Напор насоса

При обустройстве водоснабжения и отопления загородных домов и дач одной из самых насущных проблем является подбор насоса. Ошибка в выборе насоса чревата неприятными последствиями, среди которых перерасход электроэнергии – самое простое, а выход из строя погружного насоса – самое распространенное. Самыми главными характеристиками, по которым необходимо выбирать любой насос, являются расход воды или производительность насоса, а также напор насоса или высота, на которую насос может подавать воду. Насос – не то оборудование, которое можно брать с запасом – «на вырост». Все должно быть выверено строго согласно потребностям. У тех, кто поленился произвести соответствующие расчеты и выбрал насос «на глазок», практически всегда бывают проблемы в виде отказов. В данной статье мы подробно остановимся на том, как определить напор насоса и производительность, предоставим все необходимые формулы и табличные данные. Также уточним тонкости расчетов циркуляционных насосов и характеристик центробежных насосов.

1. Как определить расход и напор погружного насоса
   • Расчет производительности/расхода погружного насоса
   • Расчет напора погружного насоса
   • Расчет мембранного бака (гидроаккумулятора) для водоснабжения
   
   
2. Как рассчитать напор насоса поверхностного
3. Как определить расход и напор циркуляционного насоса
   • Расчет производительности циркуляционного насоса
   • Расчет напора циркуляционного насоса
4. Как определить расход и напор центробежного насоса

Как определить расход и напор погружного насоса

Погружные насосы обычно устанавливаются в глубокие скважины и колодцы, там, где самовсасывающий поверхностный насос не справится. Такой насос характерен тем, что работает полностью погруженным в воду, а если уровень воды опускается до критической отметки, то отключается и не включится, пока уровень воды не поднимется. Работа погружного насоса без воды «всухую» чревата поломками, поэтому необходимо подобрать насос с такой производительностью, чтобы она не превышала дебет скважины.

Расчет производительности/расхода погружного насоса

Производительность насоса не зря иногда называют расходом, так как расчеты данного параметра напрямую связаны с расходом воды в водопроводе. Чтобы насос был способен обеспечивать потребности жильцов в воде, его производительность должна быть равна или быть чуть больше расхода воды из одновременно включенных потребителей в доме.

Этот суммарный расход можно определить, сложив расходы всех потребителей воды в доме. Чтобы не утруждать себя лишними расчетами, можете воспользоваться таблицей примерных значений расходов воды в секунду. В таблице указаны всевозможные потребители, такие как умывальник, унитаз, раковина, стиральная машина и другие, а также расход воды в л/с через них.

Таблица 1. Расход потребителей воды.

После того как просуммировали расходы всех требуемых потребителей, необходимо найти расчетный расход системы, он будет несколько меньше, так как вероятность одновременного использования абсолютно всех сантехприборов крайне мала. Узнать расчетный расход можно из таблицы 2. Хотя иногда для упрощения расчетов полученный суммарный расход просто умножают на коэффициент 0,6 – 0,8, принимая, что одновременно будет использоваться только 60 – 80 % сантехприборов. Но данный способ не совсем удачен. Например, в большом особняке с множеством сантехприборов и потребителей воды могут проживать всего 2 – 3 человека, и расход воды будет намного меньше суммарного. Поэтому настоятельно рекомендуем воспользоваться таблицей.

Таблица 2. Расчетный расход системы водоснабжения.

Полученный результат будет реальным расходом системы водоснабжения дома, который должен покрываться производительностью насоса. Но так как в характеристиках насоса производительность обычно считается не в л/с, а в м3/ч, то полученное нами значение расхода необходимо умножить на коэффициент 3,6.

Пример расчета расхода погружного насоса:

Рассмотрим вариант водоснабжения дачного домика, в котором есть такие сантехприборы:

• Душ со смесителем – 0,09 л/с;
• Водонагреватель электрический – 0,1 л/с;
• Раковина на кухне – 0,15 л/с;
• Умывальник – 0,09 л/с;
• Унитаз – 0,1 л/с.

Суммируем расход всех потребителей: 0,09+0,1+0,15+0,09+0,1=0,53 л/с.

Так как домик у нас с садовым участком и огородом, не помешает добавить сюда поливочный кран, расход которого 0,3 м/с. Итого, 0,53+0,3=0,83 л/с.

Находим по таблице 2 значение расчетного расхода: значению 0,83 л/с соответствует 0,48 л/с.

И последнее – переводим л/с в м3/ч, для этого 0,48*3,6=1,728 м3/ч.

Важно! Иногда производительность насоса указывается в л/ч, тогда полученное значение в л/с необходимо умножить на 3600. Например, 0,48*3600=1728 л/час.

Вывод: расход системы водоснабжения нашего дачного домика составляет 1,728 м3/ч, поэтому производительность насоса должна быть больше 1,7 м3/ч. Например, подойдут такие насосы 32 ВОДОЛЕЙ НВП-0,32-32У (1,8 м3/ч), 63 ВОДОЛЕЙ НВП-0,32-63У (1,8 м3/ч), 25 SPRUT 90QJD 109-0.37  (2 м3/ч), 80 AQUATICA 96 (80 м) (2 м3/ч), 45 PEDROLLO 4SR 2m/7 (2 м3/ч) и др. Чтобы более точно определить подходящую модель насоса, необходимо рассчитать требуемый напор.

Расчет напора погружного насоса

Напор насоса или высота подъема воды рассчитывается по формуле, представленной ниже. Учитывается, что насос полностью погружен в воду, поэтому такие параметры, как перепад высот между источником воды и насосом, не учитываются.

Расчет напора скважинного насоса

Формула для расчета напора скважинного насоса:

Где,

Hтр – значение требуемого напора скважинного насоса;

Hгео – перепад высот между местом нахождения насоса и наивысшей точкой системы водоснабжения;

Hпотерь – сумма всех потерь в трубопроводе. Данные потери связаны с трением воды о материал труб, а также падением давления на поворотах труб и в тройниках. Определяется по таблице потерь.

Hсвоб – свободный напор на излив. Чтобы можно было комфортно пользоваться сантехприборами, данное значение необходимо брать 15 – 20 м, минимально допустимое значение 5 м, но тогда вода будет подаваться тонкой струечкой.

Все параметры измеряются в тех же единицах, в чем измеряется напор насоса, — в метрах.

Расчет потерь в трубопроводе можно рассчитать, изучив таблицу ниже. Обратите внимание, в таблице потерь обычным шрифтом указана скорость, с которой вода протекает по трубопроводу соответствующего диаметра, а выделенным шрифтом – потери напора на каждые 100 м прямого горизонтального трубопровода. В самом низу таблиц указаны потери в тройниках, угловых соединениях, обратных клапанах и задвижках. Естественно, для точного расчета потерь необходимо знать протяженность всех участков трубопровода, количество всех тройников, поворотов и клапанов.

Таблица 3. Потери напора в трубопроводе из полимерных материалов.

Таблица 4. Потери напора в трубопроводе из стальных труб.

Пример расчета напора скважинного насоса:

Рассмотрим такой вариант водоснабжения дачного дома:

• Глубина скважины 35 м;
• Статический уровень воды в скважине – 10 м;
• Динамический уровень воды в скважине – 15 м;
• Дебет скважины – 4 м3/час;
• Скважина расположена на удалении от дома – 30 м;
• Дом двухэтажный, санузел находится на втором этаже – 5 м высота;

В первую очередь считаем Hгео = динамический уровень + высота второго этажа = 15 + 5 = 20 м.

Далее считаем Hпотерь. Примем, что горизонтальный трубопровод у нас выполнен полипропиленовой трубой 32 мм до дома, а в доме трубой 25 мм. Наличествует один угловой поворот, 3 обратных клапана, 2 тройника и 1 запорная арматура. Производительность возьмем из предыдущего расчета расхода 1,728 м3/час. Согласно предложенным таблицам ближайшее значение равно 1,8 м3/час, поэтому округлим до этого значения.

Hпотерь = 4,6*30/100 + 13*5/100 + 1,2 + 3*5,0 + 2*5,0 + 1,2 = 1,38+0,65+1,2+15+10+1,2=29,43 м ≈ 30 м.

Hсвоб  примем 20 м.

Итого, требуемый напор насоса равен:

Hтр = 20 + 30 + 20 = 70 м.

Вывод: учитывая все потери в трубопроводе, нам необходим насос, напор которого равен 70 м. Также из предыдущего расчета мы определили, что его производительность должна быть выше 1,728 м3/час. Нам подходят такие насосы:

• 80 AQUATICA 96 (80 м) 1,1 кВт – производительность 2 м3/час, напор 80 м.
• 70 PEDROLLO 4BLOCKm 2/10 – производительность 2 м3/час, напор 70 м.
• 90 PEDROLLO 4BLOCKm 2/13 – производительность 2 м3/час, напор 90 м.
• 90 PEDROLLO 4SR 2m/ 13 – производительность 2 м3/час, напор 88 м.
• 80 SPRUT 90QJD 122-1.1 (80м) – производительность 2 м3/час, напор 80 м.

Более конкретный выбор насоса уже зависит от финансовых возможностей хозяина дачи.

Расчет мембранного бака (гидроаккумулятора) для водоснабжения

Наличие гидроаккумулятора делает работу насоса более стабильной и надежной. К тому же, это позволяет насосу реже включаться для подкачки воды. И еще один плюс гидроаккумулятора – он защищает систему от гидравлических ударов, которые неизбежны, если насос мощный.

Объем мембранного бака (гидроаккумулятора) рассчитывается по такой формуле:

Где,

V – объем бака в л.

Q – номинальный расход/производительность насоса (или максимальная производительность минус 40%).

ΔP – разница между показателями давления включения и отключения насоса. Давление включения равно – максимальное давление минус 10%. Давление выключения равно – минимальное давление плюс 10%.

Pвкл – давление включения.

nmax – максимальное количество включений насоса в час, обычно равно 100.

k – коэффициент, равный 0,9.

Для произведения этих расчетов необходимо знать давление в системе – давление включения насоса. Гидроаккумулятор – незаменимая вещь, именно поэтому все насосные станции оснащены им. Стандартные объемы накопительных баков равны 30 л, 50 л, 60 л, 80 л, 100 л, 150 л, 200 л и более.

Как рассчитать напор насоса поверхностного

Самовсасывающие поверхностные насосы используются для подачи воды из неглубоких колодцев и скважин, а также открытых источников и баков запаса воды.
и устанавливаются непосредственно в доме или техническом помещении, а в колодец или другой источник воды опускается труба, по которой вода подкачивается до насоса. Обычно высота всасывания таких насосов не превышает 8 – 9 м, зато подавать воду на высоту, т.е. напор может быть 40 м, 60 м и более. Существует также возможность откачивать воду с глубины 20 – 30 м с помощью эжектора, который опускается в источник воды. Но чем больше глубина и удаление источника воды от насоса, тем больше падает производительность насоса.

Производительность самовсасывающего насоса считается точно так же, как и для погружного насоса, поэтому мы не будем еще раз заострять на этом внимание и сразу перейдем к напору.

Расчет напора насоса, расположенного ниже источника воды. Например, бак запаса воды находится на чердаке дома, а насос на первом этаже или в цоколе.

Где,

Нтр – требуемый напор насоса;

Нгео – перепад высот между местом расположения насоса и самой высокой точкой системы водоснабжения;

Нпотерь – потери в трубопроводе, связанные с трением. Рассчитываются точно так же, как и для скважинного насоса, только не учитывается вертикальный участок от бака, который расположен выше насоса, до самого насоса.

Нсвоб – свободный напор из сантехприборов, также необходимо брать 15 – 20 м.

Нвысота бака – высота между баком запаса воды и насосом.

Расчет напора насоса, расположенного выше источника воды – колодца или водоема, емкости.

В данной формуле абсолютно те же значения, что и в предыдущей, только

Нвысота источника – перепад высот между источником воды (колодцем, озером, копанкой, баком, бочкой, траншеей) и насосом.

Пример расчета напора самовсасывающего поверхностного насоса.

Рассмотрим такой вариант водоснабжения загородного дома:

• Колодец находится на удалении – 20 м;
• Глубина колодца – 10 м;
• Зеркало воды – 4 м;
• Труба насоса опущена на глубину 6 м.
• Дом двухэтажный, санузел на втором этаже – 5 м высота;
• Насос установлен непосредственно возле колодца.

Считаем Нгео – высота 5 м (от насоса до сантехприборов на втором этаже).

Нпотерь – примем, что наружный трубопровод выполнен трубой 32 мм, а внутренний – 25 мм. В системе есть 3 обратных клапана, 3 тройника, 2 запорных арматуры, 2 поворота трубы. Производительность насоса, который нам необходим, должна быть 3 м3/ч.

Нпотерь = 4,8*20/100 + 11*5/100 + 3*5 + 3*5 + 2*1,2 + 2*1,2 = 0,96+0,55+15+15+2,4+2,4=36,31≈37 м.

Нсвоб = 20 м.

Нвысота источника = 6 м.

Итого, Нтр = 5 + 37 + 20 + 6 = 68 м.

Вывод: необходим насос с напором 70 м и больше. Как показал подбор насоса с такой подачей воды, практически нет моделей поверхностных насосов, которые бы удовлетворяли требованиям. Имеет смысл рассмотреть вариант установки погружного насоса.

Как определить расход и напор циркуляционного насоса

Циркуляционные насосы используются в системах отопления дома для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя в системе. Такой насос также подбирается, исходя из требуемой производительности и напора насоса. График зависимости напора от производительности насоса является основной его характеристикой. Так как существуют одно-, двух- , трехскоростные насосы, то и характеристик у них соответственно – одна, две, три. Если насос имеет плавно изменяющуюся частоту вращения ротора, то таких характеристик множество.

Расчет циркуляционного насоса – ответственная задача, лучше ее доверить тем, кто будет выполнять проект отопительной системы, так как для расчетов необходимо знать точные теплопотери дома. Подбор циркуляционного насоса выполняется с учетом объема теплоносителя, который он должен будет перекачивать.

Расчет производительности циркуляционного насоса

Для выполнения расчетов производительности циркуляционного насоса отопительного контура необходимо знать такие параметры:

• Отапливаемая площадь здания;
• Мощность источника тепла (котла, теплового насоса или др.).

Если нам известна и отапливаемая площадь, и мощность источника тепла, то можно сразу переходить к расчету производительности насоса.

Где,

Qн – подача/производительность насоса, м3/час.

Qнеобх – тепловая мощность источника тепла.

1,16 – удельная теплоемкость воды, Вт*час/кг*°К.

Удельная теплоемкость воды — 4,196 кДж/(кг °К). Перевод Джоулей в Ватты

1 кВт/час = 865 ккал = 3600 кДж;

1 ккал=4,187 кДж. Итого 4,196 кДж = 0,001165 кВт = 1,16 Вт.

tг – температура теплоносителя на выходе из источника тепла, °С.

tх – температура теплоносителя на входе в источник тепла (обратка), °С.

Данная разница температур Δt = tг – tх зависит от типа отопительной системы.

Δt= 20 °С – для стандартных отопительных систем;

Δt = 10 °С – для отопительных систем низкотемпературного плана;

Δt = 5 – 8 °С – для системы «теплый пол».

Пример расчета производительности циркуляционного насоса.

Рассмотрим такой вариант системы отопления дома: дом площадью 200 м2, система отопления двухтрубная, выполнена трубой 32 мм, протяженность 50 м. Температура теплоносителя в контуре имеет такой цикл 90/70 °С. Теплопотери дома составляют 24 кВт.

Вывод: для системы отопления с данными параметрами необходим насос, обладающий подачей/производительностью более 2,8 м3/час.

Расчет напора циркуляционного насоса

Важно знать, что напор циркуляционного насоса зависит не от высоты здания, как было описано в примерах расчета погружного и поверхностного насоса для водоснабжения, а от гидравлического сопротивления в системе отопления.

Поэтому перед тем как посчитать напор насоса, необходимо определить сопротивление системы.

Где,

Нтр – требуемый напор циркуляционного насоса, м.

R – потери в прямом трубопроводе по причине трения, Па/м.

L – общая длина всего трубопровода отопительной системы для самого дальнего элемента, м.

ρ – плотность перетекаемой среды, если это вода, то плотность равна 1000 кг/м3.

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

Z – коэффициенты запаса для дополнительных элементов трубопровода:

• Z=1,3 – для фитингов и арматуры.
• Z=1,7 – для термостатических вентилей.
• Z=1,2 – для смесителя или устройства, предотвращающего циркуляцию.

Как было установлено вследствие опытов, сопротивление в прямом трубопроводе примерно равно R=100 – 150 Па/м. Это соответствует напору насоса примерно 1 – 1,5 см на метр.

Определяется ветка трубопровода – самая неблагоприятная, между источником тепла и самой удаленной точкой системы. Необходимо сложить длину, ширину и высоту ветки и умножить на два.

L = 2*(a+b+h)

Пример расчета напора циркуляционного насоса. Данные возьмем из примера расчета производительности.

В первую очередь рассчитываем ветку трубопровода

L = 2*(50+5) = 110 м.

Нтр = (0,015 * 110 + 20*1,3 + 1,7*20)1000*9,8 = (1,65+26+34)9800=0,063= 6 м.

Если фитингов и других элементов будет меньше, то напор потребуется меньший. Например, Нтр = (0,015*110+5*1,3+5*1,7)9800=(1,65+6,5+8,5)/9800=0,017=1,7 м.

Вывод: для данной системы отопления необходим циркуляционный насос с производительностью 2,8 м3/час и напором 6 м (зависит от количества арматуры).

Как определить расход и напор центробежного насоса

Производительность/подача и напор центробежного насоса зависят от количества оборотов рабочего колеса.

Например, теоретический напор центробежного насоса будет равен разности напоров на входе в рабочее колесо и на выходе из него. Жидкость, поступающая в рабочее колесо центробежного насоса, движется в радиальном направлении. Это означает, что угол между абсолютной скоростью на входе в колесо и окружной скоростью равен 90 °.

Где,

Нт – теоретический напор центробежного насоса.

u – окружная скорость.

c – скорость движения жидкости.

α – угол, о котором шла речь выше, угол между скоростью на входе в колесо и окружной скоростью, равен 90 °.

Где,

β=180°-α.

т.е. значение напора насоса пропорционально квадрату числа оборотов в рабочем колесе, т.к.

u=π*D*n.

Действительный напор центробежного насоса будет меньше теоретического, так как часть энергии жидкости будет расходоваться на преодоление сопротивления гидравлической системы внутри насоса.

Поэтому определение напора насоса производится по следующей формуле:

Где,

ɳг – гидравлический КПД насоса (ɳг=0,8- 0,95).

ε – коэффициент, который учитывает количество лопаток в насосе (ε=0,6-0,8).

Расчет напора центробежного насоса, требуемого для обеспечения водоснабжения в доме, рассчитывается по тем же формулам, что были приведены выше. Для погружного центробежного насоса по формулам для погружного скважинного насоса, а для поверхностного центробежного насоса – по формулам для поверхностного насоса.

Определить требуемый напор и производительность насоса для дачи или загородного дома не составит труда, если подойти к вопросу с терпением и правильным отношением. Правильно подобранный насос обеспечит долговечность скважины, стабильную работу систему водоснабжения и отсутствие гидроударов, который являются главной проблемой выбора насоса «с большим запасом на глаз». Как результат – постоянные гидроудары, оглушительный шум в трубах и преждевременный износ арматуры. Так что не стоит лениться, просчитайте все заранее.

strport.ru

Главная / Статьи / Промышленные насосы /

Определение понятия напора
Повышение давления насосом называется напором. Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

H = E/G [m]

E = механическая энергия [Н•м]
G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:

10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H₀ при нулевой подаче.

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.

— Характеристики насосов
— Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Форма характеристик насоса
На рисунке показана различная крутизна характеристик насоса, которая может зависеть, в частности, от частоты вращения мотора.

Различное изменение подачи и давления

При этом крутизна характеристики и смещение рабочей точки влияет также на изменение подачи и напора:
• пологая кривая
– большее изменение подачи
при незначительном изменении напора
• крутая кривая
– большое изменение подачи
при значительном изменении напора

Характеристика насосной системы

Трение, имеющее место в трубопроводной сети, ведет к потере давления перекачиваемой жидкости по всей длине. Кроме этого, потеря давления зависит от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, свойств арматуры и агрегатов, а также сопротивления, обусловленного диаметром, длиной и шероховатостью стенок труб.
Потеря давления отображается на графике в виде характеристики системы. Для этого используется тот же график, что и для характеристики насоса.

Характеристика системы

Форма характеристики показывает следующие зависимости:

Причиной гидравлического сопротивления, имеющего место в трубопроводной сети, является трение воды о стенки труб, трение частиц воды друг о друга, а также изменение направления потока в фасонных деталях арматуры.
При изменении подачи, например, при открывании и закрывании термостатических вентилей, изменяется также скорость потока и, тем самым, сопротивление.
Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график будет иметь форму параболы. Эту связь можно представить в виде следующего уравнения:

H1/H2 = (Q1/Q2)²

Выводы
Если подача в трубопроводной сети уменьшается в два раза, то напор падает на три четверти. Если, напротив, подача увеличивается в два раза, то напор повышается в четыре раза. В качестве примера можно взять истечение воды из отдельного водопроводного крана.
При начальном давлении 2 бара, что соответствует напору насоса прим. 20 м, вода вытекает из крана DN 1/2 с расходом 2 м3/ч.
Чтобы увеличить подачу в два раза, необходимо повысить начальное давление на входе с 2 до 8 бар.

Изменяющаяся рабочая точка

www.agrovodcom.ru

Подача — Q [м³/ч] — объём воды, подаваемый насосом в единицу времени. Подача насоса определяется рабочей точкой на его характеристике и кроме конструктивных особенностей зависит от частоты вращения рабочего колеса и гидравлической характеристики сети.

Оптимальная подача насоса достигается при максимальном значении коэффициента полезного действия. Фактическую подачу насоса можно определить по напорно-расходной характеристике зная создаваемый напор.

Напор — H [м.вод.ст] — разница давлений между входным и выходным патрубком насоса. Напор насоса слагается из высот, которые необходимо преодолеть жидкости.

H = Hz + (Pв — Pн)/(ρg) + dh + (С²в — С²н)/(2g)

где

• Hz — геометрическая высота подъёма, м равная разнице уровней поверхности жидкости в приёмном (верхнем) и подающем (нижнем) резервуарах.
• (Pв — Pн)/(ρg) — высота, м, соответствующая разности давлений, Па в верхнем и нижнем резервуарах;
• dh – сумма гидравлических потерь (на трение и в местных сопротивлениях) во всасывающем и напорном трубопроводах, м;
• (С²в — С²н)/(2g) — высота, м, соответствующая разности кинетической энергии жидкости при скорости движения Св м/с на выходе из напорного трубопровода в верхний резервуар и при скорости Сн, м/c, на входе во всасывающий трубопровод из нижнего резервуара;
• ρ — плотность жидкости
• g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²

Если давление приложенное к поверхности жидкости в обоих резервуарах будет одинаковым, например, при открытых резервуарах, и жидкость в обоих резервуарах находится в состоянии покоя, тогда выражение определяющее напор насоса можно упростить:

H = Hz + dh

Из выше приведенных выражений видно, что напор насоса поднимающего воду определяется, высотой подъёма и потерями напора в трубопроводах. В замкнутом циркуляционном кольце, (например системы отопления), напор насоса определяется суммой потерь напора на всех элементах кольца и не зависит от высоты системы и места установки насоса в ней.

Напорно-расходная характеристика — графическое отображение зависимости напора насоса от его подачи в координатах Q [м³/ч] / H [м.вод.ст]. Напорно-расходная характеристика, является основной характеристикой используемой для выбора насосов и приводится в каталогах производителей в виде графиков.

Рабочая точка насоса — точка на пересечении напорно-расходной характеристики с горизонтальной линией, проведённой с точки на оси ординат, которая соответствует развиваемому напору. Чтобы определить фактическую подачу насоса из рабочей точки опускают перпендикуляр на ось подачи (абсцисс).

Таким образом, подачу насоса определяет развиваемый им напор, который в повысительных насосах определяется высотой подъёма и потерями в трубопроводах, а в циркуляционных насосах — гидравлической характеристикой циркуляционного кольца. Так как, в циркуляционном кольце изменение потерь напора пропорционально квадрату изменения расхода проходящего через него, гидравлическая характеристика сети в координатах Q [м³/ч] / H [м.вод.ст], имеет вид параболы.

Высота всасывания — Нвс [м] — при условии забора воды из нижнего резервуара, в котором на зеркало воды действует атмосферное давление, высота всасывания насоса соответствует разнице уровней в метрах, между осью рабочего колеса и уровнем жидкости в нижнем резервуаре, за вычетом потерь напора в трубопроводе, который соединяет нижний резервуар и насос.

Подъём воды с нижнего резервуара происходит за счёт разницы давлений, при этом в рабочем колесе насоса создаётся разрежение, а на воду действует атмосферное давление. Так как атмосферному давлению соответствует столб воды высотою в 10,3 метра, а насос не может создать в рабочем колесе абсолютный вакуум — высота всасывания насоса не может превышать 8 метров.

Кавитационный запас — NPSH [м.вод.ст] — минимальное давление во всасывающем патрубке насоса обеспечивающее безкавитационную работу. Значение кавитационного запаса определяется опытным путём производителями насосов и приводится в виде графика в зависимости от подачи насоса.

Полезная мощность насоса — Nu [Вт] — соответствует энергии передаваемой жидкости в единицу времени.

Nu = ρ · g · Q · H

Мощность на валу насоса — Nw [Вт] — механическая мощность, которая передаётся на вал насоса. Механическая мощность больше полезной, на величину гидравлических потерь и потерь на трение в рабочем колесе.

Nw = Nu / η

КПД насоса — η [%] — коэффициент полезного действия характеризующий степень совершенства центробежного насоса и определяется как отношение полезной мощности к мощности на валу.

Номинальный диаметр — DN — численное обозначение внутреннего диаметра присоединительных патрубков насоса общее для всех трубопроводных элементов. Номинальный диаметр насоса не имеет размерности, но его значение приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.

Ряд условных проходов DN (Ду) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)». Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр.

Номинальное давление — PN [бар] — наибольшее избыточное давление воды с температурой в 20°C, при котором допускается длительная работа насоса.

Альтернативным обозначением номинального давления, распространённым в странах постсоветского пространства, было условное давление. Ряд номинальных давлений PN (Ру) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

www.ktto.com.ua

Общая информация

Напор насоса — это с научной точки зрения сила давления, созданная его лопастями или поршнями, необходимая для того, чтобы протолкнуть воду или воздух. Основной единицей измерения данного показателя являются метры. Не стоит пугаться, увидев на упаковке именно такое обозначение — оно имеет научное обоснование.

Расход и напор: ищем разницу

Расход насоса, напор — эти показатели довольно часто путают. И вот тут важно понимать, что расход насоса представляет собой количество жидкости, проходящей за него в заданную единицу времени, чаще представлено кубометрами в час. Попросту говоря, это способность насоса перекачивать определенный объем.

Почему именно в метрах

Насос для напора воды и любой другой жидкости является весьма популярным приспособлением, без которого трудно представить жизнь в частном доме. Многие потребители до сих не понимают, почему измерение величины напора ведется именно в метрах.

Напор центробежного насоса, впрочем, как и любого другого, принято измерять в метрах. Конечно, подобная система рождает много вопросов. Прежде всего, так повелось исторически, все уже давно привыкли к такому обозначению и не намерены ничего менять. Ну и, конечно, это удобно, ведь не приходится прибегать к использованию других единиц измерения, производить сложные математические расчеты. Величина напора, исчисляемая в метрах, дает нам информацию о том, что насос может поднять жидкость на данную высоту.

Как определить требуемый напор

Выбирая насос в первую очередь необходимо отталкиваться от его назначения, специфики использования и основных характеристик его работы. Напор насоса — это, кстати говоря, основная характеристика, которая указана производителем в инструкции. Расчет напора насоса не требует особых навыков, специальной квалификации, с ним под силу справиться даже обывателю. Понятно, что во многом на результаты расчетов влияет конструкция выбранного насоса. В каждом случае результат будет индивидуальным.

Напор погружного насоса

Погружные насосы чаще всего устанавливаются в глубинные — словом там, где просто не справиться с перекачкой воды. Такая разновидность на сегодняшний день является весьма распространенной: конструкция представлена достаточным разнообразием моделей и модификаций, каждая из которых способна удовлетворить все потребности современных покупателей. Многие эксперты настоятельно рекомендуют приобретать насосы импортного производства, но даже среди российских компаний достаточно достойных производителей, продукция которых отличается высочайшей производительностью, эффективностью работы и, что не менее ценно, доступностью по цене. В процессе эксплуатации насос полностью погружают в воду, а при приближении жидкости к критической отметке он отключается в автоматическом режиме до того, пока уровень воды не поднимется до необходимой нормы.

Именно поэтому одним из самых безопасных и надежных считается именно погружной насос. Напор его исчисляется по формуле:

H = H высота + H потери + H излив, где:

H высота — перепад высот между местом нахождения насоса и наивысшей точкой системы водоснабжения;

H потери — возможные гидравлические потери, которые возникают при движении жидкость по трубе, они в первую очередь связаны с трением жидкости о стенки трубы;

H излив — тот напор на излив, который позволяет пользоваться всеми сантехническими приборами (обычно находится в диапазоне 15-20 метров).

Мы уже установили, что напор насоса — это давление, необходимое для того, чтобы протолкнуть жидкость на заданную высоту. Циркуляционные насосы нашли себя в системах отопления, именно с их помощью обеспечивается бесперебойная циркуляция источника тепла в системе. Конечно, к выбору циркуляционного насоса необходимо подойти более осознанно и требовательно, понимая, что от этого во многом зависит эффективность и бесперебойность его использования, что так важно для многоквартирных домов. Такие насосы надежны, эффективны и отлично показали себя даже в многоквартирных домах. Безусловно, такой насос также должен подбираться исходя из напора. Напор циркуляционного насоса не имеет никакой связи, а, соответственно, зависимости от высоты здания. Главное здесь — гидравлическое сопротивление трассы. И вот тут для расчета потребуется следующая формула:

H = (R * L + Z сумма) / (p * g), где:

R — потери;

L — протяженность трубопровода, измеряющаяся в метрах;

Z сумма — суммарное число коэффициентом запаса для конструктивных элементов трубопровода (для фитингов и арматуры эта величина равна 1,3; для термостатических вентилей — 1,7; а для смесителей — 1,2);

р — плотность воды, из школьного курса физики мы помним, что она составляет 1000 кг/м3;

g — ускорение свободного падения, величина которого берется в среднем значении — 9,8 м/с2.

Получается, зная все основные параметры определить тот напор воды, который необходим вам в конкретной ситуации, довольно просто, для этого вам не придется привлекать специалистов.

Может ли монтаж повлиять на величину напора

Учитывая простоту, даже примитивность конструкции насосов, а также наличие подробной инструкции монтажа, многие современные мужчины берутся за работы самостоятельно, то есть без помощи профессионалов. Такое поведение чаще всего связано с желанием сэкономить: далеко не все готовы заплатить не только за насос или насосную станцию, но и услуги мастера. Учитывая, что напор насоса — это основная характеристика его деятельности, никто не готов терять. Именно поэтому вопрос напрашивается сам собой: насколько монтаж, проведённый самостоятельно может сказаться на величине напора.

Казалось бы, подключаем одну трубу к всасывающему патрубку, другую к тому, что отвечает за напор, подаем питание — и готово. На практике малейшая ошибка не только способна негативно сказаться на напоре воды, но и существенно сократит продолжительность работы.

Основные ошибки монтажа

Давайте вместе разберем наиболее распространенные ошибки, которые допускают многие из нас:

• Диаметр всасывающего патрубка. Довольно часто диаметр трубопровода на практике оказывается меньше диаметра всасывающего патрубка. Такая конструкция в случае подключения увеличивает сопротивление со стороны всасывающей магистрали, тем самым сокращая величину глубины всасывания. Выражаясь простым языком: уменьшенный по диаметру трубопровод просто не в состоянии пропустить тот размер жидкости, который с легкостью всасывает и перекачивает насос.
• Прямое подключение к обычному шлангу. Такая система не особо критична при условии использования насоса небольшой производительности. В противном случае под воздействием большого давления, создаваемого насосом, шланг сожмется, его сечение значительно сократится, а вода просто не сможете пройти сквозь него. Это в лучшем случае приведет к прекращению подачи воды, в худшем — к поломке насоса без возможности его последующего ремонта.
• Большое число изгибов и поворотов в трубопроводе. Такой вариант монтажа не повышает величину сопротивления, соответственно уменьшает производительность и величину напора насоса. Именно поэтому так важно привести количество изгибов и поворотов к минимальному значению, если вы хотите использовать приобретенный и установленный насос на все 100%.
• Герметизация. Именно ввиду недостаточной герметизации на всасывающем участке трубопровода могут возникать существенные потери воды. Плохая герметизация не только сокращает напор воды, но и сопровождает процесс работы насоса излишним шумом.

Тонкости выбора

Итак, если вы столкнулись с выбором насоса, как погружного, так и циркуляционного, впервые, настоятельно рекомендуем воспользоваться всеми советами и рекомендациями. Прежде всего, доверяйте только проверенным производителям, качество продукции которых не вызывает ни малейших нареканий. Не стоит пренебрегать помощью профессионалов: они из всего представленного многообразия помогут выбрать оптимальный вариант, отталкиваясь от основных требований особенностей эксплуатации.

Подводим итоги

В рамках данного материала мы рассмотрели, что же такое напор насоса, что влияет на его величину, и как самостоятельно рассчитать ее. Надеемся, что данные советы и рекомендации помогут вам избежать принципиальных ошибок и использовать прибор на все 100%.

При обустройстве водоснабжения и отопления загородных домов и дач одной из самых насущных проблем является подбор насоса. Ошибка в выборе насоса чревата неприятными последствиями, среди которых перерасход электроэнергии – самое простое, а выход из строя погружного насоса – самое распространенное. Самыми главными характеристиками, по которым необходимо выбирать любой насос, являются расход воды или производительность насоса, а также напор насоса или высота, на которую насос может подавать воду. Насос – не то оборудование, которое можно брать с запасом – «на вырост». Все должно быть выверено строго согласно потребностям. У тех, кто поленился произвести соответствующие расчеты и выбрал насос «на глазок», практически всегда бывают проблемы в виде отказов и поломок. В данной статье мы подробно остановимся на том, как определить напор насоса и производительность, предоставим все необходимые формулы и табличные данные.

Погружные насосы обычно устанавливаются в глубокие скважины и колодцы, там, где самовсасывающий поверхностный насос не справится. Такой насос характерен тем, что работает полностью погруженным в воду, а если уровень воды опускается до критической отметки, то отключается и не включится, пока уровень воды не поднимется. Работа погружного насоса без воды «всухую» чревата поломками, поэтому необходимо подобрать насос с такой производительностью, чтобы она не превышала дебет скважины.

Расчет производительности/расхода погружного насоса.

Производительность насоса не зря иногда называют расходом, так как расчеты данного параметра напрямую связаны с расходом воды в водопроводе. Чтобы насос был способен обеспечивать потребности жильцов в воде, его производительность должна быть равна или быть чуть больше расхода воды из одновременно включенных потребителей в доме.
Этот суммарный расход можно определить, сложив расходы всех, возможно одновременно включенных, потребителей воды в доме. Чтобы не утруждать себя лишними расчетами, можете воспользоваться таблицей примерных значений расходов воды в секунду. В таблице указаны всевозможные потребители, такие как умывальник, унитаз, раковина, стиральная машина и другие, а также расход воды в л/с через них.

Таблица 1. Расход потребителей воды.

После того как просуммировали расходы всех требуемых потребителей, необходимо найти расчетный расход системы, он будет несколько меньше, так как вероятность одновременного использования абсолютно всех сантехприборов крайне мала. Узнать расчетный расход можно из таблицы 2. Хотя иногда для упрощения расчетов полученный суммарный расход просто умножают на коэффициент 0,6 – 0,8, принимая, что одновременно будет использоваться только 60 – 80 % сантехнических приборов. Но данный способ не совсем удачен. Например, в большом особняке с множеством сантехнических приборов и потребителей воды могут проживать всего 2 – 3 человека, и расход воды будет намного меньше суммарного. Поэтому настоятельно рекомендуем воспользоваться таблицей.

Таблица 2. Расчетный расход системы водоснабжения .

Полученный результат будет реальным расходом системы водоснабжения дома, который должен покрываться производительностью насоса. Но так как в характеристиках насоса производительность обычно считается не в л/с, а в м3/ч, то полученное нами значение расхода необходимо умножить на коэффициент 3,6.

Пример расчета расхода погружного насоса:

Рассмотрим вариант водоснабжения дачного домика, в котором есть такие сантехнические приборы:

• Душ со смесителем – 0,09 л/с;
• Водонагреватель электрический – 0,1 л/с;
• Раковина на кухне – 0,15 л/с;
• Умывальник – 0,09 л/с;
• Унитаз – 0,1 л/с.

Суммируем расход всех потребителей: 0,09+0,1+0,15+0,09+0,1,53 л/с.
Так как домик у нас с садовым участком и огородом, не помешает добавить сюда поливочный кран, расход которого 0,3 м/с. Итого, 0,53+0,3,83 л/с.

Находим по таблице 2 значение расчетного расхода: значению 0,83 л/с соответствует 0,48 л/с.
Переводим л/с в л/мин, для этого 0,48*60=28,8л/мин.
И последнее – переводим л/с в м3/ч, для этого 0,48*3,6=1,728 м3/ч.

Важно! Иногда производительность насоса указывается в л/ч, тогда полученное значение в л/с необходимо умножить на 3600. Например, 0,48*3600=1728 л/час.

Вывод: расход системы водоснабжения нашего дачного домика составляет 1,728 м3/ч, поэтому производительность насоса должна быть больше 1,7 м3/ч.
Чтобы более точно определить подходящую модель насоса, необходимо рассчитать требуемый напор.

Расчет напора погружного насоса

Напор насоса или высота подъема воды рассчитывается по формуле, представленной ниже. Учитывается, что насос полностью погружен в воду, поэтому такие параметры, как перепад высот между источником воды и насосом, не учитываются.
Расчет напора скважинного насоса

Формула для расчета напора скважинного насоса:

Где,
Hтр – значение требуемого напора скважинного насоса;
Hгео – перепад высот между местом нахождения насоса и наивысшей точкой системы водоснабжения;

Hпотерь – сумма всех потерь в трубопроводе. Данные потери связаны с трением воды о материал труб, а также падением давления на поворотах труб и в тройниках. Определяется по таблице потерь.

Hсвоб – свободный напор на излив. Чтобы можно было комфортно пользоваться сантехническими приборами, данное значение необходимо брать 15 – 30м, минимально допустимое значение 5м, но тогда вода будет подаваться тонкой струйкой.

Все параметры измеряются в тех же единицах, в чем измеряется напор насоса, — в метрах.
Расчет потерь в трубопроводе можно рассчитать, изучив таблицу ниже. Обратите внимание, в таблице потерь обычным шрифтом указана скорость, с которой вода протекает по трубопроводу соответствующего диаметра, а выделенным шрифтом – потери напора на каждые 100м прямого горизонтального трубопровода. В самом низу таблиц указаны потери в тройниках, угловых соединениях, обратных клапанах и задвижках. Естественно, для точного расчета потерь необходимо знать протяженность всех участков трубопровода, количество всех тройников, поворотов и клапанов.

Таблица 3. Потери напора в трубопроводе из полимерных материалов.

Рассмотрим такой вариант водоснабжения дачного дома:

• Глубина скважины 35м;
• Статический уровень воды в скважине – 10м;
• Динамический уровень воды в скважине – 15м;
• Дебет скважины – 4м3/час;
• Скважина расположена на удалении от дома – 30м;
• Дом двухэтажный, санузел находится на втором этаже – 5м высота;

В первую очередь считаем Hгео = динамический уровень + высота второго этажа = 15 + 5 = 20м.
Далее считаем Hпотерь. Примем, что горизонтальный трубопровод у нас выполнен полипропиленовой трубой 32 мм до дома, а в доме трубой 25 мм. Наличествует один угловой поворот, 3 обратных клапана, 2 тройника и 1 запорная арматура. Производительность возьмем из предыдущего расчета расхода 1,728 м3/час. Согласно предложенным таблицам ближайшее значение равно 1,8 м3/час, поэтому округлим до этого значения.
Hпотерь = 4,6*30/100 + 13*5/100 + 1,2 + 3*5,0 + 2*5,0 + 1,2 = 1,38+0,65+1,2+15+10+1,2=29,43м ≈ 30м.
Hсвоб примем 20м.
Итого, требуемый напор насоса равен:
Hтр = 20 + 30 + 20 = 70м.

Вывод: учитывая все потери в трубопроводе, нам необходим насос, напор которого равен 70 м. Также из предыдущего расчета мы определили, что его производительность должна быть выше 1,728 м3/час.

Рассмотрим пример подбора погружного насоса по графику «Водомёт».

При пересечении 70 метров напора, и требуемых 30 литрах в минуту, подходящим насосом будет «Водомёт» 60/92. Максимальный расход воды не должен превышать дебит скважины, он должен быть на 5-10% меньше дебита скважины. Если этого не сделать, работа насоса будет приводить к снижению динамического уровня воды ниже всасывающей части насоса. Это чревато работой насоса без воды –«сухому ходу», что можно еще избежать, поставив автоматику.

Более конкретный выбор насоса уже зависит от финансовых возможностей хозяина дома.

Кривая характеристики насоса

Напор (H) насоса — избыточное давление, создаваемое насосом. Напор измеряется в (м).

Напор, который должен обеспечить насос, есть сумма геодезической разности высот и потерь напора (= высота потерь) в трубопроводах и арматуре.

Следует учитывать, что при запуске, а затем при эксплуатации, насос меняет свой режим работы. Выбор мощности мотора насоса следует проводить из условий, что он в определенный период времени работает при максимальном нагрузке, например, при H geo max. Рассмотрим, как изменяется эта величина в зависимости от режима работы насоса.

Рассмотрим пример: напорный трубопровод проложен по переменной местности и имеет несколько вершин. При запуске, когда напорный трубопровод пустой, насос должен поднять воду с уровня NN (–1 м) на высоту NN1 (10 м), а после заполнения трубопровода NN1 – NN2 он должен поднять воду на высоту NN3 (11 м).

В начальный момент времени для заполнения всех участков трубопровода насос должен преодолевать высоту Hgeo max, равную:

Hgeo max = (NN1 – NN) + (NN3 – NN2)
= + (11 м – 5 м)
= 17 м

Когда трубопровод NN – NN 3 заполнится стоками, геодезическая высота уменьшается:

Hgeo = NNA – NN
= 6 м – (-1 м)
= 7 м

Комментарии к расчету геодезических высот:
Если воздух не удаляется из напорного трубопровода, тогда геодезическая высота определяется как сумма высот всех восходящих трубопроводов (участок 1 + участок 3) , так как при этом тратится дополнительная энергия на сжатие воздуха в нисходящем участке (участок 2) . Поэтому требуется большая энергия для преодоления высотных точек.

При эксплуатации насоса без удаления воздуха из напорного трубопровода : после того как воздух вытесняется из трубопровода, трубопровод наполняется полностью. Поэтому напор, который должен обеспечивать насос, определяется лишь геодезическим перепадом высот Hgeo между выходом/ передаточным резервом NNA и уровнем воды в шахте NN, при котором производится отключение насоса.

Если воздух удаляется из трубопровода, тогда при включении насоса следует учитывать разность между уровнем воды в шахте (точка включения насоса) и самой высокой точкой Hgeo max.

При эксплуатации с удалением воздуха : во время эксплуатации насос работает в том же режиме, что и “без удаления воздуха”.

Для правильного выбора насоса и мотора следует учитывать то, что они могут работать на разных ежимах. Это необходимо сделать, чтобы не допустить выхода насоса или мотора из строя и гарантировать их оптимальную работу.

Определение понятия напора

Форма характеристик насоса. Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Различное изменение подачи и давления

Напор насоса (H) — удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости .

H=E/G[m]

E = механическая энергия [Н м]
G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

Напор, создаваемый насосом , и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:
10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа
Горизонтальная ось (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с].

Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса Hо при нулевой подаче. Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.

mirhat.ru

Другие статьи по теме:

Погружной насос для фонтана Клапан обратного хода воды Подключение глубинного насоса Конденсатор для насоса джилекс Как отрегулировать насосную станцию Насос для воды ручеек