Принцип работы циркуляционного насоса

Организовывая отопление загородного дома, важно учесть метраж жилища. Если это не маленькая дача, а двух или трёхэтажный дом, в котором общая площадь исчисляется сотнями квадратных метров, то для решения отопительных задач будет недостаточно естественной циркуляции теплоносителя. В таких системах давление в трубопроводе не будет выше 0,6 мПа и для эффективного движения горячей воды в системе нужно произвести подключение циркуляционного насоса. Чтобы правильно выбрать такой агрегат, подобрать подходящее место для установки, нужно понимать принцип работы этого прибора.

Особенности агрегата

Циркуляционный насос – это прибор, работающий в замкнутой отопительной системе и выполняющий перемещение воды в трубопроводе. Агрегат поддерживает определённую температуру теплоносителя в системе. Прибор не восполняет потери теплоносителя и не наполняет систему. Наполнение системы осуществляется за счёт специального насоса либо определённого давления в трубах.

Принцип действия циркуляционного насосного оборудования основан на создании непрерывной циркуляции жидкости в системе без изменения показателя давления. Поскольку после установки прибор работает постоянно, главные требования к таким насосам – это низкий уровень шума при работе, экономное энергопотребление, надёжность, долговечность и простота использования.

Важно: циркуляционные насосы – это компактные приборы, которые не занимают много места и не создают шум при работе.

Сфера использования циркуляционных агрегатов для отопительных систем довольно обширная. Они устанавливаются:

• в традиционных радиаторных системах;
• при обустройстве водяного тёплого пола;
• в геотермальных системах;
• при организации горячего водоснабжения коттеджей и дач.

В отличие от систем принудительной циркуляции, данное насосное оборудование не нуждается в трубах с увеличенным диаметром. Кроме этого прибор имеет следующие преимущества:

• быстрота нагревания помещения;
• котёл можно установить в любое подходящее место;
• потери теплоносителя и воздушные пробки сведены к минимуму;
• за счёт термореле обеспечивается автоматическое управление температурными режимами;
• затраты на электроэнергию снижаются благодаря использованию авторегулировки частоты вращения ротора;
• поскольку в приборы отопления постоянно подаётся жидкость, продлевается срок их эксплуатации.

Разновидности циркуляционных насосов

Чтобы понять, как работает это прибор, необходимо знать отличия между двумя видами циркуляционного насосного оборудования. Хоть принципиально схема системы отопления на базе теплового насоса не меняется, два вида таких агрегатов отличаются особенностями работы:

1. Насос с «мокрым» ротором выполняется в корпусе из нержавеющей стали, чугуна, бронзы или алюминия. Внутри находится керамический или стальной двигатель. Крыльчатка из технополимера крепится на валу ротора. При вращении лопастей крыльчатки приводится в движение вода в системе. Эта вода одновременно выполняет функции охладителя двигателя и смазки для рабочих элементов прибора. Поскольку схема «мокрого» прибора не предусматривает использования вентилятора, работа агрегата проходит практически бесшумно. Такое оборудование работает только в горизонтальном положении, иначе прибор просто перегреется и выйдет из строя. Главные преимущества мокрого насоса в том, что он не нуждается в техническом обслуживании, а также обладает отличной ремонтопригодностью. Однако КПД прибора всего 45 %, что является небольшим недостатком. Но для бытового использования этот агрегат подходит как нельзя лучше.
2. Насос с «сухим» ротором отличается от своего собрата тем, что его двигатель не соприкасается с жидкостью. В связи с этим агрегат обладает меньшей долговечностью. Если прибор будет работать «на сухую», то риск перегрева и выхода из строя невысокий, однако появляется угроза нарушения герметичности из-за истирания уплотнителя. Поскольку КПД сухого циркуляционного насоса составляет 70 %, его целесообразно применять для решения коммунальных и производственных задач. Для охлаждения двигателя схема прибора предусматривает использование вентилятора, который и вызывает повышение уровня шума во время работы, что является недостатком этой разновидности насосов. Поскольку в данном агрегате вода не выполняет функции смазки для рабочих элементов, в ходе работы агрегата периодически необходимо проводить техосмотр и выполнять смазку деталей.

В свою очередь «сухие» циркуляционные агрегаты по типу установки и соединения с двигателем делятся на несколько видов:

• Консольные. В этих приборах у двигателя и корпуса есть своё место. Они разделены и прочно зафиксированы на нём. Приводной и рабочий вал такого насоса объединяет муфта. Для установки такой разновидности прибора потребуется соорудить фундамент, а обслуживание этого агрегата довольно затратное.
• Моноблочные насосы могут эксплуатироваться на протяжении трёх лет. Корпус и двигатель располагаются отдельно, но объединяются моноблоком. Колесо в таком приборе устанавливается на валу ротора.
• Вертикальные. Срок использования этих приборов доходит до пяти лет. Это герметичные усовершенствованные агрегаты с уплотнителем с торцевой стороны, изготовленным из двух отполированных колец. Для изготовления уплотнителей используется графит, керамика, нержавеющая сталь, алюминий. Когда прибор работает, эти кольца вращаются относительно друг друга.

Также в продаже есть более мощные приборы, имеющие два ротора. Такая сдвоенная схема позволяет повысить производительность прибора при максимальной нагрузке. В случае выхода одного из роторов, второй может взять на себя его функции. Это позволяет не только усилить действие агрегата, но и экономить электроэнергию, ведь при снижении потребностей в тепле, работает только один ротор.

Как работает агрегат?

Принцип действия циркуляционного агрегата очень схож с работой дренажного насоса. Если этот прибор установить в отопительную систему, то он будет вызывать движение теплоносителя за счёт захватывания жидкости с одной стороны и нагнетания её в трубопровод с другой стороны. Всё это происходит за счёт центробежной силы, которая образуется в процессе вращения колеса с лопастями. В ходе работы прибора давление в расширительном баке не изменяется. Если требуется повысить уровень теплоносителя в отопительной системе, устанавливают повышающий насос. Циркуляционный агрегат только способствует преодолению водой силы сопротивления.

Схема установки прибора выглядит так:

• На трубопроводе с горячей водой, поступающей от нагревателя, устанавливается циркуляционный насос.
• На отрезке магистрали между насосным оборудованием и нагревателем монтируется пропускной клапан.
• Трубопровод между пропускным клапаном и циркуляционным насосом соединяется байпасом с обратным трубопроводом.

Такая схема установки подразумевает выброс теплоносителя из прибора только в том случае, если агрегат заполнен водой. Чтобы длительно удерживать жидкость в колесе, на конце трубопровода сооружается приёмник, оборудованный обратным клапаном.

Циркуляционные насосы, используемые в бытовых целях, могут развивать скорость теплоносителя до 2 м/с, а агрегаты, применяемые в промышленной области, ускоряют теплоноситель до 8 м/с.

Стоит знать: любой вид циркуляционного насоса работает от электросети. Это довольно экономичное оборудование, поскольку мощность двигателя у крупных производственных насосов составляет 0,3 кВт, а у приборов бытового назначения – всего 85 Вт.

Устройство насоса

Главными элементами, из которых состоит циркуляционный насос, являются:

• корпус из нержавеющей стали, бронзы, чугуна или алюминия;
• роторный вал и ротор;
• колесо с лопастями или крыльчатка;
• двигатель.

Как правило, рабочее колесо – это конструкция из двух параллельных дисков, которые соединяются друг с другом посредством радиально выгнутых лопастей. В одном из дисков есть отверстие для протекания жидкости. Второй диск фиксирует крыльчатку на валу электродвигателя. Теплоноситель, проходящий через двигатель, выполняет функции смазки и охладителя для роторного вала в месте фиксирования рабочего колеса.

Поскольку статор двигателя находится под напряжением, он отделяется от ротора при помощи стакана, выполненного из нержавейки или углеродистого материала. Стенки стакана толщиной 0,3 мм. Ротор фиксируется на керамических или графитовых подшипниках для скольжения.

Циркуляционный насос для отопления

Циркуляционный насос – один из главных элементов отопительной системы и горячего водоснабжения. Главная функция этого устройства состоит в обеспечении принудительного движения жидкой среды по определенному замкнутому контуру (циркуляция). Благодаря действию насоса обеспечивается более быстрое перемещение теплоносителя в системе.

Назначение циркуляционного насоса

Под циркуляционным насосом понимается устройство, предназначенное для принудительной циркуляции теплоносителя в системе отопления. В системах отопления, основанных на естественной циркуляции воды, он не применяется. Но практика показывает, что врезка циркуляционного насоса в обычную систему, приводит к экономии газа примерно на 20-30%. Чем объясняется такая экономия? Дело в том, что когда теплоноситель принудительно циркулирует в системе, он быстрее возвращается в котел. При этом его температура остается немного выше, чем обычно. Поэтому его легче нагреть снова, то есть на это расходуется меньше энергии, после чего он снова поступает в систему.

В связи с этим, наиболее востребованными в наше время, являются системы отопления, основанные на насосной циркуляции теплоносителя. Эта востребованность обусловлена достоинствами использования указанного оборудования.

К главным преимуществам таких систем, можно отнести:
— быстрый прогрев системы. Благодаря циркуляционному насосу вся система «разгоняется» на считанные минуты. В результате этого жилые помещения прогреваются быстро. Обычные системы с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются тем, что на прогрев помещений им требуется значительно больше времени;
— КПД системы характеризуется более высоким показателем. Наличие циркуляционного насоса способствует увеличению до максимально возможного значения эффективности не только котла, но всей отопительной системы в целом;
— система работает надежно. Благодаря надежности и простоте эксплуатации циркуляционных насосов, система отопления работает также безотказно;
— нетребовательность. Данное преимущество обеспечивает независимость системы отопления от различных дефектов в вашей отопительной системе: наличие обратных уклонов, зауженных участков и так далее.

Виды насосов

Существует много разновидностей насосов, используемых для циркуляции жидкостей. По конструктивному решению эти агрегаты напоминают дренажные устройства. Их корпуса изготавливаются из нержавеющего металла. Ротор и вал (на нем устанавливается крыльчатка) – чаще всего выполняются из керамики. Вращение ротора осуществляется с помощью электродвигателя. Вода, поступившая в насос циркуляционный, с одной стороны, нагнетается в трубопровод, расположенный с другой стороны. Теплоноситель движется по системе благодаря центробежной силе. Избыточное давление, созданное в системе, направлено на преодоление сопротивления, возникающего на многих участках трубопровода.

Насосы циркуляционные, по принципу работы, можно разделять на два подвида: «мокрые» и «сухие».

Отметим некоторые особенности циркуляционных насосов отопления, с так называемым «мокрым» ротором. Главной особенностью устройств такого типа является то, что рабочее колесо и ротор, находятся в перекачиваемой жидкости. При этом колесо (нержавеющий металл) отделено от статора, специальным стаканом. Вал насоса, может быть изготовлен не только из керамики, но и из металла. Жидкость, перекачиваемая насосом, одновременно участвует в выполнении 2-х функций: охлаждении двигателя и смазывании трущихся деталей.

Касаясь конструктивных особенностей насосов указанного типа, отметим, что в основе их сборки лежит так называемый модульный принцип. Суть его состоит в следующем. Сами модули подбираются с учетом требований, предъявляемых к циркуляционным устройствам. А именно, в зависимости от требуемой производительности и напора. Модульная конструкция насоса существенно облегчает его ремонт. Фактически он осуществляется простой заменой вышедшего из строя модуля.

Следует обратить внимание и на такое обстоятельство. Использование насоса с «мокрым» ротором освобождает пользователя от необходимости регулярного удаления воздуха из улитки, обустраивая патрубки для сброса. Насос сам производит удаление воздуха.

К преимуществам агрегатов «мокрого» типа следует отнести:
— относительно низкий уровень шума в процессе работы;
— малые габаритные размеры и небольшой вес устройства;
— невысокий уровень потребления электрической энергии;
— относительно большой срок бесперебойной эксплуатации;
— легкость настройки, обслуживания и ремонта.

Самым существенным недостатком насосов этого типа считают его относительно низкий уровень КПД. Как правило, он составляет менее 50%. Это объясняется, в первую очередь, тем, что трудно обеспечить качественную герметизацию ротора. С учетом этого факта, подобные модели, естественно, рекомендуется устанавливать только в системах отопления для небольших частных домов. То есть, там, где общая протяженность трубопроводов является сравнительно небольшой.

Следует также запомнить, что бесперебойная работа «мокрых» агрегатов возможна лишь при условии их правильного монтажа. Основное требование — положение вала должно быть строго горизонтальным. Только при таком расположении вала обеспечивается полноценная водяная смазка подшипников.

В случае, когда необходимо перекачивать большие объемы жидкости в различных системах отопления, применяются устройства с сухими роторами. Свое название они получили благодаря тому факту, что двигатели подобных устройств не имеют непосредственно контакта с перекачиваемой жидкостью. В этом и состоит их характерная особенность. Насосная часть и электродвигатель изолированы друг от друга посредством «скользящего торцового уплотнения».

В основе СТУ (скользящего торцевого уплотнения) – 2 кольца, с отполированными поверхностями. Одно из них, называемое динамическим, насажено на вал. Оно вращается вместе с ним. Другое, именуемое статическим, закреплено неподвижно в корпусе насоса. Кольца находятся в тесном контакте, благодаря пружине, которая взаимно их прижимает. Для их изготовления обычно используется агломерированный уголь. В некоторых моделях, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях, используются керамические или металлические кольца.

СТУ относится к так называемым динамическим уплотнениям. Они помогают осуществить герметизацию валов, вращающихся в жидкостях. Происходит это следующим образом. Пространство между поверхностями колец, заполняется тонкой жидкой пленкой, поскольку давление воды в системе выше атмосферного. Благодаря этой пленке происходит герметизация насоса. Кроме того, она выступает и в качестве смазки и средства охлаждения соприкасающихся поверхностей. При различных режимах работы насосного устройства, природа трения между поверхностями различна. Трение может относиться к смешанному, граничному или сухому виду. Сухое трение наблюдается в отсутствие смазывающей пленки. Оно приводит к очень быстрому разрушению трущихся поверхностей. В других случаях, срок службы определяется рабочими условиями (составом, температурой жидкости).

Насосные устройства с «сухим» ротором подразделяются на 3 подвида.
1. Консольные. Характерная особенность консольных насосов – сборка, смонтированная на единой платформе. При этом, оси, как насоса, так и двигателя, располагаются вдоль одной линии. Широко используются для организации городского водоснабжения, для решения производственных нужд предприятий.
2. Моноблочные. Они относятся к разряду низконапорных устройств. Для монтажа насоса и электродвигателя используется общий корпус. Эти агрегаты неприхотливы в эксплуатации, легко обслуживаются в работе. Широко применяются для решения задач коммунального хозяйства, в организации инженерных коммуникаций. Два этих подвида имеют отличительную особенность – расположение входного и выходного патрубков под некоторым углом.
3. «In-line» насосы. Главное отличие насосов этой категории по сравнению с предыдущими моделями, это возможность их непосредственной установки на магистрали трубопровода. Патрубки таких устройств расположены на одной линии. Отличаются более высокой надежностью. Предусмотрен механизм компенсации естественной выработки колец, происходящей в результате эксплуатации. С помощью прижимной пружины осуществляется «самоподгонка» деталей.

КПД насосов с «сухим» ротором заметно больше, чем у аналогов с «мокрым» ротором. Он достигает порой 80%. Однако, эти приборы не лишены некоторых недостатков, в числе которых:
— наличие высокого уровня шума. В связи с этим их монтаж рекомендуется осуществлять в отдельном помещении, обладающем хорошей звукоизоляцией;
— обязательность поддержания чистоты, как теплоносителя, так и воздуха внутри помещения. Возникновение воздушных завихрений в процессе работы насоса, приводит к притягиванию пылевых частиц. В результате попадания таких частиц в корпус, герметичность нарушается. Поэтому, возникает необходимость контроля уровня запыленности воздушной среды, окружающей насос, а также состава теплоносителя.

Критерии выбора насоса

Выбор конкретной модели и типа насоса осуществляется с учетом нескольких факторов. К ним, в первую очередь, относятся:
— так называемая продуктивность насоса. Расчет этого параметра осуществляется на основе выбора оптимального условия максимальной загруженности;
— условия эксплуатации оборудования. Они различаются по типу теплоносителя, температурному режиму, материалу и диаметрам труб;
— значению внутреннего давления насоса (напора). Оно должно быть выбрано в соответствии с суммарным гидравлическим сопротивлением всей системы. При этом этажность сооружения не играет роли.

Монтаж циркуляционного насоса

О неисправностях насоса

Одна из проблем, возникающих при использовании циркуляционных насосов в системе отопления, состоит в следующем. Насос работает, как правило, в зимний период времени. Другими словами, он постоянно в это время находится в рабочем состоянии и не создает нам проблем. Как только заканчивается зимний период, мы отключаем насос. И длительное время он находится вне привычного для него состояния.

Вследствие того, что вода в системе не отличается хорошим качеством, в ней происходит выпадение солей жесткости в осадок. Солями жесткости называются растворенные в воде соли щелочноземельных металлов (в основном, к ним относятся кальций и магний). Жесткость воды определяется уровнем концентрации именно солей жесткости. Следовательно, это осадок накапливается и в пространстве, отделяющем крыльчатку от насоса. Таким образом, насос, который не работает, как говорят, закоксовывается. Поверхность крыльчатки покрывается слоем солей жесткости.

Когда наступает отопительный сезон, мы запускаем насос. Но при этом наблюдаются нежелательные явления: гудение, отсутствие циркуляции в системе. Они напрямую связаны с тем, что крыльчатка не может вращаться из-за наличия солей жесткости. У маломощных моторов крыльчатка вообще не может вращаться. Что лучше предпринять в указанной ситуации?

Самый кардинальный, но не экономичный выход из нее, это заменить насос. Однако, чаще всего, проблему можно решить более простым способом. Это самому попытаться запустить насос, открутив гайку и повернув с помощью подходящего инструмента вал насоса. Это бывает достаточно во многих случаях. Если же в результате этих действий насос не заработает, придется отделить ротор и основательно очистить поверхности корпуса и крыльчатки от образовавшейся накипи.

Резюме

Положительный эффект от применения циркуляционных насосов очевидна пользователям автономных систем отопления. Благодаря им обеспечивается более высокая степень комфорта в помещениях. Она проявляется в появлении ряда новых возможностей:

— поддержания заданной температуры в каждом отдельно взятом помещении;
— уменьшения разницы в температурах, которыми обладают нагретый теплоноситель, выходящий из котла и остывший, обратно возвращающийся в котел. Благодаря этому, происходит заметное увеличение срока службы отопительного прибора;
— установления в системе труб, имеющих относительно малый диаметр;
— практического исключения потерь теплоносителя за счет испарения, свойственного открытым системам.