Винтовой (шнековый) насос для скважины и его применение

Индивидуальное водоснабжение частного дома невозможно представить без насосного оборудования, доставляющего воду потребителю, для этого применяют несколько модификаций электронасосов с различным принципом действия. Одним из популярных видов является винтовой насос для скважины, в основном используемый для водозабора из источников, водные бассейны которых расположены на песке.

Винтовые (шнековые) электронасосы, представленные на рынке погружными моделями, выпускают многие ведущие отечественные и зарубежные производители насосного оборудования, их стоимость не выходит за среднеценовые рамки для данной категории агрегатов. Чтобы правильно выбрать электронасос, рассматривают несколько классов с разным принципом действия, при этом винтовой скважинный насос при определенных условиях имеет некоторые преимущества перед другими разновидностями.

Рис. 1 Популярные модели винтовых насосов

Погружные скважинные насосы — разновидности

Насосы, устанавливаемые для закачивания воды, в зависимости от размещения относительно водного источника, условно разбивают на две группы: поверхностные и погружные.

Первые устанавливают на земле рядом со скважиной, для водозабора в шахту опускается труба или напорный рукав, при этом максимальная глубина всасывания (расположения водного зеркала от поверхностного слоя почвы) не превышает 9 м. Подавляющее количество бытовых водовсасывающих наружных агрегатов работают по центробежному принципу, имеют средние технические характеристики с максимальными объемом прокачиваемой жидкости 5 м3/ч и напором около 50 м, КПД устройств не больше 50%. Обычно поверхностные агрегаты входят в комплектацию насосных станций, представляющих собой единый блок, в котором помимо электронасоса установлены гидравлический аккумулятор, реле давления и манометр.

Погружные насосы представлены на рынке несколькими разновидностями с разным принципом работы, в зависимости от конструкции, стоимости и качества скважинной воды, их применяют в домашнем хозяйстве для разнообразных целей.

Рис. 2 Принцип действия и конструкция центробежного электронасоса

Центробежные

Центробежные электронасосы занимают лидирующее положение среди других видов благодаря следующей особенности конструкции, вытекающей из их принципа работы — входной водный поток поступает на ось рабочего колеса и вытесняется его лопатками через патрубок сбоку корпуса. Таким образом, появилась возможность подключить любое количество центробежных колес с камерами (ступеней) последовательно с повышением давления на каждой ступени.

Напор в бытовых модификациях доходит до 200 м и более, пропускная способность до 20 м3/ч, КПД возрастает с увеличением габаритов насосного агрегата и достигает 65% у бытовых высококачественных моделей датского и итальянского производства.

Качественные центробежные электронасосы от европейских концернов с мировым именем оснащены внутренней защитой от перегревания обмотки в отсутствие охлаждающей жидкости, имеют встроенный обратный клапан, дорогие модели укомплектованы электронным блоком управления скоростью вращения вала в зависимости от объемов водопотребления с применением широтно-импульсной модуляции. Это решение позволяет уменьшить габариты насосного оборудования, практически исключив из схемы подключения гидроаккумулятор, а также сэкономить электроэнергию, снизив ее потребление на 40%.

У потребителя пользуются высоким спросом центробежные насосы от лучших мировых производителей насосного оборудования: Grundfos (Дания), Pedrollo, Speroni (Италия), Wilo (Германия), российские бренды Беламос, Водолей, Unipump (производство в Китае). Следует отметить, что разница в ценах между продукцией ведущих зарубежных фирм и изделиями российского или китайского производства довольно существенна, качественный электронасос от Grundfos стоит около 1000 у.е., в то время как отечественный или китайский насос с аналогичными характеристиками можно приобрести за 200 у.е.

Рис. 3 Вибрационный электронасос — устройство

Вибрационные

Технология изготовления вибрационных электронасосов не претерпела существенных изменений с советских времен, поэтому на рынке представлено множество российских брендов, встречается продукция украинского и белорусского производства, в достаточном количестве присутствуют китайские модели.

Отличием вибрационных электронасосов от других видов является отсутствие вращающихся частей и соответственно подшипников, принцип работы основан на возвратно-поступательном перемещении якоря катушки при подаче на ее обмотку переменного тока. К якорю электромагнита приварен шток с поршнем, затягивающим воду, для предотвращения оттока жидкости в источник около входных отверстий установлен обратный клапан.

Вибрационные модели обладают довольно низким КПД около 35%, максимальный объем перекачиваемой жидкости не превышает 1,5 м3/ч, напор не более 80 м.

Данные характеристики считаются не слишком высокими для обеспечения водой частного дома с проживанием даже одного человека, поэтому вибропомпы в основном используются в хозяйственных целях: для орошения огородных грядок, заполнения бассейнов, прудов, различного вида емкостей водой, проведения дренажных работ.

Так как вибрационные виды не слишком чувствительны к высокому содержанию взвешенных частиц в воде, их часто используют для прокачки скважин и колодцев, извлекая из них замутненную воду с глиняно-песчаными фракциями.

Вибрационные помпы относят к изделиям бюджетной ценовой категории, их минимальная стоимость около 20 у.е., средняя цена типового качественного агрегата 30 у.е. На рынке вибропомпы представлены многочисленным рядом отечественных (Ручеек, Малыш, Дачник, Водолей, Вихрь, Зубр) и китайских (Oasis, Patriot) брендов.

Разновидности и основные технические характеристики

Среди насосов шнековых выделяют две категории. Основополагающим параметром такого разделения выступает рабочая глубина, на которой способны работать данные гидромашины. Так, в зависимости от этой характеристики различают:

• стандартные винтовые насосы;
• устройства глубинной категории.

Шнековый насос, относящийся к стандартной категории, используется для откачивания воды из колодцев или скважин, глубина которых не превышает 20–25 метров. Такие помпы часто применяются для обслуживания скважин с небольшим дебитом, бурение которых выполнено на водоносных слоях почв песчаного типа (скважины на песок). Поскольку с помощью винтового насоса можно откачивать жидкую среду с различной производительностью, сохраняя при этом стабильное давление создаваемого потока и не обращая внимания на содержание в составе воды песчаных включений, данное оборудование оптимально подходит для обслуживания скважин указанного типа.

Винтовой моноблочный насос с верхним расположением водозаборной части

Винтовой скважинный насос глубинной категории оснащается удлиненным шнеком, что определяет впечатляющие технические возможности такой гидромашины. Обладая высокой мощностью и надежностью, она может успешно обслуживать артезианские скважины, вода в которых располагается на глубине, доходящей до ста метров. Конечно, цена таких моделей значительно выше стоимости устройств стандартной категории, но во многих случаях, когда требуется обеспечить подачу воды из скважин значительной глубины, без подобного оборудования просто не обойтись.

Рассмотрим технические характеристики, которыми обладает скважинный винтовой насос, относящийся к моделям средней ценовой категории:

• производительность, показывающая, какой объем жидкой среды насос способен перекачать в единицу времени, – 1500–2000 л/час;
• напор создаваемого потока жидкости – 40–60 метров водяного столба;
• температура, которой может обладать перекачиваемая жидкая среда, – от +5 до +40°С;
• размер частичек нерастворимых твердых включений, которые могут содержаться в перекачиваемой воде, – 2–2,5 мм;
• мощность электродвигателя, приводящего во вращение ротор и шнек, – 1–1,5 кВт.

Линейка винтовых насосов Sprut

Большинство моделей шнековых насосов средней ценовой категории, которые часто применяются для оснащения бытовых автономных систем водоснабжения, могут работать от электрической сети с напряжением 220 В.

Шнековые помпы промышленного назначения отличаются более впечатляющими техническими характеристиками. В частности, такие устройства без ущерба для своего технического состояния могут успешно перекачивать жидкие среды, температура которых значительно превышает вышеуказанные значения. Кроме того, промышленные насосы винтового типа в состоянии работать с жидкими средами, содержащими в своем составе нерастворимые твердые включения, размер частиц которых превышает 2–2,5 мм.

Скважинный шнековый насос для артезианских водозаборов

Основная часть корпусных деталей насосов скважинных винтового типа изготавливается из нержавеющей стали, отдельные элементы – из прочного пластика. Для герметизации элементов внутренней конструкции таких гидромашин используются прокладки, изготовленные из резины и силикона.

Поскольку движущиеся элементы внутренней конструкции шнековых насосов постоянно контактируют с перекачиваемой жидкой средой, они не нуждаются в обеспечении дополнительного охлаждения.

Принцип работы и конструктивное устройство шнекового насоса

В стандартном шнековом бытовом электронасосе рабочий винт выполнен в виде спиралевидного штыря из коррозионно-устойчивого материала, которым является сталь с хромированным покрытием, нержавейка или высокопрочный пластик. Всасываемая вращающимся винтом жидкость поступает в обойму из технического полимера, а затем выталкивается в верхний выходной патрубок электронасоса.

Винтовой электронасос, используемый в быту, состоит из следующих основных узлов (рис. 7):

1 — Электрическая часть с вертикально расположенным однофазным электродвигателем с сухим ротором и маслонаполненной камерой, отделяющей моторный отсек от гидравлической части, внутри нижней части корпуса находится пусковой конденсатор.

2 — Гидравлическая часть состоит из корпуса, водозаборного фильтра и рабочего шнека, вращающегося в обойме из эластичного полимера (резины) — узел из винта и резиновой муфты проталкивает жидкость, поступающую внутрь корпуса через перфорированные отверстия 3, к выходному патрубку.

3 — Водозаборная часть представляет собой цилиндр из нержавеющей стали с проделанными в боковых стенках отверстиями для втягивания воды.

4 — На верхней крышке насоса, выполненной из латуни или нержавейки, размещены выходной патрубок и проушины.

5 — Выходной патрубок выполняют с внутренней резьбой стандартным диаметром 1 дюйм, к нему присоединяют обратный клапан и водоподъемный рукав.

6 – К проушинам привязывают капроновый или металлический трос в синтетической защитной изоляции.

Рис. 7 Конструктивное устройство винтового насоса

Особенности эксплуатации

Винтовой насос для скважины может проработать не один десяток лет в безаварийном состоянии благодаря следующим особенностям эксплуатации:

1. Охлаждение мотора осуществляется естественным образом – самой перекачиваемой водой. Поэтому располагается всегда ниже заборных отверстий.
2. Бесшумность работы оборудования позволяет делать скважину максимально близко к дому.
3. Отсутствие вибраций исключает воздействие мотора на стенки скважинного канала.
4. Обнаружение поломок и неисправностей оборудования доступно даже непрофессионалу – ввиду простоты устройства.

Модели винтового типа одинаково эффективно работают при вертикальном и горизонтальном расположении. Это значит, что их можно использовать для перекачки воды не только из скважины, но также реки, ручья, колодца и любого другого подходящего водоема.

Отличительные особенности и параметры шнековых электронасосов

Типовой шнековый насос для скважин, используемый в индивидуальном водоснабжении, имеет следующие технические параметры:

• Напряжение электропитания: переменное 220В ± 10%, с частотой 50 Гц.
• Температурный диапазон откачиваемой жидкости: от 0 до 35 °С.
• РН откачиваемой воды: 6,5 — 8,5.
• Рабочий диапазон температур внешней среды: от 0 до +40 °С.
• Минимальная глубина погружения под водное зеркало: 0,5 м.
• Допустимый объем механических частиц в откачиваемой воде: — не более 500 г/м3, не допускается содержание в жидкости волокнистых материалов.
• Допустимый диаметр механических фракций: — 1 мм.
• Максимальный напор: 3 м3/ч, у большинства моделей он не превосходит порог в 1,5 м3/ч.
• Предельный напор: до 200 м, данный показатель является редким исключением, большинство модификаций создают напорное давление не более 100 м.

Рис. 8 Основные характеристики китайских Oasis
Основные преимущества винтовых электронасосов:

• Невысокая стоимость, цена самых дешевых моделей составляет около 80 у.е., в целом все модели стоят дешевле центробежных видов.
• Простота конструкции. Рабочая часть состоит из винта и резиновой обоймы, их легко обслуживать и при необходимости просто заменить, что делает ремонт шнековых агрегатов весьма простым.
• Винтовой насос для скважины благодаря своему принципу работы может транспортировать жидкость с крупными фракциями песка и глиняных отложений — в этом его основное преимущество. Погружной винтовой насос предпочтительнее применять для водозабора из скважинных источников на песке, часто имеющих высокое содержание взвешенных частиц глины и песка. Хотя их детали и подвергаются механическому воздействию твердых частиц, срок службы винтового насоса в замутненных источниках будет выше, чем у центробежных моделей.

К недостаткам шнековых агрегатов относят посредственное качество многих изделий (хромированный винт, быстро истираемая обойма) и не слишком высокие технические характеристики, заметно уступающие центробежным видам, а также низкий КПД, не превышающий 45%.

Подробности

Основные требования к эксплуатации

В паспорте к насосу содержатся требования к эксплуатации шнековых насосов. В этом случае обеспечивается гарантия надежной работы прибора:

1.электросеть должна выдерживать 220 вольт, допускается погрешность до 8 процентов в меньшую или большую сторону. При больших перепадах электроэнергии насосы подключают к питанию с помощью регулятора напряжения.

2.перекачиваемая жидкость должна иметь температуру до сорока градусов по цельсию.

3.объем взвесей в воде твердого характера не может быть более ста пятидесяти грамм на кубометр. Иначе насос выйдет из строя раньше заявленного срока годности.

4.насосы можно погружать до восьмидесяти метров в глубину.

5.охлаждающая жидкость для двигателя не должна иметь скорость менее 0.08 метров в секунду.

6.нельзя насосам работать без воды.

7.удаленность от скважинного дна не должна превышать 1 метр.

8.трубопровод не должен иметь сечение менее двадцати пяти миллиметров.

9.рабочие пуски в час не должны превышать пятнадцати раз.

10.чтобы насос включался реже, к устройству устанавливают накопительный резервуар с реле для давления.

11.нельзя вешать насос с помощью кабеля для электричества.

12.если запорный кран закрыт, то нельзя включать насос, потому что жидкость для охлаждения не будет поступать к двигателю. Может перегреться статор, тогда насос сломается.

13.ремонтировать оборудование можно только специальном сервисе.

Отрицательные стороны насоса

Недостатки и достоинства зависит от разновидности насоса, условий применений.

Существуют недостатки, которые относят ко всем моделям:

1.насосы не работают при холостом ходе.

2.низкий уровень полезного действия. Для разных моделей значение КПД находится в районе от пятидесяти до семидесяти процентов.

3.невозможно регулировать подачу воды.

4.цены на устройства располагают в большом диапазоне. Недорогие приборы быстро изнашиваются, перегреваются.

Монтаж

При установке в скважину оборудования следует придерживаться основных правил безопасности:

1.насосы можно устанавливать, если полностью завершена сварка при укладке основного трубопровода.

2.следует проверить дебит скважины на соответствии с производительностью насоса.

3.проверить качество соединения выходного патрубка с арматурой трубопровода.

4.проверить все стыки в магистральной сети.

5.следует опускать насос в скважину, применяя цепь, стальной трос.

6.электрокабель закрепляют к трубе подачи посредством хомутов на расстоянии два-три метра друг от друга по всему трубопроводу.

7.следует установить насос на расстоянии 1 метр от дна.

8.двигатель насоса располагают выше, чем механизм фильтрации.

9.подводить электричество можно, как только трос будет прикреплен к оголовку источника.

10.из трубопроводов удаляют воздух, чтобы не было перепадов давления, когда запустят насос.

Область применения

Можно сказать, что винтовой насос для скважины благодаря способности откачивать грязную воду, лидер по количеству сфер, в которых находит применение при ведении бытового хозяйства. Винтовой скважинный насос приобретают для:

• обустройства водного снабжения коттеджей, дач с водоподачей из колодцев и скважин;
• заполнения искусственных прудов, бассейнов, резервуаров для отопления и капельного полива;
• орошения огородов, садов и любых зон с растениями на приусадебном участке;
• проведения дренажа в случае затопления подвалов, погребов и цокольных помещений в доме;
• прокачки скважин после проведения буровых работ, некоторые профессионально занимающиеся бурением фирмы специально закупают для этих целей шнековые насосы;
• очистки скважин и колодцев от илистых отложений.

Читайте в отдельной статье о выборе дренажного насоса для грязной воды.

Рис. 10 Параметры винтовых насосов серии Unipump Eco Vint

Как выбрать винтовой насос

При выборе оборудования следует ориентироваться на условия, в которых будет работать аппарат.

При этом прибор должен обладать следующими качествами:

• отсутствие шума при подъеме жидкости;
• глубина откачки;
• простота крепления в скважине;
• эксплуатационный ресурс;
• наличие функции отвода тепла через перекачиваемую жидкость;
• способность работы в среде со степенью загрязненности 80 — 100 г/м³.
• габариты оборудования;
• возможность ремонта;
• степень защищенности и отсутствие вибраций.

При правильном выборе шнековый насос способен проработать длительное время без ремонта.

Правила установки в скважину

Для погружения в скважину шнекового электронасоса используют оголовок или адаптер, к которым привязывают трос и прикрепляют водоподающий трубопровод, идущий от агрегата. Обычно перед погружением связывают вместе напорный рукав, кабель электропитания и удерживающий трос изоляционной лентой или пластиковыми стяжками, при установке соблюдают следующие правила:

• Водоподъемные трубы можно подбирать из полиэтилена низкого давления (ПНД), стали или гибких эластичных полимеров, основное условие — способность выдерживать максимальное давление в системе и внутренний проходной диаметр не ниже размеров резьбы внутри выходного патрубка.
• При использовании гибкого шланга необходимо убедиться в отсутствии перегибов и скруток.
• Для опускания и подъема используют только нейлоновый или металлический (нержавеющий) трос, запрещено подвешивать агрегат за электрокабель.
• Перед погружением следует убедиться в том, что внутренний диаметр обсадной колонны выше наружных размеров корпуса насоса вместе с электрокабелем, а трубы не имеют искривлений и зауженных участков.
• Не рекомендуется размещать питающий электрокабель в смотанной бухте — это ведет к его перегреву и расплавлению изоляции.
• Минимальное расстояние насоса от дна скважины — 0,5 метра, оптимальное – 1 м.
• Запрещена работа насоса на закрытый кран — это приведет к его выходу из строя.
• Обязательна установка в систему управления защитного реле от сухого хода даже при наличии внутренней защитной автоматики от перегревания обмотки.
• При монтаже модификаций, не имеющих встроенного обратного клапана, его устанавливают на выходной патрубок перед водоподъемным трубопроводом.

Рис. 10 Схема установки и подключения шнекового агрегата
При сравнении, какой скважинный насос лучше: центробежный или винтовой, нет однозначного ответа, так как область применения этих насосных агрегатов немного отличается. Винтовые электронасосы обычно используют в ситуациях, когда приходится работать с загрязненной водой, при этом из-за их относительно невысоких технических характеристик, скважина должна иметь небольшую глубину или располагаться поближе к индивидуальному дому. На отечественном рынке невозможно обнаружить шнековые насосы европейского производства, весь товар поставляется в торговую сеть отечественными и китайскими фирмами, поэтому отзывы пользователей в отношении качества и материалов изготовления винтовых агрегатов носят противоречивый характер.

Виды винтового насосного оборудования

Так как винтовые приборы задействованы во многих сферах применения, они отличаются между собой особенностями конструкции. По своему устройству агрегаты делятся на такие типы:

• Шнековые насосы – эти агрегаты предназначены для перекачивания больших объемов агрессивных химических и абразивных веществ. Шнековый прибор эффективно работает, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Нередко такое оборудование используется для воды из скважин и глубоких колодцев. Шнековые агрегаты обладают простой конструкцией и сравнительно невысокой стоимостью;

• Штанговые насосы – такого рода устройства используются для высоковязких сред в предприятиях по добыче и переработки нефти. В конструкцию штангового насоса входит устьевой сальник, вращательная колонна и поверхностный привод. Агрегаты этого типа отличаются высокой производительностью и достаточно высокой стоимостью;

• Вакуумные насосы – эти агрегаты оборудуются двумя винтовыми роторами, вращающимися в противоположные стороны. Благодаря такой конструкции вакуумного насоса, жидкость сначала попадает в область между винтовыми камерами и цилиндром, а затем попадает в отверстие для выхлопных газов.

Насос винтовой для вязких жидкостей показывает высокую производительность, однако эффективность работы устройства во многом зависит от правильности его использования. В связи с этим прежде, чем покупать прибор для бытовых или промышленных целей, нужно убедиться в его соответствии с выбранной областью применения.

Принцип работы

Ротор агрегата представляет собой цилиндрическую деталь со спиральным желобом, похожую на винт или шнек. Он располагается внутри статора – стальной трубы с установленной внутри нее эластомерной гильзой (обоймой), в которой также имеется спиралевидный канал. Спираль ротора может иметь несколько заходов. Спираль статора всегда имеет на один заход больше.

Вдоль линии контакта между ротором и статором имеются непроницаемые для перекачиваемой среды участки, которые разделяют внутреннее пространство насоса на несколько отдельных полостей. Благодаря тому, что ротор установлен в статоре с некоторым смещением в поперечном направлении (с эксцентриситетом), при его вращении эти полости попеременно переходят то в открытое, то в закрытое состояние.

Принцип работы винтового насоса

При этом в момент открытия жидкость из предыдущей полости вытесняется выступом эластомерной обоймы в последующую. С продолжением вращения объем опорожненной полости снова увеличивается, что приводит к всасыванию ею следующей порции вещества. При этом перекачивание среды осуществляется без пульсаций, поскольку площадь сечения полостей одинакова по всей длине спирального желоба ротора.

Регулирование производительности (подачи) осуществляется путем изменения частоты вращения ротора, для чего требуется частотный привод.

Зазор между поверхностью ротора и эластомерной обоймой в силу особенностей конструкции последней является саморегулируемым: он остается постоянным независимо от давления внутри агрегата. Благодаря этому винтовой насос при небольших размерах может развивать высокий напор – до 35 МПа.

Как видно, по характеру действия ротора винтовой насос принципиально отличается от шнекового, хотя оба имеют сходное устройство.

Шнековые агрегаты, как и центробежные, относятся к категории динамических, тогда как винтовые являются объемными. Однако, и те и другие являются насосами вытесняющего действия.

Между линиями всаса и подачи особо мощных винтовых насосов обязательно прокладывается перемычка (байпас) с предохранительным клапаном.

Если нагнетательный трубопровод окажется засоренным либо на нем будет по ошибке закрыта задвижка, предохранительный клапан откроется, и насос будет прокачивать жидкость через байпас по замкнутому контуру. Если такую меру не предусмотреть, избыточное давление повредит детали агрегата и в первую очередь – полимерную обойму.

К числу хозяйственного оборудования, необходимого для жителя загородного дома, необходимо отнести погружной насос для грязной воды, который может выполнять массу полезных функций. Поговорим подробно о применении агрегата в быту и приведем пример популярных моделей.

Почему насосная станция не набирает давление? Ответ вы найдете в этой статье.