидроаккумулятор с ниппелем и внутренней резиновой “грушей”.
• Манометр.
• Реле давления.
• Соединительная арматура.

Гидравлический мембранный бак вкупе с центробежным насосом способен поддерживать в водопроводе коттеджа давление в 1,5 атмосфер. Этого вполне достаточно для стабильной работы всей бытовой техники, которая устанавливается в частных домах. Причем большая часть моделей гидроаккумуляторов рассчитана на 4,5 атмосфер максимально возможного давления, чего с избытком хватает даже для коттеджа в два-три этажа.

Автоматическая станция компакта и не требует тяжелого бетонирования площадки под оборудованием. Самый большой ее элемент – это аккумулирующий воду бак. Однако для ее установки требуется отдельное помещение из-за создаваемого при работе гула. Чаще всего всю установку монтируют на первом этаже или в подвале, где удобней всего ее эксплуатировать и обслуживать.

Несколько дорогим, но вполне разумным решением для размещения оборудования может стать кессон, в котором может быть расположен как весь комплекс агрегатов, так и насос с автоматикой без гидробака, установленного в доме. Бюджет вариант расположения станции на даче предполагает устройство отдельного павильона, защищающего агрегат от атмосферного негатива.

Состав и особенности блока управления

В задачу управляющей насосной станцией автоматики входит отслеживание давления в системе и включение/выключение двигателя гидронасоса по мере необходимости. Для этого блок управления включает манометр и реле. Первый контролирует текущее давление, а второе – управляет насосом.

Основные элементы реле – две пружины. Большая настроена на замыкание контура при самом низком давлении в мембранном баке, когда в нем мало воды. А меньшая контролирует максимум давления, размыкая цепь при достижении последнего.

При покупке насосной станции для работы в контурах с вероятностью кратковременной работы без воды необходимо обратить вниманием на наличие устройства контролера потока. Он предназначен для предохранения двигателя от перегрева в случае отсутствия воды в водозаборе. В таких агрегатах блок управления ориентирован не на предельные значения давления, а на понижение потока.

Принцип работы насоса с гидроаккумулятором

Емкость мембранного бака подбирается с учетом объема водопотребления. Семейной паре вполне хватит варианта в 25–40 литров, а для семейства в несколько человек придется подбирать устройство от 100 литров. Баки менее 15 л и вовсе покупать рекомендуется только для сезонного использования на даче. Из-за постоянной подкачки воды мембрана в них быстро изнашивается.

В гидробак в исходном состоянии через ниппель (воздушный клапан) закачан воздух, создающий давление в 1,5 атм. Во время работы в мембрану под давлением закачивается вода, сжимающая воздушный «запас». При открытом кране сжатый воздух выталкивает воду.

Считается, что чем больше емкость, тем дольше прослужит насосное оборудование, потому что численность циклов включения/выключения сократиться. Однако бак большой вместительности стоит немало. По правилам гидробак подбирают на основании расчетов, исходя из указанных производителем значений давления включения и выключения, реального расхода воды при включенных одновременно водозаборных точках.

Резерв жидкости в гидравлическом баке обычно составляет около трети от общего объема емкости. Все оставшееся пространство отдано под сжатый воздух, который нужен для поддержания постоянного напора воды в трубах.

Если гидроаккумулятор в систему водоснабжения встраивается для минимизации связанных с гидроуарами рисков, то бак можно подбирать небольшого размера. В этом случае важен не объем емкости, а наличие мембраны и воздуха за ней. Именно они в случае чего примут на себя удар, сгладив его последствия.

Производительность насоса должна соответствовать объему мембранного бака (для емкости 20–25 л рекомендуется брать гидронасос на 1,5 м3/ч, для 50-ти литров – 2,5 м3/ч, а для резервуара на 100 л – не менее 5 м3/ч).

Работает автоматическая насосная станция в два цикла:

1. Сначала в гидроаккумулятор закачивается вода насосом из водозабора, создавая в нем избыточное давление воздуха.
2. При открытии крана в доме мембранный бак опустошается, после чего автоматика вновь запускает насосное оборудование.

Устройство гидроаккумлятора для насосной станции водоснабжения предельно просто. Он состоит из металлической корпуса и герметичной мембраны, которая разделяет все пространство внутри на две части. В первой из них находится воздух, а во вторую подкачивается вода.

После заполнения гидроаккумулятора реле отключает насос. Открытие крана в умывальнике приводит к тому, что выдавливаемая нажимом воздуха на мембрану вода начинает постепенно перетекает в систему водоснабжения. В какой-то момент бак опустошается до такой степени, что напор ослабевает. После этого опять включается насос, запуская цикл работы насосной станции по новой.

При пустом баке мембранная перегородка сминается и прижимается к фланцу входного патрубка. После включения гидронасоса мембрана расправляется водным давлением, сжимая воздушную часть и повышая в ней давление уже воздуха. Именно это взаимодействие газ-жидкость через изменяющийся барьер и лежит в принципе работы мембранного бака насосной станции.

Какое выбрать насосное оборудование

Насосные станции заводской компоновки идут с поверхностным гидронасосом, часто имеющим внутренний или внешний эжектор. Однако гидроаккумуляторы можно также использовать с погружным насосным оборудованием, но им присваивается несколько иной технический термин «насосная система».

В случае работы в тандеме со станцией мембранные баки могут быть меньше объемом, чем гидробаки для систем с погружными насосами. Это связано с тем, что у погружных насосных агрегатов число допустимых в час включений/выключений меньше, чем у поверхностных насосных машин.

Поверхностные насосы, имеющие внутренний эжектор, имеют серьезные ограничения по глубине водозабора. Они воду способны поднять только с 7–8 метров. Однако они выдают мощный водяной напор на выходе со столбом воды в 40–60 метров (4–6 бар).

Выбор места для станции водоснабжения

Выбирая месторасположение для насосной станции, необходимо ориентироваться на характеристики гидронасоса. Каждые десять метров горизонтальной трубы между источником воды и насосом снижают его всасывающие способности на 1 м. Если предполагается их разнесение на расстояние более десяти метров, то модель насосного агрегата нужно подбирать с повышенной глубиной всасывания.

Автоматическую станцию системы автономного водоснабжения можно расположить:

• на улице в кессоне возле скважины;
• в возведенном специально для насосного оборудования утепленном павильоне;
• в подвале дома.

Стационарный наружный вариант предусматривает обустройство кессона и прокладку от него напорной трубы до коттеджа ниже уровня промерзания грунта. При устройстве круглогодично эксплуатируемого трубопровода прокладка его ниже глубины сезонного промерзания обязательна. При устройстве временных летних магистралей на период проживания на даче трубопровод не заглубляется ниже 40 — 60 см или прокладывается на поверхности.

Если выполнить монтаж станции в цоколе или подвале, то не придется опасаться замерзания насоса зимой. Надо лишь всасывающую трубу проложить ниже границы промерзания грунта, чтобы она не перемерзла в сильные холода. Нередко скважину бурят прямо в доме, тогда существенно сокращается протяженность трубопровода. Но не в каждом коттедже подобное бурение возможно.

Установка насосных станций водоснабжения в отдельной постройке возможно только в случае эксплуатации оборудования в период положительных температур. Однако для районов с очень низкими зимними температурами такой вариант, предназначенный для функционирования круглый год, необходимо утеплять или устраивать систему отопления. Лучше сразу монтировать насосную станцию прямо в обогреваемом доме.

Возможные неполадки в работе установки

Если насос слишком часто включается и тут же отключается, то необходимо немедленно проверить давление воздуха в гидроаккумуляторе. При заниженных показателях надо будет оный подкачать. Но устранить проблему таким способом получится только в том случае, если мембрана и корпус бака не повреждены. Здесь уже поможет только обращение в сервисный центр к ремонтникам.

При появлении водных капель на ниппеле воздушного клапана гидроаккумулятор надо немедленно отсоединить от водопроводной системы. Это прямой признак повреждения мембраны. Без ее замены в подобной ситуации не обойтись. Воздух в водопроводную систему частного дома через мембранный бак поступать не должен.

Если насос вовсе не хочет включаться, то стоит посмотреть на регулировку реле давление. Бывают случаи, когда оно настроено на слишком высокое давление. Но возможен и вариант с попаданием воздуха во всасывающий шланг, что приводит к срабатыванию защиты от сухого хода.

В чем достоинства насосной установки с гидробаком

Насосный агрегат является неотъемлемой частью автономной системы водоснабжения. Он обеспечивает подачу воды из скважины либо колодца, водораздача которой дальше по коттеджу осуществляется за счет работы самого насоса, использования водонапорного бака либо применения гидроаккумулятора.

Гидропневматическая водоподъемная установка и водонапорная емкость предназначены для поддержания постоянного давления во внутридомовой системе водоснабжения.

Использование при раздаче воды по коттеджу только одного насоса сопряжено с множеством проблем. При такой компоновке автономного водоснабжения насосное оборудование вынуждено постоянно включаться/выключаться, из-за чего его срок службы резко сокращается. А в ситуации с отключением электроснабжения жилище вовсе остается без воды.

Чтобы уменьшить износ насосов и обезопасить дом на случай аварий на электрических сетях, в систему водоснабжения дома включается дополнительный накопитель. Это может быть водонапорный бак на чердаке, из которого вода до сантехнических приборов течет самотеком, либо поддерживающий напор в сети искусственным путем гидроаккумулятор (он же мембранный бак или гидробак).

В обоих случаях насос включается для формирования запаса воды в емкости. Только во втором случае запас создается в автоматическом режиме системой управления по параметрам давления. При этом, накопительный бачок позволяет создать резерв воды на случай отключения электропитания, а система с гидробаком без электроэнергии не будет работать вообще. Однако накопитель в наполненном состоянии отличается немалым весом и при установке в пределах чердака требует укрепления перекрытия и теплоизоляции.

Вариант с мембранным баком более удобен и практичен. Принцип работы системы водоснабжения с такой насосной станцией основан на искусственном поддержании водного напора в трубах. Сам насос, качающий воду из водозабора, включается только для заполнения емкости. Далее ее подача в систему осуществляется при помощи сжатого воздуха.

В отличие от варианта с расширительным баком гидропневматическая установка более компактна. Плюс использование гидроаккумулятора мембранного типа гарантирует отсутствие гидравлических ударов в сети и постоянный напор в трубах водопровода, а также упрощает обслуживание системы водообеспечения потребителей в частном доме.

Единственный недостаток насосных станций с гидроаккумулятором – это энергозависимость. Аккумулирующий воду бак часто имеет небольшие размеры в 25–50 литров. Насосу для его заполнения приходится включаться часто, а при отключении света резерва воды хватает не слишком надолго. Для того чтобы исключить подобные ситуации желательно запастись автономным генератором.

Как устроено и работает реле

Реле – необходимая деталь, которая идет в комплекте с насосной станцией. Она учитывает объем наполнения гидроаккумулятора водой, а также активирует либо же отключает сам насос. Если в резервуаре совершенно нет жидкости, устройство включает систему, и он заполняется. Когда вода достигает необходимой отметки – автоматика отключает помпу. Таким образом в водопроводе постоянно поддерживается определенный напор. Система функционирует автоматически – участие человека не требуется.

Устройство реле давления насосной станции:

• корпус;
• две пружины с двумя регулируемыми гайками (с ними и взаимодействуют, если нужна настройка);
• фланец подсоединения к тройнику в системе;
• мембрана;
• контактная пластина;
• клеммы питания и заземления.

Пружины – детали, с которыми взаимодействуют для выставления границ, когда насос будет активироваться, а когда выключаться. С большой работают, если нужно отрегулировать нижний порог срабатывания, с маленькой – если необходимо установить максимальную границу, по достижении которой система отключиться самостоятельно.

Без такой автоматики все эти процессы нужно было бы постоянно проводить вручную. А это неудобно и отнимало бы много времени. Поэтому реле давления – необходимое устройство, которое будет контролировать напор в водопроводе.

• в своем первоначальном положении большая пружина на реле давит на пластину. В результате контакты смыкаются;
• включается электродвигатель;
• когда будет достигнут верхний порог давления – пластина поднимется с одновременным нажимом мембраны и маленькой пружины;
• цепь размыкается и устройство отключается;
• расходуется жидкость в баке, вследствие чего постепенно снижается давление и сжимается мембрана;
• пластина вновь активирует цепь и насос снова начинает работать.

Такой цикл повторяется постоянно.

Как действует давление в системе?

От источника в резервуар поступает жидкость, которая при необходимости отправляется к потребителю. В момент, когда человек пользуется водным ресурсом, плавно снижается давление в системе. Если расход воды достиг нижнего порога, то вступает в ход насос, который организует прямой водозабор из источника. Когда закрыты все краны, агрегат все еще продолжает трудиться, чтобы наполнить гидроаккумулятор воды для следующего пользования. Во время этого процесса давление поступательно набирает высоту и приходит в норму.

Чтобы знать, какое давление в насосной станции возникает при тех или иных процессах, необходимо запомнить следующее:

• давление включения – показатель, когда гидробак пуст и насос начинает работать;
• выключения – значение, когда гидробак полон, и двигатель агрегата умолкает.

В первом случае в реле замыкаются контакты, а во втором наоборот размыкаются. Вот такой незамысловатый процесс проходит в сложном на первый взгляд насосном оборудовании. Насосная станция,давление воздуха в которой нарушено, требует незамедлительного вмешательства со стороны специалистов. Вы можете самостоятельно откорректировать показатели Р_вкл, Р_выкл, ΔP.

Также многие не знают, что необходимо следить за давлением в воздушной полости гидробака, чтобы как можно дольше сохранить как его мембрану, так и агрегат в целом.

Когда требуется регулировать реле давления

Если насосная станция куплена в готовом виде, в ней действуют заводские установки. При сборке оборудования вручную из составных элементов регулировка реле является обязательным этапом перед тестированием прибора. В работе отдельных узлов наблюдается взаимосвязь с настройками реле, которые могут помешать эксплуатации устройства.

При большой длине магистрали могут потребоваться дополнительные действия по закручиванию больших пружин, чтобы повысить давление в системе. Некоторые жильцы, у которых установлено автономное отопление и водопровод, жалуются на периодическое падение напора в тот момент, когда человек находился в душе. Вода греется котлом или бойлером, в момент падения давления становится очень горячей. Это также связано с работой насосной станции.

При регулировке верхнего и нижнего порога реле давления нужно искать золотую середину. В теории эти два показателя должны иметь минимальный разброс значений, но тогда насос будет очень часто включаться и выключаться, что приведет к его быстрому износу. Если выставить нижний показатель на минимальное значение, а верхний на максимальное, будет ощущаться резкое падение напора в системе. Но в таком случае насос проработает дольше.

Иногда рабочая камера за мембраной реле забивается различными отложениями из перекачиваемой воды. Чтобы прочистить отверстие, резину снимают, переворачивают другой стороной и собирают все детали в обратном порядке. После этого нужно протестировать работу насосной станции, проверить настройки и при необходимости сделать коррекцию.

Возможные ошибки при отладки реле давления

При регулировке реле необходимо помнить, что маленькая пружина более чувствительна, нежели большая. Гайку на первой надо крутить медленней и осторожней. И главное, маленькая пружина устанавливает не само давление воды выключения насоса, а дельту между порогами срабатывания автоматики.

Данную разницу при настройке рекомендуется подбирать в районе 2 атм. Это соответствует нормальной наполняемости гидроаккумулятора водой (наполовину). Если дельту выставить около 1 атм., то бак заполнится лишь на 25–30%. А это слишком мало, насос станет работать вхолостую.

Еще один момент – нижний порог не должен превышать 80% от максимума давления для конкретного реле, идущего с насосным оборудованием. Если напор выходит в кранах недостаточным, то релейный коммутатор придется менять на более «мощный».

Проверку давления насосной станции рекомендуется производить раз в полгода. Надо будет полностью сливать воду. А потом включать ее, проверяя по манометру реальные значения порогов. В целом, регулировка водяного давления у домашней станции автономного водоснабжения не должна вызвать проблем. Необходимо подкрутить ключом или отверткой лишь пару гаек на двух пружинах.

Настройка реле давления водопровода

На первом этапе нужно проверить давление, которое было установлено при изготовлении насосной станции. Обычно давление в системе водоснабжения частного дома с гидроаккумулятором устанавливется в следующих пределах: верхнее 1,5 атмосферы, при этом давлении происходит включение насоса, и нижнее — 2,8 атмосферы, это давление отключения насоса.

Для того, чтобы, при ремонтных работах в гидроаккумуляторе не оставалось воды, в полость бака закачивается воздух. Для проверки давления воздуха в баке необходимо открутить колпачок, закрывающий золотник, подсоединить манометр и снять по его шкале показание. Величина давления должна быть чуть меньше значения давления включения насоса. В данном случае меньше 1,5 атмосферы. Давление воздуха следует и в дальнейшем периодически проверять, например, один раз в месяц. Воду при этом нужно полностью удалить из бака, отключив насос и открыв все краны.

Настройка давления включения и выключения насоса

В насосных станциях, которые поставляются в собранном виде, реле давления заранее настроено на оптимальную работу. Но при её монтаже из различных элементов на месте эксплуатации, настройку реле нужно проводить самостоятельно. Это вызвано необходимостью обеспечить эффективную взаимосвязь настроек реле с объёмом гидроаккумулятора и напором насоса. Кроме того, бывает необходимость изменить исходную настройку реле давления. Порядок действий при этом должен быть следующим:

После того, как будет отрегулировано давление воздуха в баке, нужно подключить насосную станцию к электрической сети. Вода начнёт закачиваться насосом. Отключение его произойдёт после достижения установленного максимального давления. Это – верхний уровень. Обычно верхний уровень давления в водопроводной системе частного дома настраивается в пределах 2.8 – 4 атмосферы. Все зависит от используемого насосного оборудования. Стоит помнить, что надо обязательно оставить задел между рабочим максимальным давлением и максимальным давлением, которое может обеспечить насос. Мы уже говорили, как посчитать необходимый напор насоса. Если сказать вкратце то, все начинается с расстояния, на которое вы опускаете насос в скважину. Каждые 10 метров равны 1 атмосфере. К этой величине прибавьте давление, на которое вы хотите настроить водопроводную систему дома. В результате получится необходимы напор насоса.

Аналогичным образом измеряется нижнее давление. Для этого надо открыть кран и сливать воду из гидроаккумулятора, наблюдая за показаниями манометра. Постепенно давление будет падать, и при достижении им нижнего предела насос снова включится. Это – нижний уровень, величину его тоже показывает манометр. Вращением гайки большой пружины доведите давление до рекомендуемого уровня. Оно должно быть примерно на 10% больше давления воздуха в баке иначе ваш насос никогда не включится. Как правило, нижний порог давления настраивается в пределах 1,5 – 2 атмосферы. Стоит помнить, что система имеет некоторую инерцию, так как насос не сразу может выйти на рабочий режим, при этом давление может опуститься ниже 1,5 атмосфер. Поэтому при настройке минимального давления надо учитывать этот фактор.

Необходимо знать

При установке высокого давления всасывающее оборудование включается гораздо чаще, что приводит к ускоренному износу основных деталей. Однако такой напор позволяет применять даже душевую кабину с гидромассажем без каких-либо сложностей.

При низком давлении прибор, подающий жидкость из колодца или скважины, изнашивается меньше, но в этом случае придется довольствоваться обычной ванной. Все прелести джакузи и других приспособлений, требующих достаточно сильного напора, оценить вряд ли получится.

Таким образом, выбор должен делаться в зависимости от преследуемых целей. Каждый решает сам, что предпочесть в конкретном случае.