Кто возьмет билетов пачку… (Часть 2)

Подбираем водоотливные насосы для стройки

Типы насосов

В основном для водопонижения и водоотлива на строительных объектах используются насосы центробежного и диафрагменного типов.

Для откачки сточных и грунтовых вод на стройплощадке, особенно если на ней имеется открытый водоем, воду из которого можно откачать, опустив туда гибкий рукав или трубу от насоса, рекомендуется выбирать не водоотливный, а компактный шламовый насос, потому что его детали рассчитаны на абразивное действие находящихся в воде частиц твердых материалов и мусора и соответственно упрочнены. Шламовые насосы могут относиться к типу «с системой подкачки для заполнения» или самовсасывающих.

Центробежные насосы

Центробежные насосы захватывают воду лопастями колеса, закручивают ее (как в центрифуге) и подают через нагнетательный патрубок с определенным давлением, чтобы вода проходила далее по трубопроводу. Насосы центробежного типа широко используются при водоотливе, особенно если нужно откачивать большое количество воды. Центробежные насосы – это огромный класс устройств самых разных типов, видов и назначения. Центробежные насосы бывают:

с горизонтальным и вертикальным расположением оси рабочего колеса;
по расположению относительно откачиваемой жидкости: поверхностные, полуповерхностные, погружные (поверхностные центробежные насосы наиболее целесообразно использовать при необходимости подачи больших объемов жидкости при низком и среднем напоре, насосы данного типа обладают способностью самостоятельно всасывать перекачиваемую жидкость: около входа в насос образуется область пониженного давления (ниже атмосферного), благодаря чему жидкость поступает в насос;
по развиваемому давлению подачи жидкости: низкого (до 0,2 МПа), среднего (до 0,6 МПа) и высокого (свыше 0,6 МПа) давления;
по количеству рабочих колес: одно- и многоступенчатые;
по быстроходности (нормальные, тихо- и быстроходные);
по назначению (водоотливные, водопроводные, пожарные, производственно-технические, грунтовые, для чистой воды, песка, взвешенного в воде, земли, торфа, жидкостей с разными температурами и др.).

Так, Xylem Inc. предлагает погружные насосы принадлежащего ей бренда Lowara ряда серий c корпусом из нержавеющей стали. Например, насосы серии DOMO предназначены для перекачивания грязной воды с твердыми частицами диаметром до 50 мм, оснащаются одно- и трехфазными электромоторами мощностью 0,55–1,5 кВт, развивают подачу до 25,2 м³/ч и напор до 17,3 м, имеют допустимую глубину погружения 5 м. Рабочее колесо этих насосов выполнено из технополимера, армированного стекловолокном.

Преимущества центробежных насосов. Небольшие габариты и масса (особенно когда рабочий вал напрямую соединен с приводным электродвигателем, без дополнительных передаточных механизмов). Погружные насосы также могут иметь небольшой диаметр (не теряя в мощности), что допускает их использование в узких скважинах. Монтаж и демонтаж такого агрегата осуществляется быстро и просто.

Отсутствие в конструкции клапанных элементов, что дает возможность перекачивать загрязненные жидкости, содержащие твердые включения.

К.п.д. центробежных насосов один из самых высоких из всех типов насосов, он зависит от модели и конструктивного исполнения и может находиться в диапазоне 60–92%.

Центробежные насосы с двигателями внутреннего сгорания обладают высокой топливной экономичностью.

Высокая надежность и длительный срок эксплуатации. С центробежным насосом сложнее сделать что-то «не так», он очень выносливый и неприхотливый. Известны случаи, когда центробежные насосы работали десятилетиями без всякого обслуживания.

Простота эксплуатации и технического обслуживания, отсутствие необходимости в регулярном техобслуживании. Единственное, что следует постоянно держать под контролем, это состояние механического фильтра на подающей трубе. Монтаж и запуск насосов данного типа не требует специальных навыков.

Так, погружные насосы серии Bibo марки Flygt, принадлежащей концерну Xylem Inc., предназначены для водоотлива, способны перекачивать воду, содержащую глину, песок, щебень и т. д. Размеры ячеек фильтра для твердых частиц – до 10,5х20 мм. Насосы комплектуются рабочими колесами из легированной хромистой стали, могут иметь корпус из алюминия, чугуна или нержавеющей стали. Насосы оснащаются электромоторами с высоким к.п.д. собственной разработки Flygt.

Отличные напорно-расходные характеристики (при больших подачах сохраняется высокий напор). Напор насоса (и к.п.д.) зависят от количества крыльчаток и мощности двигателя.

Возможность подачи больших объемов жидкости.

Возможность параллельного либо последовательного соединения нескольких насосов для работы на один трубопровод.

В отличие от поршневых устройств центробежные насосы не создают пульсаций напора и давления жидкости в трубопроводной системе.

Плавное протекание всех переходных процессов в случае изменения режима работы гидросистемы.

Плавное регулирование мощности позволяет запускать насос при закрытой выходной задвижке (либо при закрытом обратном клапане).

Невысокая стоимость насоса благодаря простоте конструкции и использованию сравнительно недорогих конструкционных материалов: стали, чугуна, полимеров, по сравнению с кулачковыми и винтовыми насосами диафрагменные дешевле приблизительно на 30–40% (заметим, что другие специалисты оспаривают это утверждение: центробежные насосы, которые могут эксплуатироваться в круглогодичном режиме, имеют достаточно высокую стоимость по сравнению с ценой насосов вихревого типа).

Недостатки центробежных насосов. Центробежные насосы имеют склонность к кавитации.

Низкий к.п.д. при перекачивании вязких жидкостей.

Существенное понижение к.п.д., когда требуется под высоким давлением перекачать малый объем жидкости.

Диафрагменные насосы

Диафрагменные (мембранные) насосы появились позже центробежных в результате развития насосной техники. Одной из причин их создания стала необходимость в насосах, способных перекачивать вязкие и абразивные среды и при этом иметь высокий ресурс работы.

Основным рабочим органом диафрагменного насоса является эластичная диафрагма (мембрана), которая совершает возвратно-поступательные движения, периодически создавая разрежение в рабочей камере насоса. Поэтому их еще называют вакуумными. Под действием разрежения в камеру засасывается жидкость, а затем диафрагма выталкивает ее через выходное отверстие.

Стабильная и правильная работа обратных клапанов на входе и выходе из рабочей камеры насоса очень важна для его эффективной работы. Поэтому клапаны являются вторым по важности элементом в насосе после мембраны, от которого зависит способность гидравлической машины выполнять свои функции. Необходимо регулярно очищать клапаны.

Компания Wacker Neuson предлагает диафрагменные насосы мод. PDI 2A и PDI 3A, оснащенные бензиновым четырехтактным одноцилиндровым двигателем мощностью 3 кВт. Насосы развивают производительность 189 и 333 л/мин, высоту подачи 7,5 м, способны перекачивать воду с твердыми частицами до 38 и 41 мм соответственно.

Корпус насоса может быть выполнен из алюминия, стали, чугуна, специальных сплавов или пластмассы.

Алюминиевые насосы хорошо подходят для перекачивания нейтральных или вязких жидкостей, так как к алюминию вязкие жидкости прилипают меньше, чем к другим материалам.

Для насосов из стали обычно выбирают нержавеющие сплавы, что обеспечивает стойкость к коррозии. Такие насосы обычно используют в пищевой промышленности. Корпус из стали и чугуна лучше всего подходит для насосов, развивающих высокое давление.

Центробежный водоотливной насос Vogelsand VX186

Пластиковые насосы получили широкое распространение. Корпуса изготавливаются из различных полимеров: полипропилен, тефлон, фторопласт, полиэтилен и т. д. Полипропилен значительно дешевле нержавеющей стали, в то же время обладает соизмеримой химической стойкостью. Химическая стойкость тефлона (PTFE) даже выше, чем у полиэтилена, поэтому его применяют при работе с наиболее сильными кислотами, однако его устойчивость к абразивному износу можно охарактеризовать как умеренную. Полиэтилен, напротив, обладая крайне высокой износоустойчивостью, менее стоек к химическому воздействию, чем тефлон, однако остается на уровне с полипропиленом.

У диафрагменного насоса может быть одна или две рабочие камеры. Более распространены модели с одной камерой. Двухкамерные диафрагменные насосы, камеры которых могут соединяться между собой последовательно или параллельно, являются более мощными.

Диафрагменный насос низкого давления с регулируемой скоростью

Следует выбирать диафрагменный насос, предназначенный для перекачивания жидкостей именно тех типов, с которыми предстоит работать насосу, иначе насос может быстро выйти из строя.

Чем больше твердых частиц будет в перекачиваемой жидкости и абразивного воздействия от них, тем меньше будет срок службы мембраны ввиду ее повышенного износа, поэтому для перекачивания такого типа жидкостей следует использовать диафрагмы из износостойких материалов.

Диафрагменные насосы бывают следующих типов: самовсасывающие (высота самовсасывания может достигать 6 м при отсутствии предварительной заливки и 9–10 м при наличии предварительной заливки), работающие под заливом, благодаря возможности применения пневматического или гидравлического привода данный вид насосов может работать в погружном режиме.

Погружной дренажный насос с фильтром-сеткой на входе

Типы мембран. Диафрагмы плоского типа наиболее простые по конструкции, позволяют достигать высокой степени сжатия. Такие диафрагмы соединяются со штоком через отверстие в центре. Это отверстие часто становится причиной нарушения герметичности диафрагмы.

Формованные диафрагмы соединяются со штоком насоса с помощью винта, запрессованного в диск выпуклой формы, устанавливаемый с обратной стороны от рабочей камеры. В результате исключается контакт перекачиваемой жидкости с металлическими крепежными элементами. Но насосы с диафрагмой данного типа отличаются меньшей производительностью по сравнению с моделями с плоскими диафрагмами из-за меньшей упругости в центральной части.

Насос Рoseidon с функцией сухого самовсасывания

Наибольшей производительностью, максимальным сроком службы и минимальными затратами на обслуживание характеризуются насосы, в которых установлены так называемые «структурированные» диафрагмы. Структурированная диафрагма является запатентованным изобретением компании KNF (Германия) и обладает преимуществами как плоской, так и формованной диафрагмы за счет особой формы поверхности. Структурированная диафрагма не имеет металлических компонентов с внешней стороны, подобно плоской диафрагме, и обладает лучшими механическими свойствами (и соответственно большей производительностью) по сравнению с формованной диафрагмой. В таких насосах практически исключены утечки перекачиваемой жидкости, которая не контактирует с металлическими крепежными элементами.

Диафрагменные насосы отдельных моделей оснащаются сразу двумя диафрагмами, которые располагаются друг напротив друга и соединяются между собой эксцентриковым механизмом. Жидкость перекачивается попеременно каждой из диафрагм, такая конструкция является более эффективной.

Мембраны из композитных материалов наиболее надежны и долговечны.

Преимущества диафрагменных насосов:

отличаются небольшими размерами и малой массой, что позволяет легко их размещать;
универсальны: отлично справляются с перекачиванием илистых, сильно загрязненных (до 90%) твердых фрагментов размером до 60 мм и более вязких жидкостей;
простые по конструкции: отсутствуют вращающиеся детали, сальниковые уплотнения и редуктор двигателя (благодаря чему не нуждаются в смазке);
простые в обслуживании, неприхотливы, легко очищаются, монтируются и используются, единственной подверженной сильным нагрузкам и износу деталью является мембрана, не требуют помощи квалифицированных специалистов для замены износившихся деталей;
способны работать на сухом ходу, создается минимум шума и вибраций благодаря отсутствию трущихся и вращающихся деталей в конструкции;
экономичны в энергопотреблении;
устойчивы к повышенной влажности;
отличаются надежностью и долговечностью по перечисленным выше причинам;
доступны по стоимости;
безопасны для окружающей среды.

Недостатки:

имеют малый объем и потому не очень подходят для перекачки большого количества жидкости;
выходят из строя чаще, чем центробежные насосы;
диафрагма – единственная подвижная деталь в насосе, она подвержена постоянным циклическим деформациям, что обусловливает ее недолгий срок службы;
к.п.д. более низкий, чем у насосов некоторых других типов, ввиду необходимости преобразования энергии из электричества в компрессионный поток;
пульсирующий поток, но этот недостаток может быть устранен за счет использования демпфера пульсаций.

Прочие типы насосов

Для подачи воды из скважин также используются вихревые (вибрационные) насосы поршневого типа и шнековые насосы. Их подробное рассмотрение не входит в задачу нашей статьи.

ООО «Челябинский завод мобильных энергоустановок и конструкций» выпускает модульные насосные станции карьерного водоотлива с непрерывным круглосуточным режимом работы. Каждая насосная станция является индивидуальным проектом. Насосные станции размещаются в специально спроектированном блок-боксе, обеспечивающем работоспособность станции в холодный период.

Производительность насосной станции может составлять от 1 до 4000 м³/ч и более. Количество рабочих/ резервных насосных агрегатов – от одного и более. Обычно насосное оборудование станции карьерного водоотлива представляет собой три одинаковых насоса (рабочий, резервный и находящийся в ремонте), каждый из которых рассчитывается на откачку за 20 часов суточного нормального притока. Температура эксплуатации – от –60 до +50 °C.

Система автоматического управления обеспечивает пуск и остановку насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике, включение резервных насосов при аварийном подъеме уровня воды и неисправности работающего насоса, дистанционный контроль и сигнализацию об уровне воды в водосборнике. Если разовые притоки ливневых вод могут в несколько раз превышать нормальные, насосные станции карьерного водоотлива предлагаются в плавучем варианте.

При выемке глубоких котлованов обычно приходится откачивать грунтовые и дождевые воды

Куда сливать откачанную воду?

Часто слив неочищенных вод в реки и озера запрещается законодательством, эти вопросы нужно выяснить перед началом работ. Место для слива откачанной при водоотливе воды нужно выбирать очень тщательно, должен быть естественный уклон, чтобы вода стекала в нужном направлении. Решением может быть слив воды в пруд-отстойник или резервуар, который затем можно вывезти и слить воду, предварительно ее профильтровав.

Грунтовые воды, содержащие твердые частицы, можно фильтровать прямо на стройплощадке с помощью мешочного (рукавного) фильтра. Мешочные фильтры изготавливаются из надежной геотехнической ткани, которая пропускает воду, но задерживает твердые частицы. Мешочный фильтр закрепляется на конце сливного шланга, твердые частицы остаются в фильтре, а очищенная вода сливается в ближайшую реку, ручей или другой водоем. Если же в откачиваемой воде содержатся горюче-смазочные и другие химические материалы, ее может потребоваться фильтровать в полноценной очистной системе и обрабатывать реагентами, нейтрализующими содержащиеся в ней кислоты или щелочи.

Фильтрующая ткань в канале для слива дождевых вод

Можно попытаться организовать вторичное использование откачанной воды – после отстаивания в пруду или фильтрации ее можно использовать для пылеподавления и увлажнения технологических дорог.

Чтобы в зимнее время откачиваемая вода не замерзала в шлангах и трубах, следует организовать слив так, чтобы вся вода гарантированно стекала из труб и лед не мог заблокировать выпускной патрубок насоса. Можно также установить на сливную трубу греющий кабель.

Немецкая компания HOMA производит широкую линейку насосов для перекачивания жидкостей. Например, предлагаются модульные насосные станции HOMA Saniquick UFT для автоматического откачивания грязной воды в местах, где существует опасность затопления. Мощность установки – от 0,35 до 1,1 кВт. Максимальная температура перекачиваемой воды 35 °C, кратковременно – до 60 °C.

В собственность или в аренду?

Когда насос подобран, потребитель решает, приобретать его в собственность, в лизинг или брать в аренду. Если насос предполагается эксплуатировать дольше восьми месяцев, рекомендуется приобретать его, так как срок службы насоса до капремонта составляет 4–5 лет.

Компания из Нидерландов BBA Pumps предлагает широкую гамму насосов для осушения. Так, в серии BA есть линейка с электромоторами мощностью от 5,5 до 250 кВт. Насосы развивают подачу от 110 до 6500 м³/ч, напор 15–115 м, способны перекачивать воду с твердыми частицами до 133 мм. Насосы линейки ВА с дизельными двигателями мощностью от 5,5 до 34 кВт развивают подачу 135–475 м³/ч, напор от 18 до 37 м и способны перекачивать воду с частицами до 82 мм. Все насосы предлагаются в исполнении на прицепе.

Как видим, выбор насоса для водопонижения и водоотлива – непростая задача, и в сложных случаях ее лучше поручить специалистам, им следует предоставить как можно более подробную информацию о задачах и условиях, в которых предстоит работать насосу.

Часть 1 Часть 2