Принцип работы фекального насоса и основные параметры выбора
Фекальные насосы - незаменимое оборудование для перекачивания сточных вод и отходов в канализационных системах частных домов, многоквартирных зданий, промышленных и коммерческих объектов. Они позволяют эффективно решать проблемы с отводом стоков в условиях, когда естественный уклон местности недостаточен или необходимо транспортировать жидкости на значительные расстояния и высоту.
Правильный выбор фекального насоса - залог бесперебойной и долговечной работы всей системы водоотведения. Неверно подобранное оборудование может привести к частым засорам, поломкам и даже выходу из строя трубопроводов и септиков.
Основные виды и типы фекальных насосов
Все фекальные насосы можно разделить на несколько категорий в зависимости от конструктивных особенностей, места установки и наличия режущего механизма. Рассмотрим подробнее каждый из основных видов.
Погружные насосы
Погружные фекальные насосы - самый распространенный тип, предназначенный для установки непосредственно в резервуар или колодец со сточными водами. Их ключевые особенности:
Моноблочная герметичная конструкция - электродвигатель и гидравлическая часть помещены в общий водонепроницаемый корпус. Это позволяет насосу работать полностью погруженным в перекачиваемую жидкость.
Вертикальное исполнение с нижним расположением всасывающего патрубка. Такая компоновка обеспечивает эффективное охлаждение двигателя за счет омывания корпуса жидкостью и предотвращает образование воздушных пробок.
Возможность работы в автоматическом режиме благодаря встроенному поплавковому выключателю или датчикам уровня. Насос самостоятельно включается при наполнении резервуара и отключается при достижении минимального уровня жидкости.
Преимущества погружных фекальных насосов:
Компактность и простота монтажа - не требуют специального фундамента и громоздких коммуникаций.
Низкий уровень шума и вибраций за счет погружения в жидкость.
Возможность перекачивания сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц и длинноволокнистых включений.
Недостатки:
Необходимость периодического обслуживания и чистки от засоров, особенно при работе с неочищенными стоками.
Риск повреждения кабеля питания и поплавкового выключателя при неаккуратной эксплуатации.
Ограниченный срок службы уплотнений и подшипников из-за постоянного контакта с агрессивной средой.
Поверхностные насосы
Поверхностные (наружные) фекальные насосы устанавливаются вне резервуара со сточными водами, обычно в отдельном техническом помещении. Особенности их конструкции:
Горизонтальное исполнение с боковым расположением всасывающего и напорного патрубков.
Размещение электродвигателя и гидравлической части на общей раме или основании.
Необходимость устройства приямка и установки дополнительной запорной арматуры на всасывающей линии.
Соединение с резервуаром сточных вод через всасывающий трубопровод.
Преимущества поверхностных фекальных насосов:
Удобство обслуживания и ремонта - все узлы насоса доступны для осмотра и замены без демонтажа трубопроводов.
Возможность использования в сухом и чистом помещении, без контакта с агрессивной средой.
Больший срок службы по сравнению с погружными моделями за счет лучших условий эксплуатации.
Недостатки:
Необходимость оборудования отдельного помещения с вентиляцией и дренажем.
Более сложный монтаж, требующий прокладки всасывающего трубопровода и установки обратного клапана.
Повышенный шум и вибрация, которые требуют дополнительной изоляции.
Риск "завоздушивания" насоса при снижении уровня жидкости во всасывающей линии.
Насосы с режущим механизмом
Фекальные насосы с режущим механизмом (измельчителем) оснащены специальной ножевой системой, которая измельчает твердые и волокнистые включения в сточных водах до однородной суспензии. Это позволяет перекачивать стоки с повышенным содержанием нерастворимых частиц без риска засоров.
Конструкция режущего механизма обычно включает два элемента:
Неподвижный нож (контрнож), закрепленный внутри всасывающей части корпуса насоса.
Вращающийся нож (импеллер), установленный на валу электродвигателя и снабженный режущими кромками.
При работе насоса импеллер вращается с высокой скоростью, затягивая сточные воды с содержащимся в них мусором. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам всасывающей камеры и измельчаются в зазоре между вращающимся и неподвижным ножами. Образующаяся однородная масса вместе с жидкостью выталкивается в напорный трубопровод и удаляется из резервуара.
Преимущества насосов с измельчителем:
Возможность перекачивания неочищенных стоков с твердыми и волокнистыми включениями размером до 40-50 мм.
Эффективная защита трубопроводов и оборудования от засоров.
Способность работать с меньшим диаметром напорных труб (от 25 мм) за счет измельчения крупных частиц.
Недостатки:
Повышенная цена относительно аналогов без режущего механизма.
Более высокие требования к мощности и качеству электропитания.
Сложность и трудоемкость ремонта в случае поломки измельчителя.
Насосы без режущего механизма
Фекальные насосы без режущего механизма подходят для перекачивания сточных вод с нерастворимыми частицами небольшого размера (10-15 мм). Они оснащены рабочим колесом (крыльчаткой) открытого, полуоткрытого или вихревого типа, которое свободно пропускает включения через проточную часть насоса.
Отсутствие измельчителя делает эти насосы более простыми и доступными по цене, однако ограничивает сферу их применения системами с предварительной очисткой стоков. Такие агрегаты широко используются для перекачивания дренажных, ливневых и условно-чистых сточных вод, отвода стоков из септиков и накопительных емкостей.
Преимущества фекальных насосов без измельчителя:
Меньшая стоимость по сравнению с моделями, оснащенными режущим механизмом.
Простота конструкции и обслуживания.
Низкие требования к качеству электропитания.
Недостатки:
Непригодность для перекачивания неочищенных бытовых стоков и канализационных вод с крупными включениями.
Необходимость использования трубопроводов большего диаметра (от 40-50 мм) для снижения риска засоров.
Таким образом, выбор между погружным и поверхностным насосом, моделью с измельчителем или без него зависит от конкретных условий применения, качества перекачиваемых сточных вод и требуемых характеристик. В следующих разделах мы подробно разберем принцип работы фекальных насосов и ключевые параметры, которые необходимо учитывать при покупке.
Принцип работы фекального насоса
Независимо от типа и конструктивных особенностей, все фекальные насосы работают по общему принципу: они создают разность давлений между всасывающим и напорным патрубками, что обеспечивает перемещение жидкости из резервуара в канализационную систему.
Рассмотрим устройство и последовательность работы фекального насоса на примере популярной погружной модели:
Устройство и основные компоненты насоса
Герметичный корпус из чугуна или нержавеющей стали, состоящий из двух частей: oil chamber (масляной камеры) и hydrualic part (гидравлической части).
Электродвигатель с ротором, вал которого соединен с рабочим колесом (impeller) насоса.
Рабочее колесо - основной элемент, создающий разность давлений и обеспечивающий перекачивание жидкости. Может быть открытого, полуоткрытого или закрытого типа, со свободным (vortex) или режущим механизмом (grinder).
Mechanical seal (механическое уплотнение) - специальный узел, препятствующий проникновению жидкости в полость электродвигателя.
Поплавковый выключатель или датчики уровня (float switch, level sensors) для автоматического управления работой насоса в зависимости от уровня жидкости в резервуаре.
Этапы работы насоса
Заполнение резервуара. По мере поступления сточных вод уровень жидкости в резервуаре повышается. При достижении определенной отметки срабатывает поплавковый выключатель или датчик верхнего уровня, подавая сигнал на включение насоса.
Всасывание жидкости. Электродвигатель приводит в действие рабочее колесо насоса, которое начинает вращаться с высокой скоростью (до 2900 об/мин). За счет центробежной силы и специальной формы лопастей в центральной части колеса создается разрежение (вакуум). Под действием атмосферного давления жидкость из резервуара поступает во всасывающий патрубок и заполняет внутреннюю полость насоса.
Измельчение твердых включений. В моделях с режущим механизмом на данном этапе происходит перемалывание содержащихся в стоках твердых частиц в зазоре между неподвижным и вращающимся ножами до однородной суспензии.
Нагнетание жидкости. Под действием центробежной силы жидкость от центра рабочего колеса перемещается к периферии и через спиральный отвод (улитку) корпуса поступает в напорный патрубок. Благодаря созданному избыточному давлению (напору) жидкость преодолевает сопротивление трубопровода и транспортируется в канализационную сеть.
Опорожнение резервуара. Насос продолжает откачивать сточные воды до тех пор, пока уровень жидкости в резервуаре не опустится до минимальной отметки. После этого поплавковый выключатель или датчик нижнего уровня размыкает цепь питания электродвигателя, и насос отключается до следующего цикла заполнения.
Режимы работы насоса
Большинство современных фекальных насосов могут функционировать в двух режимах:
Автоматический режим - насос самостоятельно включается и отключается по сигналам поплавкового выключателя или датчиков уровня, без участия человека. Это наиболее распространенный и удобный вариант для бытовых и коммерческих систем канализации.
Ручной режим - включение и отключение насоса производится вручную с помощью внешнего пульта управления или настенного выключателя. Такой режим может использоваться при неисправности датчиков уровня или для принудительного опорожнения резервуара.
Защитные функции
Для обеспечения безопасной и бесперебойной работы фекальные насосы оснащаются рядом защитных устройств:
Термозащита - при превышении допустимой температуры обмоток электродвигателя (обычно +130°С) происходит автоматическое отключение насоса во избежание перегрева и выхода из строя.
Защита от сухого хода - при отсутствии перекачиваемой жидкости в резервуаре специальный поплавковый выключатель или датчик расхода блокирует включение насоса, предотвращая работу "на сухую" и преждевременный износ уплотнений.
Защита от перегрузки - при превышении номинального тока (обычно на 20-30%) встроенное тепловое реле размыкает цепь питания электродвигателя, защищая его от повреждения.
Защита от обратного потока - специальный обратный клапан на напорном патрубке предотвращает слив жидкости из системы обратно в резервуар при отключении насоса.
Таким образом, принцип работы фекального насоса заключается в преобразовании электрической энергии привода в механическую энергию движения жидкости за счет создания разности давлений между всасывающим и напорным патрубками. А встроенная автоматика и защитные устройства обеспечивают его надежную и эффективную эксплуатацию в различных режимах.
Производительность и напор
Ключевыми техническими характеристиками, определяющими возможности фекального насоса по перекачиванию сточных вод, являются его производительность и напор. Именно на эти параметры следует обращать первостепенное внимание при подборе насоса под конкретную систему канализации.
Производительность - это объем жидкости, который способен перекачать насос за единицу времени. Измеряется в кубических метрах в час (м³/ч) или литрах в минуту (л/мин).
Необходимая производительность фекального насоса зависит от количества и интенсивности поступления сточных вод. Для ее приблизительной оценки можно воспользоваться следующими усредненными данными по расходу воды от различных сантехнических приборов:
Умывальник, биде - 6-12 л/мин
Душ, ванна - 10-20 л/мин
Унитаз - 6-12 л за один слив
Стиральная/посудомоечная машина - 10-20 л за один цикл
Смеситель кухонной мойки - 8-15 л/мин
Суммарная производительность насоса должна быть на 20-30% больше максимального расчетного притока сточных вод для обеспечения запаса по мощности. К примеру, если в доме есть 2 санузла, оборудованных унитазом, умывальником и душем, то при их одновременном использовании расход стоков составит около 30-35 л/мин. Соответственно, производительность насоса должна быть не менее 40-45 л/мин или 2,4-2,7 м³/ч.
Напор - это максимальная высота, на которую насос может поднять столб жидкости за счет создаваемого давления. Измеряется в метрах водяного столба (м в. ст.) и является важнейшим параметром при транспортировке стоков в канализационную сеть по напорному трубопроводу.
Требуемый напор определяется с учетом следующих факторов:
вертикальное расстояние от уровня установки насоса до наивысшей точки трубопровода (геодезическая высота);
общая протяженность и диаметр напорного трубопровода;
количество и радиус изгибов трубопровода;
сопротивление трубопровода (обратно пропорционально квадрату диаметра трубы).
Чем больше геодезическая высота и длина трубопровода, чем меньше его диаметр и больше местных сопротивлений (изгибов, клапанов, переходов), тем больший требуется напор насоса. Для типовых частных домов с одноэтажной и двухэтажной канализацией обычно достаточно насосов с напором от 8 до 15 м в. ст. соответственно.
Для более точного расчета потребного напора используют специальные формулы и номограммы, учитывающие все вышеперечисленные факторы, а также расход жидкости и скорость ее движения в трубопроводе (оптимальная скорость 0,7-1,5 м/с).
Следует отметить, что производительность и напор насоса - величины взаимозависимые. При увеличении высоты подъема жидкости (противодавления в трубопроводе) производительность насоса снижается, и наоборот. Эта зависимость отображается в виде напорной характеристики (Q-H кривой), которая приводится в техническом паспорте каждой модели насоса.
При подборе фекального насоса следует стремиться к тому, чтобы его рабочая точка (пересечение напорной характеристики насоса и характеристики сети) находилась в области максимального КПД, рекомендованной производителем. Это обеспечит оптимальный режим эксплуатации, высокую энергоэффективность и долговечность оборудования.
В качестве примера приведем насос с производительностью 18 м³/ч и максимальным напором 15 м в. ст. Такая модель способна обслуживать канализационную систему коттеджа площадью до 250 м² с 2-3 санузлами и стиральной машиной, обеспечивая транспортировку стоков на расстояние до 50 метров и высоту до 10 метров от уровня
Мощность и тип питания
Мощность фекального насоса - это количество энергии, потребляемое им для перекачивания сточных вод с заданными параметрами производительности и напора. Измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт) и напрямую влияет на эксплуатационные расходы и требования к электросети.
Необходимая мощность насоса зависит от следующих факторов:
Требуемая производительность и напор (чем выше значения, тем больше мощность)
КПД насоса и электродвигателя (чем выше КПД, тем меньше потери мощности)
Плотность и вязкость перекачиваемой жидкости (для фекальных стоков принимается 1,05-1,1 т/м³)
Наличие и тип режущего механизма (измельчитель повышает потребляемую мощность на 20-30%)
Для предварительного расчета мощности можно воспользоваться упрощенной формулой:
P = Q × H × g × ρ / (3600 × η),
где:
P - мощность насоса, кВт
Q - производительность насоса, м³/ч
H - напор насоса, м в. ст.
g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с²
ρ - плотность жидкости, т/м³
η - КПД насоса (обычно 0,3-0,6) и электродвигателя (0,7-0,9)
Например, для перекачивания 6 м³/ч фекальных стоков на высоту 10 м погружным насосом с КПД 50% потребуется мощность:
На практике вместо расчетов проще воспользоваться таблицами подбора или онлайн-калькуляторами, предоставляемыми производителями насосного оборудования. Достаточно ввести исходные данные - требуемые значения производительности и напора, после чего программа сама подберет несколько вариантов подходящих насосов с указанием их мощности и других характеристик.
Диапазон мощности бытовых и полупромышленных фекальных насосов достаточно широк:
Компактные модели для кухонь и санузлов - от 0,25 до 0,6 кВт
Насосы для отвода стоков из септиков, колодцев - от 0,8 до 2,5 кВт
Мощные насосы для КНС, промышленных объектов - от 3 до 25 кВт и выше
Что касается типа электропитания, то абсолютное большинство фекальных насосов работает от однофазной сети переменного тока напряжением 220-230В и частотой 50 Гц. Это значит, что их можно без проблем подключать к обычной бытовой розетке через штепсельную вилку с заземляющим контактом.
Реже встречаются трехфазные модели насосов, рассчитанные на подключение к сети 380-400В. Они отличаются более высокой мощностью (от 4 кВт) и производительностью, поэтому применяются в основном на промышленных и коммунальных объектах с большим объемом сточных вод. Для их монтажа и подключения потребуются специальный кабель, распределительное устройство и автоматический выключатель.
При выборе насоса старайтесь не завышать его мощность относительно фактической потребности. Избыточно мощный насос будет создавать излишнее давление в трубопроводе, потреблять больше электроэнергии и быстрее изнашиваться. Оптимально подобранный по мощности насос обеспечит стабильную работу, экономию ресурсов и длительный срок службы.
Качество перекачиваемых сточных вод
От качественного состава сточных вод, прежде всего наличия и размера твердых включений, зависит бесперебойность работы и срок службы фекального насоса. Попадание в проточную часть насоса предметов, которые он не способен переработать, может привести к блокировке рабочего колеса, повышенному износу деталей и даже поломке оборудования.
По происхождению и степени загрязненности сточные воды делятся на несколько категорий:
Серые стоки - вода от умывальников, душевых кабин, ванн, стиральных и посудомоечных машин. Содержат остатки моющих средств, волосы, ворс, небольшое количество органики. Размер включений, как правило, не превышает 5-10 мм. Для перекачивания серых стоков достаточно обычного дренажного или фекального насоса без режущего механизма.
Черные стоки - вода из туалетов, в том числе с фекалиями и туалетной бумагой. Характеризуются высокой степенью биологического загрязнения, неприятным запахом, большим количеством нерастворенных включений волокнистого типа. Для работы с необработанными хозяйственно-бытовыми стоками необходимы специальные фекальные насосы, оснащенные режущими механизмами (диспоузерами, измельчителями).
Условно-чистые стоки - дождевые, талые, дренажные воды, отводимые с территорий домовладений, предприятий, участков дорог и т.д. Имеют невысокую степень загрязнения, но могут содержать песок, ил, листву, мелкий мусор. В зависимости от максимального размера частиц (обычно в пределах 5-15 мм) могут перекачиваться как обычными, так и фекальными насосами.
Промышленные и сельскохозяйственные стоки - образуются в результате деятельности различных производств (пищевых, химических, металлургических и др.), а также животноводческих комплексов и ферм. Отличаются более агрессивным химическим составом (кислоты, щелочи, нефтепродукты и т.д.), повышенным содержанием твердых, волокнистых и жировых включений. Требуют применения специальных фекальных насосов из коррозионностойких материалов (нержавеющей стали, бронзы), с увеличенным проходным сечением и производительностью.
Универсальным решением для большинства типов сточных вод являются фекальные насосы с режущим механизмом (измельчителем). Благодаря вращающимся ножам они способны перемалывать твердые включения размером до 40-50 мм, в том числе бытовой мусор, тряпки, предметы гигиены, предотвращая засоры и повреждения насоса.
Максимально допустимый размер частиц, прокачиваемых фекальным насосом, зависит от конструкции его рабочего колеса:
Открытые рабочие колеса (Vortex) - до 40-50 мм
Полуоткрытые колеса (Semi-Vortex) - до 30-35 мм
Одноканальные колеса - до 10-15 мм
Многоканальные колеса - до 5-10 мм
При выборе фекального насоса руководствуйтесь фактическим составом перекачиваемых стоков на вашем объекте. Если планируется откачивать необработанные хозяйственно-бытовые стоки, отдавайте предпочтение моделям с режущим механизмом. Для работы с предварительно очищенными стоками (после септиков, отстойников) можно использовать более простые и доступные насосы с одноканальным или вихревым рабочим колесом.
Также учитывайте степень агрессивности сточных вод. Для коммунальных и промышленных стоков с содержанием химически активных веществ рекомендуется выбирать насосы с деталями проточной части из нержавеющей стали или бронзы. Полимерные и чугунные элементы могут быстро корродировать и выходить из строя под воздействием агрессивной среды.
Наконец, не забывайте о таком показателе, как температура перекачиваемой жидкости. Стандартные фекальные насосы рассчитаны на работу с жидкостями до +40°С. Если в сточных водах присутствует большое количество горячей воды из душевых, моек, производственного оборудования, то потребуются специальные насосы с улучшенной термостойкостью (до +60...+90°С).
Дополнительные характеристики и функции
Помимо основных технических параметров, таких как производительность, напор, мощность и тип питания, при выборе фекального насоса следует обратить внимание на ряд дополнительных характеристик и функций, которые влияют на удобство монтажа, эксплуатации и обслуживания оборудования.
Материал корпуса и рабочего колеса
От качества и прочности материалов, из которых изготовлены основные элементы насоса, зависит его надежность, долговечность и устойчивость к воздействию агрессивных сред. Наиболее распространенные варианты исполнения:
Чугун - бюджетный и наиболее популярный материал для большинства бытовых и полупромышленных моделей. Обладает хорошей прочностью, стойкостью к абразивному износу и коррозии. Главный недостаток - большой вес, усложняющий монтаж и транспортировку насоса.
Нержавеющая сталь - оптимальный выбор для фекальных насосов, работающих с химически агрессивными стоками (кислотами, щелочами, солями и т.д.). Отличается высокой прочностью, стойкостью к коррозии и окислению, долговечностью. Минус - более высокая стоимость по сравнению с чугунными моделями.
Полимерные материалы (полипропилен, полиэтилен) - используются для изготовления корпусов и рабочих колес в компактных насосах для кухонь, санузлов, душевых кабин. Обладают малым весом, стойкостью к бытовым моющим средствам, низкой ценой. Недостатки - невысокая механическая прочность и ограниченный диапазон рабочих температур (до +60°С).
Тип установки (стационарный, переносной)
В зависимости от особенностей монтажа и эксплуатации фекальные насосы выпускаются в стационарном или переносном исполнении:
Стационарные насосы предназначены для постоянной установки в определенной точке канализационной системы (в резервуаре, колодце, приямке). Они подключаются к фиксированным напорным трубопроводам и, как правило, работают в автоматическом режиме под управлением поплавкового выключателя или датчиков уровня. Примеры: насосы для отвода стоков из септиков, КНС, установок глубокой биологической очистки.
Переносные насосы отличаются меньшими габаритами и весом, наличием удобной ручки для транспортировки. Они не привязаны к конкретной точке монтажа и могут свободно перемещаться по объекту для откачки локальных скоплений сточных вод, осушения затопленных подвалов, колодцев, емкостей. Примеры: компактные насосы для кухонь и санузлов, дренажные насосы для аварийной откачки.
Наличие встроенного поплавкового выключателя
Поплавковый выключатель - простое и надежное устройство контроля уровня жидкости, которое обеспечивает автоматическое включение и выключение насоса в зависимости от наполнения резервуара. Состоит из поплавка, закрепленного на подвижном рычаге, и микровыключателя, который замыкает/размыкает цепь питания электродвигателя при подъеме/опускании поплавка.
Встроенный поплавковый выключатель значительно упрощает монтаж и эксплуатацию фекального насоса, избавляя от необходимости установки внешних датчиков уровня и шкафов управления. Достаточно опустить насос в резервуар со стоками и подключить его к розетке - дальше он будет работать в полностью автономном режиме, самостоятельно заполняя и опорожняя емкость.
При выборе насоса со встроенным поплавком обращайте внимание на диапазон регулировки уровней включения/выключения, а также на способ крепления поплавка к корпусу насоса. В зависимости от объема резервуара и требуемой частоты срабатываний могут потребоваться модели с увеличенной длиной кабеля поплавкового выключателя.
Класс защиты электродвигателя (IP)
Степень защиты электродвигателя и других токоведущих частей насоса от проникновения влаги и твердых предметов обозначается буквами IP (International Protection) и двумя цифрами, например IP68. Первая цифра (от 0 до 6) указывает на уровень защиты от твердых частиц, вторая (от 0 до 8) - на уровень влагозащиты.
Для фекальных насосов, работающих в условиях повышенной влажности и прямого контакта с водой, рекомендуется выбирать модели с классом защиты не ниже IP54-55 (защита от брызг и водяных струй). Если предполагается полное погружение насоса в стоки, то потребуется класс IP68 (работа под водой на глубине более 1 м длительное время).
Пример обозначения: насос Quantum D-SEW 1100F с классом защиты IP68 - полная пыленепроницаемость и возможность работы в погруженном состоянии без ограничения по времени.
Длина кабеля питания
Зачастую монтаж фекального насоса производится в труднодоступных местах, удаленных от источников электроснабжения (в колодцах, подвалах, выгребных ямах). В этих случаях важно предусмотреть достаточную длину каб
