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.

Установка и регулировка реле давления и реле сухого хода

Реле сухого хода – устройство, которое отслеживает уровень жидкости в источнике, и при его падении отключает скважинный насос, чтобы защитить его от перегрева в результате работы в холостую. Любое насосное оборудование, перекачивающее воду, приходит в негодность при отсутствии рабочей среды. Поэтому за наличием ее достаточного уровня и напора следит датчик потока воды для насоса. «Сантехник Портал» расскажет об особенностях выбора данного устройства.

Датчик сухого хода для насоса: принцип работы

Причины исчезновения воды бывают различные – иссякла скважина, произошёл разрыв всасывающего шланга, забились фильтры.

Для предотвращения подобных неприятностей в состав водопроводной магистрали вводят специальный защитный датчик – реле сухого хода. В современных насосных станциях подобный прибор включён в заводскую комплектацию. Однако, большая часть бюджетных модификаций насосов лишена встроенной защиты.

На сегодня имеется несколько разных модификаций защитных приборов. Стандартный датчик защиты от сухого хода включает следующие элементы:

• Мембрана, установленная внутри корпуса реле.
• Размыкающие контакты – автоматически срабатывают при снижении напора в водопроводной сети менее установленного порога.
• Регулировочная пружина. С её помощью устанавливаются пределы сработки датчика.

Когда водяное давление находится в пределах нормы, внутренняя мембрана под её напором прогибается, соединяя электроконтакты. В результате цепь замыкается, и электродвигатель насоса работает. Когда водяное давление вдруг опускается ниже определённого уровня, мембрана распрямляется, размыкая контакты. Подача электропитания к мотору прекращается, и он останавливается.

Запустить аппарат вновь возможно, лишь наполнив систему водой, и создав внутри датчика необходимое давление. Для регулировки порога автоматического выключения насоса предназначена специальная пружина. Диапазон настроек составляет приблизительно 1 атм.

Подключение реле сухого хода к насосной станции

Реле защиты сухого хода насоса чаще монтируется наверху, в защищённом от сырости месте.

В продаже имеются и варианты с гидроизоляцией, разработанные для установки внутри скважины. К ним относятся и поплавковые механизмы, отключающие насос в при критическом снижении уровня воды, ниже определённого уровня. Смонтировать датчик вполне возможно собственными руками, без привлечения дорогостоящих специалистов.

Вся работа состоит из нескольких этапов:

• Установка защитного реле производится только совместно с датчиком водяного давления. Схема подключения данных приборов должна неукоснительно соблюдаться в соответствии с прилагаемой инструкцией предприятия-производителя.
• Следующим шагом определяемся с местом установки прибора. Чаще всего реле устанавливают на труб, выходящую из насоса, и непосредственно после датчика давления.
• На участке трубы, где планируется установить реле, монтируется соответствующий по диаметру и резьбе фитинг-тройник.
• Далее нужно демонтировать крышку датчика холостого хода, и снять находящуюся под ней пластиковую прокладку. В результате откроется доступ к патрубку, который и следует присоединить к фитингу-тройнику. Стыковочную резьбу, во избежание протечек, следует уплотнить льняной подмоткой, или специальными нитями, типа «Тангит-унилок»
• В питающем электрокабеле насоса делается разрыв, куда вставляется реле защиты от холостого хода. При размыкании контакта датчика, разрывается течение электрического тока, и насос перестаёт работать.

Характеристики реле давления

Главной характеристикой реле давления является его номинальное рабочее давление. Да, в предыдущей фразе есть некая тавтология, но именно она в полной мере является точной для описания главной характеристики реле, так как размеры, масса, присоединительные резьбы это уже дополнительные параметры. Итак, рабочее номинальное давление реле давления является показателем выбираемым из возможного ряда. Так на сегодняшний день согласно ГОСТ 26005-83 существует следующий рабочий ряд (контролируемое давление мПа (кгс/см)) для реле давлений: — 6,3 (63), — 10 (100), — 20, (200), — 32 (320).

На самом деле, исходя из потребностей рынка и других стандартов, вы вполне можете встретить реле давления и с другими характеристиками по рабочему (контрольному) давлению. Также к характеристикам реле давления стоит отнести:

— присоединительную резьбу; — размеры; — массу; — класс влаго- и пыле – защиты (IP); — номинальный ток и напряжение для коммутируемых контактов; — требования к рабочей среде (вода, хладагенты и т.д.); — температура рабочей среды; — исполнение реле давления (встроенный датчик либо выносной)

Все это надо учитывать, при подборе реле давления, для каждого конкретного случая.

Защита скважинного насоса от сухого хода

Для защиты погружных насосов обычно применяются размыкатели-поплавки.

Этот прибор состоит из герметичного корпуса, в который помещён свободно перемещающийся стальной шарик и контакты-размыкатели тока. Датчик-поплавок подключается к разрыву питающей электроцепи, точно также, как и поверхностные модификации. Поплавок опускается в воду вместе с погружным насосом, с которым он соединён тросом.

Поскольку такой прибор легче воды, что можно уже понять из названия «поплавок», он всегда стремится всплыть, но тросик не даёт ему это сделать. Поэтому датчик пребывает под таким наклоном, что шарик давит на рычажок замыкателя электроконтактов.

В этом положении оборудование спокойно включается и функционирует. Но когда уровень воды опускается ниже расположения насоса, прибор свободно повисает на крепёжном тросике, и шарик перекатывается на другую сторону корпуса, освобождая подпружиненный рычажок. Контакт размыкается, и подача электричества к двигателю блокируется.

Кроме поплавковых реле, для скважинных модификаций насосов используются и обычные, поверхностные реле. Сравнительно недавно на рынке появились также электронные приборы, отслеживающие изменение уровня воды внутри скважины, и автоматически отключающие подачу электричества насосу.

Регулировка реле сухого хода

Насос с защитой от сухого хода автоматически отключается, в зависимости от установленного показателя внутри-сетевого давления. Для регулировки данного показателя в конструкции датчика имеется специальный регулировочный винт, соединённый с пружиной.

При повороте винта вправо-влево, пружина либо расслабляется, либо сжимается. Тем самым производится установка необходимого показателя давления, при котором мембрана будет размыкать электрические контакты. На большинстве моделей защитных реле нижняя граница устанавливается на точке 1,4 атмосферы, а верхняя – порядка 2,8.

Эти заводские настройки можно изменить по своему желанию. Чтобы увеличить порог срабатывания датчика, винт пружины нужно повернуть против часовой стрелки, а для уменьшения нижней границы – вращать его следует в обратную сторону.

При ручной установке порога, необходимо следить, чтобы он был не выше давления, которое создаёт нормально работающий насос. Иначе возникает опасность, что оборудование вообще не будет реагировать на изменение напора воды, что чревато поломкой электродвигателя при сухом ходе.

Специфика эксплуатации

Перекачиваемая вода в домашних системах подразумевает несколько параллельных процессов:

• транспортировка жидкости к потребителю;
• охлаждение перекачивающего оборудования;
• смазка эластичных элементов насоса

Особенно заметны негативные последствия неправильной эксплуатации у вибрационного оборудования, которое является наиболее популярным в бытовых схемах водоснабжения. Также недопустимым считается явление для погружных, поверхностных и дренажных аппаратов.

Для того, чтобы сгорел погружной насос, достаточно 5 минут работы без воды

Если не предусмотрена защита от сухого хода скважинного насоса, то в результате происходят следующее:

• подвижные элементы разогреваются и повышают температуру смежных узлов;
• большинство деталей подвергается деформации;
• в определенной ситуации случается заклинивание, что приводит к выходу из строя электрической части.

В конструкции насосной станции нужно своевременно провести монтаж защиты, так как последствия «сухого хода» не ремонтируются по гарантии, работы придется проводить за свой счет.

При проверке состояния вышедшего из строя оборудования специалисту не составит труда определить причину данного состояния. О ней свидетельствуют характерные деформационные признаки элементов конструкции. В инструкциях к оборудованию производитель четко обозначает недопустимость эксплуатации насосов в отсутствии залитой в рабочие полости жидкости.

Один из примеров сгоревшей обмотки — первый явный признак для мастера

Предположительные «виновники» поломки

Существует несколько наиболее часто встречающихся причин, которые приводят к экстремальному режиму работы помп:

• Несбалансированная мощность насоса. В такой ситуации происходит быстрая откачка жидкости по причине недостаточного дебета скважины или для насосов, у которых заборная часть располагается выше динамического уровня.
• Схема подключения имеет участок заборной трубы, в которой имеется разгерметизация. Через отверстие станет внутрь проходить воздух.
• Засорилась труба откачивания, что нередко бывает у поверхностных моделей насосов.
• Работа гидравлики ведется при пониженном давлении.
• Во время откачки жидкости из любой емкости необходимо не допускать захвата воздуха.

Без установленных автоматических систем справится с недопущением «сухого хода» достаточно проблематично.

ВИДЕО: Разборка, ревизия и чистка глубинного насоса «Водолей»

Какая бывает защита от сухого хода для насосной станции

Одним из главных факторов получения надежной схемы является монтаж автоматики. К подобному оборудованию относят следующие компоненты:

• датчик сухого хода для насоса;
• реле сухого хода для станций или насосов;
• реле давления;
• поплавковый выключатель.

Выключение поплавком

Одним из универсальных блокираторов является поплавковый датчик сухого хода для погружного насоса. Этот элемент цепи – относительно недорогой помощник для защиты гидравлического оборудования. Благодаря простате установки данный датчик сухого хода для насоса используется во многих схемах, например, когда проводится откачка из классических колодцев либо каких-то емкостей.

Поплавок — защита от перегрева и сухого хода

Подключается датчик сухого хода для погружного насоса в электроцепь для одной из фаз питания. Спецконтакт внутри аппарата разорвет соединение при определенном положении корпуса поплавка. Таким образом откачка своевременно остановится. Высота срабатывания задается при настройке местом установки поплавка. Кабель, которым соединен датчик сухого хода для насоса, устанавливается на определенном уровне, чтобы во время понижения поплавка не происходил абсолютно полный отбор жидкости. Должно оставаться определенное количество жидкости в момент размыкания контактов.

Во время отбора воды поверхностным либо погружным агрегатов крепление датчика осуществляется так, чтобы даже после разрыва контакта уровень жидкости был все же выше заборной решетки или клапана.

Недостатком поплавка является нулевая универсальность – в узкой шахте его не установишь.

В подобной ситуации приходится искать иные методы, которыми будет осуществлена защита от сухого хода скважинного насоса.

Реле давления воды

Используемое реле защиты от сухого хода конструктивно является электрическим, который дает возможность разорвать контакт в цепи при критическом понижении давления и, соответственно, уровня воды в источнике. Исходное минимальное значение задает производитель. Обычно оно варьируется в интервале 0,5-0,7 атмосферы.

Реле давления от работы «всухую»

Подавляющее большинство моделей реле сухого хода для бытовых нужд самостоятельную регулировку порогового значения не предусматривает.

В нормальных условиях работы насосной станции давление в системе всегда превышает одной атмосферы. Занижение показателя свидетельствует лишь об одном – в заборный патрубок проник воздух. Автоматика сразу разрывает контакт, запитывающий насос, не давая току идти по кабелю. Старт после разрыва осуществляется исключительно в ручном режиме, что является дополнительной защитой.

Применение подобного реле имеет смысл при соблюдении определенных условий:

• наличие замкнутой водопроводной схемы;
• смонтированный гидробак;
• использование насосной станции с поверхностным или погружным насосом.

Принцип работы данного реле актуальный для систем с глубинными помпами.

Датчик потока воды

В схемах задействуют специальные датчики сухого хода, которые фиксируют скорость воды, пропускаемой насосом. В конструкции датчика предусмотрен клапан (лепесток), расположенный на участке протока, и герконовый микропереключатель. На одной из сторон подпружиненного клапана имеется магнит.

Схема подключения датчика потока воды

Алгоритм, по которому работает данный датчик, следующий:

• вода проталкивает клапан;
• за счет толчка пружина сжимается;
• контакты замыкаются и оборудование начинает работать.

Как только поток ослабевает или полностью заканчивается, давление на клапан прекращается, соответственно, пружина ослабевает, магнит отходит от переключателя и контакт разрывается. Работа помпы останавливается. При появлении воды весь цикл повторяется в автоматическом режиме.

Данный датчик встраивается в гидравлическое оборудование небольшой мощности. Его работа заключается в балансе между двумя величинами: потоке и уровне давления. Позитивными качествами являются такие характеристики:

• компактные габариты;
• простота монтажа;
• быстрота реакции на отключение.

Благодаря высокой скорости срабатывания удается своевременно отключить питание, что уменьшает риск безводной работы.

ВИДЕО: Какой тип автоматики выбрать для насоса?

Мини АКН

При необходимости установки универсальной защиты специалисты рекомендуют воспользоваться прибором для аварийных режимов мини АКН. В основе его лежит электронная защита самовсасывающего оборудования, которая реагирует на заданные параметры.

Преимуществами прибора являются:

• минимальное энергопотребление;
• небольшие параметры;
• комплексная защита от экстремальных режимов;
• высокая степень надежности;
• простота установки.

Работа без установленной защиты

В определенных случаях можно обойтись без монтажа дополнительных защитных узлов. Это возможно в следующих ситуациях:

• отбор жидкости осуществляется из источника, в котором постоянно есть вода;
• проводится непосредственный визуальный контроль за уровнем жидкости;
• высокий показатель дебета в скважине.

Если слышно, что агрегат начинает останавливаться, точнее «захлебывать», его необходимо самостоятельно отключить от сети. Запускать гидравлику повторно без проверки не рекомендуется.

ВИДЕО: Электрическая схема подключения автоматики глубинного насоса