Гидродинамическая прочистка сетей водоотведения выполняется струёй воды. Воду подают по рукаву высокого давления (РВД) к размывочной головке, и уже головка разрушает засор и смывает отложения со стенок трубы. Значит, всё, что происходит в трубе, задано ещё до трубы, тем, с какой подачей и под каким давлением вода пришла к форсункам. Оба этих параметра создаёт один узел каналопромывочной машины (КПМ), водяной насос высокого давления (НВД), и потому от него зависит результат прочистки целиком.
Второй насос машины к этой работе отношения не имеет. Вакуумный насос откачивает разжиженный ил в цистерну, работает на разрежении, а не на давлении, и обслуживается по собственному регламенту. Общего у двух узлов только слово «насос».
Труднее всего в этом узле оказывается не устройство, а название. Единого имени у водяного насоса нет. Изготовитель машины пишет в паспорте «водяной насос высокого давления», в закупочной документации он проходит как «плунжерный насос высокого давления», в сервисе говорят «помпа» и «насосный блок», а оператор называет его просто «водяным». Изделие при этом одно и то же. Именно поэтому в заявке насос опознают не по названию, а по типоразмеру и рабочей точке, то есть по подаче, давлению и частоте вращения с заводской таблички.
Принцип действия: подача задаётся частотой вращения, давление — сопротивлением тракта
Насос относится к объёмным машинам, и это определяет всё его дальнейшее поведение. Плунжер входит в рабочую камеру и вытесняет из неё воду, а объём, вытесняемый за один ход, задан геометрией — площадью плунжера и длиной хода. Величина эта не меняется ни от нагрузки, ни от износа насадки. Отсюда простой вывод: сколько воды насос отдаст за минуту, решает только число ходов, сделанных им за эту минуту.
Сами ходы плунжерам задаёт привод. Вращение приводного вала он превращает в возвратно-поступательное движение трёх плунжеров, а кривошипы коленчатого вала разнесены по углу поворота на 120°. Из-за этого разноса плунжеры выходят на нагнетание не разом, а по очереди. Пока один заканчивает вытеснение, следующий своё только начинает, и поток на выходе не распадается на отдельные толчки, а идёт непрерывно, с заметной, но умеренной пульсацией.
Та же схема объясняет, почему подачу насоса нельзя назвать одним числом. Расход пропорционален частоте вращения вала и практически не зависит от давления в тракте, а значит, меняется вместе с оборотами двигателя машины. Поэтому подачу всегда приводят вместе с частотой вращения. Запись «215 л/мин (12,9 м³/ч) при 1144 об/мин» не уточняет параметр, а составляет его целиком, и подача без частоты вращения не значит ничего.
С давлением дело обстоит иначе. Сам насос его не задаёт, а только проталкивает воду дальше по тракту. Давление поднимается ровно до той величины, которая нужна, чтобы вся поданная вода прошла через рукав и через форсунки размывочной головки, и определяет эту величину сопротивление тракта.
Отсюда и наблюдение, знакомое любому оператору. Насадка с меньшим суммарным сечением форсунок пропускает ту же подачу труднее, и манометр показывает больше. Разбитые абразивом форсунки пропускают ту же воду легче, и давление падает, хотя насос работает по-прежнему. Доведённая до предела, та же зависимость оборачивается разрушением, потому что на перекрытом выходе воде уходить некуда и давление растёт, пока не разрушится самая слабая деталь тракта. Именно поэтому работа на закрытый выход не допускается, а в обвязке насоса предусмотрены предохранительный клапан и регулятор давления.
Приводная часть: картер, коленчатый вал, шатуны
Приводная часть принимает вращение от привода машины и превращает его в ход плунжеров. Устроена она как кривошипно-шатунный механизм и работает в масляной ванне. В картере размещены коленчатый вал, шатуны и подшипники, и вал через шатуны и штоки сообщает плунжерам ход. Наружу из картера выходит только приводной вал, а место его выхода уплотнено манжетой.
Такая компоновка объясняет и лёгкость обслуживания. С водой приводная часть не соприкасается, абразив, который вода несёт с собой, до неё не доходит, и потому изнашивается она медленнее гидравлической. Внимания она требует немного. Достаточно проверять уровень и состояние масла по щупу или смотровому окну и менять масло по регламенту. Всё остальное в насосе происходит по другую сторону манжет.
Гидравлическая часть (головка): плунжеры, клапаны, манжеты
Гидравлическая часть, которую на производстве и в сервисе называют головкой или головой насоса, принимает движение плунжеров и превращает его в поток воды под давлением. Это та половина насоса, которая непосредственно контактирует с водой, и обслуживают её отдельно от приводной. Почти все расходные элементы собраны именно здесь, а значит, сюда же приходится и почти вся работа по насосу за весь срок его службы.
Одну оговорку о словах приходится сделать сразу. В текстах о каналопромывке «головкой» называют два совершенно разных предмета: головку насоса, о которой идёт речь в этом разделе, и размывочную головку — рабочий инструмент на конце рукава. Путать их нельзя хотя бы потому, что в заявке на запасные части такая путаница оборачивается поставкой не того узла.
Работа одной секции сводится к двум ходам плунжера. Когда плунжер выходит из камеры, её объём растёт, а давление внутри падает ниже давления на входе. Этот перепад и открывает всасывающий клапан, после чего камера заполняется водой. На обратном ходе плунжер вытесняет набранную воду, давление в камере растёт, всасывающий клапан прижимается и закрывается, а нагнетательный открывается и пропускает воду в напорный коллектор.
Важно, что собственного привода у клапанов нет. Ни распределительного вала, ни электромагнита в головке не предусмотрено, и открывает клапаны исключительно перепад давления между камерой и линией. Из этого следует практическое обстоятельство: если подпора на входе не хватает, всасывающий клапан открывается с запозданием, камера не успевает заполниться целиком, и подача падает, хотя ни одна деталь насоса не сломана.
Секций в насосе три, и работают они параллельно, на общий вход и общий выход. Каждой секции нужна собственная пара клапанов, всасывающий и нагнетательный, поэтому плунжеров в насосе три, а клапанов шесть. Эти два числа и определяют объём любой работы по головке, потому что всё, что в ней меняется, меняется в трёх или в шести экземплярах.
Полный состав головки удобнее свести в таблицу, отведя каждому узлу по строке. Обращаются к ней обычно в двух случаях — при заказе запасных частей и при описании предстоящих работ в заявке на ремонт.
| Узел | Назначение |
|---|---|
| Три плунжера (поршня) | вытесняют воду из рабочих камер; материал — легированная сталь или керамика |
| Втулки плунжеров | направляют плунжер и образуют стенку рабочей камеры |
| Клапаны всасывания и нагнетания | впускают воду в камеру при ходе всасывания и выпускают в напорный коллектор при ходе нагнетания |
| Сёдла, пружины, крышки клапанов | посадочные поверхности и доступ при обслуживании |
| Манжеты водяные и масляные | удерживают воду в камере, разделяют водяную и масляную полости |
Особое место в этом перечне занимают манжеты, потому что по ним проходит граница между водой и маслом. Водяные удерживают воду в рабочей камере, масляные не выпускают масло из картера, а между теми и другими оставлена промежуточная камера. Смысл этой камеры в том, что вода, прорвавшаяся мимо водяной манжеты, уходит наружу, а не в масляную ванну.
Условия работы у манжет самые тяжёлые в насосе. Каждая держит давление вдоль поверхности плунжера, а плунжер совершает ход за ходом с частотой вращения вала и трения по манжете не прекращает ни на секунду. Оттого манжеты и отнесены к расходным элементам: их меняют по регламенту обслуживания, а не после того, как появилась течь. Течь здесь не начало неисправности, а её поздняя стадия.
Как насос включён в водяной тракт машины
Насос стоит в середине водяного тракта, и условия его работы понятны только тогда, когда тракт пройден целиком. Воду забирают из бака машины, она проходит фильтр и всасывающую линию, в которой поддерживается подпор, и в таком виде приходит на вход насоса. Дальше начинается сторона высокого давления. Сразу за насосом стоят предохранительный клапан и регулятор давления, за ними манометр и распределительный кран, а от крана вода уходит на барабан с рукавом и по рукаву доходит до размывочной головки.
Роли в этой цепи распределены жёстко, и местами они не меняются. Подачу задаёт насос, и никакой другой элемент тракта её не прибавит. Класс давления задаёт всё, что стоит за насосом, потому что выдерживать созданное им давление приходится рукаву, крану и арматуре. Наконец, то, сколько насос прослужит, решает участок до него, где работают фильтр и подпор. Практическое следствие одно: элементы тракта подбирают от параметров насоса, а не насос под то, что уже стоит на машине.
Привод от коробки отбора мощности (КОМ)
Собственного двигателя у насоса нет, и вращение он получает от двигателя шасси. Крутящий момент снимает коробка отбора мощности (КОМ) и передаёт его на насос карданной передачей. В нормативных текстах тот же узел называют валом отбора мощности, ВОМ, и в документах машины встречаются оба обозначения. Из такой схемы следует, что частота вращения насоса, а вместе с ней и подача, привязана к оборотам двигателя машины. Меняет её оператор оборотами двигателя, а не самим насосом.
Исполнений привода два, и различаются они тем, где именно понижается частота вращения. При прямом приводе вал насоса вращается ровно с той частотой, которую даёт коробка отбора мощности, и плунжерная группа работает на ней же. В исполнении с редуктором на вход подаётся частота заметно выше, а понижение происходит уже внутри насоса, так что плунжеры ходят медленнее входного вала.
Различие это не второстепенное. Одна и та же подача получается из разных сочетаний входной частоты и передаточного числа, и потому насос с редуктором и насос прямого привода требуют на входе разных оборотов, чтобы выйти в одну и ту же рабочую точку. При подборе замены обе величины сверяют сразу. Иначе на машину встанет насос, который при штатных оборотах коробки отбора мощности даст не ту подачу, на которую рассчитывали.
Что сверяют при подборе насоса на замену
Насос подбирают не по названию и не по внешнему сходству, а по совпадению рабочей точки и присоединительных признаков. Перечень сверяемых величин короткий и умещается в пять строк.
- подачу и давление;
- частоту вращения и мощность привода;
- наличие редуктора и передаточное число;
- диаметр и тип вала, сторону выхода вала (левую или правую);
- присоединительные размеры, резьбы входа и выхода.
Делятся эти строки на две группы. Первые три отвечают на вопрос, справится ли насос с работой, а две последние — встанет ли он на место без переделки машины. Пропустить нельзя ни одну, потому что пропуск обнаруживается уже на монтаже, когда решение менять поздно, а машина стоит.
Терминология: как узел называют на рынке и в паспорте
Рынок и паспорт говорят о насосе разными словами, и в переписке с поставщиком стороны нередко обсуждают одно изделие под разными именами. Таблица переводит обиходные формулировки в паспортные.
| Формулировка рынка | Паспортная (нормативная) |
|---|---|
| производительность | подача |
| поршень | плунжер |
| голова насоса | гидравлическая часть |
| помпа | насос высокого давления |
| сальник | манжета |
| обороты | частота вращения |
| насадка, дюза | размывочная головка, форсунка |
| шланг | рукав высокого давления (РВД) |
Пользоваться приходится обоими рядами сразу, и выбор между ними диктует адресат. Левый столбец живёт в заявке, в поисковой строке и в разговоре с механиком. Правый нужен там, где документ подписывают, то есть в паспорте машины и в закупочной документации. Поэтому в переписке с поставщиком удобнее всего давать оба обозначения через запятую, и тогда собеседник понимает предмет с первого письма.
Единицы измерения: л/мин и м³/ч, бар и МПа
Одну и ту же подачу записывают в двух единицах, и это регулярно мешает сравнивать предложения между собой. На витринах и в закупках её приводят в литрах в минуту, а в паспортах машин — в кубометрах в час, хотя пересчёт элементарен, потому что 1 л/мин равен 0,06 м³/ч. С давлением история ровно та же. Его дают и в барах, и в мегапаскалях, где 1 МПа равен 10 бар. Приводя чужие цифры к своим единицам, полезно держать перед глазами ориентир штатного оснащения: по опубликованным паспортам полноразмерных машин подача насоса лежит в пределах 12,5–16 м³/ч, то есть 208–267 л/мин, при давлении 15–16 МПа, то есть 150–160 бар.
Закупочная система описывает насос ещё крупнее. Позиция каталога товаров, работ и услуг (КТРУ) на комбинированную илососно-каналопромывочную машину описывает производительность насоса ступенями, не выше 150, 200, 250, 300, 400, 450 и 500 л/мин, а поля для давления в ней не предусмотрено вовсе. В закупочных документах насос поэтому описывают подачей, а давление приходится сверять по паспорту машины отдельно.
Типоразмерный ряд насосов PINFL для каналопромывочной техники
Ряд PINFL перекрывает штатный диапазон каналопромывочных машин и выходит за его границы в обе стороны, от 92 до 495 л/мин и от 150 до 330 бар. Читать таблицу нужно построчно, потому что каждая строка описывает рабочую точку целиком. Подача в ней указана для своей частоты вращения и своего давления, и переносить её на другие обороты нельзя.
| Типоразмер | Подача, л/мин (м³/ч) | Давление, бар (МПа) | Частота вращения, об/мин | Мощность привода, кВт |
|---|---|---|---|---|
| 50A 92/330 | 92 (5,5) | 330 (33) | 1000 | 60 |
| 30A 100/150 | 100 (6,0) | 150 (15) | 1594 | 30 |
| 40A 100/200 | 100 (6,0) | 200 (20) | 944 | 38 |
| 50A 120/300 | 120 (7,2) | 300 (30) | 1000 | 71 |
| 50A 152/280 | 152 (9,1) | 280 (28) | 1000 | 84 |
| 50A 215/160 | 215 (12,9) | 160 (16) | 1144 | 68 |
| 50A 215/200 | 215 (12,9) | 200 (20) | 1144 | 85 |
| 50A 215/230 | 215 (12,9) | 230 (23) | 1144 | 97 |
| 50A 250/200 | 250 (15,0) | 200 (20) | 1050 | 100 |
| 50A 265/160 | 265 (15,9) | 160 (16) | 1114 | 84 |
| 50A 265/190 | 265 (15,9) | 190 (19) | 1114 | 100 |
| 50B 309/200 | 309 (18,5) | 200 (20) | 1500 * | 121 |
| 50B 338/200 | 338 (20,3) | 200 (20) | 1500 * | 133 |
| 50B 380/170 | 380 (22,8) | 170 (17) | 1500 * | 127 |
| 70A 420/150 | 422 (25,3) | 150 (15) | 1500 * | 125 |
| 70A 420/170 | 422 (25,3) | 170 (17) | 1500 * | 141 |
| 70A 500/150 | 495 (29,7) | 150 (15) | 1500 * | 146 |
* Для платформ 50B и 70A указана входная частота вращения на редуктор. Платформы 40A и 50A выпускаются и в исполнении с редуктором — такие позиции приведены в каталоге отдельными типоразмерами, входная частота вращения подтверждается при заказе.
Подбор по такой таблице сводится к поиску строки, где подача и давление не ниже штатных значений машины, а требуемая мощность привода укладывается в то, что отдаёт коробка отбора мощности. Найденную строку остаётся проверить по присоединительным признакам из перечня выше. После этого выбор закрыт.
Рекомендации по обеспечению ресурса
Наибольший ресурс гидравлической части достигается при четырёх условиях, и ни одно из них не относится к самому насосу. Все четыре описывают, как он обвязан и как с ним обращаются на объекте.
Первое из них — устойчивый подпор на входе. Когда подпора не хватает, давление в рабочей камере на такте всасывания падает ниже давления насыщенных паров, и вода вскипает прямо перед клапаном. Паровые пузырьки уносит потоком дальше, в зону высокого давления, где они схлопываются на сёдлах и на поверхности плунжеров и микроударами выбивают с них металл. Кавитация снижает ресурс клапанов, сёдел и плунжеров одновременно, и устраняют её не в самом насосе, а во всасывающей линии, которую поэтому рекомендуется выполнять короткой, без сужений и без мест, где возможен подсос воздуха.
Второе условие — чистота воды, и связано оно с первым теснее, чем кажется. Песок и взвесь, дошедшие до рабочей камеры, попадают в зазор между плунжером и манжетой и работают там как притирочная паста, срезая и поверхность плунжера, и кромку манжеты. Задерживает их фильтр, а пропускную способность фильтра выбирают с запасом относительно подачи. Запас нужен как раз из-за связи с подпором: забитый фильтр не только начинает пропускать грязь, но и создаёт сопротивление на всасывании, то есть отнимает тот самый подпор, ради которого выстроена вся линия.
Третье условие — не допускать сухого хода. Вода в плунжерном насосе не только перекачивается, но и служит смазкой и охлаждающей средой для пары «плунжер — манжета», поэтому насос, пущенный на пустом баке, лишается сразу и того, и другого. Манжеты и втулки в этом случае перегреваются за секунды. Особенно нежелателен сухой пуск для керамических плунжеров, поэтому уровень воды в баке проверяют до включения насоса, а не после него.
Четвёртое условие касается зимней эксплуатации. Вода, оставшаяся в головке после смены, при замерзании расширяется, а деваться приросту объёма в закрытых каналах некуда, и лёд разрывает каналы и крышки клапанов изнутри. Перед морозом тракт поэтому продувают. Работа несложная, а её пропуск оборачивается заменой деталей головки.
Все четыре условия объединяет общая черта. Ни одно из них не требует ни доработки насоса, ни дорогих дополнительных узлов, а требуют они только порядка в обвязке машины и дисциплины при ежедневной работе. Ресурс головки в этом смысле определяется не столько её собственной конструкцией, сколько тем, что происходит перед её входом.
Как устройство насоса читается в эксплуатации
Всё описанное выше имеет прямое продолжение в ежедневной работе. Состояние гидравлической части машина показывает задолго до отказа, и показывает ровно теми путями, которые заложены в конструкцию: падением давления при прежней частоте вращения, побелевшим маслом в смотровом окне картера, течью в стыке между картером и головкой. Каждый из этих признаков указывает на расходный элемент, а не на поломку насоса, поэтому вовремя замеченный признак означает плановую замену комплекта, а пропущенный — ремонт всего, что успело износиться следом. Подробный разбор этих признаков по симптомам, от «не набирает давление» до «масло побелело», вынесен на отдельную страницу о признаках износа насоса.
Знание устройства нужно и в момент замены. Насос для машины подбирают по рабочей точке и присоединительным признакам, и все они читаются по заводской табличке и месту установки. Подбор ведёт PINFL Россия — генеральный представитель бренда PINFL и производитель установок высокого давления: достаточно приложить к обращению фотографии таблички и насоса на раме через форму «Задать вопрос».