Перепад давления на насосе: Давление насосов – Как легко рассчитать напор и производительность насоса

Энергетическое образование

6. Регулирование насоса

Кроме того, иногда нет необходимости выбирать насос, соответствующий оптимальной рабочей точке, так как требования системы постоянно меняются или с течением времени меняется характеристика системы. Поэтому лучшим вариантом может быть регулирование параметров насоса таким образом, чтобы они обеспечивали эксплутационные потребности системы. Наиболее популярные методы изменения параметров насоса следующие:

• Дроссельное регулирование;
• Регулирование байпасом;
• Изменение диаметра рабочего колеса;
• Регулирование скорости.

Метод регулирования выбирается исходя из величины начальных инвестиций в оборудование и расходов на эксплуатацию. В течение срока службы системы можно опробовать все методы регулирования, кроме одного — коррекции диаметра рабочего колеса. Очень часто для системы используется переразмеренный насос, мощность которого намного выше требуемой, и, следовательно, необходимо ограничить его производительность — прежде всего расход, и в некоторых случаях — максимальный напор.

Дроссельное регулирование. Задвижка устанавливается последовательно после насоса, позволяя регулировать рабочую точку. Она увеличивает сопротивление системы и снижает в ней расход. Без задвижки расход будет $Q_2$. С задвижкой, установленной последовательно с насосом, расход понижается до значения $Q_1$. Задвижки могут использоваться для ограничения максимального расхода. Например, расход никогда не будет выше значения $Q_3$, даже если характеристика системы будет абсолютно пологой, что означает отсутствие в системе какого-либо сопротивления. При регулировании параметров дроссельным методом насос будет обеспечивать более высокий напор, чем необходимо для данной системы. При замене насоса с задвижкой на меньший насос, последний обеспечит желаемый расход $Q_1$, но при более низком напоре и, следовательно, с меньшим энергопотреблением.

Дроссельное регулирование.

Регулирование байпасом. Задвижка байпасного (перепускного) трубопровода устанавливается параллельно с насосом и используется для регулирования его параметров. По сравнению с обычной задвижкой, устанавливаемой за насосом, байпасирование обеспечит определенный минимальный расход $Q_{бп}$ насоса, независимо от характеристик системы. Расход насоса $Q_Н$ равен сумме расхода системы $Q_С$ и расхода через байпасный трубопровод $Q_{бп}$. Задвижка на байпасе будет обеспечивать максимально допустимый напор в системе $Н_{макс}$. Даже если требуемое значение расхода в системе равно нулю, насос никогда не будет работать на закрытую задвижку. Как и в случае с дроссельным регулированием, требуемое значение расхода системы $Q_С$ может быть обеспечено меньшим насосом и без перепуска; в результате расход через насос будет ниже и, следовательно, потребление электроэнергии тоже снизится.

Регулирование байпасом.

Коррекция диаметра рабочего колеса. Другим способом регулирования параметров центробежного насоса является коррекция диаметра рабочего колеса: при его уменьшении происходит снижение рабочих характеристик. Очевидно, что уменьшение диаметра рабочего колеса не может быть произведено во время работы насоса. По сравнению с дроссельным и байпасным методами регулирования, которые можно проводить во время работы насоса, коррекция диаметра рабочего колеса должна быть выполнена до монтажа насоса или во время проведения ремонтных работ.

$$\frac{Q_{h2}}{Q_{h3}} = \left(\frac{D_{h2}}{D_{h3}}\right)^2;$$ $$\frac{H_{h2}}{H_{h3}} = \left(\frac{D_{h2}}{D_{h3}}\right)^2;$$ $$\frac{P_{h2}}{P_{h3}} = \left(\frac{D_{h2}}{D_{h3}}\right)^4.$$ Коррекция диаметра рабочего колес.

Последний способ регулирования — регулирование скорости. Регулирование скорости с помощью преобразователя частоты, вне всяких сомнений, является наиболее эффективным способом регулирования характеристик насоса. Расход насоса $Q$ прямо пропорционален его скорости вращения $n$. Напор насоса $Н$ прямо пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность его прямо пропорциональна кубу скорости вращения. На практике снижение скорости вращения насоса приводит к уменьшению его КПД.

Регулирование скорости вращения.

Сравнение методов регулирования.

Сравнение методов регулирования.

Регулирование по постоянному давлению. Насос должен подавать воду из резервуара в различные части здания. Требования к расходу воды в данном случае будут постоянно меняться, следовательно, и характеристика системы будет меняться в соответствии с потребным расходом. Для экономии энергии и удобства потребителя необходимо, чтобы в системе было постоянное давление. Решением в этом случае будет установка регулируемого насоса с PI-регулятором. PI-регулятор сравнивает установленное значение давления руст с фактическим значением $p_1$, измеренным с помощью датчика давления РТ. Если же фактическое давление выше, чем установленное значение, PI-регулятор снижает скорость насоса и, следовательно, его параметры, до тех пор, пока не установится равенство $p_1 = p_{уст}$. PI-регулятор изменяет скорость от значения $n_{h2}$ до $n_{h3}$, гарантируя при этом, что давление на выходе системы $p_1 = p_{уст}$. Такая насосная система гарантирует постоянное давление в диапазоне расхода от $0$ до $Q_{макс}$. Давление воды в точке водоразбора не зависит от ее уровня $h$ в резервуаре. Если происходит изменение уровня воды $h$, PI-регулятор изменяет скорость насоса таким образом, что давление $p_1$ всегда соответствует установленному значению.

Регулирование по постоянному давлению.

Регулирование по постоянной температуре. Изменение параметров системы с помощью регулирования скорости насоса используется во многих областях промышленности. На рисунке представлена система формовочной машины, которая должна непрерывно охлаждаться водой для получения продукта высокого качества. Эта машина охлаждается водой с температурой 15°С, поступающей из холодильной установки. Чтобы данная формовочная машина работала качественно и охлаждалась достаточным образом, температура в обратном трубопроводе должна поддерживаться на постоянном уровне — $t_{обр} = 20$°С. Для этого необходимо установить регулируемый по температуре насос, управляемый с помощью PI-регулятора. PI-регулятор сравнивает установленную температуру $t_{уст}$ с фактической температурой в обратном трубопроводе $t_{обр}$, которая измеряется с помощью датчика температуры ТТ. Такая система имеет фиксированную характеристику, и, следовательно, рабочая точка насоса находится на характеристике между значениями расхода $Q_{мин}$ и $Q_{макс}$. Чем выше потери тепла в установке, тем больший расход холодной воды необходим для поддержания температуры воды в обратном трубопроводе на уровне 20°С.

Регулирование по постоянной температуре.

Регулирование по постоянному перепаду давления в циркуляционной системе. Регулируемые насосы широко используются в циркуляционных (закрытых) системах. Если система оснащена регулируемыми по перепаду давления циркуляционными насосами, она будет обладать определенными преимуществами. На рисунке представлена система обогрева, в которую входит теплообменник, где вода в системе нагревается и доставляется к трем потребителям (например, радиаторам) с помощью регулируемого насоса. Регулировочный вентиль соединен с каждым радиатором последовательно для регулирования расхода через радиатор в зависимости от того, какая температура необходима потребителю. Насос регулируется по постоянному перепаду давления, измеряемому на насосе. Это означает, что система обеспечивает постоянный перепад давления на насосе в Q-диапазоне от $0$ до $Q_{макс}$.

Регулирование по постоянному перепаду давления в циркуляционной системе.

Применение насосов со встроенным преобразователем частоты является оптимальным решением во многих производственных отраслях.

Преобразователь частоты.

Стоимость жизненного цикла насоса — это выражение, определяющее общую стоимость насоса на протяжении его срока службы: сколько стоит покупка, установка, работа, обслуживание, утилизация и т.д. В абсолютном большинстве случаев энергопотребление является основной составляющей стоимости жизненного цикла насосной системы, если насос работает более чем 2000 часов в год.

Стоимость жизненного цикла насоса.

Фактически около 20% от мирового потребления электроэнергии используется в насосных системах.

Фактически около 20% от мирового потребления электроэнергии используется в насосных системах.

4. Определяют перепад давлений, развиваемый насосом для обеспечения функционирования гидромотора с заданной внешней нагрузкой и при работе в замкнутой цепи циркуляции рж

(5)

где — гидравлические потери давления при течении РЖ в трубопроводе между насосом и гидромотором (или гидромотором и насосом). Эти потери подлежат гидравлическому расчету и их значение не должно превышать 5% от рабочего давления на выходе насоса для обеспечения высокого значения общего КПД гидропривода, поэтому предварительно

или (6)

где коэффициент 2 учитывает потери в трубопроводах от насоса к гидромотору и от гидромотора к насосу.

Примечание 2: Формула (5) получена на основе следующих зависимостей:

1) перепад давлений на гидромоторе равен разности давлений на входе (нагнетании)

и выходе (сливе)

2) давление нагнетания насоса равно сумме давлений нагнетания гидромотора и потере по длине трубопровода между насосом и гидромотором

3) давление на входе (всасывании) в насос равно разности давлений на выходе (сливе) из гидромотора и потерь по длине трубопровода между гидромотором и насосом

4) перепад давлений на насосе равен разности давлений на выходе (нагнетании) и входе в насос

Перепад давлений и давление нагнетания насоса не должны превышать номинальных значений согласно технической характеристике (таблица 2)

5. Определяют расход, который необходимо подвести к гидро-мотору от насоса для обеспечения максимальной скорости рабочего органа

(8)

где — подача насоса (фактическая, с учетом объемного КПД или коэффициента подачи), л/мин,

— максимальная частота вращения гидромотора, мин’,

— объемный КПД гидромотора, определяемый как частное от деления общего КПД на гидромеханический (таблица 1)

(9)

6. Определяют максимальную теоретическую подачу насоса

(10)

— объемный КПД насоса или коэффициент подачи, значение которого для современных конструкций насосов находится в пределах 0,9…0,98 (значением г)он задаются по данным таблицы 2).

7. Определяют рабочий объем насоса (предварительно), обеспечивающий требуемую подачу РЖ (8) при заданной максимальной частоте вращения приводящего двигателя

(11)

Где — максимальная частота вращения приводящего двигателя насоса, мин-1,

— 1,1- коэффициент, учитывающий износ гидромашин при эксплуатации.

Рабочий объем насоса уточняют по каталогу (таблица 2), округляя до ближайшего большего значения из номенклатурного ряда.

8. Определяют максимальную механическую мощность объемного гидропривода (встречаются также термины — выходная, эффективная и полезная мощность)

(12)

где значения крутящего момента [Н.м] и частоты вращения пмакс [мин’1] являются заданным.

9. Определяют максимальную потребляемую основным насосом мощность

(13)

где — перепад давлений на насосе (5), МПа,

— фактическая подача насоса, л/мин,

— КПД насоса (общий или полный),

— гидромеханический КПД основного насоса, определяемый как частное от деления общего КПД насоса на объемный (таблица 2)

(14)

10. Определяют потребляемую мощность насоса подпитки

(15)

где — рабочий объем насоса подпитки (таблица 2), ,

— номинальная частота вращения насоса подпитки (совпадает с

частотой вращения основного насоса, на хвостовике вала которого устанавливают привод насоса подпитки), мин-1,

= 2 МПа — давление нагнетания насоса подпитки, принимаемое одинаковым для всех типоразмеров насосов (вариантов),

= 0,9 гидромеханический КПД насоса подпитки, принимаемый одинаковым для всех типоразмеров насосов (вариантов),

— теоретическая подача насоса подпитки,

(16)

11. Определяем суммарную потребляемую мощность насосов (основного и подпитки)

(17)

Потребляемая насосами мощность не должна превышать потребляемой мощности по каталогу (таблица 2)

(18)

в противном случае необходим выбор гидромашин большего типоразмера или корректировка задания на проектирование, например, путем снижения максимальной частоты вращения гидромотора и, соответственно, скорости рабочего органа машины.

12. Определяют общий КПД объемного гидропривода

(19)

13. Определяют установочную мощность приводящего двигателя с применяемым на практике коэффициентом запаса

(20)

14. Выбор диаметра трубопроводов

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле

(21)

где — теоретическое значение подачи РЖ насоса: _нт — для линий в основных магистралях; — для линий всасывания, нагнетания и слива насоса подпитки,

а в качестве значения d принимают: d_0СН — диаметр магистралей ос­новного насоса; d_вснп — всасывания насоса подпитки; d_ннп — нагнетания насоса подпитки, d_слнп — слива в гидробак,

[v] — допускаемая скорость течения рабочей жидкости, м/с, значение которой выбирают исходя из следующих рекомендаций по назначению максимальной скорости течения РЖ в трубопроводах, со­единениях трубопроводов и каналах объемных гидроприводов [ ]:

• для всасывающих трубопроводов [v] = 1,2 м/с или не более значения скорости (или не менее давления), установленного поставщи­ком насоса;

• для напорных трубопроводов [v] = 5 м/с;

• для сливных трубопроводов [v] = 4 м/с.

Примечание: В рассматриваемой объемной гидропередаче расче­ты при выборе диаметра трубопроводов основного насоса ведутся только для напорного (нагнетательного) трубопровода ([v] =5 м/с) в связи с реверсивностью конструкции. Диаметры трубопроводов округляют согласно значениям услов­ных проходов: при расчетном значении выше до 1 мм от стандартного значения — округляют в меньшую сторону; при расчетном значении более 1,1 мм округляют в большую сторону. Условным проходом гидроустройства называется округленный до ближайшего значения из установленного ряда диаметр круга, площадь которого равна площади характерного проходного сечения канала гидроустройства или площади проходного сечения присоединяемого трубопровода [41]. Условные проходы выбирают из ряда по ГОСТ 16516: 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 и 250 мм. Скорость во всасывающем трубопроводе жестко увязана с воз­можностями функционирования насосов без кавитации, скорости в на­порном и сливном трубопроводах устанавливают в результате расчета КПД гидропривода и выполнения условия (6), поэтому в гидроприводах высоких давлений скорости достигают 8 м/с и более.

15. Расчет объема гидробака

Для расчета минимального объема гидробака для объемного гидропривода с замкнутой цепью циркуляции РЖ применяют формулу, рекомендуемую фирмой <<SAUER-DANFOSS>>, в основе которой лежит концепция достаточности 30 с времени отстоя РЖ в гидробаке, за которое нерастворенный воздух будет удален в атмосферу через фильтр-сапун

(22)

где — теоретическое значение подачи насоса подпитки, л/мин.

16. Расчет и выбор маслоохладителя

Для расчета выделяемой тепловой мощности предлагается щенный метод путем определения потерь пропорционально потребляемой мощности насоса гидропривода

(23)

где — потребляемая суммарная мощность насоса объемного гидропривода (17), кВт.

По таблице 3 подбирают требуемый по рассеиваемой тепловой мощности охладитель и определяют расход РЖ, который необходимо прокачивать через охладитель и создаваемый при этом перепад давлений на охладителе при максимальном расходе. Так как охладители имеют ограничения по давлению на входе в [ рвх ] = 0,6 МПа, то необходимо подобрать трубопровод на выходе из охладителя соответствующего сечения. При этом давление на входе в охладитель не должно превышать допускаемого по прочности значения

(24)

где — перепад давлений между входом и выходом, МПа,

— потери давления по длине трубопровода на выходе из охладителя, которые определяют по формуле »

(25)

где L – длина сливного трубопровода, м,

— внутренний диаметр трубопровода (округленное до стандартного значение), мм,

Qнпт — расход рабочей жидкости (15), л/мин

Vвязк коэффициент кинематической вязкости РЖ, /с (сСт),

С целью упрощения расчетов и в связи с малостью перепада дав­лений на охладителе (не более 0,1 МПа в широком диапазоне значений вязкости при малых расходах РЖ, прокачиваемых насосом подпитки), принимают допускаемое значение потерь давления в трубопроводе в следующем виде

(26)

17.Выбор сорта рабочей жидкости. В качестве основного сорта рабочей жидкости для объемных гидроприводов типа ГСТ для мо­бильных машин рекомендуется масло минеральное типа МГЕ-46В, ТУ 38.001347-83 или масло для автоматических коробок передач типа «А», ТУ 38.10111282-89.

18. Выводы

18.1. В результате проведенных расчетов объемного гидроприво­да произведен выбор акисальнопоршневых гидромашин: гидромотор модели МП-90; насос модели НП-33

18.2. Объем гидробака составляет

18.3. Мощность маслоохладителя составляет

18.4. Диаметры трубопроводов: = 10.8 мм; =14.1мм; =9.7мм; =19.8мм.

Таблица 1 — Техническая характеристика аксиальнопоршневых гидро­моторов с наклонным диском

Наименование параметра	Типоразмер (шифр) гидромотора МП
	МП 33	МП 71	МП 90	МП 112
Рабочий объем, Vм, см	33,3	69,8	89	110,8
Номинальная (макси­мальная) частота вращения, мин-1	1500/ 3590	1500/ 2810	1500/ 2590	1500/ 2590
Давление нагнетания (на выходе), Рм.ном ( Рм.макс ), МПа	22,3/35,7	1 22,5/35,7	26,5/39,2	127/42
Номинальный перепад давлений, Δр м ном, МПа	121	121	25	25
Номинальный крутящий момент, Н.м	97.8	205,1	311,3	387,6
КПД	0,85	0,85	0,87	0,87
Гидромеханический КПД	0,88	0,88	0,88	0,88
Номинальная эффектив­ная мощность, кВт, не менее,	15,4	32,2	48,9	60,9
Масса, кг	24	34	41	43

Таблица 2 — Техническая характеристика аксиальнопоршневых насосов с наклонным диском

Наименование параметра	Типоразмер (шифр) насоса НП
	НПЗЗ	НП 71	НП 90	НП 112
Рабочий объем основного (аксиальнопоршневого) насоса, Vн, см	33,3	69,8	89	110,8
Рабочий объем насоса подпитки (шестеренного) насоса, Vн*, см3	12,3	18,06	18,06	18,06
Номинальная (максималь­ная) частота вращения, nдв, мин-1	1500/ 3590	1500/ 2810	1500/2590	11500/ 2590
Давление на выходе (на­гнетания), Рн.ном (Рн.макс)’ МПа	22,5(35,7)	22,5(35,7)	26,5(39,2)	1 27(42)
Номинальный перепад давлений, Δрн ном, МПа	21	21	25	25
Номинальная подача, л/мин	47,4	99,5	126,8	157,9
КПД	0,85	0,85	0,87	0,87
Коэффициент подачи	0,95	0,95	0,95	0,95
Потребляемая мощность, кВт, не более,	19,5	41	62,2	77,4
Масса, кг	45	63	78	78

Таблица 3 – Технические характеристики маслоохладителей серии ОК-LED фирмы «HYDAC» (ФРГ)

Типоразмер охладителя	Техническая характеристика охладителей
	Рохл	Qохл	Рохл	Qохл	Рохл	Qoxл	Рохл/Qохл
ОК-ЕЬБ 1	3	20	3	60	3	160	0,22/160
ОК-ЕЫ) 2	6	20	7	40	8	120	0,12/120
ОК-ЕЬЭ 3	9	20	10	30	11	120	0,10/120
ОК-ЕЬЭ 4	10	20	12	40	14 100 0,06/100

Примечания: 1. Р_охл [кВт] и Q_0ХЛ [л/мин] — отводимая тепловая мощность и требуемый при этом расход РЖ через маслоохладитель, соответственно;

Физические факторы, влияющие на работу насосов для КНС

Оптимальная и надежная работа насоса невозможна без учета таких факторов, как: кавитация, вибрация, осевые и радиальные нагрузки, объемные и локальные завихрения потока.

1. Кавитация

Наиболее важный физический фактор, учитываемый при проектировании насосных установок. Это гидравлические пустоты в потоке жидкости, которые возникают из-за местного понижения давления (или увеличения скорости потока). Когда кавитационный пузырек попадает в область повышенного давления, он лопается и высвобождает разрушающую энергию. Гидравлические удары вызывают вибрацию, которая воздействует на рабочее колесо насоса и вызывает износ составных механизмов (подшипников, валов, уплотнений).

Наибольший вред от кавитации проявляется, если при проектировании не были учтены законы гидравлики и гидродинамики.

У каждого насоса существует показатель Δhтр (NPSHR), определяющий величину кавитационного запаса. Это минимальное давление жидкости в насосе, при котором поток сохраняет однородность фазы.

Когда подача жидкости для насоса превышает точку максимального КПД, кривая Δhтр резко идет вверх. Зона справа от этой точки является опасной для появления кавитации в системе.

Насосы подбирают так, чтобы они располагались в зоне своей работы по кавитационному запасу. Необходимо выполнение следующего условия: ∆hдоп > ∆hтр. Где ∆hдоп ( NPSHA) ‒ потенциальная энергия жидкости у всасывающего отверстия насоса. ∆hдоп вычисляется по формуле:

∆hдоп = Ha + Hs – Hvp – Hf – Hi

Ha

атмосферное давление (10 м водного столба на уровне моря)

Hs

статический напор (может быть отрицательным или положительным), является разностью уровней поверхности жидкости и осью насоса, м

Hvp

давление паров жидкости (зависит от температуры), м

Hf

потери на трение при всасывании, м

Hi

потери в пространстве между горловиной и головкой рабочего колеса насоса (в расчетах можно принять 0,6 м если не известно)

2. Завихрения

Водовороты в потоке возникают из-за неравномерностей скорости и направления тока жидкости. Их называют объемными завихрениями. Обычно наблюдается круговое завихрение потока вокруг насоса, которое усиливается в самом узком месте на входе в насос.

Направление вихря в водовороте может совпадать с направлением вращения рабочего колеса или быть ему противоположным. Завихрение потока на всосе насоса по направлению вращения рабочего колеса снижает КПД и теплоотдачу. Закручивание потока в противоположном направлении смещает рабочую точку насоса вправо и вверх относительно номинальной величины. Негативный эффект противоположных вихревых потоков проявляется в увеличении потребляемой мощности и снижении кавитационного эффекта насоса.

Вероятные признаки предварительного завихрения потока — шум, кавитация, быстрый износ подшипников и уплотнений.

Локальные завихрения еще более интенсивны, чем объемные, и ведут к образованию воронок. Они вызывают гидравлические удары, изнашивают движущиеся механизмы насоса, усиливают вибрацию и кавитацию, захватывают воздух и уменьшают величину подачи потока.

3. Вибрация

Возникновение вибрации при работе насосного оборудования обусловлено механическими колебаниями во вращающихся деталях насосов, перепадами давления жидкости, радиальными гидродинамическими силами в потоке.

Другие причины вибрации — засоры в насосе, неоптимальный режим работы насоса (за пределами диапазона кривой Q‒H), большая кавитация, высокое воздухосодержание в потоке жидкости, неисправность в рабочем колесе.

Наибольшим нагрузкам из-за вибрации подвергаются те узлы насосов, в которых поток жидкости создает разнонаправленные силы. Явление кавитации всегда увеличивает вибрацию, как следствие — растет шум и увеличивается износ механизмов.

Если величины Q и H отклоняются от параметров, обеспечивающих оптимальный режим работы, возрастает уровень вибрации и ускоряется износ. Наиболее уязвимы в этом плане вращающиеся узлы и механизмы.

Для снижения влияния вибрации необходимо особо тщательно проводить балансировку рабочего колеса. Нормальные уровни вибрации:

• при сухой работе менее 2 мм/с;
• допустимый уровень вибрации труб — менее 10 мм/с.

4. Шумы

Уровень шума, создаваемый насосной станцией, обусловлен следующими факторами:

• вибрация, идущая от насоса и трубопровода;
• параметры тока жидкости в трубопроводе;
• параметры потока жидкости при поступлении в приемный резервуар;
• величина кавитации.

Измерение уровня шума от погружных насосов — сложная задача. Стоить заметить, что уровень шума, создаваемый насосными станциями, не является проблемой, требующей первоочередного решения. Если существуют строгие требования к шумовому загрязнению, сам трубопровод и насос сухой установки покрывают звукоизолирующим покрытием.

5. Осевые и радиальные нагрузки

Когда жидкость при перекачивании проходит через рабочее колесо насоса, в ней возникает осевое усилие, возникающее из-за разности давлений на сторонах всасывания и нагнетания жидкости.

Величина осевого усилия находится в зависимости от напора, типа и размера рабочего колеса. Чем выше напор насоса, тем больше будет осевое усилие. Для минимизации влияния осевого усилия применяют насосы двойного всасывания с симметричными подводами.

В центробежных насосах на осевое колесо дополнительно оказывают влияние радиальные нагрузки. Радиальная сила проявляется вследствие колебания давлений и несимметричности спирального отвода насоса. Возникновение радиальных нагрузок может быть из-за ассиметричного подвода жидкости или из-за неравномерных скоростей в рабочем колесе насоса.

Напор насоса это? Как определить напор погружного, поверхностного или циркуляционного насоса.

Содержание

Напор насоса – это давление, создаваемое рабочим органом насоса (лопастным колесом, мембраной или поршнем) по средствам передачи энергии от рабочего органа насоса (рабочего колеса, мембраны или поршня) к жидкости, т.е насос фактически толкает жидкость.

Напор: определение и характеристика

Напор является одной из основных характеристик насоса.

Напором называют приращение механической энергии, получаемой каждым килограммом жидкости, проходящей через насос, т.е. разность энергии при выходе из насос и при входе в него.

Физическую сущность напора легко понять вспомнив основы гидромеханики. Если к всасывающему патрубку насоса, берущего жидкость из ёмкости, расположенной выше его оси, подключить трубку полного напора, то уровень жидкости в ней будет поднят на некоторую высоту над осью насоса. Эта высота называется полным напором и определяется формулой

Н = p / (ρ*g)

где р – давление в насосе
ρ – плотность среды
g – ускорение свободного падения

На бытовом уровне напором называют давление насоса. И для наглядности давление насоса – это высота, на которую насос может поднять столб жидкости.

Напор имеет линейную размерность – метр.

При подборе насоса напорная характеристика является одной из ключевых, ведь при недостаточном напоре, из крана не будет течь вода, а при слишком высоком напоре может не выдержать водопроводная трасса.

Напор и подача, которые создает насос взаимно связаны. Такую взаимосвязь графически изображают в виде кривой которая называется характеристика насоса. По одной оси графика откладывают напор(в метрах) по другой оси – подачу насоса(в м³/ч).

У каждого насоса – своя характеристика и заданная производителем рабочая точка. Рабочая точка – точка в которой уравновешены полезная мощность насоса и мощность потребляемая водопроводной сетью. По мере изменения подачи – меняется и напор.

При уменьшении подачи напор увеличивается, а при увеличении – уменьшается. Найти оптимальную рабочую точку – это основная задача при эксплуатации насоса.

Напор скважинного и погружного насоса

Расчет требуемого напора скважинного насоса определяется по формуле:

H = Hвысота + Hпотери + Hизлив , где

Hвысота – перепад высот между местом, где расположен насос и наивысшей точкой системы водоснабжения;

Hпотери – гидравлические потери в трубопроводе. Гидравлические потери в трубопроводе связаны с трением жидкости о стенки труб, падением давления на поворотах и других фитингах. Такие потери определяются по экспериментальным или расчетным таблицам.

Hизлив — свободный напор на излив, при котором удобно пользоваться сантехническими приборами. Данное значение необходимо брать в диапазоне 15 – 20 м, минимальное значение 5 м, но в этом случае вода будет подаваться тонкой струйкой.

Все описанные выше параметры измеряются в метрах.

Напор дренажного и поверхностного насоса

Поверхностный насос предназначен для подачи воды из неглубоких колодцев или скважин. Так же поверхностные самовсасывающие насосы используют для подачи воды из открытых источников или баков. Такие насосы располагаются непосредственно в помещениях, а в источник с водой проводят трубопровод.

1 Вариант: источник с водой расположен выше насоса. Например, какой-то бак или водонапорный резервуар на чердаке дома. Тогда напор насоса определяется по формуле:

H = Hвысота + Hпотери + Hизлив — Hвысота бака , где

Hвысота бака – расстояние (высота) между баком запаса воды и насосом

2 Вариант: насос расположен выше источника воды. Например, насос расположен в доме и тянет воду из колодца или скважины. Тогда напор насоса определяется по формуле:

H = Hвысота + Hпотери + Hизлив + Hисточник, где

Hисточник – расстояние (перепад высот) между источником воды (скважина, колодец) и насосом.

Напор циркуляционного насоса для отопления

Циркуляционные насосы используются в системах отопления домов, для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя. Расчет циркуляционного насоса – очень ответственная и сложная задача, которую рекомендуется отдать специализированным учреждениям, так как для расчетов необходимо знать точные теплопотери дома.

Напор циркуляционного насоса для отопления зависит не от высоты здания, а от гидравлического сопротивления трассы.

H = (R * L + Zсумма) / ( p * g ) , где

R – потери на трение в прямом трубопроводе, Па/м. По результатам опытов сопротивление в прямом трубопроводе равно 100 – 150 Па/м.

L – общая длина трубопровода, м.

Zсумма – коэффициенты запаса для элементов трубопровода

Z = 1,3 – для фитингов и арматуры;

Z = 1,7 – для термостатических вентилей;

Z = 1,2 – для смесителей или кранов, предотвращающих циркуляцию.

p – плотность перекачиваемой среды. Для воды = 1000 кг/м3

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.

Как видите определить требуемый именно Вам напор не составит большого труда, если отнестись к этой задаче с требуемым терпением и вниманием.

Способы увеличения напора насоса

Смонтировать насос, что может быть проще? Подключаем трубу к всасывающему патрубку, другую к напорному, подаем питание и вот можно пожинать плоды работы.

Давайте рассмотрим самые частые ошибки монтажа, устранение которых способствует увеличению напора насоса

С первого взгляда монтаж не представляет из себя трудоемкий процесс, но если заглянуть глубже, то следует учесть ошибки, которые способны значительно сократить срок службы оборудования.

Наиболее распространенные ошибки монтажа:

  диаметр трубопровода меньше диаметра всасывающего патрубка насоса. В этом случае увеличивается сопротивление во всасывающей магистрали, а как следствие уменьшение глубины всасывания насоса. Уменьшенный, по сравнению со всасывающим патрубком насоса, трубопровод не в состоянии пропустить тот объем жидкости на который рассчитан насос.

  подключение к всасывающей ветке обычного шланга. Этот вариант не настолько критичен, при условии размещения насоса небольшой производительности в нижней точке трассы. В других случаях насос за счет разряжения во всасывающей полости, создаваемого рабочим колесом, сожмет шланг, значительно уменьшив его сечение. Подача насоса значительно уменьшится, а может и совсем прекратиться.

Если вы решили подключить шланг к высокопроизводительному насосу, воспользуйтесь советом производителей насосов – используйте только гофрированный шланг

  провисание трубы на горизонтальном участки или уклон в сторону от насоса на стороне всасывающего участка. При работе центробежного насоса необходимо, чтобы рабочее колесо постоянно работало в воде, т.е. рабочая камера насоса должна быть заполнена перекачиваемой средой. При провисании трубопровода или при отрицательном уклоне труб, жидкость из рабочей камеры выключенного насоса будет стекать в самую низкую точку трассы, а рабочее колесо будет крутиться в воздухе. Таким образом не будет движение среды в трубопроводе, а значит напор упадет до 0.

  большое число поворотов и изгибов в трубопроводе. Такой вариант монтажа приводит к увеличению сопротивления, а следовательно к уменьшению производительности

  плохая герметичность на всасывающем участке трубопровода. Плохая герметичность приводит к подсасыванию воздуха из окружающей среды в трубопровод, снижению напора и излишнему шуму при работе насоса.

В случае определения напора насоса необходимо помнить, что 1 метр напора, который насос создает в вертикальной трассе, равен 10 метрам по горизонтали. Например, если в горизонтальной трассе насос создает напор равный 30 метрам, то максимальный напор этого же насоса в случае монтажа в вертикальную трассу составит 300 метров

12. Давление во входном патрубке насоса задают равным

Для топливной системы Па;

13. Распределение статического давления во всасывающей магистрали

Расчёт ведём от насоса против течения жидкости, последовательно рассматривая все гидравлические элементы. При расчёте используем уравнение Бернулли (6), учитывая расположение элемента и скорость жидкостина его входе и выходе.

1. Трубопровод 13:

14483,325=57499Па

2. Отвод 12:

Па

3. Трубопровод 11:

Па

4. Датчик расходомера 10:

Па

5. Трубопровод 9:

Па

6. Фильтр 8:

Па

7. Отвод 7:

Па

8. Трубопровод 6:

Па

9. Запорный кран 5:

+5028,932 = 140760.5 Па

10. Трубопровод 4:

17147,044+30173,594-

-36619,502 = 151461.64 Па

11. Вход в трубопровод 2:

151461.64 + 3067.6 = 154529.24 Па

12. Топливный бак 1:

5028,081 = 159557.32 Па

14. Сравнение давления в баке с атмосферным давлением на высоте полёта.

После расчёта распределения давления во всасывающей магистрали стало известным давление в баке , при котором давление на входе в насос равно заданной величине.

Па Па

Давление. Следует обеспечить постановку подкачивающего насоса непосредственно за баком. Перепад давления на подкачивающем насосе:

=97110.02 Па

Насос подкачки 3:

151461.64 97110.02 =54351.62 Па

Вход в трубопровод 2:

54351.62 + 3067.6= 57419.22 Па

Топливный бак 1:

57419.22 + 5028.9 = 62448.12 Па

15. Нахождение давления на выходе из напорной магистрали (давление на выходе из форсунки).

Для системы топливопитания ВРД – это давление в камере сгорания: Па

16. Определение базовой форсунки

При расчёте систем ВРД давление перед форсунками получается неодинаковым в результате различных гидравлических потерь и разного расположения элементов. Для нормальной работы двигателя оно должно быть одинаковым. Поэтому в расчётах (в качестве базовой) рассматривается наиболее удалённая форсунка, перед которой потеря давления максимальна, а избыточный перепад давления на других форсунках компенсируются введением в систему перед ними дополнительных гидравлических сопротивлений, например, жиклеров (калиброванное отверстие для дозирования подачи жидкого топлива или воздуха). Примем форсунку 30 за базовую, так как она наиболее удалена от насоса 14 и значит потери давления на ней будут наибольшими.

17. Распределение статического давления в напорной магистрали.

Расчёт ведём от базовой форсунки к насосу против течения жидкости последовательно рассматривая все гидравлические элементы. Используем уравнение Бернулли и учитывая расположение элемента и величины скорости на его входе и выходе. Давление перед отверстием базовой форсунки (на входе в форсунку) определяется по формуле:

Где — перепад статического давления на форсунке.

Определим исходя из известных данных:

Па

Па

Форсунка 30: =

Колено 29:+∆= + 1280,17 = 5124253,99 Па

Трубопровод 28: +∆=+ 4030.2 = 5128284.19 Па

Тройник 26 : =5128284.19 + 2370,68

Трубопровод 25: +∆

Тройник 23:

Трубопровод22: +∆

Тройник 21:

Трубопровод 20:

Колено 19:

Фильтр 18:

Трубопровод17:

Отвод 16:

Трубопровод 15:

78. Высота всасывания насоса

78. Высота всасывания насоса

Мы уже говорили, что в некоторых случаях для работы конденсаторов водяного охлаждения средней и даже большой производительности может использоваться проточная вода, отбираемая из скважины (колодца), реки или моря.
Холодильные агрегаты при этом размещаются в машинных залах, которые, как правило, расположены выше уровня воды. Для того, чтобы воду подать в конденсатор, ее необходимо забрать с уровня, лежащего ниже входа в насос (см. рис. 78.1).
Это довольно сложная задача, для решения которой нужно ответить на ряд вопросов:
► Где лучше расположить насос?
► С какой глубины насос сможет поднимать воду?
► С какими проблемами при этом можно столкнуться?

Напомним, что такое всасывание жидкости
Для того, чтобы понять, что такое всасывание, давайте сядем за столик кафе и закажем фруктовый сок, который начнем смаковать с помощью соломинки. Мы всасываем сок через соломинку, он поднимается из бокала и попадает к нам в рот. Но почему это происходит, вы можете объяснить?
Движущей силой, которая помогает соку подняться по соломинке, является атмосферное давление.
Атмосферное давление Ра давит на поверхность сока в стакане. Всасывая его через соломинку, мы создаем внутри нее разряжение Р1, которое помогает соку подниматься.
Таким образом, явление объясняется просто созданием разности давлений: АР = Ра — Р1.
Без атмосферного давления втягивать сок через соломинку было бы невозможно.
Правда, есть и еще один путь. Стакан нужно герметично закупорить и подать в него под давлением какой-либо газ.
Такой способ используют при розливе пива…

На какую высоту можно поднять жидкость?
Если у вас очень мощные легкие, вы можете взять соломинку длиной около метра и начать смаковать сок стоя (см. рис. 78.4). Вы должны будуте сделать очень глубокий вдох, но не надейтесь создать разряжение меньше -0,1 бар. Создавая разряжение -0,1 бар, можно поднять жидкость на высоту около 1 м (если это вода).
Чтобы создать более сильное разряжение, возьмем, например, вакуумный насос. На какую же высоту он поднимет жидкость: 5 м, Юм, 20 м, 100 м?
Давайте возьмем очень высокопроизводительный вакуумный роторный насос (см. рис. 78.5).
Соединим несколько таких насосов последовательно, чтобы попытаться достичь вакуума, близкого к абсолютному нулю.
Сможем ли мы тогда поднять воду на высоту 100 м, 200 м и даже больше?
Немного об атмосферном давлении
В общем случае давление вызывается взаимодействием твердых, жидких или газообразных тел*. Например, чем больше газа закачивают в герметичный сосуд, тем выше в нем становится давление.
Наиболее известное применение этого явления — автомобильная шина. В отсутствии материальных частиц никакого давления не будет. В частности, в космическом пространстве, где очень мало частиц, давление близко к абсолютному вакууму.
Абсолютный вакуум характеризуется полным отсутствием материальных частиц (газа или жидкости, в зависимости от того, что нас интересует): в этом случае мы говорим, что абсолютное давление равно нулю.** Атмосферное давление обусловлено силой веса воздушного слоя, который окружает Землю {см. рис. 78.6). Основная масса воздуха атмосферы простирается до высоты около 20 км.
На практике это давление равно примерно 10″ Н/м2 или около 1 бар на уровне моря, что эквивалентно давлению столба воды высостой 10,33 м (округленно считают 10 м). Безусловно, чем выше мы поднимаемся в воздушном слое над поверхностью Земли, тем меньше становится атмосферное давление. На высоте 2000 м атмосферное давление соствляет только 0,77 бар.
Таким образом, минимально возможное давление соответствует полному отсутствию вещества, то есть отсутствию атмосферного давления. Тогда считают, что избыточное давление, то есть превышение давления по отношению к атмосферному, равно -1 бар (или 0 бар абсолютных). Ниже абсолютного нуля давления быть не может, так как из ничего нельзя отнять ничего: давления -2 бар или -3 бар не существует!

В колодце на воду действует атмосферное давление. Когда насос создает разряжение в погруженной в воду трубе, это давление заставляет воду подниматься вверх. Отсюда следует, что даже если на входе в насос создать давление, равное абсолютному нулю (что невозможно), вода не поднимется выше, чем на 10,33 м.

Даже если бы насос мог создать абсолютный вакуум, высота подъема воды выше 10,33 м невозможна!

Никакой, даже самый совершенный насос, не сможет всасывать воду из колодца, уровень воды в котором расположен ниже уровня входа в насос на 10,33 м.
В реальности же эта разность уровней ограничена еще больше. Каким бы совершенным ни был насос, его высота всасывания ограничена 6…7 м. Сейчас мы покажем, почему это так.
Попытайтесь додуматься до этого сами, прежде чем читать дальше?
* В отечественной технической литературе давление определяется как нормальная составляющая взаимодействия двух тел или воздействия одной части тела на другую (см., например, Краткий политехнический словарь. ГИТТЛ. — М: 1956 г. — 1136 с.) (прим. ред.).
**Абсолютный нуль давления принципиально недостижим (прим. ред.).

Почему насос не может всасывать воду с уровня ниже 6…7 м?
7°) Влияние атмосферного давления.

Мы уже говорили о том, что атмосферное давление зависит от высоты местности. Именно оно является движущей силой, обеспечивающей подъем воды в трубе.
На высоте 2000 метров атмосферное давление не больше, чем 0,77 бар.
Таким образом, насос, установленный на поверхности колодца, находящегося на этой высоте, не сможет поднять воду с уровня более 7,7 м.
Следовательно, при подборе насоса необходимо учитывать высоту местности (см. рис. 78.8).
2°) Влияние потерь давления.
Прежде всего, попробуем объяснить, что такое сетка с обратным клапаном* и в чем заключается ее назначение. Допустим, что насос работает и обеспечивает заданный расход жидкости.
В какой-то момент насос выключили. Что при этом произойдет?

Насос больше не создает разрежения и вода, которая находится во всасывающей трубе, начнет сливаться обратно в колодец.
В результате труба опустошится. При последующем запуске, перед тем, как вода поднимется к крыльчатке, насос должен вначале создать разрежение воздуха, попавшего в трубу после того, как из нее слилась вода.
Однако большинство насосов не способно самозаполняться таким образом
Вместе с тем, длительная работа или слишком частое включение-выключение насоса, работающего, «вхолостую» грозит серьезными поломками.
Следовательно, после остановки насоса необходимо обеспечить такие условия, при которых и во всасывающей трубе, и в корпусе насоса оставалась бы жидкость. При последующем запуске это позволит насосу быстро выйти на режим.
Может быть, для решения данной проблемы нужно просто попытаться залить воду в насос через специально предусмотренное с этой целью отверстие в его корпусе?

По большому счету, без дополнительных устройств такая операция ни к чему не приведет, поскольку вся вода, которую мы будем заливать в насос, стечет обратно в колодец!
Чтобы вода осталась в трубе, нужно на конце трубы, в той ее части, которая опущена в воду, установить обратный клапан (см. рис. 78.10). Тогда после каждой остановки вода оставалась бы в трубе (и в насосе) и не было бы необходимости заливать ее в насос.
Чтобы сохранить герметичность клапана и защитить клапан от попадания в него песка или грязи, перед клапаном устанавливают металлическую сетку, выполняющую роль фильтра. Это устройство, состоящее из фильтра и обратного клапана, называют кольцом опускной трубы или сеткой с обратным клапаном.
Заметим, что потери давления на кольце могут быть довольно существенными, особенно если фильтр загрязнен. Напомним также, что в этом случае появляется опасность работы насоса в режиме кавитации (см. раздел 77).
Таким образом, всасывающая труба в сборе со всеми ее поворотами, кольцом, вентилями и клапанами при работе насоса характеризуется существенными потерями давления. Величина этих потерь, в зависимости от длины трубы, ее конфигурации и комплектации может меняться в диапазоне от 0,05 до 0,2 бар (то есть от 0,5 до 2 м вод. ст.).
Если потери давления составляют 2 м вод. ст., то на столько же уменьшается и высота всасывания: потери давления напрямую влияют на величину высоты всасывания, поэтому всегда стремятся максимально снизить потери давления.

Влияние вида перекачиваемой жидкости.
Мы знаем, что давление в I бар соответствует примерно 10 м вод. ст., поэтому невозможно всасывать воду с поверхности, которая находится ниже 10 м от входа в насос. Но 1 бар также соответствует и 76 см рт. ст.: следовательно ртуть нельзя всасывать с уровня ниже 76 см от входа в насос
Таким образом, при подборе насоса вы должны принимать во внимание плотность перекачиваемой жидкости (особенно будьте внимательны при подборе насоса для перекачивания водных растворов гликолей, плотность которых зависит от концентрации гликоля).
4°) Влияние температуры перекачиваемой жидкости.
В разделе 77 мы узнали, что чем выше температура перекачиваемой жидкости, тем больше опасность перехода насоса в режим кавитации.
Высота всасывания Н может быть тем больше, чем ниже температура жидкости, которую мы будем перекачивать. Так, например, вода при температуре 10°С может быть поднята к насосу с более низкого уровня, чем вода при температуре 80°С.
В любом случае следует помнить, что изменения температуры и давления являются опасными факторами, определяющими условия вскипания воды.

Центробежный насос не может всасывать газ, поэтому надо всячески избегать таких условий, при которых значения давления и температуры жидкости на входе в насос могут привести к вскипанию перекачиваемой жидкости и возникновению режима кавитации (см. рис. 78.12).
5°) Влияние параметра NPSH*.
Насоса, настолько совершенного, чтобы всасывать с давлением на входе -1 бар, не существует. Самые лучшие насосы, создающие разряжение -0,8 бар, никогда не смогут поднимать воду с поверхности, лежащей более, чем на 8 м ниже уровня насоса.

Почему это происходит, можно понять, вновь обратившись к рассмотрению потока воды между сечением входа в насос {точка 1) и сечением, в котором давление жидкости минимально (точка 4. см. раздел 77).
Падение давления на участке между точкой 1 и точкой 4 эквивалентно потерям давления в насосе. Как и любые потери давления, они растут с увеличением расхода. Однако конструкторы насосов при проектировании могут управлять этими потерями.
Чтобы предотвратить опасность возникновения кавитации в насосах, конструкторы в документации на свою продукцию указывают минимально допустимое давление на входе в насос (в точке 1), ниже которого
пользователь никогда не должен опускаться: это потребная величина параметра NPSH, которая определяется как «абсолютное статическое давление на всасывании». Укажем, что эта величина (часто выражаемая в метрах водяного столба) соответствует внутренним потерям давления на крыльчатке насоса между точками 1 и 4.**
Чтобы лучше усвоить абстрактные понятия, о которых мы только что рассказали (влияние NPSH, температуры, вида жидкости, потерь давления, атмосферного давления), попробуем вместе решить одно небольшое упражнение:
Для охлаждения конденсатора предлагается использовать грунтовые воды, расположенные на глубине 4 метра. Потребная величина кавитационного запаса для выбранного нами насоса (NPSH) равна 3 м вод. ст., вода имеет температуру 10°С, потери давления на фильтре и обратном клапане 0,5 м вод. ст., потери давления во всасывающей трубе так же 0,5 м вод. ст. Высота над уровнем моря 1000 м.

► Можно ли использовать выбранный нами насос?
► Что произойдет, если фильтр засорится?
► Что произойдет, если уровень грунтовых вод понизится на 1 м?

* Параметр NPSH (Net Positiv Suction Head) — предельный бескавитационный напор в заданном сечении насоса, введен для уточнения условий бескавитационного режима работы. Pierre Lecouey в своей работе «Et si nous par-lions pompes?» (Chaud, Froid, Plomberie, juill 1989, № 505, p. 23) определяет его как: «Необходимый абсолютный напор (следовательно, количество энергии), превышающий упругость насыщенных паров (для полного исключения возможности вскипания), которым должна располагать жидкость на входе в колесо насоса для полного предотвращения явления кавитации». В отечественной технике используется понятие «Кавитационный запас», которое определяют зависимостью Ah = (Рн + pVH /2 — Pn)/pg, где Ah — кавитационный запас, м; Рн — давление на входе в насос, Па; р — плотность жидкой среды, кг/м3; Vh — скорость жидкой среды на входе в насос, м/с; Рп -давление насыщенных паров жидкой среды, Па (см. ГОСТ 17398. Насосы. Термины и определения) (прим. ред.). ** Автор дает достаточно упрощенное объяснение определению величины кавитационного запаса и, в частности, соотношению между кавитационным запасом и потерями давления в колесе насоса. Тем, кто более детально желает ознакомиться с явлением кавитации и методами ее предотвращения, рекомендуем статью Главного конструктора динамических насосов ОАО «Ливгидромаш» Р. Соколова «Кавитация и ее влияние на работу центробежных насосов»//Строительный инжиниринг, № 3, 2007 г. (прим. ред.).

а) Молено ли использовать выбранный нами насос?
«Совершенный» насос, если он существует, может всасывать воду с уровня, который на 10,33 м ниже уровня насоса. Допустим, что такой насос мы разместим на уровне А (см. рис. 78.14), при этом высота трубы АР = 10,33 м. Если на входе в этот насос установить манометр, то он покажет -10,33 м, то есть абсолютный вакуум.
Сделаем поправку на кавитационный запас NPSH: минимальное давление на всасывании (кавитационный запас) для выбранного нами насоса должно быть равно 3 м вод. ст. Чтобы гарантированно получить это значение, нужно опустить наш воображаемый насос на уровень В, то есть на 3 м вниз (BF = 7,3 м).
Теперь надо учесть вид жидкости: поскольку мы собираемся перекачивать воду, никакой поправки на вид жидкости делать не требуется.
Поправка на температуру: поскольку температура воды равна 10°С, то при этой температуре опасность вскипания воды ничтожно мала, поэтому поправку на температуру также делать не нужно.
Поправка на потери давления: потери давления на фильтре, обратном клапане и во всасывающей трубе равны 0,5 + 0,5 = 1 м вод. ст. Опустив насос еще на 1 метр вниз, в точку С, получим CF = 7,3 — 1 = 6,3 м.

Поправка на высоту: насос будет откачивать воду
из колодца, находящегося на высоте 1000 м над уровнем моря. На этой высоте атмосферное давление ниже, чем на уровне моря на 1,2 м вод. ст.: следовательно, воображаемый насос нужно опустить еще на 1,2 м вниз в точку D. В результате имеем DE = 6,3 — 1,2 = 5,1 м.
Гарантийный запас: чтобы гарантированно не допустить кавитации, заложим в качестве запаса надежности высоту в 1 м. Для этого наш насос опустим еще на 1 м вниз в точку Е. Получим EF = 4,1 м.
Таким образом, выбранный нами насос сможет без каких бы то ни было проблем всасывать воду из колодца, уровень воды в котором на 4,1 м низке входа в насос. То есть, он безусловно может быть использован для подачи воды в конденсатор, поскольку на самом деле уровень воды в колодце только на 4 м ниже уровня входа в насос.
б) Что произойдет, если металлическая сетка фильтра забьется грязью (засорится)?
Очевидно, что со временем металлическая сетка фильтра будет засоряться. Если потери давления на сетке вырастут, например, до 1 м вод. ст., это будет соответствовать ранее установленному гарантийному запасу. Насос обеспечит откачку, но его расход упадет (см. раздел 75).
Если фильтр закупорится еще больше и потери давления станут больше, чем 1 м вод. ст., насос может войти в режим кавитации. В этом случае расход воды еще больше упадет и насос начнет работать в неустановившемся режиме.

Если уровень воды в колодце понизится на 1 м, то нас спасет, как и в предыдущем случае, гарантийный запас, и насос, как и ранее, обеспечит откачку воды при условии, что фильтр чистый, однако расход воды уменьшится. Однако, если уровень воды понизится еще больше или засорится фильтр, то произойдет катастрофа!
Как откачивать воду с глубины 100 м?
Мы только что убедились, на практике насос может откачивать воду с поверхности, расположенной ниже уровня насоса не более, чем на 6…7 м.
Чтобы откачивать воду с поверхности, расположенной ниже этого уровня, достаточно погрузить насос на дно колодца, как показано на рис. 78.15. Насос будет легко откачивать воду без всякой кавитации.

Для подъема воды на десяток метров никаких проблем не будет. Однако, если вам нужно поднять воду на большую высоту (20 м, 40 м, 100 м и даже больше), то один насос с этим не справится. Одним из решений может стать использование ‘»ступенчатой» схемы, как показано на рис. 78.16. Но такое решение будет достаточно сложным и дорогостоящим.
Кроме того, оно не всегда может быть реализовано. Например, как откачать воду с поверхности, лежащей ниже требуемого уровня подъема на 40 м и находящейся в узком колодце?

В этом случае можно использовать многоступенчатый насос (см. рис. 78.17), в котором ступени (крыльчатки) автоматически повышают напор при переходе от одной ступени к другой с минимальными потерями (на рис. 78.17 таких ступеней четыре).
Представим себе, что каждая ступень создает напор, равный 10 м вод. ст. Вода проходит через первую ступень и давление на входе во вторую ступень уже равно 10 м вод. ст. Во второй ступени напор также равен 10 м вод. ст., следовательно на выходе из нее давление воды будет равно 20 м вод. ст., и так далее.

Для получения напора, например, 100 м вод. ст., достаточно иметь 10 ступеней (мы, конечно, немного упрощаем, однако такая технология довольно часто используется, если нужно получить высокое давление — см., например, рис. 78.18).

Если вы хотите получить дополнительную информацию, см. раздел 97.

каким бывает и как регулируется в системе водоснабжения дома

Грамотный подход к устройству автономной системы водоснабжения в частном доме – это не только комфортное принятие душа и полив насаждений в саду, но и противопожарная защита строения, его отопление и многое другое. Чаще всего автономное водоснабжение обеспечивается с помощью скважины и погружного насоса достаточной мощности или насосной станции. При их подборе важен целый ряд критериев. Один из них – давление скважинных насосов, которое они могут создавать в системе.

Напор насоса – это параметр, который в обязательном порядке рассчитывается и учитывается при покупке прибора. Под ним понимается энергия, которая передается жидкости от движущегося элемента насоса (крыльчатка, винт) и помогает преодолеть ей сопротивление труб, подняться по ним.

Обратите внимание! Величина измерения напора – метры водяного столба.

Необходимый напор прибора складывается из высот и расстояний, которые необходимо преодолеть жидкости в системе, чтобы ее излив в максимальной точке разбора был достаточным. При этом на каждый метр горизонтально проложенных труб приходится 10 м напора.

H – высота от зеркала воды до верхней точки водоразбора

Давление жидкости в системе водоснабжения – это сила, с которой она давит на стенки труб при движении. Измеряется в барах. Иногда используются и атмосферы, но здесь имеется небольшая погрешность – 1 бар = 1,0197 атмосфер. Прибор, поднимающий воду на высоту 10 м, создает на выходе давление в 1 бар. Это так называемое давление нагнетания насоса.

Таким образом, если в вашем доме необходимо поднять воду на высоту 30 м, то насос должен создавать давление минимум в 3 бар. Если насосное оборудование подобрано неправильно, в системе возникли неполадки, то показатель может отклониться от нормального. Что же делать тогда?

Система водоснабжения дома из скважины

Прежде чем выявлять отклонения давления в трубопроводе, необходимо узнать об оптимальных величинах.

Показатели для комфортного водопотребления ↑

Считается, что для комфортного потребления воды в частном доме достаточно 2,5-4 бар. Допустимо повышение давления до 6 бар. В характеристиках к каждому сантехническому изделию указывают минимальную и максимально допустимую величину этого показателя. Слишком высокое давление может привести к быстрому износу и выходу из строя особо чувствительной сантехники.

Если насос создает на выходе давление в 2 бара, то этого вполне достаточно для привычных процедур: принятия душа, умывания, мытья посуды, стирки и т. д. Но вот для джакузи или полива больших участков, понадобится 4 бара.

Точки водоразбора в системе водоснабжения дома

Учтите и тот момент, что домочадцы и гости могут использовать одновременно несколько точек водоразбора. По этой причине в каждой из них рекомендуется поддерживать значение в 1,5 бара.

Низкое давление в системе водоснабжения ↑

Давление может понизиться по многим причинам. Некоторые из них:

• Активное водопотребление в жаркое время года.
• Малый дебит скважины. В этом случае не происходит своевременного восполнения в ней запасов воды.
• Использование слишком мощного насоса.

Способов решения проблем несколько. Это может быть замена имеющегося насоса (коррекция его мощности), установка повысительного насоса, установка насосной станции с гидроаккумулятором. Первые два способа не решат проблему, если она заключается в малом дебите скважины. В этом случае рекомендуется использовать расширительный мембранный бак.

Насос для повышения давления

Мембранный бак для поддержания давления в системе ↑

Мембранный бак (гидроаккумулятор) предназначен для поддержания оптимального давления в напорной системе водоснабжения загородного дома. Добавьте к нему реле давления – вот вам и насосная станция. Обратите внимание, гидроаккумулятор не создает, а именно поддерживает давление, создаваемое насосом.

Что представляет собой мембранный бак? Это емкость, внутреннее пространство которой разделено на две части мембраной. Одна часть заполнена воздухом, а в другую подается вода.

Заполнение бака водой

Когда вода заполняет предназначенную для нее половину, то имеет место сжимание воздуха во второй камере. Это продолжается до тех пор, пока на определенном значении не сработает реле давления и не отключит насос. Контролировать состояние системы можно с помощью манометра.

Работа мембранного бака

Когда в точке водоразбора открывается кран, воздух начинает давить на мембрану бака, выталкивая из него имеющуюся воду.

Обратите внимание, что в этот момент насос не работает! Он запускается автоматически в тот момент, когда давление в расширительном баке падает до заданного значения.

Использование гидроаккумулятора позволяет накапливать запас воды до тех пор, пока ее уровень в скважине не восстановится до рабочей отметки, когда насос беспрепятственно сможет ее выкачивать. В связи с этим мембранный бак имеет различные объемы. Выбирая изделие, ориентируйтесь на свои потребности в воде, мощность установленного насоса и данные в паспорте скважины.

Расширительные мембранные баки различного объема

Как понизить давление в системе водоснабжения ↑

Иногда давление в системе может быть слишком сильным. Такая ситуация возникает в случаях, когда при мощном насосе потребление воды скудное, точек ее забора мало. Решить проблему помогут редукционные клапаны или, как их называют в простонародье, редукторы. Путем снижения давления в трубопроводе они предотвращают возникновение гидроударов и существенно продляют срок эксплуатации установленной сантехники.

Редукторы врезаются в систему соответственно направлению движения воды. Они имеют два патрубка – входной и выходной. К первому вода поступает под большим давлением, а из второго – выталкивается с меньшей силой. Такой эффект достигается за счет выравнивания усилий установленной внутри редуктора надстроечной пружины и мембраны.

Редуктор давления воды

Таким образом, приобретая насос или устанавливая целую насосную станцию, необходимо тщательно производить расчеты. Учтите объем потребления воды, количество точек водопотребления, глубину скважины, ее дальность от дома и т.д. Неправильные или несвоевременные подсчеты приведут вас к незапланированным и в большинстве случаев необоснованным тратам.

Не можете справиться самостоятельно? Пригласите специалистов. Они выполнят не только все расчеты, но и помогут подобрать гидротехническое оборудование, установят его должным образом.