Без кейворда

Вероятно, одним из самых распространенных и необходимых требований в любом аквариуме является правильное движение воды внутри, а также в и из аквариума. Если в течение многих лет основным способом перемещения воды в аквариумах были воздушные камни и подъемные трубки, то в большинстве современных аквариумных систем используются электрические водяные насосы той или иной формы. Водяные насосы, как правило, мощнее, тише и гораздо более гибкие в плане применения, чем их более ранние аналоги с воздушным приводом. Цель данной статьи – описать принцип работы водяных насосов, способы выбора насоса для конкретного применения, а также наилучший способ установки или размещения насоса для данного применения.

Хотя сегодня в аквариумах используются различные типы водяных насосов, на самом деле их всего два. Давайте сначала рассмотрим тот, который доминирует в аквариумной индустрии: центробежный насос. На рисунке 1 показана внутренняя часть мокрой части центробежного насоса (та часть насоса, которая соприкасается с перекачиваемой жидкостью). Насос работает следующим образом: электрический двигатель вращает лопастной узел или рабочее колесо в основном корпусе или волюте насоса. Корпус насоса имеет вход (куда поступает вода) и выход (откуда вода выкачивается); при вращении рабочего колеса вода перемещается от входа (который расположен вблизи центра вращения рабочего колеса) по поверхностям рабочего колеса к внешним частям волюты под действием центробежной силы (поэтому насос называется центробежным). Эта вода, собираясь в наружных частях волюты, направляется к выходу. Вода, выходящая из выпускного отверстия, вызывает падение давления воды на входе, что, в свою очередь, позволяет насосу всасывать новую воду на входе в соответствии со скоростью, с которой она выходит из выпускного отверстия. Фактическая скорость потока насоса зависит от нескольких факторов, большинство из которых будут рассмотрены ниже, но мощность/скорость двигателя, конструкция рабочего колеса и размеры входного и выходного отверстий играют значительную роль.

Другой тип насосов для воды/жидкости, иногда используемый в более сложных аквариумных системах, известен как объемный насос. Эти насосы обычно характеризуются одним из двух типов: мембранные насосы или перистальтические насосы. Оба этих насоса работают по схожему принципу – вода сначала всасывается в камеру, а затем выталкивается из нее за счет определенного вытеснения объема, аналогично тому, как работает человеческое сердце. На схеме 2 показаны основные части мембранного насоса. Работа мембранного насоса начинается с перемещения мембраны с помощью шатуна, который ведет к двигателю/редуктору (обычно прикрепленному к центру мембраны). Когда мембрана вытягивается, она создает область низкого давления, которая всасывает воду через входной обратный клапан (обратный клапан пропускает воду только в одном направлении), тем самым заполняя камеру, образовавшуюся в результате смещения мембраны. Когда движение мембраны достигает своего предела, она начинает изменять свое направление и разрушать созданную ею камеру; в результате разрушения камеры вода в ней выталкивается/выкачивается через второй выход обратного клапана. Как видно, насос такого типа не работает непрерывно, а подает свое содержимое (т.е. перекачиваемую жидкость) импульсами. Контролируя смещение мембраны и скорость ее перемещения внутрь и наружу, можно точно регулировать эффективную скорость потока насоса. Именно благодаря такому точному контролю расхода эти насосы обычно используются в таких приложениях, как системы добавления микроэлементов и дозаправки или восполнения испарения.

Перистальтический насос работает аналогично мембранному насосу, но вместо мембраны используется гибкая трубка, а вместо обратных клапанов – прижимные ролики. Гибкая трубка проходит между ротором с двумя или более прижимными роликами и каналом, который удерживает и направляет трубку вокруг ротора (см. схему 3). При вращении ротора один из прижимных роликов сжимает трубку и проталкивает воду, которая может находиться в ней, по направлению к выходу. Это движение воды, создаваемое в гибкой трубке, всасывает новую воду за движущимся защемленным участком трубки (ее входом). Когда ротор продолжает вращаться, он в конце концов приводит в действие еще один набор прижимных роликов, повторяя работу первых прижимных роликов, но с другим объемом воды. Как и в случае с мембранным насосом, контролируя скорость вращения ротора и диаметр трубки, можно точно регулировать расход воды в этом насосе.

Как в центробежных, так и в объемных насосах материалы, используемые в мокрых частях насосов, имеют решающее значение для их безопасного использования. Какие бы материалы ни использовались для этих смачиваемых частей, они не должны загрязнять перекачиваемые жидкости, а перекачиваемые жидкости не должны разрушать материалы, используемые в насосе. Для аквариумов это обычно означает отсутствие или незначительное количество металлов, которые могут разрушаться или корродировать в воде, особенно соленой. К сведению, нержавеющая сталь со временем ржавеет в соленой воде, и ее следует избегать, когда это возможно, титан – это нормально, но он дорогой и хрупкий. Большинство смачиваемых частей используемых нами насосов изготовлены из пластика или других неметаллических материалов, таких как керамика, которые безопасны для соленой воды. Если вы перекачиваете жидкости, отличные от соленой воды (как в случае систем замещения микроэлементов), убедитесь, что перекачиваемые жидкости безопасны для материалов, используемых в насосе (такие организации, как Cole-Palmer и другие компании по производству химического оборудования, обычно предоставляют таблицы, в которых указано, какие материалы безопасны вместе).

Поскольку большинство центробежных насосов работают от электродвигателей, вам также необходимо каким-то образом изолировать двигатель от смачиваемых частей насоса, чтобы жидкости насоса не повредили двигатель, но в то же время вращали рабочее колесо, чтобы насос работал. Такое соединение между двигателем и смачиваемыми частями насосов, используемых в аквариумах, чаще всего достигается путем магнитного соединения вала рабочего колеса с вращающимся магнитом, прикрепленным к двигателю. К валу рабочего колеса прикреплен второй магнит (обычно покрытый для предотвращения загрязнения перекачиваемой жидкости), который притягивается к вращающемуся магниту двигателя. Полагаясь на магнитное притяжение двух магнитов, нет необходимости в прямом физическом контакте между рабочим колесом и двигателем; таким образом, они могут быть изолированы друг от друга. На схеме 4 показана типичная конфигурация центробежного насоса с магнитной связью.

В некоторых центробежных насосах даже моторная часть насоса полностью герметична, что позволяет погружать весь насос в перекачиваемую жидкость (наиболее распространенным примером этого являются силовые головки). Эти “погружные” насосы имеют некоторые преимущества перед своими непогружными аналогами, а также обладают некоторыми недостатками. В одной из следующих частей этой серии статей о водяных насосах мы обсудим установку насосов более подробно, но должно быть достаточно очевидно, что насос, который может быть полностью погружен в воду, гораздо проще установить. Второе преимущество основано на том, что вода является лучшим проводником тепла, чем воздух (т.е. быстрее отводит тепло от насоса), поэтому погружной насос можно сделать меньше, чем такой же по производительности непогружной насос, поскольку накопление тепла не является фактором в их конструкции. Это свойство воды лучше передавать тепло также приводит к одному из потенциальных недостатков погружных насосов – большему нагреву воды в системе.

Большинство аквариумных систем довольно легко обогреть с помощью относительно недорогих электрических нагревателей. Охлаждение аквариума, с другой стороны, часто намного сложнее и может потребовать использования дорогих чиллеров. Поэтому очень желательно контролировать количество непреднамеренного нагрева аквариума. Погружной насос определенной производительности будет нагревать резервуар больше, чем его непогружной аналог. Почти все тепло погружного насоса передается в резервуар, в то время как значительная часть тепла непогружного насоса передается воздуху.

Вторая возможная проблема с погружными насосами – это большая опасность замыкания электрической цепи на резервуар. Большинство погружных насосов сконструированы таким образом, чтобы предотвратить попадание воды на электрические детали, однако износ и/или повреждение насоса может привести к тому, что некоторые из этих электрических соединений будут открыты, что вызовет опасное короткое замыкание. Настоятельно рекомендуется использовать розетки/выключатели GFI (Ground Fault Interrupters) при использовании любого электрического оборудования вблизи воды, например, насосов, но особенно погружных насосов. Эти устройства GFI обнаружат короткое замыкание и немедленно отключат неисправный насос или оборудование, тем самым уменьшая опасность как для вас, так и для вашего аквариума. Эти два ограничения погружных насосов, а именно более высокая теплоотдача и опасность короткого замыкания, вероятно, являются причиной того, что вы не часто встречаете погружные насосы большей мощности (еще один потенциальный недостаток в зависимости от ваших требований к применению).

На этом мы завершаем первую часть статьи о насосах для аквариумной воды. В следующей части мы расскажем о том, как определяются характеристики насосов и как это связано с выбором подходящего насоса для ваших нужд или применения. Затем последует третья часть, в которой будут рассмотрены рекомендуемые процедуры установки и размещения насосов, а также некоторые идеи по использованию насосов в различных типах морских аквариумных систем.

Source: reefkeeping.com