Надежное функционирование насосного оборудования — залог успешной работы практически любых инженерных систем: водоснабжения, отопления, водоотведения и др. Как известно, насос представляет собой устройство (гидравлическую машину) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) жидкости посредством сообщения ей энергии извне. В первую очередь любой насос характеризуется производительностью, т.е. количеством жидкости, проходящим через него за единицу времени. Важнейшими техническими показателями также являются развиваемое давление или соответствующий ему напор, потребляемая мощность и КПД. По принципу действия насосы разделяют на два класса: динамические и объемные. Объемные машины используются преимущественно в гидроприводной технике и в технологических процессах, связанных с дозированием или перемещением вязких и плотных сред. Динамические, а к ним относятся центробежные и осевые насосы, находят широкое применение в инженерных системах зданий и также в системах водоснабжения и канализации предприятий. Простейший центробежный электронасос состоит из рабочего колеса, корпуса, приводного вала, соединенного с валом электродвигателя, и уплотнения. Срок службы насоса зависит от условий эксплуатации и культуры технического обслуживания. Особое внимание следует обратить на эксплуатационные факторы, влияющие на: 1)гидравлическую часть электронасосов: ❏ свойства перекачиваемой жидкости; ❏ вероятность возникновения «сухого хода»; ❏ вероятность возникновения гидроударов; ❏ наличие воздуха в системе; 2) электрическую часть электронасосов: ❏ частоту повторно-кратковременных включений; ❏ колебания напряжения в сети; ❏ потребляемую мощность. Контролировать и ограничивать воздействие этих факторов можно с помощью устройств автоматики или механических устройств. Рынок насосного оборудования в настоящее время достаточно объемен. Подавляющее большинство компаний производителей, стремясь максимально адаптировать свою продукцию к эксплуатации в различных условиях, оснащают ее самой современной автоматикой. В этой статье мы рассмотрим возможные пути и технические решения проблемы защиты насосного оборудования от неблагоприятных факторов. Защита гидравлической части насосов Для снижения отрицательного воздействия перекачиваемой среды на насосы его проточная часть (а у скважинных и погружных насосов и электродвигатель) выполняются из хромоникелевой (хромоникельмолибденовой) стали, что обеспечивает повышенную износостойкость и коррозийную устойчивость (например, скважинные насосы GRUNDFOS серии SP). Это позволяет повысить (на 1–2 порядка) наработку на отказ деталей насосов по сравнению с их аналогами из чугуна, бронзы или пластика. Обоснованность применения нержавеющей стали показала эксплуатация этих агрегатов в термальных скважинах Камчатки, температура перекачиваемой воды в которых достигает 70–85°С, а также на урановых рудниках Узбекистана, где насосы используются для закачки в пласты слабоконцентрированного раствора серной кислоты. Наличие механических примесей в перекачиваемой воде не только снижает ее качество, но и отрицательно сказывается на работоспособности насосного агрегата. Для уменьшения воздействия этого фактора применяются фильтры на входе в насос, специальные «плавающие» рабочие колеса, подшипники с каналами для отвода песка и др. Для продления срока службы насосы оборудуются керамическими подшипниками скольжения, что обеспечивает долговечность и бесшумность работы вследствие высокой твердости и низкого коэффициента линейного расширения керамики (например, циркуляционные насосы GRUNDFOS UPS серии 200). Для агрегатов этого типа вода выполняет сразу три функции: является рабочей средой, смазывает трущиеся части (подшипники) и охлаждает электродвигатель. Практика показала, что больше внимания необходимо уделять защите насосов от «сухого хода» (работе без жидкости), которая приводит к быстрому чрезмерному нагреву и последующему выходу из строя пар трения, например подшипников скольжения и торцового уплотнения. Наиболее распространенный способ защиты от «сухого хода» — применение датчиков, устанавливаемых во всасывающую магистраль насоса. Датчик позволяет зарегистрировать отсутствие жидкости и подать сигнал на отключение. Не менее эффективный способ защиты оборудования от этого нежелательного явления реализован в 4-дюймовых насосах GRUNDFOS серии SQ. Они оснащены шнеком, установленным перед рабочими колесами. Его наличие позволяет надежно защитить агрегаты от работы «всухую», поскольку жидкость, необходимая для смазки подшипников скольжения, подается даже в том случае, если ее уровень находится ниже первого рабочего колеса. Для того чтобы насосное оборудование служило долго, необходима защита от гидроудара. Гидроудар — это скачок давления, вызванный слишком быстрым изменением скорости потока воды в трубопроводе. Особенно опасен он в скважинных системах водоснабжения. Здесь гидроудар, как правило, возникает в двух случаях: если ближайший к насосу обратный клапан, во-первых, расположен выше статического уровня воды более чем на 9 м, а, во-вторых, имеет утечку, в то время как следующий обратный клапан, расположенный выше, держит давление. И в том и другом случае в водопроводном стояке возникает частичное разряжение. При следующем пуске насоса вода, протекающая с очень большой скоростью, заполняет образовавшийся вакуум и соударяется в трубопроводе с закрытым обратным клапаном и столбом жидкости над ним, вызывая скачок давления, который способен привести к образованию трещин в трубах, разрушить трубные соединения и повредить насос и/или его электродвигатель. Для сведeния к минимуму воздействий гидравлических ударов в скважинных насосах обычно используется встроенный обратный клапан, предназначенный для предотвращения обратного тока жидкости при остановке насоса. Он имеет оптимальную с точки зрения гидродинамики конструкцию, позволяющую создавать лишь незначительное сопротивление в открытом положении. Защита электрической части насосов На работе большинства насосов негативно сказываются повторно-кратковременные включения. Необходимо заметить, что электродвигатели класса EFF-1, устанавливаемые, например, на насосы GRUNDFOS серий ТР и CR, рассчитаны на большую частоту включений (200–400 включений в час). В других случаях защита обеспечивается c помощью электронных и гидравлических устройств. Для циркуляционных насосов, работающих в отопительных системах, заполненных неподготовленной водой, может быть опасным выпадение солей жесткости, которое приводит к заклиниванию ротора и повреждению электродвигателя. Избежать их отрицательного воздействия помогает функция деблокирования. Такое техническое решение реализовано в циркуляционных насосах GRUNDFOS серии ALPHA+. Возникающая при пуске незначительная вибрация корпуса способствует удалению отложений с деталей насоса. Как правило, насосы с двигателями на напряжение 220 В (большая часть бытовых моделей) имеют тепловую защиту электродвигателя. Благодаря ее наличию насос немедленно отключается при перегреве и автоматически включается (перезапускается) после 30-минутного охлаждения. При чрезмерном повышении температуры защита будет отключать электропитание, устраняя тем самым опасность перегорания обмоток электродвигателя. Повторный пуск после отключения может происходить двумя способами: вручную или автоматически пускозащитным устройством. Такая система защиты реализована в широко распространенных циркуляционных насосах GRUNDFOS серии UPS. Следует отметить, что циркуляционные насосы в связи с круглосуточным режимом работы должны иметь надежную защиту от перегрева. Для этого электродвигатель оборудуется термовыключателями, которые должны встраиваться во внутреннюю или внешнюю защитную цепь. Обычно предусмотрены две линии защиты: внешняя — беспотенциальные термовыключатели стандартного модуля, идущего в комплекте с насосом, выведены в клеммную коробку; пользователь должен подсоединить их к внешнему пускателю. Внутренняя защита — в поставляемом дополнительно релейном модуле подключение термовыключателей уже выполнено таким образом, что при возникновении неисправности сразу происходит отключение насоса. Релейный модуль является устройством, подключающим насос непосредственно к внешнему сетевому выключателю и защищающим агрегат от перегрева независимо от частоты вращения двигателя (например, эта схема применена в UPS серии 200). Комплексные системы защиты насосного оборудования и управления им На промышленных предприятиях и в организациях ЖКХ есть немало объектов, в которых для поддержания необходимых параметров требуется одновременное управление несколькими насосами (насосные станции). Для реализации своих функций таким системам недостаточно стандартных возможностей вышеперечисленного оборудования. В этом случае для управления насосным оборудованием, а также для его контроля необходимо использовать шкафы управления. Ведущими производителями насосного оборудования выпускаются шкафы защиты и управления (ШЗУ) на базе электронных модулей (например, GRUNDFOS Control MPC на базе модуля CU351), которые получили широкое распространение. ШЗУ должен не только защищать насос в случае перепадов тока, напряжения, перекосов фаз, пробоя изоляции, но и осуществлять мониторинг работы насосов, т.е. выводить и сохранять данные на компьютере или распечатывать их на переносном принтере, непосредственно считывая информацию с контроллера. Шкаф защиты и управления на базе подобного контроллера позволяет поддерживать заданное давление при изменении внешней нагрузки, работать в энергосберегающем и резервном режиме при выходе оборудования из строя. Обычно ШЗУ защищает насос и от «сухого хода». Существует ряд ШЗУ, выполняющих специальные задачи, например управление насосами в системе пожаротушения. Такое оборудование (Control MX) гарантирует безопасность здания и людей в нем. Помимо управленческих функций контроллер, как уже говорилось, позволяет выполнять мониторинг следующих параметров: напряжения питания (защита от перенапряжения и падения напряжения); потребляемого тока и несимметричности тока (защита от перекоса и выпадения фаз, защита от «сухого хода» по току); сопротивления изоляции системы; температуры обмоток электродвигателей. Через интерфейс инфракрасного порта контроллера и дистанционный пульт управления можно считывать параметры режима работы, получать данные по энергопотреблению насосного агрегата за требуемый период и производить необходимые настройки. С помощью двухжильного экранированного кабеля шкаф управления можно соединить с СОМ-портом компьютера и благодаря программному обеспечению вывести данные в графической форме, а также архивировать параметры работы в соответствии с заданными временными интервалами. Интервал архивирования может быть изменен с клавиатуры и выведен на жидкокристаллический дисплей контроллера. При отключении питания архивные значения, коды накопленных ошибок и нештатных ситуаций сохраняются не менее трех лет. В зависимости от конфигурации контроллер обеспечивает каскадное включение насосов для поддержания заданного давления в системе. Работа главного насоса определяется временной схемой, задаваемой пользователем. Срок службы современных насосов— –25 лет. Очевидно, что надежность и безаварийность их работы в этот период во многом зависит от качества систем безопасности, поставляемых с оборудованием. Поэтому особое внимание при выборе агрегата необходимо уделять этой проблеме, ведь экономия в подобном случае может обернуться значительными расходами