Принцип работы и устройство насосной станции водоснабжения

Из чего состоит станция подачи воды

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.

В состав входят следующие функциональные компоненты:

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

Для забора воды к ней подсоединяется всасывающая труба с обратным клапаном и сетчатым фильтром. А к выходному отверстию установки подключается магистраль, транспортирующая перекачиваемую жидкость к точкам потребления. При этом если станция имеет встроенный фильтр и клапан, то ими всасывающий шланг можно не дополнять.

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.

Выбираем автоматику для насоса

Скважина для воды на участке почти обязательное явление, она предоставляет множество выгод. Чтобы ее работа не омрачалась постоянными поломками, необходимо установить автоматику. Она бывает разной по компоновке, может быть чисто механической или иметь электронный блок управления, но любая автоматика обеспечивает правильную работу насосной системы.

Особенности

Автоматика для насоса, как и для отопления, поддерживает нормальную работу системы, следя за множеством параметров, например, давлением, температурой насоса, осуществляет распределение воды в системе и тому подобное. Для корректной работы необходимы несколько узлов различного типа и их настройка под конкретную специфику начиная от типа насосного оборудования и глубины скважины и заканчивая количеством точек водозабора и необходимым рабочим давлением.

Штатная работа насоса поддерживается работой автоматики важных узлов.

• Распределяющее коллекторное устройство. Обеспечивает подачу воды в несколько точек водозабора по всей обслуживаемой территории.
• Реле. Контролирует запуск и остановку насоса. Необходимо для контроля оптимального давления в системе. При продаже имеет базовые настройки от производителя, которые могут изменяться согласно нуждам конкретной системы.
• Манометр, устройство измеряющее рабочее давление системы.
• Датчик сухого хода. Необходим для предотвращения перегрева насосного оборудования при отсутствии воды в системе.

Минимальный объем автоматики для насосной станции включает контроллер и систему защиты.

• Контроллер, регулирующий мощность насоса. Необходим для работы системы в оптимальном режиме.
• Система защиты:
  • датчик сухого хода;
  • датчик, защищающий от перегрева;
  • датчик, определяющий разрыв в напорной магистрали.

Можно отметить положительные и отрицательные моменты при использовании автоматики.

Автоматика, как и любое сложное устройство, призвана улучшить работу механической составляющей, в данном случае насоса, в связи с этим ее использование предоставляет определенные преимущества, к ним относятся:

• широкий выбор специализированных агрегатов позволяет подобрать подходящий вариант к насосу с практически любыми параметрами;
• набор автоматики уже скомпонован в систему и готов к работе, поэтому можно не заниматься подбором отдельных узлов, не проверять детали на совместимость и синхронизацию взаимодействия;
• главное достоинство автоматики – это работа в плавном размеренном режиме всей насосной системы, при этом следить за ее балансировкой не нужно, потому что это также задача автоматики.

Кроме положительных качеств, автоматика имеет и свои недостатки, и вот какие:

• скомпонованная система стоит дороже, чем ее сборка из отдельных узлов самостоятельно;
• при наличии определенных познаний можно подобрать каждый узел так, чтобы он идеально отвечал требованиям насосной системы и настроить его на оптимальную работу; при готовой системе такое полное совпадение редкость, но если поискать, можно найти хороший вариант с высоким соответствием;
• автоматика по большей части плохо сочетается с вибрационными насосами из-за их специфичного требования к входному давлению в 0.3 атм, на которое она не рассчитана.

Всю автоматику, использующуюся для контроля за работой насоса, подразделяют на 3 вида в хронологическом порядке согласно последовательности ее создания.

1-го поколения

Это первая и простейшая автоматизированная система управления насосным оборудованием. Ее используют для несложных задач, когда нужно обеспечить постоянный источник воды в доме. Состоит она из трех основных частей.

• Датчик сухого хода. Необходим для отключения насоса при отсутствии воды, которая служит охладителем, без нее насос перегреется и обмотка сгорит. Но также может устанавливаться дополнительный поплавок-выключатель. Его функция схожа с датчиком и отталкивается от уровня воды: когда он понижается – насос выключается. Эти простые механизмы надежно защищают дорогостоящее оборудование от порчи.
• Гидроаккумулятор. Является необходимым элементом для автоматизации системы. Выполняет функцию накопителя воды, внутри которого расположена мембрана.
• Реле. Устройство, контролирующее уровень давления, должно снабжаться манометром, позволяющим настраивать рабочие параметры контактов реле.

Автоматика первого поколения для глубинных колодезных насосов отличается простотой за счет отсутствия сложных электрических схем, а потому его установка на любое насосное оборудование не является проблемным.

Функционал системы так же прост, как и механизм работы, который завязан на понижении давления в гидроаккумуляторе при израсходовании воды. Вследствие чего включается насос и заполняет емкость новой жидкостью. При полном заполнении насос отключается. Этот процесс продолжается циклично. Возможна регулировка минимального и максимального давления посредством реле. Манометр позволяет установить нижний и верхний предел срабатывания автоматики.

2-го поколения

Второе поколение отличается от первого использованием электронного блока управления, к которому подключены датчики. Они распределены по всей насосной системе и следят за работой самого насоса и состоянием трубопровода. Вся информация поступает к электронному блоку, который ее обрабатывает и принимает соответствующие решения.

При использовании автоматики 2-го поколения может не использоваться гидроаккумулятор, так как трубопровод и установленный в нем датчик выполняют аналогичную функцию. Когда давление в трубе падает, сигнал от датчика поступает в узел управления, который, в свою очередь, включает насос и восстанавливает напор воды на прежний уровень, а по завершении отключает его.

Для установки автоматики 2-го поколения необходимы базовые навыки в обращении с электроникой. По принципу действия системы 1-го и 2-го поколения схожи – контроль давления, но по стоимости система 2-го поколения значительно дороже, вследствие чего пользуется меньшим спросом.

Компенсацией являет отсутствие гидроаккумулятора, а, следовательно, экономятся деньги на его покупку, хотя он имеет и свои плюсы, так как система на его основе продолжает работать даже в отсутствии электричества.

3-го поколения

Такая система отличается высокой надежностью и эффективностью, но и стоит дороже своих предшественников. Точная работа системы обеспечивается продвинутой электроникой и позволяет экономить на электроэнергии. Для подключения этой системы необходим специалист, который не только установит, но и настроит правильную работу блока. Автоматика обеспечивает полный комплекс защиты оборудования от поломки начиная от «сухого хода» и разрыва трубопровода и заканчивая защитой от скачков напряжения в сети. Принцип работы, как и во 2-ом поколении, не связан с использованием гидроаккумулятора.

Главное отличие – это возможность более точно регулировать работу механических узлов. Например, при включении насос стандартно качает воду на максимальной мощности, в чем нет нужды при ее малом расходе, а электричество потребляется по максимуму.

Система 3-го поколения варьирует мощность насоса в зависимости от интенсивности водозабора, увеличивая и уменьшая его обороты. Это не только экономит энергию, но и продлевает срок службы агрегата.