Датчик сухого хода для насоса: принцип работы и конструкция

Насосное оборудование, обслуживающее трубопроводные системы, по которым транспортируется жидкая среда, особенно нуждается в защите в тот момент, когда падает давление жидкости или она вообще перестает поступать. Для обеспечения такой защиты в ситуациях, когда в насос не подается перекачиваемая им жидкость, его оснащают автоматическими датчиками – реле сухого хода. Для насосной станции могут использоваться различные типы таких устройств.

Система управления скважинным насосом: слева реле сухого хода, справа датчик включения/отключения насоса

Почему насосное оборудование надо защищать от сухого хода

Из какого бы источника ни перекачивал воду электронасос, это оборудование может оказаться в ситуации, когда жидкость перестанет в него поступать. Именно такие ситуации приводят к тому, что насосная станция начинает работать на холостом (или, как чаще говорят, на сухом) ходу. Негативным последствием работы насоса в таком режиме является даже не бесполезная трата электроэнергии, а интенсивный нагрев оборудования, что в итоге приводит к деформации элементов его конструкции и быстрому выходу из строя. Вода одновременно выступает в роли смазывающей и охлаждающей жидкости, поэтому ее наличие внутри насоса просто необходимо.

По указанной причине наличие реле, обеспечивающего защиту от сухого хода скважинного насоса (или циркуляционного), является практически обязательным. Большинство современных моделей насосного оборудования имеет встроенные реле. Однако стоят подобные насосы очень дорого. По этой причине пользователи часто приобретают реле, защищающие от сухого хода, отдельно.

Насосная станция с автоматической защитой от сухого хода

Основные средства защиты

Чтобы обеспечить защиту насоса от сухого или холостого хода, используют устройства различного типа, основная задача которых состоит в том, чтобы прекратить функционирование оборудования в тот момент, когда в него перестает поступать вода. Сюда, в частности, относятся:

• реле защиты насоса от сухого хода;
• датчик потока воды;
• реле давления с опцией защиты по сухому ходу;
• датчики, контролирующие уровень жидкости в источнике водоснабжения, в качестве которых могут применяться поплавковые выключатели или реле контроля уровня.

Различия между собой всех вышеперечисленных устройств заключаются как в их конструктивном исполнении и принципе действия, так и в сферах их применения. Чтобы понять, в каких ситуациях применение того или иного типа реле, защищающего насосное оборудование от сухого хода, наиболее целесообразно, следует познакомиться с каждым из них более подробно.

Характеристики реле защиты насоса от сухого хода

Датчик сухого хода для насоса относится к устройствам электромеханического типа, контролирующим, есть ли в системе, по которой транспортируется вода, давление. Если уровень давления оказывается ниже нормативного порога, такое реле автоматически останавливает работу насосного оборудования, размыкая цепь его электрического питания.

Реле сухого хода для насоса состоит из:

• мембраны, являющейся одной из стенок внутренней камеры датчика;
• контактной группы, обеспечивающей смыкание и размыкание цепи, по которой электрический ток поступает к двигателю насоса;
• пружины (степенью ее сжатия регулируется давление, при котором реле будет срабатывать).

Основные элементы реле «сухого хода»

Принцип, по которому работает такое реле защиты от сухого хода, заключается в следующем.

• Под давлением потока воды в системе, если его уровень соответствует нормативному значению, мембрана устройства выгибается, воздействует на контакты и замыкает их. Электрический ток в таком случае поступает на двигатель насоса, и последний работает в штатном режиме.
• Если напора воды недостаточно или она вообще не поступает в систему, мембрана возвращается в свое исходное состояние, размыкая цепь электрического питания насосной установки и, соответственно, отключая ее.

Ситуации, когда давление жидкости в системах водоснабжения резко снижается (а значит, насосу требуется защита от сухого хода), вызываются разными причинами. Среди таких причин можно назвать истощение естественного источника воды, засорение фильтров, слишком высокое расположение самовсасывающей части системы и др.

Реле защиты от сухого хода насоса обычно устанавливают на поверхности земли, в сухом месте, хотя есть модели, выполненные во влагозащитном корпусе, которые можно монтировать вместе с насосным оборудованием в скважине.

Пример автоматического водоснабжения жилого дома

Более эффективно реле, предотвращающие сухой ход насоса, работают в тех случаях, когда их устанавливают в не оснащенных гидроаккумулятором системах, которые обслуживает поверхностный циркуляционный насос. Установить такое реле в системе с гидроаккумулятором, конечно, можно, но в этом случае оно не сможет обеспечить стопроцентную защиту насосной установки от сухого хода. Схема подключения реле при этом выглядит следующим образом: располагают его перед датчиком давления воды и гидроаккумулятором, а сразу после насосной станции устанавливают обратный клапан, не дающий воде двигаться в обратном направлении. При таком подключении мембрана реле сухого хода постоянно находится под давлением воды, создаваемым гидроаккумулятором. Это может привести к тому, что насос, в который не будет поступать вода из источника, просто не отключится.

Эффективная защита насоса от сухого хода в тех случаях, когда он обслуживает системы, в которых установлен гидроаккумулятор, также возможна, но для решения этой задачи применяются устройства других типов.

Датчики, обеспечивающие контроль потока воды

В ситуациях, когда возникает такое нежелательное явление, как сухой ход, поток жидкости, который поступает в насос, либо обладает недостаточным давлением, либо отсутствует вовсе. Для того чтобы контролировать наличие потока и его рабочие параметры, применяют специальные устройства, которые называются датчиками протока воды. По конструктивному исполнению и принципу работы они могут быть электромеханическими (датчики) либо электронными (контроллеры).

Реле или датчики протока воды

Выделяют две разновидности электромеханических датчиков потока воды:

Основным рабочим элементом датчиков первого типа является гибкая пластина, установленная в их внутренней полости, имеющей цилиндрическое поперечное сечение. В том случае, если поток жидкости в системе присутствует и обладает достаточным давлением, такая пластина, оснащенная магнитным элементом, максимально приближена к переключателю герконового типа, а его контакты находятся в сомкнутом состоянии. Если же давление потока жидкости снижается или он исчезает вообще, гибкая пластина отходит от переключателя, его контакты размыкаются, что приводит к выключению насосной установки.

Устройство датчика потока лепесткового типа

Датчики протока турбинного типа отличаются более сложной конструкцией. Ее основой является небольшая турбина, в роторной части которой установлен электромагнит. Принцип работы такого датчика, который также способен обеспечить защиту насоса от холостого хода, заключается в следующем. Поток жидкости вращает турбину, в роторе которой создается электромагнитное поле, преобразуемое затем в электромагнитные импульсы, считываемые специальным датчиком. Решение о том, включить или выключить насосное оборудование, обслуживающее систему, датчик принимает в зависимости от того, какое количество импульсов в единицу времени ему посылает турбина.

Датчик автоматического управления насосом «Турби»

Еще более сложной конструкцией отличаются электронные контроллеры протока воды, которые совмещают в себе функции и реле давления, и устройства, обеспечивающего защиту насосного оборудования от сухого хода. Такие контроллеры, называемые также электронными реле давления, хотя и стоят недешево, заменяют сразу несколько контрольных и управляющих устройств. Установленные в системах водоснабжения, электронные реле давления не только обеспечивают защиту насосной системы от сухого хода, но и позволяют контролировать давление и параметры потока жидкости. Когда такие параметры работы системы не соответствуют нормативным значениям, электронный датчик автоматически отключает насосное оборудование.

Электронный контроллер давления EPS-II-12, совмещающий в себе функции реле давления и реле протока

Если для обслуживания водопроводных систем применяется насос с небольшим запасом напора, то их можно оснащать только электронным реле. Когда же в системе используется насос с большим запасом по создаваемому им напору, необходимы гидроаккумулятор и отдельный датчик давления, так как электронное реле не регулируется по предельному давлению отключения насосной установки. Использование только электронного реле в таких случаях может привести к тому, что при создании избыточного давления в системе насосная станция просто не отключится.

Датчики, контролирующие уровень воды в системе

Не допустить возникновения ситуаций, когда насос водопроводной системы работает на холостом ходу, способны и датчики контроля уровня воды, которые устанавливаются преимущественно в источнике водоснабжения – скважине, колодце или емкости. Таким образом, посредством подобных устройств обеспечивается защита скважинного насоса от сухого хода (или насосной установки, перекачивающей воду из колодца). По конструкции датчики контроля уровня могут быть поплавковыми и электронными.

Среди поплавковых датчиков выделяют два основных вида. Одни из них контролируют заполнение емкостей водой, не допуская случаев ее перелива, а вторые, которые обеспечивают защиту помпы от сухого хода, регулируют опорожнение емкостей с водой, скважин и колодцев. Кроме того, есть комбинированные модели, которые в зависимости от схемы подключения к системе могут выполнять обе функции.

Поплавковый датчик ПДУ-В241-50 и схема его подключения

Принцип работы поплавкового реле контроля уровня воды достаточно прост. Пока в источнике водоснабжения есть жидкость, поплавок, соединенный с контактной группой, задран вверх. Процесс работы не будет прерываться, пока уровень воды в источнике не уменьшится до такой степени, что поплавок опустится и тем самым разомкнет контакты, через которые в фазный провод электродвигателя насоса поступает электрический ток.

Следует отметить, что защита насоса-помпы от сухого хода при помощи поплавкового датчика контроля уровня воды является наиболее доступным по стоимости и самым распространенным способом.

Электронные датчики контроля уровня воды способны одновременно решать две задачи: защищать насосное оборудование от сухого (холостого) хода при уменьшении уровня воды в источнике водоснабжения и не допускать случаи перелива жидкости при наполнении емкостей.

Реле защиты насоса от сухого хода тип РСХ и датчики уровня воды

При использовании датчиков данного типа в воду опускается не само устройство, а только электроды, соединенные с реле проводами, по которым к ним подается электрический ток небольшой величины. Электроды размещаются в источнике с водой на уровнях, ниже которых вода не должна опускаться. Пока электроды находятся в воде, они формируют замкнутую электрическую цепь, что объясняется электропроводностью воды, а если хотя бы один из электродов окажется вне жидкости, что происходит при снижении ее уровня, цепь разомкнется, что сразу приведет к отключению насосной станции.

Электронное реле подключается к датчику трубного или скважинного типа

Таким образом, существует множество способов использовать для оснащения водопроводных систем насосы с защитой от сухого хода. Между тем применение только реле не всегда позволяет нейтрализовать влияние негативных факторов. В связи с этим, проектируя и создавая такие системы, следует использовать для их оснащения и другие контролирующие, управляющие и защитные устройства, к числу которых относятся обратный клапан, датчик давления и гидроаккумулятор.

Реле сухого хода для насоса – принцип работы и правила монтажа

Реле сухого хода для насоса – важнейшее устройство, которое выполняет автоматическое отключение системы в случае отсутствия внутри неё жидкости. Разберёмся в принципе работы, конструкционных особенностях данного агрегата. Также рассмотрим правила установки и настройки основных параметров реле, рекомендации для выбора данного устройства и другие важные нюансы.

Почему необходимо защищать насос

В процессе работы электрического насоса бывает, что жидкость перестаёт поступать в трубопровод. Это может произойти в случае, когда оборудование перекачивает воду из любого источника – колодца, резервуара, водоёма, дренажной системы. В результате насосная станция будет работать на холостом ходу.

Отсутствие жидкости не только неоправданно бесполезным расходом электричества. Это очень опасно из-за перегрева и деформации рабочих элементов насоса. В большинстве случаев повреждения критические, а испорченные детали подлежат замене.

Электрический двигатель насоса также подвергается негативному воздействию тепла. При выраженном перегреве он может перегореть, что сделает систему водоснабжения полностью нефункционирующей. Покупка нового насоса влечёт дополнительные финансовые расходы, что не очень приятно.

Поэтому жидкость, которая перекачивается системой водоснабжения, выполняет важные функции. Она охлаждает нагретые трением поверхности и смазывает их, снижая преодолеваемое усилие.

Причины возникновения холостого хода:

• Установлен слишком мощный насос. Он перекачивает много воды, в результате чего источник не успевает самовосстановиться и обеспечить необходимый объем жидкости.
• Заборные элементы системы загрязнены илом, песком или другими предметами.
• Вода в источнике находится ниже уровня установки насоса.
• Нарушена герметичность трубопроводов из-за их неправильно выполненного монтажа.
• Насос функционирует при низком давлении в системе.
• Забор осуществляется из источника, где происходят периодические перебои подачи воды (централизованные системы, накопительные резервуары).

Конструкция и особенности функционирования защиты

Современные насосные станции продаются с встроенными реле сухого хода. Но бюджетные модели часто лишены подобной защиты. Поэтому они дополнительно оснащаются устройствами, которые состоят из следующих деталей:

• мембрана (находится внутри корпуса);
• размыкающие контакты (регулируют включение и выключение устройства при изменении давления в системе);
• регулирующая пружина (задаются параметры срабатывания автоматической защиты).

Реле сухого хода для насоса, принцип работы которого довольно прост, функционирует благодаря деформации мембраны. При нормальном давлении в системе и оптимальном водном потоке она выгибается, что приводит к замыканию контактов. В результате электричество движется по цепи, обеспечивая бесперебойную работу системы.

При снижении скорости потока воды или при её отсутствии происходит распрямление мембраны. Это приводит к размыканию контактов и отсутствию электричества. Датчик сухого хода для насоса мгновенно останавливает его работу. Возобновление функционирования происходит в ручном режиме пользователем после заполнения источника жидкостью в необходимом объёме.

Рекомендации по подбору реле

Защита от сухого хода для насосной станции подбирается с учётом её технических характеристик, особенностей источника воды. На рынке присутствуют модели реле под установку в конкретном месте системы водоснабжения. Также выпускаются модификации устройств под насосы с разной производительностью и глубиной монтажа.

Выбирая датчик сухого хода для скважинного насоса, учитывают и его особенности работы. Защитное отключение срабатывает, ориентируясь на основные параметры системы:

• уровень воды;
• показатели давления;
• сила перемещения жидкости в трубопроводе.

При покупке реле необходимо обращать внимание и на развиваемое насосом давление. Это поможет избежать ложного срабатывания датчика и отключения оборудования. Такая ситуация характерна, когда после закачивания воды потребители израсходуют её значительную часть, что приводит к критическому снижению давления. В это время насос не успевает подать достаточное количество жидкости, что провоцирует перебои в работе системы.

При выборе реле холостого хода для насоса важно знать, какие проблемы могут возникнуть при их использовании:

• Защита по давлению. Такие устройства могут работать неправильно, когда в систему попадает сжатый воздух. Он создаёт высокое давление, в результате чего насос будет продолжать функционировать в холостую.
• Определение контакта с водой. Проблема появляется, если закрыть задвижку по линии насоса. В результате он будет работать вхолостую, поскольку система заполнена водой. Поэтому при использовании таких реле рекомендуется не ставить кранов.
• По току потребления. Когда насос работает вхолостую, он расходует больше электрической энергии. Именно на это реагирует защита. Подобные приборы эффективные, но дорогие и довольно сложные в настройке.
• Реле потока. Не рекомендуется использовать, если давление в системе формируется только при помощи насоса.

Реле любого типа будет работать эффективнее, если в сеть водопровода включён гидроаккумулятор (объем неважен). Также допускается отсутствие реле при эксплуатации насоса в глубинной скважине с хорошим дебетом.

Методика выполнения монтажных работ

Датчик сухого хода устанавливается следующим образом:

1. Защита от холостого хода обязательно монтируется вместе с датчиком, измеряющим показатели давления. Схема подключения устройств выбирается в соответствии с рекомендациями, наведёнными в инструкции от производителя.
2. Выбирают участок системы, где будет осуществляться монтаж прибора. Специалисты рекомендуют делать это на трубопроводе, выходящему из насоса. Реле должно находиться после датчика давления.
3. На участке, где планируется осуществлять монтаж защитного устройства, устанавливают тройник-фитинг.
4. Из трубопровода, на котором происходит установка, сливается вода. С прибора снимают крышку и вкладыш, присоединяют его к фитингу. Резьбу обязательно уплотняют при помощи сантехнической ленты.
5. В кабеле, который питает насос, выполняют разрыв. В данный участок вставляется защитное реле. Когда контакты датчика размыкаются, прекращается подача электрического тока, что приводит к отключению насоса.

Видео описание

Этапы монтажа защитного реле подробно описаны в следующем видео: