Типы современных пылесосов

Процессы уборки помещений

 

В наши дни пылесос является на столько привычным домашним помощником, что порой кажется, что он существовал всегда. Между тем этот скромный аппарат, который на время перерывов в работе убирается с глаз долой в кладовку или под кровать, имеет интересную историю. Побуди тельной причиной ряда важнейших изобретений в области борьбы с пылью была аллергия на этого постоянного и всепроникающего спутника человека. Американец Биссель был владельцем магазина фарфоровой посуды и очень страдал аллергией на мельчайшие частички соломы, которой перекладывали его хрупкий товар. Намучившись с выметанием соломы обычным веником, в 1876 г. Биссель изобрел щетку со сменными насадками и мешком для сбора пыли. Это было первым шагом на пути к созданию пылесоса. Следующий шаг был сделан не в ту сторону, куда следовало. Но, как известно, прогресс не всегда движется строго по прямой.

В 1901 г. американское управление железных дорог продемонстрировало широкой публике электрическую машину, которая выдувала пыль из вагонов в специальный контейнер. На одном из показов этой техники в Лондонском мюзик-холле побывал инженер Хьюберт Сесил Бут и был разочарован тем, что изрядная часть пыли летела мимо контейнера. Есть легенда, что Бут в перерыве прошел за кулисы и посоветовал не выдувать, а наоборот, всасывать пыль, причем для иллюстрации своей идеи встал на колени и втянул полные легкие пыли из ковра. В другом, более правдоподобном варианте этой истории он втянул в себя через носовой платок пыль из подлокотника кресла, на котором сидел. По другим источникам, Бута заставили тяжело закашляться облака пыли, поднимавшиеся вокруг автомобиля, который чистили струей сжатого воздуха. Так или иначе, Бут забросил свое основное занятие — проектирование мостов — и занялся разработкой идеи пылесоса. Уже в августе 1901 г. он построил первую действующую модель.

Пылесос, получивший название «Фырчащий Билли», работал на бензине, был снабжен насосом мощностью в пять лошадиных сил, а по размерам помещался далеко не во все интерьеры. Поэтому его парковали у обочины, а ковры для чистки выносили на улицу.

Первый в мире электрический пылесос был изобретен в 1907 г. Мюррей Спенглер работал уборщиком на фабрике кожевенных изделий, хозяином которой был Уильям Хувер. У Спенглера была сильная аллергия на пыль, и он много лет обдумывал конструкцию аппарата, который мог бы облегчить его страдания. Созданный им пылесос представлял собой короб с электромотором внутри, а в качестве пылесборника использовался холщовый мешок. Уильяму Хуверу изобретение очень понравилось, он выкупил у Спенглера патент на его производство и, переоборудовав свою фабрику, в 1908 г. приступил к массовому выпуску пылесоса, который назывался «Модель О» (рис. 4.1).

С той поры и до наших дней марка пылесосов Hoover является одной из самых популярных в мире. Инженеры фирмы Hoover быстро смогли довести вес пылесоса до 20 кг (изделия конкурентов в это время весили больше 50 кг). Но первые пылесосы были еще довольно дорогими. Например, автомобиль «Форд А» в те годы стоил 300 долларов США, а пылесос «Модель О» — 75 долларов, то есть четверть цены автомобиля. Если перевести эти цифры в современный масштаб цен, то сегодня пылесос должен был бы стоить около 7,5 тыс. долларов. Год за годом пылесос совершествовался.

В 1912 г. основатель фирмы Electrolux швед Аксель Венер Грен предложил заменить в пылесосах воздушный насос на вентилятор, благодаря чему массу прибора сразу удалось уменьшить до 14 кг. Всемирную славу компании принесла Model V, появившаяся в 1921 г. Перемещающийся на колесиках металлический цилиндр, соединенный с всасывающей щеткой гибким шлангом и снабженный сменными насадками, практически до конца XX в. копировали все производители бытовой техники. Первый советский пылесос «Ракета» был копией легендарной Model V от Electrolux, а «Спутник» — модели Hoover Constellation 1955 г.

 

Типы современных пылесосов

Как ни странно это звучит для отечественного потребителя, но самым распространенным в мире (до 70% мирового парка этих приборов) является практически незнакомый нам пылесос башенного типа (англ. Upright).

Такую компоновку имели первые в мире пылесосы Hoover, такой тип по сей день предпочитают в Северной и Южной Америке, Великобритании, арабских странах. У башенного пылесоса нет основной насадки (рис. 4.2). Прямо в корпусе такого пылесоса находится турбощетка, приводимая в движение от электромотора с помощью ременного привода. Правда, в качестве дополнительных аксессуаров к пылесосу прилагается шланг и набор насадок для чистки лестниц, мягкой и корпус ной мебели. Башенный пылесос считается од ним из наиболее эффективных аппаратов для уборки, особенно удобным для чистки больших площадей пола, застеленного ковролином.

Пылесосы, занимающие второе по популярности место в мире (до 25% всего парка), хорошо знакомы всем нам. Настолько хорошо, что в русском языке для них нет общепринятого обозначения. Чаще всего их называют просто напольными (рис. 4.3). Они очень популярны в континентальной Европе, а в нашей стране составляют почти 100% пылесосного парка. Некоторые пылесосы этой группы называют цилиндрическими, Современные пылесосы имеют совсем не цилиндрическую форму, но вспомните отечественные «Ракеты» и «Чай ки», и происхождение названия станет понятным. Воздух в таком пылесосе проходил вдоль корпуса и выбрасывался из «сопла» сзади.

Другая разновидность напольных пылесосов — вихревые аппараты (примеры из советских времен — «Циклон», «Вихрь», «Сатурн» и др.), в которых воздух внутри корпуса движется не прямо, а закручивается. Эти пылесосы имеют округлые очертания корпуса. Иногда для общего обозначения пылесосов этой группы в обзорах бытовой техники используют слово «баллонные», пытаясь найти русский эквивалент их английскому обозначению canister, что буквально и означает канистра, бачок, баллон. По вместимости пылесборника напольные пылесосы делятся на классы, указанные в таблице 4.1.

В начале 90х гг. ХХ в. отделились от группы напольных пылесосов и стремительно ворвались на рынок моющие пылесосы (рис. 4.4). Их про движение сопровождалось лозунгами «3 в 1», «5 в 1» и даже «6 в 1», указывающими на многофункциональность аппаратов данной группы. Такие пылесосы, как правило, могут выполнять обычную сухую уборку, работать в качестве насоса, создающего напор воды (например, для прочистки раковины), мыть ковры и твердые полы со специальным шампунем. Однако к концу 90-х гг. популярность бытовых моющих пылесосов упала. Причиной этого послужили, с одной стороны, повышенная сложность в эксплуатации таких аппаратов, не слишком высокая гигиеничность влажной уборки (ни один моющий пылесос не вытягивает влагу из ковра полностью: 5…7% воды остается в ковре, создавая благоприятную среду для развития бактерий и микроорганизмов). С другой стороны, в последние годы в нашей стране развился так называемый клининговый бизнес (англ. to clean — чистить, убираться), предоставляющий как организациям, так и частным лицам профессиональные услуги по уборке помещений.

 

 

В клининговом бизнесе применяются профессиональные пылесосы, обычно башенного типа, оснащенные системами для генерации пара и прочими агрегатами для высокоэффективной уборки больших площадей пола и ковровых покрытий. К пылесосам большой производительности относятся и специальные аппараты с пылесборником сверх большой емкости (до 200 л), предназначенные для уборки приусадебных участков или дворов от опавших листьев и иного уличного мусора. Идя, наоборот, в сторону понижения массы пылесоса, мы можем встретить компактные переносные пылесосы, которые благодаря своему небольшой массе (3 –4 кг) можно носить на плече с помощью ремня и, соответственно, добираться до самых укромных уголков дома (рис. 4.5).

 

 

Еще более легкими, как по весу, так и по цене, являются ручные пылесосы (англ. Handy). Они могут работать от встроенной подзаряжаемой батареи либо от гнезда автомобильного «прикуривателя» и использоваться для уборки помещений, где нет сетевого питания, либо для чистки салона автомобиля (рис. 4.6).

 

 

Особую группу бытовых пылесосов представляют собой аппараты, которые можно назвать «пылесос– швабра» (рис. 4.7). Такие пылесосы очень популярны в Италии и представляют собой объединение корпуса, ручки и насадки в одной конструкции. В централизованных системах пылеудаления основой системы является центральный пылесос, установленный в подвальном или ином служебном помещении дома. От такого пылесоса по всему дому проводятся воздуховоды, а в каждой комнате устраивается «пневматическая розетка», к которой во время работы подсоединяется шланг с насадкой для уборки.

 

Последним словом современного пылесосостроения на рубеже XXI в. стали роботы-пылесосы (рис. 4.8).

 

Эти «умные» аппараты могут самостоятельно выполнять уборку, обходя помещение и огибая находящиеся на полу предметы. Ориентироваться в пространстве им помогают ультразвуковые сенсоры (как у летучей мыши), а сохранять равновесие при движении по квартире — встроенные гироскопы. Пока устройства такого рода являются дорогими и сложными, но это – самое перспективное направление в развитии данного вида бытовой техники.

Все пылесосы, от простейшего до самого сложного, имеют общий принцип действия, показанный на рис. 4.9.

Насадкой 1 мы собирается пыль с очищаемой поверхности. Трубка 2 позволяет достичь нужного участка пола или ковра. Собирая эту трубку из нескольких секций, получается необходимая длина. Во многих моделях пылесосов на трубке есть за движка 3 для регулирования всасывания воздуха. Уменьшив всасывание, можно чистить, например, занавески или иные легкие предметы. Гибкий шланг 4 дает возможность двигать насадкой по очищаемой поверхности. Шланг стыкуется с корпусом пылесоса, и через место стыка загрязненный воздух 5 поступает на очистку. Он сразу оказывается в камере 6, давление в которой понижено благодаря работе вентилятора 7. Вентилятор приводится во вращение электромотором 8, и нагнетает воздух к главному уловителю пыли — фильтру 9.

Пройдя через фильтр, очищенный воздух 10 выходит в помещение. Может быть и по-другому: сначала воз дух проходит через фильтр в виде мешка-пылесборника, а затем протекает вокруг мотора. Конструкция реального пылесоса несколько сложнее, чем эта упрощенная схема.

В современных аппаратах имеется несколько фильтров, в которых происходит многоуровневая очистка воздуха (рис. 4.10).

Это не только основной пылесборник 1, где собирается до 85% грязи, но и моторный фильтр 2, предохраняющий мотор от перегрева и улавливающий частицы пыли, проскочившие через основной пылесборник. Наконец, есть выходной фильтр тонкой очистки, через который не прорваться и самой мелкой пылинке. Пылесосы с таким фильтром улавливают до 99,95% частиц пыли.

 

Мощность пылесоса

Пылесос должен создавать достаточное разрежение (пониженное давление) в месте контакта насадки с очищаемой поверхностью, иначе пыль так и останется в ковре или на полу. Величина разрежения P измеряется в тех же единицах, что и давление, то есть в Паскалях (Па). Для пылесосов с одноразовыми мешками для сбора пыли достаточным является разрежение 25 –30 кПа.

Пылесос должен также обеспечивать достаточный поток воздуха, с которым пыль и грязь транспортируются с пола в пылесборник для очистки. Расход воздуха Q измеряется в литрах в секунду (л/с). Понятно, что чем мощнее пылесос, тем выше оба названных показателя.

При выборе пылесоса нельзя ориентироваться на максимальную потребляемую мощность пылесоса. Эта величина характеризует лишь уровень энергопотребления аппарата, но не эффективность уборки.

Важной характеристикой пылесоса является мощность всасывания. Эта величина (W) является произведением двух величин: объемной производительности воздушного потока Q и разрежения P:

W = Q´ P.

Если объемный расход воздуха выражен в л/с, а разрежение — в кПа, то, в результате мощность всасывания получится в ваттах.

 

Как показано на рис. 4.11, потребляемая мощность отражает параметры электродвигателя, а мощность всасывания — параметры рабочего органа - чистящей насадки.

Часто мощность всасывания указывается в аэроваттах. Это тот же самый ватт, просто слово «аэро» подчеркивает, что речь идет о потоке воздуха.

На американском континенте используют свои единицы измерения физических величин: расход воздуха выражаются в кубических футах в минуту (кубический фут — это 28,3 л), а разрежение — в дюймах водяного столба (это 249 Па). Для получения одного ватта нужно перемножить расход, выраженный в кубических футах в минуту, на разрежение, выраженное в дюймах водяного столба, и полученное число умножить на 8,5.

Отношение мощности всасывания к потребляемой пылесосом мощности - это КПД пылесоса. Для большинства пылесосов стандартной конструкции, имеющих мешок для сбора пыли, КПД составляет 20…25%.

В паспортных данных пылесоса часто указывается максимальная мощность всасывания, которая, если разобраться, имеет мало смысла. Есть та кое удачное сравнение: максимальная мощность всасывания — это как максимальная скорость, обозначенная на шкале спидометра автомобиля. Теоретически она может достигаться, но реально автомобиль движется на совсем иной скорости. Так и максимальная мощность всасывания — при работе пылесоса она может быть и достигается, но только при сочетании идеальных условий, обеспечивающих оптимальное сочетание разрежения и всасывания. Для достижения таких условий нужно подобрать строго оптимальный зазор между насадкой пылесоса и очищаемой поверхностью, выдерживая его с точностью до миллиметра. Но ведь при реальной чистке мы не держим насадку на весу над ковром, а двигаем ей по поверхности.

На практике применяется понятие средней эффективной мощности всасывания. Эта величина характеризует эффективность работы пылесоса при длительной работе. Средняя эффективная мощность всасывания примерно на 15…30% меньше максимальной мощности всасывания. Для обычной уборки различных поверхностей квартиры считается достаточной средняя мощность всасывания 240…260 Вт. При использовании дополнительных энергопотребляющих приспособлений, например турбощетки, или при уборке с плотными фильтрами, нужна более высокая мощность — 300…350 Вт и выше.

В состав пыли входят частички омертвевшей человеческой кожи, песок, жир, пыльца растений, шерсть домашних животных, ворсинки из текстильных изделий, пылевые клещи, грибки плесени и т.д. (рис. 4.12).

 

 

Подсчитано, что средняя семья производит около 1 кг пыли в месяц. Одной только омертвевшей кожной ткани каждый из нас за год сбрасывает до 450 г. Многие составляющие домашней пыли являются причиной аллергии — реакции иммунной системы организма на болезненные раздражители. Забиваясь в ковровые покрытия, пыль расслаивается по фракциям (рис. 4.13), самая тяжелая из которых — песок — приводится в движение ходящим по ковру человеком и срезает волокна, отчего ворс ковра со временем вытирается.

 

Характерные размеры различных пылевых частиц показаны на рис. 4.14.

 

 

Для улавливания всех этих многочисленных видов пыли существуют фильтры, применяемые на разных этапах очистки воздуха. Пылесборник, применяемый на этапе первичной фильтрации, может быть одноразовым (бумажным) или тканевым (многоразовым). Бумажный мешок задерживает 85–90% всей грязи и пыли, а тканевый — всего около 30%. Бумажные мешки могут быть многослойными. Например, бумажный пылесборник пылесосов Hoover (рис. 4.15) имеет три слоя — внутренний слой задерживает крупную пыль и предохраняет мешок от засорения, средний слой сделан из микроволокон, хорошо удерживает пыль,

но проницаем для потока воздуха, а внешний слой склеен со средним и способствует сохранению формы пылесборника.

Многослойные мешки применяются и другими производителями. Например, мешки Intensive Clean пылесосов Miele выполнены из нескольких слоев нетканого материала. Особенностью мешков-пылесборников от Miele является то, что они автоматически «запираются» при извлечении их из пылесоса.

 

На этапе вторичной фильтрации воздух проходит через моторный фильтр и выходной фильтр. Фильтры этого уровня часто пропитываются активированным углем, который хорошо поглощает запахи и бактерии. Наилучшее положение для угольного фильтра — перед электромотором, где его температура не поднимется выше 40^оС (при более высокой температуре угольный фильтр начинает отдавать обратно поглощенные им запахи). О наличии угольной пропитки фильтра свидетельствует его черный цвет.

Высший класс очистки воздуха достигается с помощью фильтров типа НЕРА (англ. High Efficiency Particle Absorbtion). Это устройство было разработано в США во время второй мировой войны для очистных систем, предназначенных для удаления радиоактивных частиц из выбросов заводов, на которых создавалось ядерное оружие. HEPA фильтр представляет собой волокнистый материал, сложенный в виде гармошки. Волокна имеют диаметр 0,65…6,5 мкм, а расстояние между ними равно 10…40 мкм.

Изготавливаются НЕРА фильтры из бумаги и стекловолокна (такие фильтры не подлежат повторному использованию), либо из специального фторопласта ePTEE (expanded Poly Tetra Fluor Ethylene). Фторопластовые фильтры можно мыть и использовать повторно. В зависимости от того, насколько хорошо НЕРА фильтр удерживает частицы пыли, ему присваивается определенный класс. Например, такие классы по удержанию частиц размером 0,3 мкм (0,0003 мм) приведены в таблице 4.2.

 

Есть и другая система классификации НЕРАфильтров — по удержанию так называемых наиболее проникающих частиц пыли. Наиболее проникающим размером частиц (MPPS — Most Penetrating Particle Size) принято считать частицы размером 0,06 мкм. Классификация НЕРА фильтров по удержанию таких частиц приведена в таблице 4.3.

Пылесосы без фильтра

Современные пылесосы весьма разнообразны по конструкции, и в некоторых из них пыль отделяется от воздуха не только с помощью фильт ра, но и другими способами.

Вихрь вместо фильтра

Примером пылесосов, работающих без фильтра, являются пылесосы циклонного типа. При закрутке потока воздуха в цилиндрической или конической полости достигается «вихревой эффект», при котором пылевые частицы за счет центробежной силы выносятся из воздушного потока. Чем выше скорость воздушного вихря, тем выше центробежные силы. Одним из примеров циклонных пылесосов являются разработки английского изобретателя Джеймса Дайсона (рис. 4.17).

 

 

В пылесосах Dyson нет пылесборников, фильтров и других расходных материалов. В этих аппаратах сначала во внешнем циклоне из воздуха выделяются крупные частицы пыли, а затем, при прохождении конических вихревых камер, и все остальные, вплоть до мельчайших. Недостатком пылесосов этого типа является относительно большой рас ход энергии при довольно низкой мощности всасывания (максимум 280 Вт), небольшая емкость пылесборника, высокий уровень шума при работе и недостаточный уровень фильтрации.

Вихрь вместе с фильтром

Если в пылесосах Дайсона фильтров нет вообще, то в ряде других моделей мы видим сочетание вихревого и фильтрующего приемов удержания пыли. Например, в пылесосе MC-621 Airocket от Panasonic в прозрачном пластиковом пылесборнике создается вихревой воздушный поток, который обеспечивает центробежное отделение частиц пыли (рис. 4.18).

В этом пылесосе имеется пятиступенчатая система фильтрации: воздух проходит сначала через предварительный конический фильтр, затем через основной фильтр, а потом еще через три выходных фильтра. Другой пример сочетания вихря и фильтра — пылесос Cyclone Power Twister фирмы Electrolux (рис. 4.19).

В нем тоже нет мешка для сбора пыли, зато есть НЕРА фильтр класса Н12, обеспечивающий высокую степень очистки воздуха. Вихревые устройства наилучшим образом зарекомендовали себя как уловители крупной фракции пыли или небольших предметов (булавок, мелких украшений и т.д.). Поэтому иногда устройства такого типа предлагаются как дополнительные аксессуары к пылесосам. Например, тот же Electrolux выпускает вихревую насадку к пылесосам, предназначенную для сбора тяжелой фракции пыли (рис. 4.20).

Вода и воздух в одном вихре Пыль можно отделить от воздуха, организуя совместное вихревое движение воздуха и воды. Так делается в пылесосах с технологией «Аквафильтр» (рис. 4.22).

В этих аппаратах воздух с пылью поступает в смесительную камеру аквафильтра, где частицы пыли смачиваются и оседают в воде. Та часть пыли, которая не успела осесть в аквафильтре, улавливается дополнительными фильтрами тонкой очистки. «Аквафильтр» применяется, в пылесосах фирмы Thomas. Недостатки пылесоса с аквафильтром те же, что и у остальных вихревых конструкций, — большой расход энергии при невысокой мощности всасывания, высокий уровень шума, небольшая емкость пылесборника. Сюда накладываются и недостатки «мокрых» пылесосов, страдающих не слишком гигиеничной системой утилизации собранной грязи: если ее не удалить немедленно после уборки, во влажной среде могут развиться грибки и плесень.