Какой длины может быть всасывающая линия

Какой длины может быть всасывающая линия?

На каком расстоянии от источника воды поставить поверхностный насос или насосную станцию?

Теоретически, насос, который может поднять воду с глубины в 8 метров, т.е. создающий разрежение в 0,8 атм., сможет подтянуть воду по горизонтальной трубе диаметром 32 мм и длиной 800 м. Делая скидку на отличие теории от практики в два-три раза, получается, что насос должен легко подтягивать воду по трубе длиной 250-300 метров. В действительности это не так.

Где теряется сила насоса?
Что может мешать насосу или воде, движущейся по трубе к насосу?

Когда дело касается напорной линии, все более или менее сходится с теорией гидравлического расчета, расхождения получаются небольшими. Всасывающая линия подчиняется результатам расчетов только на небольших расстояниях. В чем может быть причина?
Скорость потока воды, которая может создать дополнительное сопротивление во всасывающей линии, как правило, меньше, за счет большего диаметра трубы. Кардинальное же, принципиальное отличие всасывающей линии от напорной – заключается в том, что в первой создается разрежение или, по-другому, частичный вакуум, а во второй – избыточное давление. Для самой воды это большого значения не имеет, вода, как все знают, вещество не сжимаемое и не растягиваемое. А вот для воздуха… Он не тормозит воду, хотя и не без этого в некоторых случаях, а просто «забирает силу» насоса, сажая разрежение, становясь от этого больше. Маленький пузырек воздуха, благодаря создаваемому насосом разрежению во всасывающей линии, становится больше в объеме. Подъемная же сила насоса уменьшается на величину выполненной насосом работы для увеличения объема этого пузырька. А если труба длинная? А если пузырьков много?
Это не считая увеличения площади соприкосновения с водой, уменьшения площади сечения трубы и, соответственно, увеличения скорости потока в некоторых местах. Откуда же берется воздух и почему его сложно удалить из трубы?

К слову, о трубах.
Какие трубы, обычно, используются для длинного всасывающего трубопровода?

Если для короткого можно взять трубу ПНД 25-32 мм или специальный гофрированный шланг, то для длинного трубопровода это делать не желательно. Труба ПНД просто может сплющиться под действием внешнего атмосферного давления, а гофрированный шланг – элементарно дорог и неудобен. Соответственно, на выбор остаются металлические трубы, полипропиленовые и металлопластиковые. Есть еще ПВХ трубы, но они не рекомендуются для питьевой воды из-за содержания в них соединений хлора, они почти не отличаются от полипропиленовых.
Металлические трубы – имеют большую шероховатость внутренних стенок и, как следствие, высокое гидравлическое сопротивление (в 4 раза выше пластиковых). Т.е. из них длинного трубопровода длиной в сотни метров не сделаешь. И даже при десятках метров, трубы нужно соединять – сваркой или резьбой, их нужно перетаскивать и монтировать.
Металлопластиковые трубы, как и полиэтиленовые (ПНД), поставляются, транспортируются и продаются свернутыми в кольцевые бухты диаметром метр-полтора. Перед монтажом их нужно тщательно выравнивать, чтобы избежать образования перепадов по высоте, так называемых «домиков». Но как бы вы ни старались, какие-то перепады все равно останутся, пусть даже минимальные в несколько миллиметров.

Полипропиленовые трубы - продаются «хлыстами» – отрезками длиной 2, 4, 6 метров. При монтаже их придется соединять муфтами. При этом соединении велика вероятность нарушения соосности хлыстов. Кроме того, сами полипропиленовые трубы достаточно гибкие, нужно внимательно следить за геометрией труб при монтаже.
Таким образом соблюсти идеальную геометрию всасывающего трубопровода невозможно, или это будет очень затратно по средствам и времени.

Погрешности приборов и человеческий фактор.
Мало того, что сами трубы или их монтаж не позволяют достичь идеальной прямой для всасывающей линии, так этого не позволят сделать имеющиеся приборы контроля. Горизонтальность монтажа, как правило, контролируется «уровнем» (ватерпасом). Не важно, лазер это, гидроуровень, плавающий воздушный пузырек на линейке или обыкновенный отвес. Все они имеют свои погрешности и недостатки в применении.
Погрешность всего в 0,5% (это неплохая точность для бытовых приборов) это отклонение в 0,5 см на 1 м длины. В результате при хотя бы 50 м может выйти ошибка в 25 см по высоте.

Причем тут точность геометрии труб и приборов?
Все просто: чем длиннее задуман всасывающий трубопровод, тем более идеальным его придется делать. Это происходит по нескольким причинам:

чем больше объем воды должен быть во всасывающем трубопроводе, тем больше вероятности появления пузырьков остаточного воздуха, и тем больше усилий нужно прилагать насосу. А они весьма ограничены, и практически не зависят от мощности насоса, потому что здесь «балом правит» атмосферное давление.
чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше вероятности образования перепадов по высоте («домиков»), в том числе и очень протяженных, от чего их нехорошее влияние нисколько не уменьшается, а только увеличивается.
чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше соединений труб необходимо сделать в случае монтажа из «хлыстов», тем больше вероятность геометрических дефектов при соединении. А это потенциальные «карманы» для трудноудаляемого или не удаляемого воздуха.

Насколько идеальным должен быть трубопровод, если его ставить на всасывающую линию, и как можно уменьшить вероятность ошибок?

Допустимые погрешности всасывающего трубопровода.
Все воздушные пузыри в трубах можно условно разделить на три категории:

легко удаляемые;
трудно удаляемые;
не удаляемые.

Легко удаляемые пузыри воздуха удаляются проходящим протоком воды, следует лишь увеличить скорость этого потока или несколько раз изменить её. Они образуются в местах шероховатостей или неровностей внутренней поверхности труб, а также в местах соединений.
Трудно удаляемые пузыри образуются в местах перепадов высот трубопровода в случаях, когда перепад по высоте не превышает одного внутреннего диаметра трубопровода. Они могут быть удалены со временем, в результате постоянного воздействия потока переменной скорости. Обычно это происходит при включениях насоса, когда скорость воды очень быстро увеличивается. После нескольких десятков или даже сотен включений насоса такой пузырь уничтожается.

Не удаляемые пузыри, образуются в местах перепадов высот трубопровода более одного внутреннего диаметра. В результате воздушный пузырь запирается окружающей его водой, и удалить его полностью без внешнего воздействия не представляется возможным.
Обратите внимание на размерность величины определяющей неудаляемость воздушного пузыря. Это внутренний диаметр трубопровода вне зависимости от его длины. Т.е. короткий всасывающий трубопровод – погрешность один внутренний диаметр, длинный всасывающий трубопровод – погрешность та же. Заметьте разницу: соблюсти абсолютное отклонение, допустим, в 3 см на 10 м, или те же 3 см на 100 м. Как говорится, почувствуйте теорию относительности в действии.

Как уменьшить влияние погрешностей при монтаже всасывающей линии?
Этого можно добиться несколькими способами, основные из которых это:

Увеличение внутреннего диаметра всасывающего трубопровода. т.е. мы увеличиваем абсолютную допустимую погрешность всасывающей линии.
Монтаж всасывающего трубопровода с уклоном.

По первому пункту дополнительных пояснений делать не нужно, по второму – следует сделать расшифровку.

Не важно, в какую именно сторону нужно делать уклон: к источнику воды или от него. Потому, что уклон трубопровода – это универсальное «средство борьбы» с перепадами по высоте, типа «домиков». Удалить же воздух из заранее известных мест трубопровода – это чисто технический момент.
Действительно, при соблюдении уклона хотя бы в один внутренний диаметр трубы на расстояние всасывающей линии, мы увеличиваем допустимое отклонение по вертикали вдвое, т.е. вдвое уменьшаем шансы сделать «домик» с не удаляемым воздушным пузырем. А если сделать уклон больше и относительным, например, один внутренний диаметр на один погонный метр, тогда ошибки на расстоянии в один метр, практически, нивелируются. Правда, появляется вертикальная составляющая потерь, но, в большинстве случаев, её можно просто учесть при расчетах.

Как сделать длинный всасывающий трубопровод?
Исходя из всего вышеизложенного, можно вывести несколько условий, обеспечивающих создание длинного всасывающего трубопровода:

труба должна быть жесткая, чтобы выдержать внешнее воздействие атмосферного давления (металл, металлопластик, полипропилен и т.п.)
диаметр трубы должен быть, как можно больше, для уменьшения абсолютной погрешности при монтаже трубопровода. С другой стороны, увеличение объема воды в трубопроводе приведет к увеличению оставшегося там воздуха. Оптимальный диаметр длинного всасывающего трубопровода – 32, 40, максимум 50 мм.
труба должна быть максимально прямой, выровненной, чтобы избежать образования локальных и протяженных перепадов по высоте, так называемых, «домиков».
для уменьшения влияния погрешностей при монтаже трубопровода труба должна быть уложена с уклоном в какую-либо сторону (лучше к источнику воды), чем больше уклон - тем меньше будут влиять ошибки монтажа на конечный результат.
минимум соединений при монтаже всасывающего трубопровода (в идеале - всего два: с насосом и с обратным клапаном); все соединения должны быть герметичными не только по воде, но и по воздуху, чтобы избежать подсосов.
недопустимо как-либо увеличивать гидравлическое сопротивление всасывающей линии: нельзя ставить перед насосом картриджные фильтры. Максимум, что можно позволить, это фильтры–сетки или грубые фильтры в 300-400 мкм, имеющие минимальное гидравлическое сопротивление.

Можно добавить, что грубые фильтры нужно периодически чистить, что нужно предусмотреть некие мероприятия для борьбы с замерзанием воды в трубах.