Для чего нужен эжектор в насосной станции и как он работает

Насосные станции пользуются высоким спросом у населения при устройстве индивидуального водоснабжения благодаря своей универсальности и приемлемой стоимости, их единственным серьезным недостатком является небольшая глубина забора воды, не превышающая 9 метров. Для данной проблемы существует простое инженерное решение, основанное на физическом законе Бернулли — эжектор для насосной станции, с подобным приспособлением поверхностный электронасос способен всасывать воду из глубинных источников на расстоянии зеркала воды от поверхности земли в десятки метров.

Данное устройство при использовании с поверхностным насосом полезно в случаях, если уровень воды источника, с которым ранее работал поверхностный насос, по каким-либо причинам упал (заиливание колодца и скважины, интенсивный водозабор).

При этом следует понимать, что цена получения высокой глубины всасывания — низкий коэффициент полезного действия электронасоса, ведь часть поднятой воды отправляется обратно к всасывающему патрубку для увеличения кинетической энергии входного потока. Данный фактор сдерживает применение поверхностных эжекторных электронасосов для поднятия воды с больших глубин — для этих целей бурят скважины и используют погружные насосы, напор которых в бытовом исполнении может доходить до 200 м.

Рис. 1 Устройство и внешний вид эжектора для водяной станции

Принцип работы

Эжектором называют устройство, в котором происходит соединение двух сред в смесительной камере, при этом одна из них движется с большой скоростью и подается через зауженное сопло, а вторая наполняет камеру естественным образом. Поток, выходящий из сопла с ускорением, передает свою кинетическую энергию перемещаемой среде, которая затем уносится от места всасывания. Также в зоне на выходе узкого участка сопла создается пониженное давление — это приводит к тому, что перемещаемая среда одновременно и подсасывается эжектором.

Перемещаемая и ускоряющая среда могут иметь разное физическое состояние, в струйных насосах через узкое сопло подается воздух или пар, которые нагревают водный поток и выталкивает его на большой скорости.

Рис. 2 Конструкция эжектора

Что такое эжектор и зачем он нужен

Конструкция эжектора не отличается высокой сложностью, его основными элементами являются:

• Сопло. Представляет собой цилиндрический патрубок, имеющий на конце конусное сужение. Согласно закону Бернулли, при уменьшении сечения трубопровода давление в нем становится ниже, а скорость проходящего потока увеличивается. Таким образом, происходит движение транспортируемого потока с высоким давлением в область низкого (подсос) и одновременно выталкивание его струей воды, движущийся с большой скоростью (передача кинетической энергии).
• Всасывающий патрубок. Через данный элемент эжектора в него поступает транспортируемая жидкость, обычно его диаметр превышает размеры входного патрубка сопла.
• Камера смешения. В данном узле происходит столкновение двух потоков, при этом основному передается кинетическая энергия от вспомогательного.
• Горловина. После смешивания двух потоков, жидкость поступает в суженую часть, где ее скорость увеличивается.
• Диффузор. Элемент имеет конусообразное расширение на конце, в результате чего давление жидкости на выходе возрастает, а скорость потока снижается. Сечение диффузора рассчитано на подсоединение к нему напорного трубопровода стандартного диаметра.

Рис. 3 Центробежный насос – внутреннее устройство

Применение эжектора в бытовых насосных станциях оправдано лишь в исключительных случаях — при его использовании в зависимости от глубины погружения всасывающего патрубка КПД падает на 50 — 70%, что приводит к неоправданному перерасходу электроэнергии. Поэтому для забора воды с больших глубин все используют погружные электронасосы и бурят под них специальные скважины. Это эффективнее еще и потому, что КПД погружных насосов выше, чем поверхностных, которые тратят часть своей энергии на всасывание и подъем столба воды до рабочего колеса (соотношение 65% к 50%).

На рынке насосного оборудования все же встречаются поверхностные центробежные электронасосы со встроенными или выносными эжекторами, и чтобы ответить на вопрос, для чего нужен эжектор в насосной станции, следует рассмотреть варианты его использования:

• Засушливое лето или долгое время погода без осадков. В этом случае статический уровень воды в колодце или скважине понижается, и при отметке более 9 м от поверхности обычный центробежный поверхностный насос не сможет ее поднять. В данной ситуации можно подсоединить выносной эжектор и пользоваться источником некоторое время с потерей производительности до подъема статического уровня.
• Если происходит разовый интенсивный водозабор. Ситуация может возникнуть, если неглубокий источник имеет малый дебит (скорость пополнения), а необходимо поднять большой объем воды, к примеру, для бани, наполнения емкостей для полива и других хозяйственных нужд в частном доме, приводящий к падению уровня.
• Эксплуатационное опускание зеркала воды в источнике. Любая скважина на песке имеет невысокий срок службы и со временем заиливается, такая же проблема возникает и у колодцев, поэтому статический уровень воды в них падает. Установка эжектора позволит поднимать воду из глубин более 9 метров до прочистки источника или решения проблем другими методами.

Рис. 4 Эжекторные насосные станции

Какие бывают насосные станции

Насосная станция представляет собой собранную в моноблок конструкцию, основной частью которой является центробежный электронасос, размещенный над баком гидроаккумулятора, ее обязательные элементы — реле давления и манометр, закрепленные на пятивходовом фитинге.

Принцип работы центробежного электронасоса состоит в подаче всасываемой жидкости в центр рабочего колеса с лопастями, которые при вращении благодаря центробежной силе выталкивают ее наружу через боковой выходной патрубок.

Стандартный центробежный насос имеет в центре гидравлического отсека входное отверстие и расположенное перпендикулярно его оси выходное в боковой части, но встречаются насосы с другой конструкцией.

Рис. 5 Встроенный эжектор — схема

Станции со встроенным эжектором

Насосные станции со встроенным эжектором имеют в своем составе центробежный электронасос, в гидравлической части которого размещен эжекторный узел. Принцип работы подобной системы довольно прост — всасываемая вода поступает на центробежное рабочее колесо, которое выбрасывает ее через боковой патрубок. Одновременно часть жидкости, которой вращение колеса придало кинетическую энергию, направляется по эжекторному каналу в форсунку и выталкивается из нее под давлением. Ускоренный за счет суженой части форсунки поток смешивается с транспортируемым, передавая ему свою энергию, и одновременно втягивая за счет пониженного давления на выходе. Таким образом, достигается существенное увеличение глубины погружения всасывающего патрубка, которая в некоторых моделях доходит до 50 метров.

Отличительной особенностью подобных насосов является входное отверстие, смещенное относительно центральной оси (в обычных центробежных электронасосах подобное расположение также не редкость), в составе насосных станций подобные агрегаты встречаются очень редко благодаря приведенным выше причинам (низкий КПД).

Рис. 6 Устройство электронасоса со встроенным эжектором

Станции с выносным эжектором

Насосная станция с выносным эжектором имеет существенное преимущество перед оборудованием со встроенным эжекторным узлом — она может работать в обычном режиме, поднимаем воду с глубины не более 9 метров, а при необходимости к ней всегда можно подключить приспособление для увеличения глубины всасывания.

Для этого в гидравлической части корпуса имеются два отверстия разных диаметров со стандартными размерами 1 1/2 и 1 дюйм, к большему подключают напорный трубопровод, а ко второму рециркуляционный, подающий воду на эжекторную форсунку. Сам эжекторный узел помещают в водозаборный источник вместе с трубопроводами. Так как без подачи жидкости в эжектор она не будет подниматься с большой глубины, перед началом работы всю систему заполняют водой.

По внешнему виду электронасосы с выносным эжектором отличаются от типовых моделей наличием двух расположенных рядом отверстий в гидравлическом отсеке корпуса. Насосная станция с внешним эжектором выпускается многими отечественными и зарубежными производителями, наибольшей известностью пользуется модель Marina от итальянской фирмы Speroni, также на рынке часто встречаются другие итальянцы: Aquatica, Quattro Elementi, отечественные Unipump.

Рис. 7 Станция с выносным эжектором и его подключение

Как сделать эжектор самостоятельно

Когда стандартная насосная станция при работе перестала всасывать воду из-за понижения зеркала воды, ее можно опустить, вырыв в земле яму нужной глубины — других способов увеличить глубину всасывания не существует. Изготавливать самодельный эжектор по любым чертежам, приобретать и устанавливать его бессмысленно — деталь невозможно подсоединить к корпусу, в котором имеется одно входное отверстие для напорного трубопровода вместо двух, необходимых для работы эжекторного узла.

Если была приобретена эжекторная насосная станция, а узел был утерян или сломан, можно сделать эжектор своими руками из деталей сантехнической арматуры и фитингов.

Подобная схема конструкции изображена на рис. 8, ее основными составными частями являются:

• Тройник (1). Деталь служит для подсоединения входных патрубков для двух водных потоков и одновременно является камерой, в которой происходит их смешивание с передачей кинетической энергии транспортируемому. На выходе тройника, вместо диффузора, устанавливают переходную муфту для подсоединения напорного трубопровода.
• Штуцер (2). Деталь заменяет форсунку в стандартной модели и предназначена для ускорения рециркуляционного водного потока. При ее монтаже выбирают длину штуцера таким образом, чтобы выходящий из него поток находился на центральной оси транспортируемого.
• Углы (6, 7). Необходимы для подключения рециркуляционного трубопровода и размещения эжектора в вертикальном положении, угол 7 имеет малый внутренний диаметр в связи с тем, что обратный поток всегда подается в эжектор через трубопровод меньшего сечения, чем напорный.
• Угол (5).Через эту деталь в эжектор поступает вода из источника, гайка на конце предназначена для крепления водяного фильтра.
• Переходник (4). Деталь необходима для подключения напорного трубопровода, поступающего в насосную станцию.

Перед сборкой стачивают шестигранную часть штуцера до конусообразного состояния, укорачивают его до нужной длины или удлиняют обрезком хлорвиниловой трубки. После собирают всю конструкцию, вкручивая вначале штуцер, а затем остальные детали с уплотнением резьбовых соединений льном, сантехнической нитью, ФУМ лентой.

Рис. 8 Самодельный эжектор

Водяные насосные станции для индивидуального водоснабжения со встроенным или выносным эжектором для увеличения глубины всасывания, довольно редко используют в быту из-за очень низкого КПД порядка 15%. Приобретение подобных устройств целесообразно в случаях, когда уровень водного зеркала с большой вероятностью может временно опускаться ниже предельно-допустимой отметки в 9 м ввиду разных обстоятельств — больших объемов водозабора, засухи, частых заиливаний источника с понижением уровня воды.

Видео

Принцип работы эжектора

Эжекторная насосная станция Аврора, описание

Эжектор для насосной станции

При желании можно обустроить дом автономным водоснабжением практически везде. Вот только основной проблемой становится глубина залегания грунтовых вод. Если зеркало воды в подготовленной скважине находится на уровне 5-7 метров, то и проблем особых нет, можно использовать практически любой тип насоса, который подойдет по производительности и потребляемой мощности. Иначе дело обстоит со скважинами, где вода начинается много глубже. В этом случае справиться с задачей сможет эжектор для насосной станции.

Естественные ограничения для работы создают атмосферное давление, давление водяного столба и прочность элементов самой насосной станции. Чтобы поднять воду с большой глубины необходимо использовать погружной насос или существенно увеличивать массу и габариты оборудования, от чего оно становится попросту недееспособным и потребляет огромное количество энергии. Чтобы избежать таких проблем, необходимо дополнительными средствами облегчить подъем воды, подтолкнуть ее в сторону поверхности, для чего и нужен эжектор.

Принцип действия

Эжектор конструктивно очень простое устройство. В его составе можно выделить следующие основные компоненты:

Сопло представляет собой патрубок, конец которого имеет сужение. Жидкость, истекающая из сопла, моментально ускоряется, вырываясь из него на огромной скорости. Согласно закону Бернулли поток жидкости с большими скоростями оказывает меньшее давление на окружающую среду. Струя воды из сопла попадает в смеситель, где создает значительное разряжение по своим границам.

Под действием этого разряжения в смеситель начинает поступать вода из всасывающей камеры. Далее объединенный поток жидкости через диффузор поступает дальше по трубам.

Фактически в эжекторе происходит передача кинетической энергии от среды с большей скоростью к среде с меньшей скоростью. Как это можно использовать в сочетании с насосом?

Эжектор включается в состав трубопровода, идущего от скважины к насосу. Часть воды, которую поднимает на поверхность, возвращается обратно в скважину к эжектору, образуя линию рециркуляции. Вырываясь с огромной скоростью из сопла, она уводит за собой новую порцию воды из скважины, обеспечивая дополнительное разряжение в трубопроводе. Насос в результате тратит меньше энергии для подъема жидкости с большой глубины.

С помощью вентиля, установленного на линии рециркуляции, можно регулировать объем воды, поступающий обратно в систему забора воды, и тем самым настраивать эффективность всей системы.

Избыток жидкости, незадействованный в работе рециркуляции, подается от насоса к потребителю, определяя продуктивность всей станции. В результате можно обойтись меньшим по мощности двигателем и не столь массивной насосной частью, которая прослужит дольше и будет потреблять меньше энергии.

Эжектор также облегчает запуск системы, относительно небольшой объем воды способен создать в трубопроводе достаточное разряжение и инициировать первоначальный забор воды, чтобы насос не работал продолжительное время вхолостую.

Устройство и виды станций

Насосные станции могут оборудоваться эжектором двумя способами. В первом он является конструктивно частью насоса и является внутренним. Во втором случае он реализуется в виде отдельного внешнего узла. Выбор компоновки зависит от требований, предъявляемых к насосной станции.

Встроенный эжектор

При этом забор воды для рециркуляции, а также создание напора в эжекторе, создается в самом насосе. Такая компоновка позволяет уменьшить габариты установки.

Насос с внутренним эжектором практически не восприимчив к наличию взвеси в виде песка и ила. Нет необходимости обязательно фильтровать поступающую воду.

Станция используется для забора воды с глубины до 8 метров. Она создает достаточный напор для обеспечения большого хозяйства, где вода в основном используется для полива.

Недостатком внутреннего эжектора является повышенный уровень шума во время работы. Его установку лучше выполнять за пределами жилого здания, лучше всего в отдельном подсобном помещении.

Электромотор подбирается заведомо более мощный, чтобы он смог обеспечить и систему рециркуляции. Однако это сравнение уместно только в ситуации с глубиной скважины до 10 метров. При большей глубине насосы с эжектором попросту не имеют альтернативы, разве что только погружного типа, для которого требуется оборудовать скважину с большим диаметром.

Выносной эжектор

При выносном устройстве эжектора отдельно от насоса устанавливается дополнительный бак, в который поступает вода. В нем создается необходимый напор для работы и дополнительное разряжение, чтобы облегчить нагрузку насоса. Сам эжектор подключается в погружаемой части трубопровода. Для его работы необходимо прокладывать две трубы в скважину, что накладывает некоторые ограничения на минимально допустимый диаметр.

Такое конструктивное решение снижает КПД системы до 30-35%, однако позволяет добывать воду из глубоких скважин до 50 метров, а также существенно снижает шум работающей насосной станции.

Ее можно располагать непосредственно в доме, например в подвальном помещении. Расстояние от скважины может составлять до 20-40 метров без снижения эффективности. Такие характеристики и определяют популярность насосов с внешним эжектором. Все оборудование располагается в одном подготовленном месте, от чего повышается срок службы, проще выполнять профилактические работы и настраивать систему.

Подключение

В случае с внутренним эжектором, если он включен в конструкцию самого насоса, монтаж системы мало чем отличается от установки безэжекторного насоса. Достаточно просто присоединить трубопровод от скважины к всасывающему входу насоса и обустроить напорную линию с сопутствующим оборудованием в виде гидроаккумулятора и автоматики, которая будет управлять работой системы.

Для насосов с внутренним эжектором, в которых он закрепляется отдельно, а также для систем с внешним эжектором добавляется два дополнительных этапа:

• Прокладывается дополнительная труба для рециркуляции от напорной линии насосной станции к входу эжектора. Подключается основная труба от него к всасу насоса.
• К всасу эжектора подключается патрубок с обратным клапаном и грубым фильтром для забора воды из скважины.

При необходимости в линию рециркуляции устанавливается вентиль для настройки. Это особенно выгодно, если уровень воды в скважине находится много выше, чем рассчитана насосная станция. Можно уменьшать напор в эжектор и тем самым поднимать напор в системе водоснабжения. У некоторых моделей имеется уже встроенный вентиль для подобной настройки. О его размещении и способе регулировки указано в инструкции к оборудованию.