Инжекторный насос: понятие и принцип работы

Глубина залегания грунтовых вод на обширной территории нашей страны значительно отличается, в зависимости от рельефа и гидрогеологических условий того или иного района. Таким образом, скважины, пробуренные на частных земельных участках, могут иметь разную глубину. При высоком уровне водяного пласта может быть использовано практически любое оборудование для перекачки питьевой воды. Однако при бурении глубоких скважин потребуется инжекторный насос, устройство которого позволяет забирать воду с больших глубин.

Инжекторные агрегаты – это приборы для перекачки жидкости, которые могут использоваться в скважинах глубиной до 25 метров и более. Принцип работы инжекторного прибора основан на разделении моторного отсека, устанавливаемого на поверхности земли, либо в отдельном помещении и вакуумного нагнетателя воды, который находится в точке забора жидкости. Данный прибор имеет следующие особенности, отличающие его от аналогичного оборудования:

• Учитывая, что вода в рабочем трубопроводе прибора циркулирует с разной скоростью, по подающей и возвратной трубам, для предотвращения противотока в устройстве устанавливается обратный клапан.
• Для предотвращения риска перегрева мотора из-за сухого хода, инжекторный насос для воды снабжается автоматическим аварийным выключателем, который активируется в том случае, если уровень воды в трубе падает.
• Оборудование лишено привычного для аналогов всасывающего патрубка, так как он заменён на парные трубы разных габаритов, которые подключаются к эжектору с одной стороны и к рабочей камере – с противоположной.

Если двигатель прибора устанавливается на улице, под него необходимо предусмотреть утеплённый приямок, во избежание его промерзания и выхода из строя в зимний период.

Инжекторные насосы применяются на практике во многих системах, где требуется перекачка жидкости. Приобретение и монтаж такого прибора актуален в следующих ситуациях:

• При устройстве глубоких скважин на участках с низким уровнем грунтовых вод.
• При рытье колодцев на даче, если грунт имеют описанные выше гидрогеологические условия.
• Для перекачки воды из открытых водоёмов к месту разбора, при значительных перепадах рельефа и удалённости источника.
• Для наполнения емкостей с питьевой водой, установленных на крышах зданий с целью последующей раздачи потребителям на основе действия гравитационных сил.

При правильном подборе насосной станции у владельцев земельных участков полностью решается проблема с водоснабжением, благодаря безотказной работе оборудования подобного типа.

Для того, чтобы разобраться, как работают инжекторные насосы, необходимо детально изучить его внутреннее строение и назначение каждой отдельной детали. Принципиальная схема внутреннего устройства всех инжекторных прибооров одинаковая – оборудование состоит из двух основных частей – мотор, работающий от сети переменного тока и всасывающее оборудование, которое обеспечивает перекачку жидкости. Более детальное описание конструкции агрегата представлено ниже:

• Электрический двигатель установленной производителем мощности.
• Основное входное отверстие для воды.
• Второе отверстие для сопла в непосредственной близости от первого.
• Каждое устройство снабжается сливной горловиной, надёжно закрытой герметичной пробкой. С таким приспособлением удобно консервировать оборудование на зиму.

• Неподалёку от точки слива, в верхней части смесительной камеры располагается отверстия для заливки воды перед началом работы. Учитывая необходимость рециркуляции, при заборе воды из источника, агрегату необходимо некоторое количество такой же жидкости для организации её обратной подачи на диффузор.
• Распаечная коробка для управления электропитанием и автоматикой устройства.
• Манометр и реле давления с автоматической функцией блокировки двигателя по достижении необходимого потребителю показателя.
• Накопительный бак-аккумулятор, в который закачивается вода для последующей раздачи по точкам разбора под напором.
• Трубопровод с инжектором на конце, который обеспечивает всасывание жидкости от источника.

При установке агрегата для подъёма воды из скважины следует устраивать кессон с оборудованием и обвязкой как можно ближе к водоносному горизонту. Оптимальное место для монтажа – устройство небольшого приямка прямо над обсадной трубой скважины.

Принцип работы инжекторного прибора для воды основан на смешении двух потоков, движущихся с разными скоростями и передаче кинетической энергии от быстрой струи медленной. Однако, этот агрегат не принимает практически никакого участия в создании давления водяного столба при устройстве внутреннего водопровода в здании. Таким образом, если владельцу необходимо обеспечить рабочее давление в системе частного дома из нескольких этажей, а встроенный гидроаккумулятор не может его достичь, он внедряет в неё дополнительное устройство. Устройство для повышения давления имеет следующую классификацию:

• Самовсасывающие машины, которые устанавливаются на вводе и позволяют создать давление в любой точке трубопровода.
• Циркуляционные – монтируются в замкнутую систему водопровода или отопления, помогая жидкости перемещаться в трубах с определённой скоростью.

При устройстве повысительного оборудования следует учесть его мощность, исходя из гидравлического расчёта каждого замкнутого контура.

Следует учесть, что в комплекте к оборудованию прилагается только выносной эжектор для погружения его в скважину или другой источник воды. Все трубы и шланги потребителю придётся приобретать и монтировать отдельно. При стандартном варианте, подключение и установка оборудования происходит в соответствии со следующим алгоритмом:

• Для основного трубопровода лучше всего приобрести полиэтиленовые или ПНД трубы. Они выдерживают одинаковое давление, имеют похожее соотношение внутреннего и наружного диаметров, однако разница состоит в том, что при первом варианте изделие легко согнуть под нужным углом, а во втором случае придётся использовать специальные фитинги для изменения направления потока.
• Монтаж начинается с основной трубы, по которой в рабочую камеру будет поступать вода из скважины. На её конце фиксируется обратный клапан, после чего вся конструкция присоединяется к боковой поверхности эжектора при помощи муфты.

• Для предотвращения попадания в систему песка и других крупных частиц, перед клапаном ставится сетчатый фильтр.
• Следует выбрать длину трубы таким образом, чтобы она минимум на 2 – 3 метра оказалась под водой.
• Вторая труба присоединяется к тому же инжектору, но со стороны его нижней части, к соплу с узкой горловиной, а другой её конец подключается к смесительному резервуару устройства на поверхности.
• Последняя, третья труба предназначена для транспортировки воды в систему водопровода дома, и она монтируется к выходной части эжектора.
• При выборе сечения трубопровода нужно учитывать главный нюанс. Для движения воды в соответствии с уравнением Бернулли, диаметр подающей трубы должен превышать габариты сечения элемента для обратного хода.

Когда все трубы присоединены к эжектору, собранная конструкция аккуратно погружается в скважину на нужную глубину. Далее выполняется обвязка самого аппарата, рабочая камера заполняется водой и монтаж завершается.

После того, как оборудование смонтировано, необходимо его корректно отрегулировать для длительной бесперебойной работы без поломок и выхода из строя. Данная работы выполняется в соответствии со следующими этапами:

• Оборудование включается в сеть, и двигатель начинает работать, после чего мастер выключает устройство. Данное действие необходимо для проверки рабочего давления в соответствии с показаниями манометра и разницы этой величины в работающем состоянии и после отключения от сети. Нормальный показатель этой разницы должен находиться в интервале от 1,0 до 1,5 бар, а в иных случаях необходимо произвести регулировку прибора.
• Регулировка производится на обесточенном устройстве, после снятия защитного кожуха, внутри которого находится реле давления. На детали присутствует специальный винт с маркировкой Р (давление), поворачивая который изменяется показатель манометра во время работы.

• По завершении регулировки, агрегат снова включается в сеть, а мастер ещё раз замеряет показатели давления и разницу. Данная процедура должна повторяться до тех пор, пока разница измерений будет в пределах рекомендуемых значений.
• Далее необходимо проверить герметичность всех соединений, напор в системе от работы мотора и уровень вибрации механизма.

После окончания пусконаладочных работ инжекторный насос для воды можно начинать эксплуатировать в штатном режиме.

Эжектор – это основной рабочий орган оборудования, который обеспечивает перекачку воды. Он состоит из нескольких деталей которые легко собрать вместе в домашних условиях по предложенной схеме:

• Между концом тройника и элементом сопряжения с трубопроводом должно быть около 2 – 3 мм.
• Штуцер вкручивается в нижний патрубок тройника, а на него сверху фиксируется уголок. При невозможности подобного соединения, штуцер необходимо немного укоротить.
• При фиксации каждого элемента на резьбу следует использовать паклю, ФУМ ленту и герметик для надёжной эксплуатации системы под давлением.

• В случае сборки эжектора с пластиковыми патрубками, мастер должен использовать специальные обжимные цанги, так как резьбовое соединение может оказаться ненадёжным при больших скоростях потока.

Как правило, в комплекте к прибору для перекачки жидкости прилагается подробная инструкции по сборке отдельных его элементов и общему монтажу оборудования.

Насосные станции, используемые в быту, городских сетях или на промышленных объектах, имеют строгую классификацию. В общем случае, все машины делятся на 2 основных категории:

Объёмные – действие таких машин основано на периодическом изменении объёма рабочей камеры в результате поступательного движения поршневого механизма. Эти агрегаты, в свою очередь, имеют собственную классификацию:

• Возвратно-поступательные, работающие по классическому принципу перемещения поршня, когда рабочая камера соединена как с зоной всасывания, так и выброса.
• Вращательные – всасывание происходит за счёт приведения в действие роторного механизма, соединённого с поршнем.

Динамические – имеют рабочую камеру постоянного объёма, где происходит силовое воздействие потока воды с целью создать зону пониженного давления и последующее движение жидкости. Данный вид агрегатов подразделяется на две основные категории:

• Лопастные, к которым относятся осевые, диагональные и центробежные агрегаты. Принцип работы данных устройств основан на вращении винта с наклонными лопастями, сквозь которые проходит поток жидкости под высоким давлением.
• Машины трения – включающие в себя вихревые, шнековые, струйные, эжекторные, инжекторные и другие самовсасывающие устройства. Все эти устройства устанавливаются на поверхности земли, не соприкасаясь с основным водоёмом. В рабочей камере происходит нагнетание потока воды при помощи крыльчатки или эжекторов, в зависимости от конструкции представленного устройства.

В бытовых условиях объёмные агрегаты практически не применяются по причине сложности их конструкции, больших размеров для обеспечения амплитуды перемещения поршня, а также из-за высокой цены. Что касается динамических устройств, то практически каждый частный дом, имеющий автономную системы водоснабжения, укомплектовывается таким устройством.

Эжекторный прибор – это устройство для перекачки жидкости, принцип действия которого основан на практическом применении закона Бернулли. В герметичной смесительной камере устройства происходит смешение двух потоков воды, движущихся с разными скоростями. Агрегат имеет следующие особенности конструкции:

• Сопло в виде цилиндра с конусом на конце для резкого усиления напора. В соответствии с уравнением Бернулли, при сужении сечения трубопровода, давление в струе падает, а скорость потока возрастает. Таким образом, в этом месте образуется разрежение, что способствует всасыванию.
• Рядом с соплом расположен всасывающий патрубок, через который в тело агрегата поступает поднимаемая из скважины жидкость. Для снижения скорости потока транспортируемой воды, диаметр данного элемента несколько больше, чем конусное отверстие в сопле.

• Смесительный резервуар – два потока воды с разными скоростями попадают в данное пространство, смешиваясь между собой, что способствует передаче кинетической энергии.
• По мере смешивания двух струй, камера переполняется, и поток устремляется на высокой скорости к горловине устройства, где скорость её движения возрастает.
• Горловина заканчивается узким диффузором, сечение которого позволяет произвести монтаж оборудования к основному трубопроводу системы водоснабжения. При прохождении воды через этот конусообразный элемент, давление в агрегате снижается, а поток набирает скорость.

Как правило, данный аппарат применяется довольно редко, так как его КПД колеблется в пределах от 30% до 50%. Это приводит к необходимости закладывать в проект системы оборудование с заведомо большей мощностью, а его использование вызовет перерасход электроэнергии. Именно поэтому, для глубинных скважин инженеры рекомендуют использование погружных агрегатов, КПД которых значительно выше.

Эжекторные агрегаты представлены в широкой продаже 3 основных типов, каждый из которых имеет свои отличительные особенности при схожем принципе действия:

• Паровые – в рабочей камере откачивается воздух, что образует разрежение и область пониженного давления, а обратный клапан не даёт атмосферным газам снова заполнить пространство. При низком давлении происходит эффект всасывания, что и приводит жидкость в движение.
• Пароструйные – в теле прибора в результате работы образуется пар, который с силой вылетает из конусообразного сопла, увлекая за собой частички жидкости сквозь специальный латунный цилиндрический канал, монтируемый вокруг основного диффузора.
• Газовые – применяется в тяжёлых промышленных установках, так как для разрежения рабочей среды требуется природный газ, движущийся под очень высоким давлением.

Для обеспечения работы бытового дачного водопровода, чаще всего, применяются обычные паровые установки различной мощности. Каждый из таких агрегатов снабжается гидроаккумулятором для нагнетания рабочего давления в систему.

Все эжекторные устройства позволяют быстро поднять воду с большой глубины путём передачи кинетической энергии от быстрого потока медленному, благодаря рециркуляции рабочей среды. Таким образом, при устройстве оборудования на дачном участке, в системе водоснабжения всегда будет хороший напор, что повышает удобство при эксплуатации. Однако оборудование имеет некоторые минусы в отличие от аналогичного оборудования для перекачки жидкости:

• Невозможность включения прибора в режиме сухого хода – перед началом работы необходимо проводить подготовительные процедуры для обеспечения рециркуляции.
• Эжектор, погружаемый в толщу водоносного горизонта имеет значительные габариты – 10 см и более, что приводит к дополнительным расходам на обустройство скважины и обсадной трубы.
• Значительная часть мощности силового агрегата уходит на разгон жидкости для её круговорота в системе, что снижает общий КПД устройства.
• Несмотря на простоту устройства и монтажа, агрегат включает в себя сложные механизмы заводской сборки, из-за чего его стоимость значительно выше, чем у более примитивных аппаратов.

Если говорить о цене, сравнивая её с погружным насосом для подъёма воды с большой глубины, то оборудование окупает себя за несколько лет из-за низкого износа основных рабочих деталей.

Понятие струйного насоса является собирательным термином для инжекторного и эжекторного агрегатов. В общем случае, принцип действия струйных устройств основан на транспортировке жидких веществ по трубе переменного сечения – с диффузором на конце. На рынке представлены 2 типа струйных насосов:

• Водоструйный агрегат, в которых процесс нагнетания давления обуславливается обменом импульсами между двумя потоками жидкостей, движущихся с разной скоростью.
• Пароструйные компрессоры – принцип действия аналогичен предыдущему варианту. Вместо воды рабочей средой является пар, который также поступает в смесительную камеру по двум патрубкам с разными давлениями и скоростью движения.

Вне зависимости от типа и конструкции эжекторных или инжекционных насосов, выбор потребителя падает на них из-за простоты в ремонте и обслуживании, несмотря на низкий коэффициент полезного действия при эксплуатации.

Струйные насосы имеют следующие преимущества перед другими устройствами для перекачки жидкостей:

• Аппараты надёжны и неприхотливы в эксплуатации, служат продолжительное время, не требуют капитального ремонта, а также периодического сервисного обслуживания.
• Работа струйных насосов практически никак не зависит от негативного воздействия агрессивной среды.
• Монтаж оборудования не требует специальных навыков и инструментов.

Главное отличие струйных приборов от конкурентов – полное отсутствие движущихся и соприкасающихся между собой деталей, помимо мотора, из-за чего они обладают повышенной износостойкостью.

Ввиду того, что струйные аппараты имеют низкий КПД, к их подбору необходимо подходить с особым вниманием, так как отсутствие запаса мощности уже смонтированного агрегата может привести к проблемам с перекачкой воды из скважины. Подбор оборудования осуществляется по результатам сложного гидравлического расчёта в соответствии со следующим алгоритмом:

• В основу расчёта закладываются 2 базовых параметра – глубина скважины, либо удалённость источника водоснабжения, а также инженерные нагрузки на систему, в зависимости от количества потребителей и точек разбора в доме.
• Расчёт начинается с определения теоретического напора вдоль всасывающей траектории.
• Далее происходит подбор наиболее приемлемого КПД, в резервуаре для смешивания потоков по табличным значениям.

• При помощи уравнения, описывающего смешение турбулентных потоков жидкости, определяется отношение скоростей в двух всасывающих трубопроводах.
• Из той же формулы вычисляются скорости эти потоков по методу пропорции.
• Далее определяется увеличенная скорость при выходе потока жидкости из диффузора камеры смешения.
• Подставляя 3 значения скоростей потока, находится главный параметр оборудования – коэффициент эжекции, который помогает определить требуемый объём подачи рабочей жидкости или пара.
• В завершении расчёта, находится КПД эжектора, помогающий точно определить мощность насоса и, соответственно, коэффициент полезного действия всей установки.

При известном КПД в гидравлике существуют формулы, помогающие найти диаметры сечений патрубков, требуемую длину камеры смешения и диффузора на выходе. По результатам расчёта и определении всех требуемых параметров, эти данные сравниваются с техническими характеристиками конкретного оборудования в торговой точке.

Самовсасывающие насосы представляют собой приборы для транспортировки жидкости с глубины до 10 метров, при расположении двигателя и прочих рабочих элементов на поверхности земли. Эжекторные и инжекторные насосы также относятся к данному типу насосов, однако на рынке также встречаются вихревые машины аналогичного действия, чей принцип работы и конструкция, в отличие от инжекционных насосов, имеют следующие особенности:

• Крыльчатка, называемая импеллером, расположенная внутри рабочей камеры при включении устройств, начинает вращаться, пропуская сквозь себя потоки воды при помощи радиальных пластинчатых захватов. Таким образом, перед входящим патрубком возникает зона разрежения, и вода стремится снова её заполнить, в результате чего обеспечивается её подъём с глубины.
• Рабочее колесо установлено в камере таким образом, что между стенками и крыльчаткой остаётся зазор, куда скатывается лишняя вода, закручиваясь там в вихри, что усиливает кинетическую энергию потока.

Большим преимуществом такого оборудования, в отличие от эжекторных и инжекторных насосов для воды, является возможность их непродолжительной работы в сухом режиме, например, при наличии воздушной пробки в водоносном горизонте на дне скважины. Среди недостатков таких устройств, как, и во всех самовсасывающих агрегатах, можно выделить низкий КПД, который чаще всего не превышает 45%.

Расположение эжектора сильно влияет на эксплуатацию насоса и особенности его монтажа в систему водоснабжения частного жилого дома. Несмотря на то, что встроенный в основной насос элемент надёжно защищён от грязи и других воздействий окружающей среды, выносной эжектор также имеет свои преимущества:

• При погружении детали в толщу грунтовых вод, забор воды можно производить с больших глубин в то время, как на моделях с встроенным эжектором установлен предел высоты подъёма жидкости 8 – 10 метров.
• Поток, проходящий на большой скорости сквозь эжектор, издаёт сильный шум и вибрацию, а при погружении этот негативный фактор пропадает, так как толща водной среды гасит все колебания.
• Выносная деталь может находиться на значительном расстоянии от насоса – в пределах 40 – 50 метров, что позволяет забирать воду на полив из соседнего водоёма.

• При устройстве внешнего эжектора пропадает необходимость расположения основной станции в непосредственной близости от скважины, и её можно смонтировать в котельной самого дома, например, в подвале.
• Выносной элемент особенно эффективен при его установке в соответствии со схемами монтажа инжекторных приборов для хлораторных установок.

Из недостатков таких приборов следует отметить, что для устройства системы рециркуляции потребуются дополнительные трубы большой протяжённости, и это отразится на стоимости системы. К тому же, для того, чтобы протолкнуть жидкость на большие расстояния, необходимо использовать более мощный электродвигатель.

Инжекторные насосы для скважины применяются в системе автономного водоснабжения частных жилых домов в случае, если уровень грунтовых вод оказался слишком низким, и владельцу участка приходится забирать воду со значительных глубин. В других ситуациях от такого оборудования лучше отказаться, так как оно затрачивает слишком много энергии на обеспечение рециркуляции внутри самой системы для подъёма воды.

Монтаж эжекторов, патрубков и самого мотора с гидроаккумулятором достаточно прост и, при правильно проведённой регулировке, эксплуатация оборудования может продолжаться много лет без необходимости проведения ремонта.