При установке перекачивающего насоса на некоторой высоте над емкостью с жидкостью между впускным патрубком и жидкой средой возникает воздушный столб. Напор насоса прямо пропорционален плотности среды. Поскольку плотность воздуха в сотни раз уступает плотности жидкости, напор падает, перекачка останавливается.
В этих условиях для запуска нормально всасывающего насоса приходится принимать дополнительные меры и вести постоянный контроль всасывающей линии.
Пути решения проблемы:
- Предварительная заливка всасывающей трубы
- Откачка воздуха вакуумным насосом
- Монтаж всасывающего клапана на погруженном в жидкость конце трубы
Применение самовсасывающей техники существенно облегчает перекачку и позволяет обойтись без перечисленных мер. Самовсасывание упрощает работу с пенообразующими или выделяющими газы жидкостями.
В соответствии с ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения» к самовсасывающей категории относится оборудование, самостоятельно заполняющее подводящую трубу жидкостью. Такая техника способна откачать небольшой объем воздуха из пустой всасывающей трубы, а затем продолжить работу в обычном режиме.
Основные отличия от нормально всасывающих моделей
При подъеме жидкости на высоту производительность оборудования снижается по сравнению с работой под заливом. Падение производительности зависит от величины гидравлических потерь на трение при прохождении подводящей трубы и физических характеристик рабочей среды – температуры кипения, вязкости, плотности.
Самовсасывающие модели больше по габаритам и имеют меньший КПД, чем нормально всасывающие, однако надежно работают при перепаде высот до 8–9 м и незаменимы в экстренной ситуации. Оборудование способно перекачивать чистую, легко загрязненную, а также содержащую мелкие или крупные частицы жидкость.
Принцип действия и особенности конструкции
Обязательное условие для первого запуска самовсасывающего насоса после установки – заливка рабочей камеры через заливочное отверстие. После начала работы во всасывающей части создается разрежение, за счет которого воздух из трубы подается в рабочую камеру, а затем выходит через выпускной патрубок.
Цикличное повторение процесса идет до тех пор, пока труба между насосом и емкостью не заполнится полностью жидкостью. Если во время работы оборудования в зону всасывания проникнет воздух и перекачка прекратится, самовсасывание продолжается до возобновления нормального режима деятельности.
Конкретный механизм создания области разреженного давления зависит от типа насоса, но описанный принцип самовсасывания один и тот же.
Впускной патрубок у самовсасывающих моделей смещен вверх. Такое расположение позволяет сохранять в рабочей камере небольшое количество жидкости, необходимое для последующего запуска.
На впускном и выпускном патрубке возможна установка обратных клапанов.
Назначение обратного клапана:
- Быстрый запуск оборудования после остановки
- Преграждение противоположного тяге движения жидкости и воздуха
- Обеспечение условий для технического обслуживания оборудования без опустошения трубопровода
- Предотвращение гидравлического удара при прекращении работы
Устройство, резко усиливающее напор рабочей среды в трубопроводе – внешний или внутренний эжектор – позволяет увеличить высоту размещения насоса над уровнем жидкости в разы. Главный недостаток оборудования с эжектором – повышенный уровень шума.
Типы оборудования, характеристики, область применения
Отдельные примеры сфер деятельности, где необходима техника с функцией самовсасывания:
- Забор воды для полива растений или автономного водоснабжения частного дома
- Откачка воды из газовых скважин, подземных шахт, затопленных помещений, при наводнениях и других стихийных бедствиях
- Подача пульпы в горнодобывающей промышленности
- Откачка кубового остатка или нефтяных шламовых отложений на НПЗ
- Осушение строительных котлованов, бассейнов, дренажных систем
- Откачка сточных вод из накопительных резервуаров
- Погрузка или разгрузка судна в порту, подъем воды на борт, откачка воды из трюма или балластных цистерн
- Работа пожарного оборудования или систем охлаждения
Далее приведены наиболее распространенные типы самовсасывающих насосов с краткими характеристиками.
Центробежные
Центробежные насосы отличаются высокой производительностью и широким спектром перекачиваемых жидкостей. Приобретают самовсасывающие свойства после установки в стандартную конструкцию рециркуляционной камеры достаточного объема.
Мембранные пневматические
Мембранные пневматические насосы не искрят, слабо нагреваются. Наилучшим образом подходят для перекачки вязких или взрывоопасных жидкостей либо рабочей среды с содержанием твердых включений во взвешенном состоянии.
Импеллерные
В импеллерных насосах рабочим органом служит ламельный ротор с лопастями из мягкого материала. Вследствие посадки ротора с эксцентриситетом по отношению к центру корпуса изменяется объем пространства между лопастями и образуется разрежении на всасывающей линии. Предназначены для перекачки жидких веществ малой и средней вязкости.
Винтовые
Винтовые насосы отличаются от импеллерных более сильным давлением на выходе, лучше справляются с густой рабочей средой, но уступают по уровню самовсасывания. По сравнению с центробежными существенно меньше требуемый кавитационный запас.
Время дегазации
Продолжительность момента откачки воздуха из всасывающей линии, или время дегазации, относится к ключевым параметрам техники. Указанная характеристика влияет на нормальную работу на стадии запуска.
На этапе дегазации жидкость в рабочей камере получает основную часть механической энергии. В результате этого происходит быстрый нагрев, возможно частичное испарение и нарушение герметизации уплотнений. По данной причине при существенном превышении указанного в рабочей инструкции времени дегазации оборудование надо выключить и определить источник проблемы.
Для самовсасывающих насосов нормальное значение параметра составляет всего несколько минут. Для контроля за соблюдением условий безаварийной работы рекомендуется поставить вакуумметры на впускной магистрали.
Кавитационный запас самовсасывающих насосов
Кавитация – процесс образования в жидкости пузырьков воздуха из-за понижения давления. Явление сопровождается гидравлическими ударами, сильным шумом, ухудшением технических характеристик, быстрым износом и даже выходом из строя оборудования.
У самовсасывающих моделей насосов залогом работы без кавитации служит то же самое соотношение, что и у стандартных: NPSHa > NPSHr, где NPSHa - располагаемый кавитационный запас, NPSHr – требуемый кавитационный запас.
Информацию о величине требуемого кавитационного запаса NPSHr обычно предоставляет производитель. Зачастую, характеристику указывают с трехпроцентным запасом.
Потенциальные проблемы
На процессе устранения воздуха из подводящей трубы сильно сказывается наличие даже небольших трещин или сквозных отверстий. Совсем небольшой дефект может сильно снизить эффективность перекачки или вообще приостановить всю работу. По тем же основаниям в самовсасывающих образцах техники обычно не ставят сальниковые уплотнения.
При эксплуатации нужно принимать во внимание низкий напор на выпуске во время дегазации. В системах без запорных устройств воздух в момент дегазации беспрепятственно выходит через выпускной патрубок. При установке обратного клапана на выходе давления насоса недостаточно, чтобы открыть клапан.
Вопрос решается установкой байпаса, через который стравливается воздух из рабочей камеры. После перехода к нормальному режиму функционирования оборудования клапан открывается, часть жидкости продолжает выливаться в резервуар через байпас.
Утечка жидкости через байпас даже небольшого диаметра при сильном напоре может быть достаточно велика. Вследствие утечки снижается эффективность, ухудшаются технические характеристики. Выходом из положения может стать монтаж запорного вентиля с минимальным гидравлическим сопротивлением, к примеру шарового.
Однако предпочтительнее выглядит использование автоматического вентиля дегазации, в обычном состоянии находящегося в открытом положении и закрывающегося в случае проникновения внутрь жидкости под напором.
При перекачке сильно загрязненной рабочей среды скорость потока должна обеспечивать перемещение твердых включений, а диаметр байпаса позволять провести дегазацию и не забиться грязью. Слив байпасной линии надо располагать на достаточном расстоянии от всасывающей магистрали, чтобы поступающая в трубу жидкая среда не насыщалась воздухом.
Главная причина поломки самовсасывающих насосов, не допускающих работу вхолостую – отсутствие в резервуаре жидкости. На холостом ходу оборудование начинает работать при возникновении кавитации, а также в результате загрязненности или неверной эксплуатации. Помимо угрозы для исправного функционирования техники холостой режим опасен возможным выходом из строя электродвигателя.
Предотвратить переход на работу вхолостую можно установкой мембранного выключателя, представляющего собой закрепленный со стороны выпуска манометр с электрическими контактами. Устройство автоматически останавливает насос при падении давления жидкости ниже определенного уровня.
