Как рассчитать характеристики н...

Как рассчитать характеристики насоса?

Для расчета характеристик насоса нужны сведения о будущей системе водоснабжения:

расстояние по вертикали от зеркала воды источника водоснабжения до предполагаемого места установки самого дальнего смесителя в метрах. Причем желательно учесть сезонные колебания этого расстояния и, так называемые, динамические, когда зеркало воды опускается из-за того, что Вы берете воду. Чем точнее Вы определите это расстояние, тем точнее будет расчет, потому что вертикальная составляющая потери напора, обычно, самая большая.
расстояние по горизонтали от источника воды до самого дальнего смесителя, рассчитанное исходя из предполагаемого маршрута прокладки трубы. Это расстояние можно измерить с погрешностью в один метр.
примерное предполагаемое место установки насоса или насосной станции в сборе. Особенно важна точность вертикального расстояния.
диаметры и материал труб, предполагаемых к использованию в системе. Сейчас, обычно, используют пластиковые трубы, а у них у всех примерно равные показатели шероховатости, поэтому значение имеют только диаметры предполагаемых труб и их длина. К слову, не всегда верна распространенная в интернете формула для расчета водоснабжения: 10 м горизонтальной трубы = 1 м по вертикали.
количество уголков, тройников, кранов и других элементов системы, называемых «местными сопротивлениями». Но это довольно сложно на начальном этапе, поэтому заменим это все 10-процентным запасом по напору. Чем меньше соединений, тем меньше вероятность, что что-то протечет и меньше потери напора.
количество потребителей (смесители, душ, бачок унитаза, стиральная или посудомоечная машина, уличный кран для полива и прочее), которые будут работать одновременно без существенной потери напора.

Потеря напора в метрах водного столба на горизонтальном участке пластиковой трубы длиной 10 метров в зависимости от внутреннего диаметра трубы и количества потребителей.

Внутренний диаметр трубопровода 12 мм 16 мм 20 мм 26 мм

1 потребитель (расход 0,2 л/с или 12 л/мин) 4,05 1,0 0,35 0,1

2 потребителя (расход 0,4 л/с или 24 л/мин) 14,09 3,49 1,16 0,33

3 потребителя (расход 0,6 л/с или 36 л/мин) 29,49 7,23 2,52 0,7

Из таблицы видно, что формуле соответствует только труба внутренним диаметром 16 мм (это металлопластик или полипропилен наружным диаметром 20 мм) в расчете на одного потребителя. Это правило нельзя назвать универсальным. Стоит также добавить, что, даже заменяя участки существующей системы на трубы большего диаметра, Вы снижаете сопротивление трубопроводов системы в целом, увеличивая напор на выходе из смесителей.

Пример расчета характеристик насосной станции.

Задача. Сделать гидравлический расчет водопроводной системы при условии что:

имеется скважина глубиной 18 метров, зеркало воды в которой находится на глубине не больше 10 метров от поверхности земли.
насос или насосную станцию предполагается поставить над скважиной в кессон глубиной 2,5 метра.
от скважины до дома расстояние 13 метров.
внутри дома предполагаемое горизонтальное расстояние по маршруту прокладки трубы – 9 метров.
предполагаемые вертикальные расстояния: от пола до смесителя – 1,1 м, от пола до излива душа – 2.2 метра, от уровня земли до пола – 1,2 м.
предполагаемая труба на всасе насоса: металлопластик наружным диаметром 26 мм и длиной 10 м. На напоре: от насоса до дома – полиэтилен наружным диаметром 25 мм, длиной 18 м, разводка в доме – полипропилен наружным диаметром 20 мм, длиной 9 м.
рассчитывать нужно на использование одновременно двух потребителей.

Общее вертикальное расстояние от зеркала воды до самого дальнего потребителя (излив душа) будет равняться:

10 м + 1,2 м + 2,2 м = 13,4 (м)

Расстояние по вертикали от насоса до зеркала воды:

10 м – 2,5 м = 7,5 (м)

Горизонтальные расстояния нужны только для определения длины труб, а эти сведения уже есть. Длина трубы на всасе, которую нужно учесть при расчете – это расстояние от зеркала воды до насоса, т.е. 7,5 м. Это число нужно запомнить и проверить перед поиском подходящего насоса.

Общая потеря напора по вертикали уже определена - 13,4 м. Найдем потерю напора в трубах из-за движения по ним воды. Металлопластиковая труба наружным диаметром 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм, такой же внутренний диаметр у полиэтиленовой трубы, которую предполагается проложить от кессона к дому, поэтому:

18/10*1,16 = 2,088 (м)

Это потеря напора в полиэтиленовой (ПНД) трубе, ведущей к дому. Особо не мудрствуя, можно взять потерю напора для этого диаметра (20 мм) и двух потребителей (см. таблицу выше) и найти потерю напора для нужной длины трубопровода, учитывая, что в таблице указана потеря напора для длины в 10 метров.

Для оценки стабильности работы насоса нужно найти полное сопротивление трубы на всасе:

7,5/10*1,16 = 0,87 (м)

Общая потеря напора на всасе будет равна:

0,87 + 7,5 = 8,37 (м),

что очень близко к критическим 9 метрам, максимально возможной глубине всасывания насоса. Поэтому, желательно:

либо увеличить глубину кессона, хотя бы до 3 метров;
либо использовать насосную станцию с внешним эжектором, что намного дороже;
либо увеличить диаметр всасывающего трубопровода до 32 мм, тогда общее сопротивление трубы уменьшится.

Используем наиболее надежный вариант: увеличим диаметр трубы на всасе, поменяв её на металлопластик с наружным диаметром 32 мм (внутренний, соответственно, 26 мм) и «опустим» кессон на полметра. Общая высота подъема воды при этом не изменится, насос лишь подвинется ближе к воде.

7/10*0,33 = 0,231 (м),

и 7,0 + 0,231 = 7,231 (м)

Такой вариант уже вполне приемлем, и с поиском нужного насоса, скорее всего, проблем не будет.

Полипропиленовая труба с наружным диаметром 20 мм имеет внутренний диаметр 16 мм, и потеря напора в ней составит:

9/10*3,49 = 3,141 (м)

Теперь сложим все вычисленное:

13,4 + 2,09 + 0,23 + 3,14 = 18,86 (м)

И прибавим к этому оговоренные ранее 10% на потерю в местных сопротивлениях:

18,86 +10% = 20,75 (м)

Но это лишь тот напор, который должен преодолеть насос, чтобы вода просто полилась из смесителя. Чтобы вода пошла из смесителя под напором, к этому расстоянию нужно добавить так называемый «свободный напор». По стандартам он должен быть не меньше 3 (м), исходя из практики, лучше закладывать в расчет число большее, например, 15 (м). Этого хватит на преодоление сопротивления в различном подключаемом оборудовании (бойлер, стиральная и посудомоечная машина и т.д.).

Таким образом, мы получаем желательные характеристики насоса:

20,75 + 15 = 35,75 (м) - примерно 36 (м),

но не меньше 20,75 + 3 = 23,75 (м) - примерно 24 (м).

При этих напорах насос должен выдавать 24 л/мин или 1,44 м.куб./час. Это не те характеристики, которые написаны на шильде насоса, а те, которые насос должен реально выдавать при данном напоре и расходе.