Введение в насосы откачки бытовых стоков с режущим механизмом

 

Существует множество конструкций насосных систем. Каждая из них имеет свои особенности, которые делают ее предпочтительной для конкретного применения. Выбор системы, как правило, основывается на соображениях стоимости, особенностях продукции или знакомстве с оборудованием и поставщиком. Погружные насосы и системы давно стали популярными из-за их способности работать с твердыми частицами, а также под водой, и из-за их устойчивости к наводнениям и функции единого резервуара.

 

Погружные насосы были разработаны в Европе в 1956 году и стали применяться чаще в 1960-х, когда была разработана система направляющих, что позволило перемещать насос внутрь и наружу резервуара с уровня земли. На протяжении многих лет погружные насосы имели низкую начальную стоимость, показывали надежную работу, и для их использования требовалось минимальное количество неприглядного наземного оборудования.

 

В 1960-х годах General Electric разработала первый в мире прототип насоса откачки бытовых стоков и вместе с ним концепцию сбора и утилизации бытовых отходов путем через напорную канализацию. Концепция была одобрена для использования в нескольких штатах с благоприятными результатами. Примерно в то же время Агентство по охране окружающей среды (EPA) проявило интерес к методам утилизации бытовых отходов в небольших населённых пунктах и на участках в качестве альтернативы системы локальным септическим резервуарам.

 

В начале 1970-х пробные проекты, финансируемые Агентством по охране окружающей среды, были внедрены в штатах Пенсильвания, Орегон и Индиана. Системы напорной канализации, в которых используются насосы откачки бытовых стоков, получили право на получение федеральных грантов в сфере строительства в качестве альтернативной технологии. Интерес возрос, а в середине 1970-х годов два производителя погружных насосов разработали модель небольшого насоса откачки бытовых стоков и начали продвигать концепцию напорной канализации. Эта экспериментальная концепция, задуманная более 40 лет назад для сбора и транспортировки бытовых отходов от домов к сооружениям обработки сточных вод, теперь является обычной практикой.

 

Сегодня более 20 производителей рекламируют ряд конструкций и конфигураций, потому что в наши дни используются тысячи насосов откачки бытовых стоков. Вначале, такие насосы были небольшие, мощностью 1 и 2 лошадиных силы, но с ростом их популярности росла, увеличился спрос на большие двигатели. В настоящее время имеются насосы мощностью до 20 лошадиных сил (15 кВт).

 

Физические размеры, автономный режущий механизм и низкий расход/высокая мощность напора – это особенности, которые делают насосы откачки бытовых стоков уникальными. Напорная канализация состоит из трубы небольшого диаметра, подсоединенной ко всем объектам на участке, и устанавливается по контуру участка, на несколько футов ниже уровня земли и глубины промерзания. Такая возможность использования небольшой трубы размером 32 мм, которая постепенно увеличивается по мере подключения насосов к напорной канализации, является ключевым фактором привлекательности таких систем.

 

 

Эти системы обеспечивают более низкую стоимость материала и монтажа, и не требуют крупного демонтажа окружающих конструкций. С развитием пригородных районов концепция напорной канализации стала особенно привлекательной, так как бытовые отходы могут собираться и перекачиваться в очистные сооружения, не требуя наличия самотечных канализационных коллекторов, которые во многих районах нецелесообразны и/или требуют непомерных расходов. Напорная канализация с использованием насосов откачки бытовых стоков позволила благоустроить районы, которые ранее  считались непригодными для эксплуатации. Для функционирования такой системы на каждой строительной площадке с канализацией имеется резервуар с насосом откачки бытовых стоков.

 

 

Насос откачки бытовых стоков является составной частью резервуара, который также включает в себя трубопроводы, арматуру для отключения насоса, клапаны и элементы управления (см. Рисунок 1). Резервуар обычно устраивается на открытом воздухе, но также может находиться в подвале. Так как он устанавливается на 5 – 10 футов ниже уровня земли, только крышка и панель располагаются выше этого уровня. Резервуар насоса откачки бытовых стоков может доставляться на место предварительно собранным для простоты установки. Сэкономить можно, если отдельные компоненты будут доставляться и собираться на участке. Насос откачки бытовых стоков – центральный элемент системы – может преобразовывать твердые бытовые отходы в жидкий шлам и перекачивать его через небольшую трубу под давлением в канализацию. Это давление постоянно различается из-за конструкции системы и количества насосов, которые одновременно работают в любой момент времени. Давление системы может составлять 80 фунтов на квадратный дюйм (185 футов напора), но обычно находится в диапазоне от 10 до 50 фунтов на квадратный дюйм (23 – 115 футов напора), поскольку оно непрерывно меняется в течение дня между периодами пиковых и не пиковых нагрузок.

 

 

 

Насос откачки бытовых стоков уменьшает размер твердых частиц в поступающих бытовых отходах посредством вращающегося режущего механизма на линии всасывания насоса (см. Рис. 2 и 3). Резак соединен с валом ротора и вращается со скоростью двигателя. После прохождения через резак, отходы поступают в насос, где рабочее колесо или гидравлический ротор толкает жидкость через спиральные проходы, и на входе она попадает в напорную канализацию (см. Рис. 5 и 6). На стандартном участке для одной семьи насос откачки бытовых стоков не будет работать более 30 минут в день с 12 рабочими циклами включения/выключения в течение 24-часового периода.

 

 

Расход насоса будет меняться, так как он колеблется в зависимости от напора системы. Выбранный тип насоса – центробежный или винтовой – также будет влиять на расход (см. рисунок 4). Расход центробежного насоса может значительно меняться во время работы, максимальный – 160 литров в минуту или больше в низконапорном состоянии, в то время у винтовых насосов более крутая кривая с максимальным расходом около 60 литров в минуту при меньшем изменении потока с изменениями напора системы.

 

Оба этих типа насосов успешно используются на протяжении многих лет. В центробежном насосе откачки бытовых стоков используется вращающаяся крыльчатка внутри чугунной спиральной камеры для создания давления, заставляя жидкость двигаться к выпускному отверстию (см. рисунок 5). Такие насосы продаются в различных конфигурациях с двигателем мощностью от 1,5 до 15 кВт, как правило, со скоростью вращения 2900 оборотов в минуту. Большинство конструкций насосов откачки бытовых стоков, имеющихся на рынке, имеют центробежную конфигурацию. Имея более плоскую кривую, стандартный центробежный насос откачки бытовых стоков имеет меньший напор при перекрытии.

 

 

Винтовые насосы откачки бытовых стоков использовались GE, когда эта концепция была изначально разработана. В них применяется спиралевидный ротор, который вращается внутри резинового статора такой же формы, создавая давление на жидкость и заставляя ее двигаться к выпускному отверстию (см. рисунок 6). Это популярная конструкция с высоким напором и довольно постоянным расходом на всей длине кривой. Винтовые насосы использовались на протяжении многих лет в многочисленных установках в инженерном сообществе. Существует не так много конфигураций этого типа насоса, так они имеют мощность всего 1 или 2 лошадиных силы при низком расходе, и поставляются менее чем пятью производителями.

 

Оригинальные насосы откачки бытовых стоков сформировали стандарт конструкции и производительности, который держался в течение приблизительно 20 лет. С появлением на рынке и других производителей таких насосов, они представили новые модели, которые в основном дублировали использовавшиеся ранее конструкции. В середине 1990-х цены на эти насосы и системы стали более конкурентоспособными, так как увеличилось количество поставщиков оборудования. Чтобы сбалансировать конкурентоспособные цены, были предприняты большие усилия по дифференциации предлагаемой продукции. Некоторые изменения наблюдались и в течение последних 15 лет:

 

Центробежные насосы откачки бытовых стоков меньшего размера – для оригинальных центробежных насосов требовалось наличие панели управления, и у них имелось двойное уплотнение вала для защиты двигателя. В последние годы появились автоматические установки со встроенным управлением и одинарным уплотнением вала, обеспечивающие при этом такую же производительность, как у более крупных и дорогих насосов. Эти небольшие, менее дорогие насосы и системы используются в жилых помещениях, где стоимость оборудования является критичным фактором.

 

Различные конфигурации комплексных систем – оригинальные комплекты продавались с насосом, либо подвешенным на крышке, либо установленным на шину, обе конструкции жестко крепились к трубопроводу. В последние годы ряд производителей предлагает системы, в которых насосы свободно стоят на полу резервуара с использованием гибкого сливного шланга вместо жесткого подвода водопровода. Этот тип конфигурации приводит к снижению общей стоимости системы. Также предлагаются системы, которые будут сочетаться с окружающей средой. В качестве примера – большой, декоративный камень, использующийся вместо традиционной круглой крышки, которая также скрывает панель управления.

 

Повышенная производительность – оригинальные винтовые насосы откачки бытовых стоков имели напор 40 метров, но в настоящее время были улучшены и могут перекачивать до 55 метров. 1,5 кВт центробежный насос первоначально имел максимальный расход около 160 литров в минуту при 3 метрах полного динамического напора с возможностью увеличения напора до 30 метров. В последнее время некоторые центробежные насосы были предназначены для перекачивания всего лишь 100 литров в минуту при полном напоре 3 метра футов и максимальном расходе в 240 литров в минуту. Некоторые центробежные насосы мощностью 1,5 кВт теперь имеют напор до 40 метров.

 

Реверсивный насос откачки бытовых стоков – была введена конструкция с двунаправленным режущим действием, при котором режущие поверхности остаются чистыми, и предотвращается накопление мусора в механизме насоса. В этой конструкции однонаправленное режущее устройство не может устранить все остатки твердых веществ, которые прошли через резак, и со временем эти частицы могут накапливаться и в конечном итоге препятствовать работе насоса. Реверсивный насос откачки бытовых стоков разработан таким образом, что направление вращения резака будет меняться с каждым циклом включения/выключения, при этом резак будет очищаться, а производительность повышаться.

 

Конструкция с двойной крыльчаткой – концепция с двумя последовательными крыльчатками была включена в конструкцию центробежного насоса откачки бытовых стоков. Она использовалась в других типах насосов, но редко в погружных насосах. Эта конструкция в настоящее время используется несколькими производителями погружных насосов откачки бытовых стоков, что позволяет перекачивать жидкость при напоре более 60 метров. Такая конструкция увеличила максимальный предел напора, при котором может работать насос.

 

 

Насос откачки бытовых стоков в напорной канализации – это проверенное решение для жилых комплексов, в которых нужно заменить системы септических танков, а также для застройщиков, которые хотят продать недвижимость, которую не легко подключить к системе самотечной канализации.

 

Дополнительным преимуществом таких насосов является их возможность обрабатывать синтетические материалы, утилизируемые через сантехнические системы сбора отходов.

 

Хотя большинство людей предпочли бы не использовать насосы при работе с бытовыми отходами, так как механическое оборудование требует периодического технического обслуживания, насосы откачки бытовых стоков могут быть логическим решением при отсутствии самотечной общественной канализации.

 

 

Материал подготовил Алексей Циммер