Ремонт насосного оборудования

Насосное оборудование в нашем доме. Причины отказов и поломок.

Эту статью я хотел бы посвятить обзору типичных отказов и поломок насосов водоснабжения, а также их наиболее частым причинам. По ряду объективных причин в современных автоматических системах водоснабжения коттеджа, как правило, используют две группы водоподъемного оборудования - поверхностные насосы и скважинные глубинные насосы. Первую группу насосов применяют для скважин и колодцев с незначительной (до 9м) высотой всасывания в системах с ограниченным потреблением, вторую – соответственно для скважин с внутренним диаметром от 80 мм и значительными расстояниями до свободной

 поверхности воды. В качестве поверхностных насосов обычно применяют самовсасывающие струйные одноступенчатые или многоступенчатые насосы. Среди скважинных насосов потребителями приоритет обычно отдается насосам с многоступенчатой конструкцией гидравлики, хотя зачастую в скважинах обнаруживаются как вихревые, так и винтовые (шнековые) насосы.

Итак, электронасос - «механическое пульсирующее сердце» всей системы, главный элемент нашего автономного водоснабжения и одновременно самое изнашиваемое изделие. Почему? Потому, что никто не отменял механический износ подшипников, торцевых уплотнений, трущихся поверхностей, процесс теплового старения изоляции обмоток электродвигателя, абразивное воздействие песка на трущиеся поверхности, статическую и динамическую усталость материалов, электрохимическую и химическую коррозию, работу в недогруженных или перегруженных режимах и т.д. А что же чаще всего преждевременно «убивает» поверхностный насос, как правило, установленный в скважинном приямке (кессоне)? Основных причин три, расставленных по порядку условной статистики частоты аварий:

1) «Сухой ход». Причиной «сухого хода» является отсутствие или недостаток воды на всасывании вследствие чего развиваются кавитационные процессы (холодное кипение жидкости) внутри насоса, что ведет к отсутствию или недостатку охлаждения и в дальнейшем к термомеханической деформации трущихся поверхностей, например, пары трения -  рабочего колеса и диффузора или пары трения - колец торцевого уплотнения вала;

2) "Затопление". Попадание на токоведущие элементы и обмотку электродвигателя влаги вследствие затопления (например, дождевыми или грунтовыми водами) или значительного конденсатообразования, что приводит к термическому повреждению изоляции обмоток электродвигателя из-за пробоя или замыкания обмоток с последующим скачкообразным интенсивным выделением тепла;

3) "Замораживание" Механические повреждения корпуса, крышки, элементов проточной части вследствие замерзания воды при отрицательной температуре. При переходе из жидкого агрегатного состояния в твердый вода скачкообразно расширяется, увеличиваясь в объеме приблизительно на 10%, создавая при этом перепад давления порядка 2 тонн на квадратный сантиметр и деформируя или разрушая крышку насоса и корпус.

Преждевременный отказ погружного скважинного насоса объясняется наличием эксплуатационных избыточных перегрузок, обусловленных недостаточным охлаждением двигателя насоса, "сухим ходом", частыми пусками, работой за пределами эксплуатационных кривых, превышением допустимого содержания абразивных включений в воде. 

Все эти аварий можно было бы избежать, проанализировав потенциальную опасность и установив те или иные защитные устройства (контроллеры «сухого хода» или низкого давления, устройства контроля наличия влаги на обмотках, токовой или тепловой перегрузки электродвигателя, повышенного/пониженного напряжения в сети, тока холостого хода  и т.д.). И конечно же устранив возможность замерзания воды в оборудовании и трубопроводах. Отметим, некоторые интеллектуальные насосы содержат функцию периодического включения насоса, для предотвращения замерзания или блокировки вала.

Аварийные ситуации у насосов условно "китайского" происхождения как скважинных, так и поверхностных более непредсказуемы - кроме трех причин аварийного отказа есть дополнительный весомый фактор неожиданного выхода из строя, который можно охарактеризовать общим словосочетанием "скрытые" дефекты. Такие "скрытые" дефекты способны остановить работу низкокачественного насоса малоизвестного происхождения неожиданно и в любой момент времени, без видимых на то внешних причин. Это зачастую связано не с нарушением технологии производства такого оборудования, а с изначально определенным коротким жизненным циклом используемых «дешевых» материалов и конструктивными упрощениями узлов. Потому хотелось бы акцентировать внимание на том, что радость от сэкономленных нескольких сотен гривен при покупке низкокачественного насоса длится намного меньше, чем разочарование от преждевременной, неожиданной и внешне безосновательной остановки «азиатского» насоса. Выход со строя насоса в составе системы водоснабжения - это авария, которую обычно нельзя отложить "на потом".  Ликвидация последствий  потребует на порядок больших финансовых затрат, чем разница в стоимости между качественным европейским насосом и его внешним подобием.  Это важно - любое оборудование должно удовлетворять наши требования к надежности и долговременности пользования. Учесть также нужно то, что поверхностные насосы азиатского происхождения часто оснащены двигателями, которые изначально не предназначены производителем для длительного режима работы, а изоляция обмоток не рассчитана на возможное образование конденсата в условиях повторно-кратковременного режима, а, следовательно, нагрева и охлаждения двигателя. Компоненты "гидравлики"  и роторной группы "азиатских" насосов подвержены накоплению механической усталостии за короткий период, быстро разрушаются и не обладают достаточным запасом прочности, позволяющим их эксплуатацию многие годы. 

С «азиатскими» электродвигателями скважинных насосов ситуация снова усложняется - удешевленные низкокачественные изоляционные материалы, низкие  классы теплостойкости изоляции обмоток двигателя часто не способны обеспечить длительный режим работы с номинальной нагрузкой даже в условиях нормального напряжения.

Кроме насоса в состав традиционного оборудования автоматической насосной системы или насосной станции входят гидроаккумулятор и реле давления. Последнее время большую популярность получили разнообразные электронные реле протока (например, Brio 2000, Brio TOP, Brio TANK, EasySmall, EasyPress), контролирующие движение жидкости по трубопроводу и обеспечивающие непрерывность подачи воды и, соответственно, постоянное давление. Увлекаться этими современными устройствами без сознательного понимания преимуществ и недостатков не стоит. Если режим работы Вашей системы повторно-кратковременный, нужно помнить об жестких ограничениях  количества пусков Вашего насоса. Для того, что бы набрать стакан воды из крана электронное реле протока запустит насос. Повторно-кратковременный режим потребления воды – это фактический режим работы в любом коттедже с переменным по производительности и кратковременным характером нагрузки. Слишком быстро и часто мы закрываем и открываем краны и прочие водоразборные приборы. Вывод - даже с реле протока необходим гидроаккумулятор определенного объема для сокращения частоты включений. Нужно помнить, что реле протока изначально разрабатывалось конструкторами, прежде всего для непрерывных режимов работы оборудования, например, для систем полива, и с расчета того, что управляемый электронным реле насос будет работать в режиме близком к оптимальному. Прямое назначение электронного реле протока - длительные нагрузки. Факторов неожиданного и преждевременного выхода со строя реле протока несколько - наличие взвешенных частиц, блокирующих работу клапана с встроенным постоянным магнитом, высокая частота коммутаций и сила коммутируемой токовой нагрузки, низкое напряжение и несинусоидальность напряжения питания «электроники». Неравномерные режими работы, особенно старт-стопные режимы, быстро могут вывести со строя «мозг» контроллера протока даже на коммутируемых токах, которые значительно меньше номинала контроллера. Вывод – длительная работа сопряжена с наличием гидроаккумулятора, воды без механических примесей, нормального напряжения в сети и отсутствия режимов работы близких к старт-стопным.

Механическое реле давления. Я думаю, это словосочетание и элемент насосной станции известны многим хозяевам загородных домов и дач, которые в первую очередь в отсутствии воды в кране винят этот узел управления и зачастую небеспричинно. Делюсь личным опытом - мое реле давления PM5G верой и правдой прослужило около 10 лет. Почему? Внутри его нет влаги (класс защиты контактов реле PM5G от внешних факторов-IP44), оно сделано в Италии компанией Italtecnica S.p.a., а не в Китае, и завод с мировой известностью гарантирует 100 тысяч циклов электромеханической коммутации при повторно-кратковременной нагрузке в 5 ампер и 1 млн.циклов механической коммутации без нагрузки. Мое реле давления коммутирует ток насоса Pedrollo JSWm 2СX с номиналом в 5 ампер с частотой нескольких раз в день ввиду наличия гидроаккумулятора большого объема. Это важно. Что не любит реле давления? Точно того же, чего и насос - режима, подобного «телеграфированию» (частые включений и выключения) с  тепловой перегрузкой  контактов пусковыми токами. Поэтому там, где "барахлит" реле нужно искать причину, так как впоследствии эта неустраненная причина результируется повреждением обмоток электродвигателя. Следствие – подгоревшие и деформированные пластины контактной группы реле, но причины скрыты, скорее всего, в другом месте. Такими причинами для поверхностных насосов часто бывает наличие влаги на обмотках, разбитые и изношенные подшипники, обуславливающие рост механической нагрузки и сверхнормативное потребление тока и теплообразование.

Напорный гидроаккумулятор - «легкие» нашей насосной станции и еще один важнейший узел во всей системе водоснабжения, отвечающий за ограничения частоты включений насоса, сглаживание гидроударов в системе и резерв сжатой под давлением воды. Поломки, которые могут нас ожидать в будущем связаны чаще всего с выходом из строя находящейся внутри бака мембраны из синтетического эластомера, точечной электрохимической коррозии оцинкованного или нержавеющего фланца, сквозной коррозии корпуса. Чаще всего быстрое развитие таких поломок является результатом низкого ресурса некачественного бака азиатского происхождения, во вторую очередь они связаны с отсутствием контроля за установленным значением противодавления воздуха в баке, отсутствием «заземления» фланца (уравнивания потенциалов), позволяющего в отдельных случаях предотвратить или уменьшить скорость электрохимической коррозии. Также нужно помнить, что фланцы, как и мембраны гидроаккумулятора бывают различных типоразмеров. На случай ремонтной замены перепишите маркировку своего бака, что бы не объяснять "на пальцах" продавцу какой фланец гидроаккумулятора или типоразмер мембраны из многих внешне похожих Вам нужен.

Фазосдвигающий конденсатор - еще один часто выходящий из строя элемент, расположенный под крышкой поверхностного насоса или в пуско-защитном устройстве монофазного скважинного насоса. Быстрая потеря емкости его зачастую говорит нам не о качестве самого полупроводникового элемента, а о его перегреве, например, вследствие низкого напряжения или частых пусковых перегрузок. И первое, и второе неблагоприятно влияет на наш электродвигатель. Посему, если «взорвался» или потерял емкость конденсатор в насосе, проверяйте напряжение, наличие условий затяжного пуска насоса или наличие дополнительной механической нагрузки, например, износ подшипников в электродвигателе поверхностного насоса.

Подводя итог, сделаем вывод: надежность любой сложной системы ограничивается надежностью самого слабого узла. Количественной характеристикой надежности будет время наработки оборудования на отказ. Для обеспечения надежности и долговечности Вашей системы водоснабжения важно правильно осуществить подбор насосного и вспомогательного оборудования, квалифицированно осуществить монтаж, провести пуско-наладку и согласовать работу элементов оборудования, заранее установить средства защиты от предполагаемых аварий. И все же если поломка случилась иногда ремонт поверхностного или скважинного насоса или гидроаккумулятора обходится значительно дешевле нового оборудования.