Расчёт насоса для скважины — одно из основных условий при соблюдении, которого можно гарантировать длительное и бесперебойное использование скважины на участке. Произведя расчёт скважинного насоса, вы сможете соотнести ваши потребности в воде с условиями, в которых будет эксплуатироваться насосное оборудование. Только опираясь на результаты расчёта можно приобрести оптимальную модель насоса для скважины, которая не только удовлетворит все потребности, но и прослужит не один год.
Прежде чем непосредственно приступить к расчётам, необходимо детально разобрать все основополагающие факторы выбора скважинного насоса. И первое с чего мы начнем это сам источник воды.
Как известно, пробурить скважину можно либо самостоятельно, либо воспользовавшись услугами специалистов. В этой статье в качестве примера смоделируем ситуацию со вторым вариантом, а именно с готовой скважиной от специализированной организации. В этом случае у вас на руках уже имеется паспорт скважины с детальными характеристиками объекта.
И первый параметр, который нас должен заинтересовать — это внешний диаметр обсадной колонны. Сегодня часто встречаются скважины, диаметр которых варьируется в пределах от 100 до 150 миллиметров. Вам необходимо знать точное значение диаметра скважинной трубы, ведь этот показатель позволит определить поперечный размер будущего насоса.
Важно Осуществляя подбор скважинного насоса по параметрам, помните, что между корпусом насоса и стенками скважины должен быть обеспечен зазор от 1 до 3 сантиметров в зависимости от модели. Пренебрежение данной рекомендацией приведёт к выходу из строя насосного оборудования ещё задолго до окончания гарантийного периода. Но не спешите радоваться — такой насос никто просто так менять не будет, ведь пользователь не обеспечил рекомендуемые условия эксплуатации, что полностью аннулирует все гарантийные обязательства со стороны производителя.
Следующей важной характеристикой скважины является её производительность или дебит. Дебит — это максимальное количество воды, которое может дать скважина в единицу времени. Соответственно, чем больше дебит источника, тем производительнее насос можно установить.
Сам же дебит имеет два важных значения — статический и динамический уровень жидкости. Статический показатель отображает уровень воды в скважине, когда не производится откачка жидкости. Динамический уровень определяет количество воды в источнике при эксплуатации насоса.
Если в ходе перекачивания воды динамический уровень остаётся неизменным, то смело можно утверждать, что производительность скважины равна производительности выбранного насоса. Если разница между статическим и динамическим уровнем составляет менее одного метра, то разрабатываемый источник воды обладает высокой производительностью, которая превышает характеристики установленного насосного оборудования. Но если при расчете мощности скважинного насоса будет допущена ошибка, и производительность выбранного насоса будет превышать дебит скважины, то динамический уровень жидкости будет постепенно уменьшаться, пока вода вовсе не иссякнет. В результате такого просчёта насос будет работать на «сухую», что пагубно скажется на его эксплуатационном периоде. Более того, все погружные скважинные насосы имеют особую моноблочную конструкцию, где охлаждение электрического двигателя осуществляется за счёт перекачиваемой жидкости, а в случае недостатка воды в скважине электромотор достаточно быстро нагреется и перегорит.
Расчёт производительности насоса для скважины
Осуществляя расчет производительности насоса для скважины, также стоит учитывать и естественные колебания жидкости, которые по тем или иным причинам могут влиять на уровень воды в скважине. Как показывает практика, в течение года, под действием таких метеорологических факторов как засуха, обильные ливни и паводки, уровень жидкости может увеличиваться или напротив уменьшаться от 1 до 5-6 метров в зависимости от интенсивности вышеперечисленных явлений. Насосы в таких скважинах необходимо устанавливать на несколько метров глубже, чем минимально возможный показатель динамического уровня жидкости. Таким образом, можно дополнительно подстраховать скважинное оборудование на случай возможного обмеления источника.
Разобрав основные характеристики скважины, можно приступать к выбору нужной модели насоса. Здесь нас будут интересовать эксплуатационные параметры оборудования, а именно:
- Производительность — это способность скважинного насоса перекачивать определенный объём воды за установленный промежуток времени. На заметку Чтобы определить требуемый объём жидкости, можно воспользоваться усредненным значением, где в сутки один человек расходует примерно 1000 литров воды или один кубометр. Но не стоит забывать, что, как правило, в загородном доме несколько точек водоразбора. Это могут быть краны, смесители, стиральные и посудомоечные машины, ванные, душевые комнаты. И всегда есть вероятность их единовременного использования. Конечно же, не всех сразу (хотя такая вероятность также имеется), но нескольких — это уж точно. В общем, нам необходимо, чтобы насос, помимо среднего расхода, справлялся и с возможной пиковой нагрузкой.
- Напор, если не вдаваться в подробности, то напор скважинного насоса — это показатель создаваемого давления, которое может обеспечить конкретно взятый насос при перекачивании определенного количества жидкости. Если у вас интересуются, какой напор требуется, то под этим подразумевают, какое давление необходимо обеспечить насосу, чтобы перекачать определенный объём жидкости от начальной точки всасывания до конечной точки водораспределения, при этом преодолев все гидравлические сопротивления водопроводной системы.
Расчёт напора скважинного насоса
Расчёт напора осуществляется по следующей формуле:
Напор = (расстояние от точки установки насоса в скважине до поверхности земли + горизонтальное расстояние от скважины до ближайшей точки водоразбора * + высота самой высокой точки водоразбора в доме) × коэффициент водопроводного сопротивления **
Если скважинный насос будет эксплуатироваться вместе с накопительным резервуаром, то к приведенной выше формуле расчёта напора необходимо добавить значение давления в накопительной ёмкости:
Напор = (расстояние от точки установки насоса в скважине до поверхности земли + горизонтальное расстояние от скважины до ближайшей точки водоразбора + высота самой высокой точки водоразбора в доме + давление в накопительной ёмкости *** ) × коэффициент водопроводного сопротивления
Примечание * — при расчёте учтите, что 1 вертикальный метр равняется 10 горизонтальным; ** — коэффициент водопроводного сопротивления всегда равен 1.15; *** — каждая атмосфера приравнивается к 10 вертикальным метрам.
Бытовая математика Для наглядности смоделируем ситуацию, в которой семье из четырёх человек необходимо подобрать насос для скважины глубиной 80 метров. Динамический уровень источника не опускается ниже 62 метров, то есть насос будет установлен на 60-ти метровой глубине. Расстояние от скважины до дома — 80 метров. Высота самой высокой точки водоразбора — 7 метров. В системе водоснабжения есть накопительный бак ёмкостью 300 литров, то есть для функционирования всей системы внутри гидроаккумулятора необходимо создать давление в 3,5 атмосфер. Считаем:
Какой насос нужен для скважины в данном случае? – отличным вариантом будет приобрести Grundfos SQ 3-105, максимальное значение напора которого составляет 147 метров, при производительности 4,4 м³/ч.
В этом материале мы детально разобрали, как рассчитать насос для скважины. Надеемся, что после прочтения данной статьи вы сможете без посторонней помощи рассчитать и выбрать скважинный насос, который благодаря грамотному подходу прослужит не один год.
Рекомендуем также прочесть:
- Как выбрать насос для скважины — профессиональные рекомендации по подбору
- Монтаж (установка) насоса в скважину — подробная инструкция со схемами подключения
- Замена насоса в скважине — причины, нюансы, варианты исполнения
- Как достать насос из скважины? — советы профессионалов с примерами
Подбор насосов для систем отопления
Все чаще в бытовом и промыш-ленном секторе мы сталкиваемся с некорректным подбором насосного оборудования. При проведении аудита производителями насосов на многих объектах промышленного и коммунального значения обнаруживается неверный подбор типа насоса, рабочей точки и проводятся работы по замене насосов. Попробуем разобраться в типичных ошибках при подборе насосного оборудования, приводящих к проблемам в эксплуатации.
Рис. 1. Напорно-расходная характеристика насоса
Рис. 2. Схематичный пример оптимального подбора насоса
Табл. 1. Единицы измерения давления и их соотношение
Для точного подбора насоса необходимо знать следующие параметры: напор; расход (подача); вид и рабочую температуру перекачиваемой жидкости; давление на входе насоса (давление подающей магистрали); ограничения по уровню шума; дополнительные сведения, если они влияют на возможность применения насоса на объекте (например, количеств фаз, ограничения по потребляемой мощности и пр.).
Характеристики насоса –напор и расход
НАПОР (Н) — это работа, которую передает насос жидкости, которую перекачивает. Основная суть этой характеристики в том, что напор создаваемый насосом и несколькими насосами, должен полностью преодолеть гидравлическое сопротивление отопительной системы. Напор традиционно принято выражать в метрах водяного столба. Однако каждый производитель насосов и проектант в своей документации может использовать разные единицы измерения и часто приходится сопоставлять одни единицы измерения с другими (табл. 1).
Напор определяется по формуле:H = (RL + ΣZ)/(ρg),где H — напор насоса, м; R — потери на трение в прямом участке трубы, Па/м; L — общая длина трубопровода до самого дальнего нагревательного элемента, м; ΣZ — суммарные потери на непрямых участках трубопровода, фитингах, смесителях и пр.; ρ — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения (9,81 м/с2).
Для ориентировочного расчета напора можно использовать формулу:H = (RLZ)/10 000,где R — потери на трение в прямом участке трубы, Па/м; L — общая длина трубопровода до самого дальнего нагревательного элемента, м; Z = Z1 Z2 … Zn — коэффициенты запаса для фитингов или для арматуры (Z = 1,3), термостатических вентилей (Z = 1,7), смесителя или устройства, предотвращающего естественную циркуляцию (Z = 1,2).
РАСХОД (Q) — это количество жидкости, проходящее через насос в единицу времени и обычно выражается в м3/ч (иногда [л/с]).В случае если неизвестна необходимая мощность источника тепла, ее определяем по формуле:Q = (SQуд)/1000,где Q — необходимая тепловая мощность, кВт; S — отапливаемая полезная площадь здания, м2; Qуд — удельная теплопотребление здания, Вт/м2. Расчет необходимой величины напора насоса рассчитывается как:Qн = Q/[1,16(t2 – t1)],где Qн — подача насоса, м3/ч; Q — необходимая тепловая мощность, кВт; t1 и t2 — температуры воды на входе и выходе из котла, °C.
Напор и подача взаимосвязаны друг с другом: при увеличении напора — уменьшается подача и наоборот. Как выглядит кривая характеристики насоса, можно увидеть на рис. 1 (кривая 1).При изменении повышении скорости вращения насоса происходит смещение кривой насоса по вертикали: возрастает напор при неизмененной величине подачи. На рис.
2 в качестве примера изображены кривые характеристик насоса Wilo TopS 30/5, имеющего три скорости вращения. Изменить кривую насоса можно также при обточке его рабочего колеса, подробнее к этому мы еще вернемся.
Рабочая точка насоса
Создаваемый насосом напор тратится на преодоление сопротивления в системе. Гидравлическое сопротивление системы состоит из множества потерь: потерь на трение в трубопроводах, теплообменниках, арматуре. Сопротивление также оказывают повороты труб, изменения диаметра и пр. Как выглядит обычно кривая системы можно увидеть на рис.
1 (кривая 2).Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы называются рабочей точкой насоса и системы. Именно по этой точке выбирается насос. При выборе нужно учитывать следующие условия:
- Делим кривую насоса по вертикали на три части и наша рабочая точка должна находиться в средней трети характеристики насоса. Именно в этом диапазоне насос работает с максимальным КПД. При выборе насосов большой производительности, внизу также присутствует дополнительная шкала — КПД. Это позволяет ориентировать не просто на среднюю треть, а видеть точный КПД работы данного насоса при такой рабочей точке.
- Отклонение заданной рабочей точки от характеристики насоса должно составлять не более 3–5 %.
- При использовании для подбора насоса специализированных программ, нужно всегда проверять подойдет ли вам выбранный автоматически насос. У него может быть 100 % совпадение по рабочей точке, но он не подойдет по шуму, или вы не поставили в поле вид жидкости, а перекачиваемая жидкость в вашей системе — не вода. Также бывает, когда проектом заложен центробежный насос, а вам система предложила насос с мокрым ротором.
- При проектировании инженеры часто закладывают суммарно до 10 % запаса. Это приводит к тому, что рабочая точка уже смещена от реальной, при выборе насоса. Кроме того, рассчитана эта точка часто бывает на максимальные нагрузки. Если еще при выборе взять насос чуть большей мощности, может получиться, что насос будет работать не в оптимальном для себя режиме и с низким КПД. К сожалению, технический аудит именно по этой причине приходит к выводу о замене насосов на менее мощные на многих объектах. Выбор насоса — это как раз тот случай, что «много — это не всегда хорошо».
Пример оптимального подбора можно увидеть на рис. 2. Рабочая точка данного проекта Q = 2,8 м3/ч, H = 4 м. Как видно на рисунке, эта точка идеально попадает в на кривую насоса, работающего на максимальной скорости.
Что делать, если не удается найти насос с нужной рабочей точкой?
Прежде всего, нужно обратить внимание на насосы с частотным регулированием. Плавное регулирование дает более широкие возможности по выбору рабочей точки. В случае, если при использовании частотного преобразователя не удается выбрать оптимальный насос или этот вариант получается излишне дорогим, можно воспользоваться насосом нестандартного исполнения.
Когда речь идет о высокопроизводительных центробежных насосах для коммунального и промышленного значения, система отопления может быть спроектирована таким образом, что не удается подобрать необходимый насос из огромного многообразия насосов с совершенно разными рабочими полями. Тогда на помощь приходит обточка (обрезка) рабочего колеса насоса. Если речь идет об отечественных насосах, как правило, эту услугу можно заказать на заводе-изготовителе и в специализированных мастерских.
В случае покупки иностранных насосов крупнейших производителей, они обычно исполняют рабочее колесо непосредственно по техническому заданию сразу на заводе. Для этого только следует заполнить опросный лист, указывая в нем ряд данных, включая оптимальную рабочую точку и тип насоса.
Переподбор насосов другого производителя
Часто заказчик хочет сделать выбор насоса в пользу другого производителя. Обратим внимание на то, какие ошибки обычно допускают специалисты, выполняющие переподбор:
1. Выбор делается по номинальным характеристикам насоса, а не по рабочей точке. В проекте обычно указано название и типоразмер насоса, а также значения подачи и напора. В России часто встречается, что в итоговой смете эти значения могут быть как значениями рабочей точки насоса, так и номинальными характеристики данной модели насоса. Естественно, что если номинальные характеристики были приняты за рабочую точку, то в результате получится насос, совершенно не подходящий для этой системы.
То есть перед началом работы над сметой целью переподбора, нужно убедиться в том, что это рабочие точки. Если эти числа окажутся номинальными характеристиками насоса, то до предоставления заказчиком выдержки из проекта, переподбор начинать нельзя. Так как даже при одинаковых номинальных характеристиках, кривая может сильно отличаться у разных насосов и рабочая точка в нужный диапазон не попадет, а следовательно, насос будет подобран неверно.
2. Многие специалисты часто ориентируются на мощность насоса. Тут тоже следует быть осторожными, т.к. каждый насос принадлежит к определенному классу эффективности. Два насоса с одинаковыми рабочими характеристиками могут отличаться по мощности более чем в два раза, если один из них будет иметь энергоэффективность класса «А».
Так что выбор насоса по «киловаттам» с развитием современных технологий ушел в прошлое.
Расчет основных параметров насосов
Для выбора подходящей модели насоса следует предварительно определиться с требуемыми параметрами, которыми он должен обеспечивать. Сразу скажем, что количество подобных параметров очень велико, и они отличаются у различных типов насосов. Так, например, для фекальных насосов, перекачивающих загрязненную воду, важным параметром является размер частиц и волокон, которые могут перекачиваться без ущерба для конструкции. В это же время аналогичный параметр для насоса, предназначенного для перекачивания чистой питьевой воды, просто не нужен уже по определению, так как даже минимальный уровень загрязнений приведет к серьезным проблемам с работоспособностью насоса.
Впрочем, есть несколько параметров насоса, которые являются универсальными для всех его типов. К ним относится:
- подача;
- напор;
- мощность;
- коэффициент полезного действия;
- частота вращения.
Подача подразумевает под собой величину объема перекачиваемой жидкости в единицу времени (существует еще массовая подача, в которой определяется масса жидкости, перекачиваемой в единицу времени). Единицей измерения подачи является количество метров кубических, которые может перекачаться за час насос (второй вариант — количество килограмм жидкости, которые перекачиваются за час).
Под напором понимается максимальная высота, на которую сможет подняться жидкость под воздействием внешней кинетической энергии жидкости, разности высот и статического давления. Данный показатель очень важен в том случае, если необходимо поднять воду, например, с уровня земли на третий этаж или со дна колодца на поверхность.
Величина напора представляет собой сумму статического и динамического напоров. При этом статическое значение напора можно вычислить по следующей формуле: Hст= (ρн — ρв)/ρg + (zн — zв), где:
- рн – давление в напорном патрубке;
- ρв- давление во всасывающем патрубке;
- ρ – плотность перекачиваемой жидкости;
- g – ускорение свободного падения;
- zн и zв– соответственно, высота жидкости в напорном и всасывающем патрубках.
Динамически напор определяется по следующей формуле: Hд = (vн 2 — vв 2 )/2g.
Мощность представляет собой количество энергии, которая подводится к двигателю насоса от однофазной или трехфазной сети электроснабжения. Понятное дело, что часть данной энергии при этом теряется на преодоление сил трения, различного сопротивления и другие препятствия. В результате становится актуальным вычисление уровня полезной мощности, которая равна количеству энергии, которая затрачивается на непосредственное перекачивание жидкости. В общем случае ее можно определить по следующей формуле:
Nп = QρgH/10 3 = Qp/10 3 , где
Q – величина объемной подачи;
P- значение плотности перекачиваемой жидкости.
После этого можно рассчитать соотношение полезной и затраченной мощности, которое и даст значение коэффициента полезного действия. Следует заметить, что КПД можно представить в виде произведения значений гидравлического, объемного и механического коэффициента полезного действия. Первый из них учитывает потери на преодоление гидравлических сопротивлений, второй – учитывает утечки жидкости внутри насоса, а третий – потери на механическое трение. Впрочем, обычно при выборе насоса обращают именно на суммарный показатель КПД.
Под частотой вращения понимается количество оборотов вала насоса в единицу времени. Определение частоты вращения идет в зависимости от целого ряда условий. К ним относится тип двигателя и насоса, требования к величине экономичности, имеющиеся ограничения по габаритным размерам, массе и некоторые другие параметры.