КАПитальный промысел. Свечи по-домашнему. Обслуживание и рнмонт погружных насосов... ("Сделай сам" №4∙2000)

При условно принятом положительном направлении тока в катушках с момента времени t₁ усилие электромагнита становится больше противодействующего усилия резиновых пружин, якорь притягивается к сердечникам электромагнита и соответственно центр мембраны приподнимается на величину зазора б (при этом края мембраны не отрываются от корпуса насоса). В рабочей камере образуется разрежение, благодаря чему всасывающий клапан открывается и небольшая порция воды поступает через отверстия в рабочую камеру. Начиная с момента времени t₂ усилие электромагнита становится меньше противодействующего усилия, якорь вместе с мембраной возвращается в исходное положение, объем рабочей камеры уменьшается, давление в ней увеличивается, всасывающий клапан закрывается, и вода, приподнимая края мембраны, поступает в напорную камеру.

А при противоположном направлении тока в катушках, начиная с момента времени t₃, якорь вновь притягивается к сердечникам электромагнита, мембрана приподнимается, и вода поступает в рабочую камеру, а с момента времени t₄ якорь и мембрана возвращаются в исходное положение, и очередная порция воды поступает в напорную камеру. Такое циклическое перекачивание воды из водоема в рабочую камеру, а из нее — в напорную происходит в секунду 100 раз, поток воды устремляется через напорный канал и патрубок в шланг и далее по назначению.

Производительность насоса зависит от глубины его нахождения в скважине или колодце. Чем глубже расположен насос от поверхности земли, тем сильнее давит столб воды, находящейся в шланге и напорной камере, на мембрану и тем меньше воды поступает из водоема в рабочую камеру соответственно из рабочей в напорную, потому что к противодействующему усилию пружин дополнительно прибавляется усилие давления столба воды на мембрану со стороны напорной камеры. Например, для насоса «Малыш» при работе на глубине 40 м от поверхности земли производительность равна 430 л/ч, а при глубине 1 м — 1500 л/ч.

По той же причине во врем работы насоса категорически воспрещается пережимать шланг или перекрывать воду в трубопроводе, а также нельзя пользоваться шлангом очень большой длины (в руководствах диаметр и максимально допустимая длина шланга указаны), в котором создается большое гидравлическое сопротивление. В обоих случаях чрезмерное давление на мембрану приводит к перегоранию катушек.

Далее решим небольшую задачу. Насос качает воду из пруда, его производительность 1080 л/ч. Спрашивается, какое количество воды поступает из рабочей камеры в напорную за 1 ход якоря. Выразим производительность в см3/ч:

1080 л/ч = 1080х1000 = 1 080 000 см3/ч.

Число колебаний якоря в час (3600 с) — 3600 х 100 = 360 000.

Количество перекачиваемой воды за 1 ход якоря:

1 080 000/360 000 = 3 см3.

Насос за 10 с перекачивает воду в количестве: 10x100x3 = 3000 см = 3 л. Этой величиной производительности (3 л за 10 с) будем пользоваться при наладке насосов после их ремонта.

Неисправности насосов и способы их устранения

Из практики ремонта насосов можно назвать следующие причины выхода их из строя в процентах: перегорание катушек электромагнита — 90 % и остальные 10 % — износ мембран и всасывающих клапанов, самопроизвольное отвинчивание гаек крепления и попадание воды в приводную камеру.

Последние неисправности насоса легко устранимы. При износе мембраны или всасывающего клапана вибратор работает нормально, но подача воды очень низкая. В этом случае разбирают насос и износившуюся мембрану или клапан меняют на новые. При этом шайбы и гайки желательно поставить из нержавеющего материала (латунь или нержавеющая сталь). Если таковой возможности нет, то нужно поставить стальные же с последующей их покраской для защиты от коррозии тонким слоем эпоксидной смолы.

Если питающий кабель в сальниковом вводе в хорошем состоянии и катушки электромагнита целы и невредимы, но их сопротивление изоляции относительно корпуса, измеренное мегометром, очень мало, это является первым признаком проникновения воды в приводную камеру (сопротивление изоляции токоведущих частей насоса относительно корпуса считается нормальным при R_из >= 2 МОм). Вода, попав в нее, проникает в шихтованный набор магнитопровода и через микротрещины залитого слоя эпоксидного клея — в катушки. Сопротивление изоляции резко падает. Таким насосом категорически запрещено пользоваться. В этом случае поступают так. Разбирают насос, в приводной камере ветошью вытирают влагу и грязь, ржавые места сердечников и якоря очищают шкуркой. Затем приводную камеру зажимают в тиски, на сердечники сверху устанавливают якорь и электромагнит насоса подсоединяют к источнику напряжения 36 В, в качестве последнего можно использовать трансформатор 220/36 В мощностью не менее 25 Вт. Электромагнит оставляют включенным на 5–6 ч, в течение которых магнитопровод и катушки нагреваются и вода из них удаляется. По истечении этого времени, отключая электромагнит от источника 36 В, измеряют вновь сопротивление изоляции токоведущих частей относительно корпуса, которое должно быть R_из >= 2 МОм. Если дальнейший нагрев электромагнита не приводит к повышению сопротивления изоляции, то электромагнит подлежит полному ремонту.

При нормальном сопротивлении изоляции катушек приступают к сборке насоса. Перед сборкой еще раз вытирают ветошью приводную камеру, рабочие поверхности сердечников магнитопровода и якоря смазывают тонким слоем машинного масла, а нерабочие поверхности якоря и трещины в залитом слое эпоксидного клея покрывают тонким слоем этого же клея. При сборке насоса соприкасающиеся поверхности прокладки и приводной камеры смазывают тонким слоем вакуумной смазки (ею пользуются водители) или эпоксидной смолы (не клея!) и надежно стягивают их между собой болтами, которые затем закрашивают водостойкой краской или эмалью. Вакуумная смазка или эпоксидная смола липкой консистенции, не высыхает от времени и, заполняя все микротрещины на соприкасающихся поверхностях, надежно преграждает проникновение воды в приводную камеру.

Выше было отмечено, что основной причиной выхода из строя насосов является перегорание катушек электромагнита. Укажем основные причины их перегорания.

1. Катушки работают от сети переменного тока, и величина тока, проходящего по ним (эффективный ток, который измеряет амперметр), определяется по формуле:

J = U/√(R2 + Х2),

где U — напряжение сети 220 В;

R и X — омическое индуктивное сопротивление, Ом.

Забегая вперед, отметим, что катушки электромагнита намотаны проводом d_из = 0,63 мм и величина их сопротивлений постоянная. Например, для насоса «Малыш» сопротивление катушки равно R = 4,66 Ом.

Индуктивное сопротивление катушек — величина не постоянная, а зависит она от величины зазора б между якорем и сердечниками. При полностью притянутом якоре к сердечникам зазор равен нулю, индуктивное сопротивление максимально и, как следует из формулы, ток минимален. При оттянутом жоре от сердечников картина меняется на противоположную: зазор максимален, индуктивное сопротивление минимально и соответственно ток максимален. Таким образом, при каждом ходе якоря ток меняется от максимальной величины до минимальной. И чем больше величина зазора, тем больше величина эффективного тока (табл. 1) и тем больше вероятность перегорания катушек по причине их перегрева от повышенного тока.

Тепло Q, выделяемое в катушках от проходящего по ним тока J, равно:

Q = J2∙R∙t,

где R — омическое сопротивление, Ом; t — время.

Из формулы следует, что, чем больше ток, проходящий по катушкам, тем сильнее они нагреваются. Если теплоотвод с внутренних, наиболее сильно нагретых слоев катушек незначительный, то они в конечном счете перегорают из-за перегрева. Отметим следующее наблюдение: срок службы катушек, намотанных из проводов с эмалевой изоляцией и пропитанных лаком, при температуре t = 90 °C — 10 лет, а при t = 110 °C — 2,5 года. При дальнейшем повышении температуры срок службы катушек сокращается до нескольких месяцев, и наоборот, при t = 80 °C срок службы увеличивается до 20 лет. Поэтому для увеличения срока службы катушек насосов допускать их перегрева нельзя выше предельно допустимой температуры для данного класса изоляции проводов. Насосы должны работать только при погружении в воде, когда происходит интенсивный теплосъем с нагретых частей катушек и магнитопровода.

Повышенное значение тока, проходящего по катушкам, еще приводит к усилению ударов якоря о. сердечники, вследствие чего они расплющиваются, откалываются верхние слои залитого эпоксидного клея, растрескиваются каркасы катушек и разрушается их монолитность.

При ремонте насоса «Малыш» после перемотки катушек и в процессе наладки зазора между якорем и сердечниками была установлена зависимость величин токов в катушках от величин зазора. Данные приведены в табл. 1 и по ним выстроена зависимость J = f (б) (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость тока в катушках от величины зазора между якорем и сердечниками

Плотность тока j (А/мм2) в обмоточном проводе катушек — величина, прямо отражающая нагрев обмоток. Чем она выше, тем выше перегрев обмоток катушек. В катушках реле, пускателей и контакторов плотность тока при расчете берут равной 2–3 А/мм2, а в интенсивно охлаждаемых катушках вышеупомянутых насосов плотность тока можно повысить до 13–14 А/мм2. В табл. 1 приведены для насоса «Малыш» данные плотности тока в обмоточном проводе d_из = 0,63 мм катушек в зависимости от установленного зазора между якорем и сердечниками.

1. Таким образом, мы пришли к очень важному выводу, какое решающее значение имеет величина тока, протекающего по катушкам электромагнита. Эта величина тока зависит, в свою очередь, от зазора между якорем и сердечниками. Отсюда и срок службы насосов. Поэтому для его увеличения после ремонта насосов необходимо установить такой зазор между якорем и сердечниками, чтобы ток, проходящий по катушкам, был не более 3–3,2 А.

2. При прохождении тока по катушкам переменный магнитный поток вызывает в нем потери от вихревых токов и на гистерезис. Эти два вида потерь значительно нагревают магнитопровод, и тепло от него необходимо отводить на охлаждаемый корпус насоса, в противном случае это тепло, переходя через каркасы в обмотки катушек, может вызвать в них дополнительный нагрев. В насосах после ремонта электромагнита вопрос хорошего теплоотвода с него решается установкой магнитопровода на свое «родное» место, которое он занимал до ремонта, с хорошим контактом с корпусом и без перекосов. Его установка на корпус с перекосом приводит к неплотному прилеганию магнитопровода к корпусу, недостаточному теплоотводу с него и неравномерному распределению магнитного потока в зазоре. В результате появляются боковые усилия и нарушается нормальная работа насоса.

Ниже предлагаем способы (применяем их при ремонте насосов) для правильной установки магнитопровода на свое «родное» место и улучшения теплоотвода с него на охлаждаемый корпус.

Насосы выпускают на заводе с точно установленным магнитопровод ом, без перекосов и отшлифованными поверхностями соприкосновений якоря и его сердечников. И это заводское «родное» положение магнитопровода в приводной камере необходимо зафиксировать. Для этого до вытаскивания электромагнита из залитого слоя эпоксидного клея в приводной камере в торце насоса и магнитопровода (рис. 1, вид А) просверливаем два отверстия и нарезаем в них резьбы М4 глубиной до 10–12 мм, чтобы после ремонта электромагнита можно было поставить магнитопровод на свое же «родное» место и притянуть винтами его к корпусу для хорошего прилегания. (Магнитопровод — твердый материал, сверлится и режется туго, поэтому надо быть осторожным, чтобы не сломать сверла и метчики.)

Практически это выполняем так. После перемотки катушек, проверки и присоединения их к питающему кабелю приводную камеру зажимаем в тиски, магнитопровод устанавливаем на «родное» место, притягиваем его к корпусу винтами и его нижнюю часть (не доходя 4–5 мм до каркасов катушек) заливаем эпоксидным клеем, наполненным металлическими опилками (сталь, медь, латунь, алюминий) в соотношении 3 ч. опилок и 1 ч. клея. Такой клей имеет очень хорошие теплопередающие свойства, как у металла. Заливка им нижней части магнитопровода заметно улучшает его охлаждение благодаря свойствам клея и увеличению охлаждаемой площади в 3 раза (при этом и с катушек отводится часть тепла). Остальную часть магнитопровода с катушками доливаем эпоксидным клеем без металлических опилок.

3. Напряжение сети существенно влияет на надежность и долговечность катушек, соответственно и на срок службы насоса. Катушки электромагнита рассчитаны на напряжение сети 220–230 В. При напряжении свыше 230 В подача воды увеличивается, потребляемый ток и нагрев катушек возрастают, усиливается сила ударов якоря о сердечники и насос сильно гудит. А при напряжении сети 190–220 В наоборот: подача воды уменьшается, насос работает без шума, ток и нагрев катушек уменьшенные. Может случиться, что при сравнительно низком напряжении насос вообще перестанет работать, якорь остается не притянутым и в конечном счете катушки сгорают из-за большого тока, протекающего по ним. Поэтому в случаях сравнительно повышенного и пониженного напряжений необходимо отключать насос до появления в сети 220–230 В.

4. На долговечность катушек насоса существенную роль играют марки проводов, из которых выполнены обмотки катушек, и их пропитка. Марок обмоточных проводов для катушек, аппаратов и машин очень много, но применение широко распространенного обмоточного провода марки ПЭЛ в катушках насосов явно приводит к сокращению срока службы самих катушек, а соответственно и насосов. Причина кроется в наличии на поверхности провода мелких точек повреждения, вследствие чего в непропитанных или плохо пропитанных обмотках катушки выходят из строя очень быстро из-за образования в них К.З. витков при работе насоса в условиях сильной тряски и вибраций. (К.З. виток — это короткозамкнутый виток, в катушке переменного тока в случае образования работает как трансформатор, т. е. в нем индуктируется большой ток, виток сильно перегревается и в конечном счете катушка перегорает). Поэтому применение провода марки ПЭЛ в обмотках катушек насосов должно быть исключено. Необходимо применять при ремонте катушек провода с высокопрочной, теплостойкой эмалевой изоляцией. В табл. 2 приведены рекомендуемые марки проводов для намотки катушек насосов, там же указаны их диаметры с изоляцией d_из, без изоляции d₂ и сечения проводов без изоляции S₂.

Намотанные катушки необходимо хорошо пропитать пропиточным лаком (плохая их пропитка — вторая основная причина выхода из строя). Витки в катушках, уложенные в рядах и непропитанные лаком или некачественно пропитанные, когда нет сцепления между ними во время работы насоса в условиях тряски и вибраций ударяются и трутся между собой. Это ведет к истиранию даже высокопрочной изоляции проводов, и в результате в катушке возникает К.З. виток, приводящий к выходу ее из строя.

В хорошо пропитанных катушках пропиточный лак заполняет все промежутки между витками и слоями, вытесняя из них воздух, и катушки получаются в виде монолитной массы с хорошей механической прочностью, хорошим теплоотводом из внутренних сильно нагретых слоев и хорошими изоляционными свойствами. Непропитанные или плохо пропитанные катушки этими свойствами не обладают и быстро перегорают.

На заводах катушки пропитывают в специальном автоклаве в вакууме и под давлением, повторяя это несколько раз и с сушкой между операциями.

Пропитка катушек простым погружением в пропитывающий лак не дает качественных результатов, так как лак, особенно в каркасных катушках и с изолирующими прокладками между слоями, не доходит до середины катушки, где витки не пропитываются. В результате такая катушка быстро выходит из строя по причине плохой теплоотдачи из ее середины и появления К.З. витка в ней во время работы насоса.

При изготовлении катушек промазывание пропиточным лаком каждого слоя обмотки дает результаты немного лучше, чем простое окунание их в пропиточный лак. Но и в этом случае в процессе высыхания 40–50 % растворителя лака улетучивается и в витках катушки появляются воздушные поры, уменьшающие ее теплоотдачу.

Мы в своей практике ремонта насосов при перемотке катушек для их пропитки пользуемся эпоксидным клеем. В процессе намотки катушки каждый полный ряд витков обильно промазываем клеем, выдавливая воздух из промежутков между витками, затем накладываем тонкую намоточную бумагу, далее продолжаем наматывать очередной ряд и промазывать клеем.

Катушка благодаря заполнению эпоксидным клеем промежутков между витками и рядами становится механически прочной монолитной массой с хорошими диэлектрическими свойствами, улучшенным теплоотводом из ее внутренних слоев. В ней витки настолько прочно скрепляются между собой, что исключено появление К.З. витков, и она имеет большой срок службы. Катушка, плохо пропитанная эпоксидным клеем, вышеназванными свойствами не обладает и ее срок службы недолгий.

Перемотка катушек

По ремонту насосов можно обращаться в мастерские, где специалисты перемотают, пропитают катушки и отремонтируют их. Но эту работу с успехом, не хуже чем в мастерских, можно выполнить своими руками в домашней мастерской. Дальнейшее наше изложение составлено на основе личного опыта перемотки катушек, их проверки и сборки насосов.

Для перемотки катушек насосов требуются: обмоточный провод, обмоточная бумага, эпоксидный клей для их пропитки и для выводов хлорвиниловая или линоксиновая трубка диаметром 1 мм. Марки обмоточных проводов для вышеназванных насосов приведены в табл. 2. Катушки насосов на заводах выполняют проводом ПЭВ-2 d_из = 0,63 мм. Желательно перемотать катушки этим же проводом, но при его отсутствии можно воспользоваться одним из следующих проводов: d_из = 0,63 мм марки ПЭТ-155, d_из = 0,61 мм и d_из = 0,69 марки ПЭВ-1. При перемотке катушек проводом меньшим, чем d_из = 0,63 мм, чтобы сохранить плотность тока в проводе в пределах 13–14 А/мм2, необходимо уменьшить ток, протекающий по катушкам, уменьшая зазор б между якорем и сердечниками магнитопровода согласно графику, приведенному на рис. 4.

Обмоточную бумагу используем для прокладки между рядами, применяем бумагу папиросную, кабельную или телефонную толщиной 0,1 мм.

К ремонту электромагнита насоса приступаем в следующей последовательности:

1. После определения обрыва в катушках отрезаем питающий кабель возле сальникового ввода, отворачиваем гайку и вынимаем из него резиновую трубку и шайбу.

2. Насос зажимаем в тиски и, отвинчивая 4 крепежных болта, разбираем его на две половинки приводную и напорную камеры. При отвинчивании крепежных болтов надо иметь в виду, что они раскернены от самоотвинчивания.

3. На торце насоса и в магнитопроводе приводной камеры просверливаем два отверстия глубиной 1-12 мм и нарезаем в них резьбы М 4 (рис. 1). Эти отверстия с резьбой необходимы при сборке насоса для установки магнитопровода на свое «родное» место.

4. Корпус приводной камеры устанавливаем на электроплитку с закрытой спиралью мощностью не более 400 Вт и накрываем кастрюлей, обернутой асбестовым полотном. Через 1–1,5 ч корпус камеры разогревается, эпоксидный клей размягчается. Тогда, беря его брезентовыми рукавицами, ударяем о массивную доску, и электромагнит с катушками выскакивает из приводной камеры. Электромагнит с катушками вновь помещаем на плитке под кастрюлю, а тем временем, пока корпус камеры горячий и клей размягченный, очищаем стенки камеры и посадочное место под магнитопровод от клея, применяя отвертки, напильники, грубую и мелкую шкурки. Эту операцию очищения надо выполнять очень тщательно, чтобы при сборке насоса электромагнит садился на свое место без перекосов.

Высвобождение электромагнита из приводной камеры можно ускорить, разогревая ее корпус паяльной лампой и также ударяя его о доску.

Далее освобождаем электромагнит от катушек. Тут надо быть очень аккуратным, можно легко поломать и отколоть щечки пластмассовых каркасов. Электромагнит устанавливаем в тиски так, чтобы корпуса каркасов катушек садились на их губки, и, применяя деревяшку, ударяем молотком осторожно, выбиваем магнитопровод из катушек (рис. 5). Поверхности магнитопровода и каркасов катушек также очищаем от остатков клея.

Рис. 5. Выбивание магнитопровода из катушек

Последняя операция — удаление сгоревшего провода с каркасов катушек. Если обмотка была не пропитана или слабо пропитана, то провод снимается легко, а если обмотка представляет монолитную массу, то приходится ее разрезать ножовкой по металлу. Затем также очищаем поверхности каркаса от старого пропиточного лака, чтобы поверхности для намотки были ровные.

Для насоса «Малыш», «Ручеек» и «Нива» обмоточные данные катушек известны: провод d_из = 0,63 мм и число витков W = 420, а при ремонте других насосов, которые появились на прилавках в последнее время (например, «Инкар»), обмоточные данные необходимо определять при удалении сгоревшей обмотки катушек.

5. Обычно при осторожном освобождении катушек из электромагнита их каркасы остаются невредимыми, но бывает, что щечки каркасов откалываются или они были разбиты еще при работе насоса. В этом случае отколотые части склеиваем, применяя клей «Момент» или эпоксидный, предварительно очистив и обезжирив склеиваемые поверхности.

Щечки каркаса в случае полной поломки изготавливаем вновь, склеивая из нескольких слоев электрокартона (прессшпана). Сначала по размерам вырезаем торцевые шайбы, склеиваем их до получения толщины 2,5–3 мм, пропитываем лаком, сушим при t = 60–70 °C и затем устанавливаем на втулку каркаса с помощью клея «Момент» или эпоксидки (рис. 6).

Рис. 6. Изготовление щечек каркаса катушки

6. Намотку катушек выполняем на ручном намоточном станке, снабженном счетчиком числа витков (рис. 7).

Рис. 7. Станок для намотки катушек:

_{1 — счетчик числа витков; 2 — шпиндель; 3 — начальный вывод катушки; 4 — каркас катушки; 5 — планшайба; 6 — гайка для закрепления каркаса; 7 — зажим; 8 — рукоятка}

Перед началом намотки счетчик витков устанавливаем на нуль и каркас катушки настраиваем на шпинделе станка так, чтобы не было перекоса относительно оси вращения. Берем провод d_из = 0,63 мм марки ПЭВ-2 или другой провод (см. выше). На начальный вывод надеваем тонкую хлорвиниловую или линоксиновую трубку диаметром 1 мм, укладываем на втулку каркаса, выводим через углубление щечки и закрепляем ее на шпинделе станка. Начинаем намотку, предварительно обмазав втулку каркаса эпоксидным клеем. При намотке катушки будем стараться, чтобы натяжение обмоточного провода было равномерным, без усилий, чтобы он не рвался, не вытягивался и витки укладывались плотно друг к другу, без узлов и впадин. При намотке будем следить за тем, чтобы наматываемый провод не имел оголенных мест, а места одиночного повреждения будем изолировать двойным слоем лакоткани (рис. 8,а). При повреждении обмоточного провода на большом участке его вырезаем, концы зачищаем шкуркой, делаем скрутку (рис. 8,б), паяем припоем ПОС-30 с применением канифоли и место пайки также изолируем лакотканью.

Рис. 8. Изолирование оголенных мест (а), скрутка провода (б) и закрепление последнего витка обмотки (в):

_{1 — лакоткань; 2, 4 — начальный и конечный выводы; 3 —лента киперная}

После первого ряда витков останавливаем станок, обильно обмазываем выложенный ряд витков эпоксидным клеем и затем накладываем межслоевую обмоточную прокладку из двух слоев папиросной бумаги толщиной 0,05 мм или одного слоя кабельной или телефонной бумаги толщиной 0,1 мм. Ширина межслоевой прокладки должна быть на 7–8 мм больше ширины намотки. Прокладка должна еще обхватывать обмотку одним оборотом с небольшим перекрытием 10 мм, подгибаясь равномерно на каждую сторону. Далее наматываем второй ряд витков, также обмазывая его эпоксидным клеем и накладывая прокладку из обмоточной бумаги, и так до конца.

Намотав на катушке 420 витков, отрезаем провод от шпули, надеваем хлорвиниловую или линоксиновую трубку на конец провода и закрепляем его на обмотке (рис. 8,в). Для этого под последние 10–12 витков подкладываем двойной слой обмоточной бумаги и петлю из тонкой киперной ленты, в нее пропускаем последний виток и затягиваем туго. Затем обильно промазываем последний рад витков катушки эпоксидным клеем и обкручиваем ее тонкой киперной лентой с небольшим перекрытием.