У простій системі опалення циркуляція теплоносія відбувається природним шляхом за рахунок різниці об'ємних ваг нагрівається і остигає води. Гаряча вода, як легша, піднімається по стояках і розводить магістралях. Потім вона остигає, віддаючи тепло батареям, по зворотній магістралі спрямовується до вихідної точки - джерела тепла, і все починається спочатку.
Така схема життєздатна, якщо тиск води досить для подолання всіх перешкод. В іншому випадку вода охолоне раніше, ніж пройде весь контур, і система, як кажуть, «встане». Щоб цього не сталося, в систему опалення вбудовують циркуляційний насос. Він не тільки забезпечує постійний рух води, але і підтримує потрібний для цього натиск. Напором називають різницю тиску між початковим і кінцевим пунктом руху теплоносія. Це сума всіх втрат на тертя в трубах і на подолання місцевих опорів - радіаторів, регулюючих кранів, фільтрів, приладів обліку тепла.
Другим важливим завданням циркуляційного насоса є економія тепла і матеріалів. За рахунок більш високих швидкостей руху води в насосних схемах використовуються труби менших діаметрів і опалювальні прилади меншої поверхні нагрівання. Тому відбувається разова економія матеріалів при монтажі.
Надалі, якщо у кожного радіатора встановлений термостат (регулюючий кран, що забезпечує постійну температуру в приміщенні), то насос, керований частотним перетворювачем, прокачує рівно стільки води, скільки необхідно подати через термостати. Таким способом - за рахунок плавного регулювання швидкості обертання ротора - забезпечується постійне енергозбереження.
Коли тонке голчасті отвір термостата перекривається при досягненні необхідної температури, в ньому різко зростає гідравлічний опір і, як наслідок, виникає шум. У цьому випадку насос з частотним регулюванням переходить на малі обороти, забезпечуючи низькі шумові характеристики системи опалення.
Фронтальний вид блоку насосів опалення
СХЕМИ УСТАНОВКИ
Основних варіантів установки циркуляційного насоса два - на лінії подачі та на зворотній. З точки зору гідравліки немає принципової різниці, де розташовувати насос. В основному циркуляційний насос монтується на «обратке». Перша причина - конструктивна - полягає в тому, що до і після насоса встановлюються гумові гнучкі вставки. Їх призначення - запобігати передачу механічних вібрацій від насоса по транспортується середовищі, тобто по воді. Гнучкі вставки можуть також використовуватися в якості компенсаторів теплових подовжень трубопроводів.
Хоча граничною температурою експлуатації гнучкої вставки вважається 95 оС, існує залежність терміну служби від температури теплоносія. При температурі 60 і більше градусів цей термін різко скорочується.
Другим, і основним, аргументом на користь установки циркуляційного насоса на зворотному трубопроводі є загроза закипання води при несправності і завоздушіваніе котла. Насос не призначений для перекачування пара, його крильчатка в цьому випадку перетворюється в потужний опір для пароводяної суміші. В результаті циркуляція зупиняється, тоді як тиск на виході з котла продовжує рости і котел може вибухнути. Це не відноситься до сучасних опалювальним агрегатам, які захищені автоматикою від перегріву і закипання.
Крім чисто циркуляційних схем, існують варіанти з підмішуванням зворотної води в трубопровід лінії. Наприклад, якщо в приватному будинку встановлено загальний котел, який повинен забезпечити водою і систему опалення з максимальною температурою 90 ° С, і контур теплих підлог з більш низькою температурою води. У цьому випадку на зворотній лінії основної системи встановлюється циркуляційний насос. А на перемичці між подає і зворотним трубопроводом системи обігріву підлог - окремий змішувальний насос, який частину постигла води з зворотної лінії спрямовує знову в подає, знижуючи, таким чином, температуру подачі. При цьому насос також забезпечує циркуляцію в системі.
Фільтр магнітний муфтовий
Обв'язки НАСОСНОГО УЗЛА
Циркуляційний насос встановлюється не сам по собі, а в комплекті з необхідним додатковим обладнанням, яке прийнято називати обв'язкою насосного вузла. По-перше, це вже згадані гнучкі вставки. Вони виготовляються з поліхлоропренового гуми. У неї висока термостійкість, хороша адгезія до тканин і металам, стійкість до атмосферних впливів і природному окислення. При розтягуванні така гума кристалізується, завдяки чому гнучкі вставки мають високу міцність. Для приєднання до трубопроводу вони мають чавунні приєднувальні патрубки з накидними гайками і внутрішнім різьбленням або сталеві фланці. При діаметрі 100 мм і більше гнучкі вставки комплектуються сталевими контрольними стрижнями, які обмежують їх розтягнення.
По ходу руху води після насоса встановлюється зворотний клапан. Корпус його може бути латунним, з нержавіючої сталі або чавуну, запірний елемент - також з різних матеріалів. За способом приєднання до трубопроводу існують зворотні клапани з внутрішнім різьбленням (корпус з латуні), фланцеві (чавунні), із зовнішнім різьбленням і додатково замовляються різьбовими або приварними приєднувальними патрубками з накидними гайками, а також клапани, затискають між двома відповідними фланцями. Останні два типи бувають з чавунними і сталевими корпусами. Відкриті зворотні клапани мають певний гідравлічним опором, яке розраховується при підборі насосів.
Фільтр магнітний фланцеве
До і після насоса необхідно урізати штуцер (короткий відрізок труби діаметром 15 мм) з триходовим клапаном. До нього приєднують манометр для контролю справності і належного функціонування насоса. Можна відразу встановити обидва манометра, але зазвичай обходяться одним приладом, переносячи його по точках вимірювання. Також не зайвим буває, при великому діаметрі труби і значних габаритах насосного вузла, спускний кран.
Кордон насосного вузла - кульові крани, що дозволяють відключити насос або демонтувати весь вузол для ремонту або заміни.
Діаметр приєднувальних патрубків насоса, як правило, менше діаметра трубопроводу, на якому його встановлюють. Поширеною помилкою є підбір гнучких вставок, зворотного клапана і навіть відключають кранів по діаметру насоса. За чинним нормам перехід потрібно робити біля самого насоса, а все обв'язування насосного вузла приймати по діаметру основної труби.
В опалювальний сезон насос повинен постійно працювати. Поломка насоса перетворює його в додаткову перешкоду для циркуляції води. При сильних морозах під час відсутності постійного контролю вихід з ладу насоса може навіть призвести до розморожування системи. Щоб уникнути такої ситуації, розроблені різні способи резервування. Більш простий і дешевий - установка здвоєного насоса, так званого моноблока. Ці насоси - своєрідні «сіамські близнюки», у них два електродвигуни, з'єднаних паралельно в одному корпусі, і загальний приєднувальний трубопровід. Керована потоком перекидна кришка перешкоджає зворотному потоку через стоїть насос. Кожен з насосів підключається до електроживлення окремо. На заводі здвоєні насоси налаштовуються на змінний режим роботи. Це означає, що обидва насоса працюють по черзі. Перемикання відбувається через 24 години. Якщо працюючий насос вимикається через несправність, відразу включається другий насос.
Можна перевести здвоєні насоси в резервний режим. Тоді один з насосів буде працювати постійно. Другий через певні відрізки часу (наприклад, раз на добу) буде запускатися на короткий час з низькою частотою обертання, щоб уникнути блокування при тривалому простої. Це так званий автоматичний тест резервного насоса. Одночасна робота продовжиться всього 40 секунд. Якщо основний працюючий насос відключиться через поломки, запуститься резервний. Один з насосів можна перевести в режим «Стоп», але тоді управляти їх роботою доведеться вручну.
Недолік моноблочного насоса в тому, що резервується тільки електродвигун. При виході з ладу деталей, що відповідають за перекачку води, насос все одно доведеться знімати, а для цього відключати котел і зливати воду. Взимку це не завжди можна зробити. Тому найнадійнішим способом резервування є паралельна установка двох одиночних насосів - кожного зі своїми гнучкими вставками, манометрами, зворотним клапаном, спускніка і відключають кранами. Управління такими насосами виносять в окремий щит автоматики.
По ходу води перед насосним вузлом необхідно встановити фільтр або грязевик. Загальні правила їх установки такі. Коса частина фільтра направляється по руху води, бочонок грязевика повинен знаходитися знизу. Фільтр встановлюється на горизонтальній ділянці або на спуску, грязевик - тільки на горизонталі. Потрібний напрямок води показує стрілка на корпусі. Навіть якщо насосів два - основний і резервний - перед ними встановлюється один загальний фільтр. Сітка, всередині фільтра затримує на собі механічні домішки, з часом її отвори забиваються мінеральними відкладами. В результаті гідравлічний опір фільтра зростає. Щоб стежити за пропускною спроможністю і своє тимчасово виконувати очистку сітки (або бочки грязевика), до фільтра по ходу води також врізають штуцер з триходовим клапаном під установку манометра. Другий контрольної точкою при цьому служить манометр перед насосом.
Більшість сучасних циркуляційних агрегатів - з водяним охолодженням ротора. Приєднання по воді може бути і горизонтальним, і вертикальним. Однак, щоб насос не вийшов з ладу, вал ротора при монтажі повинен розташовуватися строго горизонтально. Інакше всередині насоса відбудеться завоздушіваніе, деталі перегріються, підшипники залишаться без змащення. Також потрібно звертати увагу на стрілку, нанесену на корпус. Вона показує напрямок руху теплоносія. Насос, встановлений з відступом від горизонталі, може втрачати до третини своєї продуктивності. Клемна коробка також повинна бути нагорі.
ТЕХНІЧНІ ПРАВИЛА ВСТАНОВЛЕННЯ НАСОСІВ. ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКА
Контроль над роботою насосів виконується за сигналом датчиків перепаду тиску, встановлених на кожному насосі. У систему автоматизації входять датчики температури - заглибні для теплоносія і зовнішні для визначення температури повітря.
Використовуються різні режими управління насосом: автоматичний за програмою, заданої з базового блоку; дистанційний з базового блоку; місцевий за допомогою кнопок, встановлених на силовому щиті.
Потрібно пам'ятати, що за діючими нормами надійність електропостачання насосного вузла повинна відповідати вимогам другої категорії споживачів електроенергії. Насосне обладнання живиться через власну панель автоматичного перемикання на резерв (ЩАП), який встановлюється поруч з водно-розподільним пристроєм житлового будинку.
Управління електродвигунами передбачається як ручне за допомогою кнопок, так і автоматичне зі щита автоматики, а вибір режиму виконується виборцями управління на дверях розподільчих щитів. Всі електродвигуни забезпечуються вимикачами безпеки.
Металеві корпуси електрообладнання, нормально не перебувають під напругою, повинні бути занулені, як занулюючих провідників використовуються нульові захисні провідники. Електродвигун насоса зануляют в клемній коробці, де до болта заземлення підключається нульова жила проводу.
Датчик зовнішнього повітря ставиться поза прямою досяжності на північному фасаді, вище людського зросту і на відстані не менше метра від найближчих вікон. Корпус датчика бажано вибирати в антивандальному виконанні.
ПЕРЕВАГИ РЕГУЛЮВАННЯ НАПОРУ
Коли мешканець вручну прикриває вентиль радіатора або автоматичний термостат зменшує подачу тепла в опалювальний прилад, різко збільшується кількість води в інших частинах системи, тобто в магістралях і стояках. В системі з нерегульованим насосом відразу зростає тиск, а значить, і шум.
Більшість сучасних насосів мають можливість пропорційної регулювання тиску. На практиці це означає, що при підвищенні або зниженні температури повітря насос змінює швидкість обертання, тим самим зменшуючи або збільшуючи подачу теплоносія в систему.
Якщо ж встановити насос з частотної регулюванням, то обороти агрегату відразу знизяться, зменшиться споживання електроенергії і зникне шум. Тобто при зниженні витрати води гаситься надлишковий напір насоса, а при збільшенні витрати теплоносія, коли зростає надходження води в опалювальні прилади, натиск знову зростає. При цьому збільшується термін служби насоса. Крім того, частотні перетворювачі забезпечують плавний пуск електродвигунів і аварійну зупинку насосів, вирівнюють вхідна напруга і виконують функції автоматики в складі насосних станцій.
Частотні перетворювачі бувають вбудованими в насос, але при необхідності станцію частотного регулювання можна придбати окремо. Програмується цей пристрій введенням команд з кнопок, контроль введення - по монітору. Цю роботу краще довірити професіоналу. Недоліком використання частотного перетворювача вважається збільшення вартості насосного обладнання.
обв'язка котельні
ПРИСТРІЙ обвідної лінії
Систему опалення приватного будинку, в якій встановлений циркуляційний насос, потрібно убезпечити від ризиків відключення електрики в самий невідповідний момент, коли на вулиці мороз. На цей випадок бажано мати джерело безперебійного живлення, який дозволить насосу пропрацювати кілька годин. Але що робити, якщо акумулятори все-таки розрядилися, а світла як і раніше немає?
Вирішити проблему допоможе обвідний трубопровід навколо насоса (його також називають шунт або байпас). У нього кілька завдань. Розглянемо їх по порядку.
Існують системи, в яких діаметри труб і площа нагрівальних приладів розраховані на природну циркуляцію теплоносія при невеликих негативних температурах. Насос вступає в роботу тільки при похолоданні до -10 ° С, а основну частину часу вода проходить повз насоса по байпасу. Це циркуляционно-підкачувати схема.
У системах, спочатку розрахованих на примусову циркуляцію, обводная лінія дозволяє демонтувати насос для ремонту, не зупиняючи в цілому роботи системи. Тому що навіть погана циркуляція краще, ніж ніяка.
Нарешті, без байпаса неможливо заливати воду в систему і робити підживлення, тому що в обв'язці насоса встановлюється зворотний клапан, що перешкоджає подачі води через зворотний трубопровід.
Байпас приймають на діаметр менше зворотного трубопроводу і обладнають запірним краном. Коли працює насос, цей кран закритий. При відключенні насоса перекривають крани в його обв'язки, а байпасну лінію, навпаки, відкривають.
Можна автоматизувати перемикання «насос-байпас», якщо замінити кульові крани електромагнітними клапанами і доповнити схему датчиком тиску. При відключенні насоса тиск після нього відразу впаде. Датчик пошле імпульс приладу автоматики, а той відкриє клапан на байпасе, одночасно перекривши насосний вузол. Коли насос повернеться в роботу, відбудеться зворотне перемикання. Головне, щоб потік перекривався плавно, інакше може трапитися гідравлічний удар.
РОЗРАХУНОК циркуляцiйного насосу
У закритій системі рідина рухається по замкнутому колу. За умови, що з системи повністю видалений повітря і вона закрита, на насос не впливає статичний тиск. Тому існують лише два параметри, за якими підбирають циркуляційний насос опалення - натиск і подача. Напір - це тиск, який необхідно розвинути, щоб подолати наявні опору. Вимірюється він по-різному - в паскалях, метрах водяного стовпа, атмосферах, барах - всі ці одиниці взаємно перекладаються. Позначається буквою H - це умовна «висота всмоктування» насоса.
Щоб теплоносій дійшов до найвіддаленіших точок системи, натиск насоса повинен перевищувати суму всіх гідравлічних втрат. Перший доданок - це необхідний натиск. Він складається з опору труб, опалювальних приладів і регулюючих кранів. Другий доданок - втрати в обв'язки насоса. Це опір фільтра, зворотного клапана, а при наявності - також теплолічильника і регулюючих клапанів. Третє - вільний напір, який приймається рівним двом-трьом метрам водяного стовпа. У сумі ці величини і дають розрахунковий напір насоса.
Подача насоса - обсяг води, яку він повинен перекачати. Подача зазвичай позначається як G, а вимірюється в тоннах на годину або метрах кубічних на годину. Для визначення подачі або, як ще кажуть, витрати насоса, потрібно знати теплову потужність системи - кількість тепла, яке виробляє котел. Позначається буквою Q. Подача насоса - це теплова потужність, поділеній на різницю температур виходу та повернення теплоносія, тобто
G = (Q х 1000) / (T1 - T2), м3 / год,
де 1000 - перекладної коефіцієнт.
Температура в прямому трубопроводі, як правило, 85-95 оС, зворотної - 60-70 ° С.
Після того, як визначені натиск і подача, підбір конкретного насоса ведуть по номограммам, на яких показана робоча область саме цього агрегату. По осі абсцис - подача, по осі ординат - натиск. При виборі можна помилитися. Більш потужний, ніж потрібно, насос викличе шум, перевитрата енергії і сам швидко вийде з ладу. При нестачі потужності не буде забезпечена циркуляція по всьому контуру.
Потрібно пам'ятати, що експлуатація насоса при мінімальній подачі, що знаходиться нижче робочої області, викличе перегрів і зупинку насоса. Але і до максимальній точці прагнути не можна - найкраще насос працює при ККД близько 80%.
Розрахунки бажано робити в двох варіантах - для зимового часу з максимальною температурою води і для перехідного періоду. Насос повинен однаково добре працювати в усіх умовах. Установка частотного перетворювача додатково цьому допоможе.
Циркуляційний насос з «мокрим» ротором Wilo Stratos, чавунний, фланцеве, з вбудованим частотним регулятором
«МОКРИЙ» І «СУХИЙ» РОТОР
Основні елементи насоса, крім електродвигуна, - це ротор і вал з робочим колесом, лопаті якого при обертанні створюють необхідний тиск теплоносія в трубах. На всмоктуючої стороні створюється розрідження, завдяки якому вода спрямовується в насос, а на виході з насоса крильчатка нагнітає теплоносій в обмеженому стінками труби просторі, і розвивається необхідне для циркуляції тиск.
За способом охолодження насоси ділять на два види. Занурювальні, або «мокрі» насоси називаються так тому, що ротор і крильчатка у них занурені в теплоносій. Насоси з «мокрим» ротором малошумни - вода глушить звук обертових деталей. Вони не вимагають постійного обслуговування для змащення і заміни прокладок - цю функцію теж виконує теплоносій. Такі насоси невеликі за розміром і економні у споживанні електрики. При цьому вони мають можливість швидко і гнучко перебудовуватися під мінливі умови роботи. У невеликих системах опалення приватних будинків вони зарекомендували себе з кращого боку.
У насосах цієї конструкції відсутні вентилятор, підшипники кочення і муфта вала. Ці деталі є трьома з чотирьох джерел шуму будь-якого насосного агрегату. Четвертий джерело шуму від насоса - це шум води, яка протікає через його гідравлічну частину. При подачах, для яких випускаються насоси з «мокрим» ротором (до 70 м3 / год), шум протікає через насос води вкрай низький. В інтервалі потужності двигуна від 20 Вт до 1 кВт рівень звукового тиску становить всього від 22 до 45 дБ. Для порівняння: допускається рівень звуку в житловій квартирі днем - 40 дБ, вночі - 30.
Недоліком «мокророторних» насосів є відносно невисокий ККД - приблизно 50%. Пов'язано це з тим, що статор (нерухома частина двигуна) «мокрого» насоса ізолюється від ротора металевим стаканом - гільзою, і не існує способу повністю і з гарантією герметизувати це з'єднання.
Ротори «мокрих» насосів виготовляють з нержавіючої сталі або зносостійкого пластика, робоче колесо - з кераміки, вугільного агломерату або нержавіючої сталі. Такі насоси, з досвіду експлуатації, протягом двадцяти і більше років працюють без капітального ремонту. Звичайно, до якості води при установці «мокрого» насоса пред'являються підвищені вимоги. Як мінімум повинні бути фільтри і тонкої, і грубої очистки, а не тільки простий грязевик.
Спочатку насоси з «мокрим» ротором рекомендувалися для установки тільки в зворотний трубопровід. Зараз матеріали, з яких виготовляються стикаються з водою деталі, дозволяють встановлювати такі насоси і на подачі.
Циркуляційний насос з «мокрим» ротором Grundfos Magna 3, чавунний, муфтовий, з вбудованим частотним регулятором
Насоси з «мокрим» ротором не вимагають установки до та після себе гнучких вставок.
У «сухих» циркуляційних насосах ротор лише частково занурений в рідину, а двигун ізолюється від робочого вала сталевими полірованими кільцями. При запуску насоса ці кільця починають обертатися, між ними утворюється водяна плівка, герметизирующая з'єднання за рахунок різниці тиску в системі опалення і зовнішній атмосфері. ККД насосів з «сухим» ротором досягає 80%. Однак ці насоси настільки гучні, що за діючими нормами їх не можна розташовувати суміжно з житловими кімнатами.
Ущільнель «сухого» насоса потрібно регулярно змащувати, інакше зруйнується торцеве ущільнення і всередину корпусу потраплять частинки пилу, які інтенсивно притягуються обертовим ротором. Накопичуючись на кільцях, пил може пошкодити їх і привести до розгерметизації насоса.
До і після насоса з «сухим» ротором рекомендується установка гнучких вставок для виключення передачі вібрацій і шуму.
В даний час провідні компанії насосного обладнання практично не поступаються один одному по основних позиціях. Різниця невелика - можливо, трохи нижче середні роздрібні ціни однієї фірми, але при цьому більш розвинене післяпродажне обслуговування в іншої і трохи нижче енерговитрати двигунів у третій. Володарі насосів будь-якої відомої марки вперше звертаються в сервіс тільки після десяти-п'ятнадцяти років безперервної роботи обладнання.
Стаття опублікована в об'єднаному випуску "Осінь-Зима 2016"
журналів "інструменти" + "Все для будівництва та ремонту" + "GardenTools"
Серії "Споживач"