Основные принципы подбора насосов. Расчет насосов
Плунжерный насос одинарного действия обеспечивает расход перекачиваемой среды 1 м3/ч. Диаметр плунжера составляет 10 см, а длинна хода – 24 см. Частота вращения рабочего вала составляет 40 об/мин.
Требуется найти объемный коэффициент полезного действия насоса.
Решение:
Площадь поперечного сечения плунжера :
F = (π·d²)/4 = (3,14·0,1²)/4 = 0,00785 м²2
Выразим коэффициент полезного действия из формулы расхода плунжерного насоса:
ηV = Q/(F·S·n) = 1/(0,00785·0,24·40) · 60/3600 = 0,88
Пример №2
Двухпоршневой насос двойного действия создает напор 160 м при перекачивании масла с плотностью 920 кг/м3. Диаметр поршня составляет 8 см, диаметр штока – 1 см, а длинна хода поршня равна 16 см. Частота вращения рабочего вала составляет 85 об/мин. Необходимо рассчитать необходимую мощность электродвигателя (КПД насоса и электродвигателя принять 0,95, а установочный коэффициент 1,1).
Решение:
Площади попреречного сечения поршня и штока:
F = (3,14·0,08²)/4 = 0,005024 м²
F = (3,14·0,01²)/4 = 0,0000785 м²
Производительность насоса находится по формуле:
Q = N·(2F-f)·S·n = 2·(2·0,005024-0,0000785)·0,16·85/60 = 0,0045195 м³/час
Далее находим полезную мощность насоса:
NП = 920·9,81·0,0045195·160 = 6526,3 Вт
С учетом КПД и установочного коэффициента получаем итоговую установочную мощность:
NУСТ = 6526,3/(0,95·0,95)·1,1 = 7954,5 Вт = 7,95 кВт
Пример №3
Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью 1080 кг/м3 из открытой емкости в сосуд под давлением 1,6 бара с расходом 2,2 м3/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет 3,2 метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет 4 кВт. Необходимо найти величину потери напора.
Решение:
Найдем создаваемый насосом напор из формулы полезной мощности:
H = NП/(ρ·g·Q) = 4000/(1080·9,81·2,2)·3600 = 617,8 м
Подставим найденное значение напора в формулу напора, выраженую через разность давлений, и найдем искомую величину:
hп = H – (p2-p1)/(ρ·g) – Hг = 617,8 – ((1,6-1)·105)/(1080·9,81) – 3,2 = 69,6 м
Пример №4
Реальная производительность винтового насоса составляет 1,6 м3/час. Геометрические характеристики насоса: эксцентриситет – 2 см; диаметр ротора – 7 см; шаг винтовой поверхности ротора – 14 см. Частота вращения ротора составляет 15 об/мин. Необходимо определить объемный коэффициент полезного действия насоса.
Решение:
Выразим искомую величину из формулы производительности винтового насоса:
ηV = Q/(4·e·D·T·n) = 1,6/(4·0,02·0,07·0,14·15) · 60/3600 = 0,85
Пример №5
Необходимо рассчитать напор, расход и полезную мощность центробежного насоса, перекачивающего жидкость (маловязкая) с плотностью 1020 кг/м3 из резервуара с избыточным давлением 1,2 бара а резервуар с избыточным давлением 2,5 бара по заданному трубопроводу с диаметром трубы 20 см. Общая длинна трубопровода (суммарно с эквивалентной длинной местных сопротивлений) составляет 78 метров (принять коэффициент трения равным 0,032). Разность высот резервуаров составляет 8 метров.
Решение:
Для маловязких сред выбираем оптимальную скорость движения в трубопроводе равной 2 м/с. Рассчитаем расход жидкости через заданный трубопровод:
Q = (π·d²) / 4·w = (3,14·0,2²) / 4·2 = 0,0628 м³/с
Скоростной напор в трубе:
w²/(2·g) = 2²/(2·9,81) = 0,204 м
При соответствующем скоростном напоре потери на трение м местные сопротивления составят:
HТ = (λ·l)/dэ · [w²/(2g)] = (0,032·78)/0,2 · 0,204 = 2,54 м
Общий напор составит:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((2,5-1,2)·105)/(1020·9,81) + 8 + 2,54 = 23,53 м
Остается определить полезную мощность:
NП = ρ·g·Q·H = 1020·9,81·0,0628·23,53 = 14786 Вт
Пример №6
Целесообразна ли перекачка воды центробежным насосом с производительностью 50 м3/час по трубопроводу 150х4,5 мм?
Решение:
Рассчитаем скорость потока воды в трубопроводе:
Q = (π·d²)/4·w
w = (4·Q)/(π·d²) = (4·50)/(3,14·0,141²) · 1/3600 = 0,89 м/с
Для воды скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 1,5 – 3 м/с. Получившееся значение скорости потока не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что применение данного центробежного насоса нецелесообразно.
Пример №7
Определить коэффициент подачи шестеренчатого насоса. Геометрические характеристики насоса: площадь поперечного сечения пространства между зубьями шестерни 720 мм2; число зубьев 10; длинна зуба шестерни 38 мм. Частота вращения составляет 280 об/мин. Реальная подача шестеренчатого насоса составляет 1,8 м3/час.
Решение:
Теоретическая производительность насоса:
Q = 2·f·z·n·b = 2·720·10·0,38·280·1/(3600·106) = 0,0004256 м³/час
Коэффициент подачи соответственно равен:
ηV = 0,0004256/1,8·3600 = 0,85
Пример №8
Насос, имеющий КПД 0,78, перекачивает жидкость плотностью 1030 кг/м3 с расходом 132 м3/час. Создаваемый в трубопроводе напор равен 17,2 м. Насос приводится в действие электродвигателем с мощностью 9,5 кВт и КПД 0,95. Необходимо определить, удовлетворяет ли данный насос требованиям по пусковому моменту.
Решение:
Рассчитаем полезную мощность, идущую непосредственно на перекачивание среды:
NП = ρ·g·Q·H = 1030·9,81·132/3600·17,2 = 6372 Вт
Учтем коэффициенты полезного действия насоса и электродвигателя и определим полную необходимую мощность электродвигателя:
NД = NП/(ηН·ηД) = 6372/(0,78·0,95) = 8599 Вт
Поскольку нам известна установочная мощность двигателя, определим коэффициент запаса мощности электродвигателя:
β = NУ/NД = 9500/8599 = 1,105
Для двигателей с мощностью от 5 до 50 кВт рекомендуется выдирать пусковой запас мощности от 1,2 до 1,15. Полученное нами значение не попадает в данный интервал, из чего можно сделать вывод, что при эксплуатации данного насоса при заданных условиях могут возникнуть проблемы в момент его пуска.
Пример №9
Центробежный насос перекачивает жидкость плотностью 1130 кг/м3 из открытого резервуара в реактор с рабочим давлением 1,5 бар с расходом 5,6 м3/час. Геометрическая разница высот составляет 12 м, причем реактор расположен ниже резервуара. Потери напора на трение в трубах и местные сопротивления составляет 32,6 м. Требуется определить полезную мощность насоса.
Решение:
Рассчитаем напор, создаваемый насосом в трубопроводе:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1,5-1)·105)/(1130·9,81) – 12 + 32,6 = 25,11 м
Полезная мощность насоса может быть найдена по формуле:
NП = ρ·g·Q·H = 1130·9,81·5,6/3600·25,11 = 433 Вт
Пример №10
Определить предельное повышение расхода насоса, перекачивающего воду (плотность принять равной 1000 кг/м3) из открытого резервуара в другой открытый резервуар с расходом 24 м3/час.
Геометрическая высота подъема жидкости составляет 5 м. Вода перекачивается по трубам 40х5 мм. Мощность электродвигателя составляет 1 кВт. Общий КПД установки принять равным 0,83.
Общие потери напора на трение в трубах и в местных сопротивлениях составляет 9,7 м.
Решение:
Определим максимальное значение расхода, соответствующее максимально возможной полезной мощности, развиваемой насосом. Для этого предварительно определим несколько промежуточных параметров.
Рассчитаем напор, необходимый для перекачивания воды:
H = (p2-p1)/(ρ·g) + Hг + hп = ((1-1)·105)/(1000·9,81) + 5 + 9,7 = 14,7 м
Полезная мощность, развиваемая насосом:
NП = Nобщ/ηН = 1000/0,83 = 1205 Вт
Значение максимального расхода найдем из формулы:
NП = ρ·g·Q·H
Найдем искомую величину:
Qмакс = NП/(ρ·g·H) = 1205/(1000·9,81·14,7) = 0,00836 м³/с
Расход воды может быть увеличен максимально в 1,254 раза без нарушения требований эксплуатации насоса.
Qмакс/Q = 0,00836/24·3600 = 1,254
Расчет и подбор насоса для отопления: формулы, примеры, инструкции
Современную автономную систему отопления невозможно представить без хорошего циркуляционного насоса.
С помощью этого полезного устройства можно в несколько раз повысить качество обогрева жилища и эффективность работы отопительного оборудования.
Чтобы выбрать из многочисленных предложений производителей модель, которая подходит конкретной системе, следует выполнить правильный расчет насоса для отопления, а также учесть ряд важных практических нюансов.
Для чего нужен насос в системе отопления?
Большинству жителей верхних этажей в многоквартирных домах хорошо знакомо такое явление как холодные батареи. Это результат отсутствия в системе давления, необходимого для ее нормальной работы. Теплоноситель перемещается по трубам медленно и остывает уже на нижних этажах.
С такой же ситуацией могут столкнуться и владельцы частного дома: в самой дальней точке отопительной системы трубы и радиаторы слишком холодные. Эффективно решить проблему поможет циркуляционный насос.
Обратите внимание, что системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя могут быть вполне эффективны в небольших частных домах, но даже в этом случае имеет смысл подумать о принудительной циркуляции, поскольку при правильной настройке системы это позволит снизить общие расходы на отопление.
Упрощенно такой насос представляет собой мотор с ротором, который погружен в теплоноситель. Ротор вращается, заставляя воду или другую нагретую жидкость перемещаться по системе с заданной скоростью, создавая необходимое давление. Насос может работать в различных режимах.
Например, установив устройство на максимум, можно быстро прогреть остывший в отсутствие хозяев дом. Затем восстанавливают настройки, которые позволяют получить наибольшее количество тепла при минимальных расходах. Различают модели циркуляционных насосов с «сухим» и «мокрым» ротором.
В первом случае ротор насоса погружен в жидкость только частично, а во втором случае — полностью. Насосы с «мокрым» ротором издают при работе меньше шума.
Как рассчитать параметры насоса?
Правильно подобранный водяной насос для отопления должен решать две задачи:
- создавать в системе напор, способный преодолеть гидравлическое сопротивление отдельных ее элементов;
- обеспечивать перемещение по системе достаточного для обогрева здания количества тепла.
Исходя из этого, при выборе циркуляционного насоса следует рассчитать потребность здания в тепловой энергии, а также общее гидравлическое сопротивление всей отопительной системы. Без этих двух показателей подобрать подходящий насос просто невозможно.
Полезная информация о выборе циркуляционного насоса содержится в следующем видеоматериале:
Расчеты производительности насоса
Производительность насоса, которую в расчетных формулах обычно обозначают как Q, отражает количество тепла, которое может быть перемещено за единицу времени. Формула для расчетов выглядит так:
Q=0,86R/TF-TR, где:
- Q — объемный расход, куб. м./ч;
- R — необходимая тепловая мощность для помещения, кВт;
- TF — температура на подаче в систему, градусов Цельсия;
- TR — температура на выходе из системы, градусов Цельсия.
Потребность помещения в тепле (R) рассчитывается в зависимости от условий. В Европе принято рассчитывать этот показатель, исходя из норматива:
- 100 Вт/кв. м площади небольшого частного дома, в котором не более двух квартир;
- 70 Вт/кв. м площади многоквартирного дома.
Если же расчеты проводятся для зданий с низкой теплоизоляцией, значение показателя следует увеличить. Для расчетов по помещениям на производстве, а также по зданиям с очень высокой степенью теплоизоляции рекомендуется использовать показатель в пределах 30-50 кВт/ кв. м.
С помощью этой таблицы можно более точно рассчитать потребность в тепловой энергии для помещений различного назначения и с различным уровнем теплоизоляции
Расчет гидравлического сопротивления системы
Следующий важный показатель — гидравлическое сопротивление, которое необходимо будет преодолеть циркуляционному насосу. Для этого следует рассчитать высоту всасывания насоса. Обычно этот показатель обозначают как «H». Можно использовать следующую формулу:
H=1,3*(R1L1+R2L2+Z1+Z2+….+ZN)/10000, где
- R1, R2 – потеря давления на подаче и обратке, Па/м;
- L1,L2 – длина линии подающего и обратного трубопровода, м;
- Z1,Z2…..ZN – сопротивление отдельных элементов отопительной системы, Па.
Для определения R1 и R2 следует воспользоваться приведенной ниже таблицей:
В этой таблице представлены дополнительные данные для более точного расчета гидравлического сопротивления, возникающего в отопительной системе частного дома
Гидравлическое сопротивление отдельных элементов и узлов отопительной системы обычно указано в сопровождающей их технической документации. Если по какой-то причине такая документация отсутствует, можно воспользоваться примерными данными:
- котел — 1000-2000 Па;
- смеситель — 2000-4000 Па;
- термостатический вентиль — 5000-10000 Па;
- тепломер — 1000-15000 Па.
Для других частей отопительной системы смотрите данные в этой таблице:
Если техническая документация по каким-то причинам утрачена, можно рассчитать гидравлическое сопротивление отдельных элементов отопительной системы с помощью данных, приведенных в этой таблице
Количество скоростей циркуляционного насоса
Большинство современных моделей циркуляционных насосов снабжены возможностью регулировать скорость работы устройства.
Чаще всего это трехскоростные модели, с помощью которых можно корректировать количества тепла, поступающего в помещение.
Так, при резком похолодании скорость работы насоса увеличивают, а в случае потепления — уменьшают, чтобы температура воздуха в комнатах оставалась комфортной для проживания.
Для переключения скоростей существует специальный рычаг, размещенный на корпусе устройства. Большой популярностью пользуются модели циркуляционных насосов, снабженные системой автоматического регулирования скорости работы устройства в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.
Следует отметить, что это лишь один из вариантов такого рода расчетов. Некоторые производители используют при подборе насоса несколько иную методику вычислений. Можно попросить выполнить все расчеты квалифицированного специалиста, сообщив ему подробности устройства конкретной отопительной системы и описав условия ее работы.
Обычно рассчитываются показатели максимальной нагрузки, при которой будет работать система. В реальных условиях нагрузка на оборудование будет ниже, поэтому можно смело приобретать циркуляционный насос, характеристики которого несколько ниже расчетных показателей.
Приобретение более мощного насоса не целесообразно, поскольку это приведет к ненужным расходам, но работу системы не улучшит.
После того, как все необходимые данные получены, следует изучить напорно-расходные характеристики каждой модели с учетом разных скоростей работы. Эти характеристики могут быть представлены в виде графика. Ниже приведен пример такого графика, на котором отмечены и расчетные характеристики устройства.
С помощью этого графика можно подобрать подходящую модель циркуляционного насоса для отопления по показателям, рассчитанным для системы конкретного частного дома
Точка А соответствует необходимым показателям, а точкой В обозначены реальные данные конкретной модели насоса, максимально приближенные к теоретическим расчетам. Чем меньше расстояние между точками А и В, тем лучше подходит модель насоса для конкретных условий эксплуатации.
Несколько важных замечаний
Как уже отмечалось выше, различают циркуляционные насосы с «сухим» и «мокрым» ротором, а также с автоматической или ручной системой регулировки скоростей.
Специалисты рекомендуют использовать насосы, ротор которых полностью погружен в воду, не только из-за пониженного уровня шума, но и потому, что такие модели справляются с нагрузкой более успешно.
Установку насоса осуществляют таким образом, чтобы вал ротора располагался горизонтально. Подробнее про установку читайте здесь.
При производстве высококачественных моделей используется прочная сталь, а также керамический вал и подшипники. Срок эксплуатации такого устройства составляет не менее 20 лет. Не стоит выбирать для системы горячего водоснабжения насос с чугунным корпусом, поскольку в таких условиях он быстро разрушится. Предпочтение стоит отдать нержавейке, латуни или бронзе.
Если при работе насоса в системе появляется шум, это не всегда говорит о поломке. Нередко причина этого явления — воздух, оставшийся в системе после запуска. Перед пуском системы следует спустить воздух через специальные клапаны. После того, как система проработает несколько минут, нужно повторить эту процедуру, а затем отрегулировать работу насоса.
Если запуск производится с использованием насоса с ручной регулировкой, необходимо сначала установить прибор на максимальную скорость работы, в регулируемых моделях при пуске отопительной системы следует просто отключить блокировку.
Как правильно произвести расчет центробежного насоса – Жми!
Ни для кого, наверное, не секрет, что для перемещения жидкости люди, как правило, используют всевозможное насосное оборудование.
Наиболее распространенными агрегатами этого вида являются центробежные насосы, в которых перекачка жидкости осуществляется с помощью центробежной силы.
Для того, чтобы центробежное насосное оборудование всегда функционировало бесперебойно и безотказно, всегда стоит очень внимательно подходить к его выбору.
Чтобы правильно выбрать центробежный насос, прежде всего, необходимо будет знать, для каких целей будет использоваться этот вид оборудования. И только после этого стоит рассчитать необходимые технические характеристики этих насосных агрегатов.
Поэтому в этой статье мы постараемся подробно осветить, как правильно произвести расчет центробежного насоса, а также какие показатели функционирования при этом стоит учитывать.
Принцип функционирования
Для того, чтобы правильно выполнить расчет агрегата этого вида, прежде всего, необходимо знать по какому принципу работает это устройство.
Принцип функционирования центробежного насоса заключается в следующих важных моментах:
- вода через всасывающий патрубок поступает к центру рабочего колеса;
- крыльчатка, размещенная на рабочем колесе, которое установлено на основном валу приводится в движение с помощью электродвигателя;
- под воздействием центробежной силы вода от крыльчатки прижимается к внутренним стенкам, при этом создается дополнительное давление;
- под создавшимся давлением вода выходит через нагнетательный патрубок.
Примите к сведению: для того, чтобы увеличить напор выходящей жидкости, необходимо увеличить диаметр крыльчатки или повысить обороты двигателя.
Определение переменных
На производительность центробежного насоса влияют следующие составляющие:
- напор воды;
- необходимая потребляемая мощность;
- размер рабочего колеса;
- максимальная высота всасывания жидкости.
Итак, рассмотрим более детально каждый из показателей, а также приведем формулы расчета для каждого из них.
Расчет производительности центробежного насосного агрегата проводится согласно следующей формуле:
Создаваемый центробежным насосом напор воды рассчитывается по формуле:
N = (h2 – h1)/(p * g) + Ng + sp
Переменные в формуле обозначают: N – высота напора, измеряемая в метрах; h1 – давление в емкости забора жидкости, измеряемое в Па; h2 – давление в емкости приема жидкости; p – плотность жидкости, которая перекачивается насосом, измеряется в кг/м3; g – постоянная величина, указывающая ускорение свободного падения; Ng – показатель необходимой высоты подъема жидкости;
sp – сумма потерь напора жидкости.
Расчет необходимой потребляемой мощности производится по следующей формуле:
Максимальная высота всасывания жидкости рассчитывается по формуле:
Nv = (h1 – h2)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N
Обозначение переменных следующее: Nv – высота всасывания жидкости; h1 – давление в емкости забора; h2 – давление жидкости на лопатки крыльчатки; p – плотность жидкости, которая перекачивается; g – ускорение свободного падения; sp – количество потерь во входящем трубопроводе при гидравлическом сопротивлении; q2/(2*g) – напор жидкости во всасывающей магистрали; k*N – потери, зависящие от прибавочного сопротивления; k – коэффициент кавитации;
N – создаваемый насосом напор.
Пример применения формул
Для того, чтобы понимать, как использовать формулы расчета центробежного насоса, приведем пример решения одного технологического задания.
Задача. Определите потребляемую мощность центробежного насоса, если:
Решение.
Для начала рассчитываем напор, который создается центробежным насосом (используем формулу 2):
N = (h2 – h1)/(p – g) + Ng + sp = ((1,5 – 1)*105)/(1210*9,81) –12 +30,6 = 22,82 (м).
Чтобы найти потребляемую мощность насоса, воспользуемся формулой 3: M = p*g*s*N = 1210*9,81*6,4/3600*22,82 = 481,56 (Вт).
Искомый результат найден.
Таким образом, в этой статье мы рассказали все нюансы вычисления мощности центробежного насоса. Надеемся, что информация, изложенная в статье, будет для вас полезной.
Смотрите видео, в котором показан порядок расчета рабочего колеса центробежного насоса:
Подбор циркуляционного насоса для системы отопления – расчет, характеристики, выбор
Известно, что установка циркуляционного насоса в обратную магистраль отопления может существенно снизить затраты на ее эксплуатацию.
Действительно, под действием создаваемого давления теплоноситель проходит рабочий контур значительно быстрее и поступает в котел менее остывшим.
Поэтому на его нагрев до рабочей температуры затрачивается гораздо меньше энергии, чем для системы естественной циркуляцией.
Установленный в систему отопления циркуляционный насос
Для того чтобы получить максимум пользы от этого эффекта, очень важно правильно подобрать характеристики насоса, соответствующие потребностям всей инфраструктуры отопления.[contents]
Основные параметры насосов для систем отопления
В системах отопления используются насосы циркуляционного типа, которые осуществляют подачу жидкости за счет центробежной силы вращения лопастей, установленных внутри корпуса. Основными параметрами таких насосов являются:
- Производительность. Показывает, какой объем жидкости насос может пропустить через себя за час работы. Измеряется в м3/ч и зависит от гидравлического сопротивления магистрали;
- Напор. Это как раз и есть то самое гидравлическое сопротивление. Данная характеристика определяет максимальную высоту, на которую насос может поднять столб воды;Циркуляционный насос производства фирмы Wilo
- Присоединительные размеры. Подбор необходимо производить с учетом диаметра подключаемых труб отопления (чаще всего 25 или 32 мм) и длины корпуса (насос должен уместиться в отведенное для него место);
- Максимальная температура. Главная задача циркуляционного насоса – перекачивать нагретый теплоноситель. Поэтому лучше лишний раз проверить этот параметр и выбрать устройство, по которому может проходить жидкость с температурой до 110 °C;
- Производитель. Как и во многих других случаях, лучше покупать изделия проверенных поставщиков. На рынке насосного оборудования это такие компании, как Grundfos, Vortex, Джилекс, Wilo и другие.
Расчет насоса в основном производят по первым двум значениям. Обычно они указываются в инструкции на устройство в виде графика, который называется расходно-напорной характеристикой.
Подбор насоса в зависимости от напора и производительности
Если у насоса есть несколько рабочих скоростей, то такие характеристики должны приводиться для каждой из них.
Тепловая потребность помещения
Главной отправной точкой, с которой начинается подбор циркуляционного насоса, является потребность помещения в тепле. Ее необходимо рассчитать для максимально холодного времени года. Лучше всего, конечно, обратиться к профессиональным проектировщикам, которые проведут расчет с использованием специальных методик.
Если такой возможности нет, можно подобрать нужное значение приблизительно, исходя из размеров отапливаемого помещения.
Общее потребление тепла можно рассчитать, умножив эти цифры на площадь помещения.
Производительность насоса
Значение производительности вычисляется по простой формуле: G = Q/(1,16 х ΔT), где ΔT – разница температур в подающей магистрали и обратке. Обычно она составляет 20 °С для стандартной двухтрубной системы и 5 °С для теплых полов. Q – значение тепловой потребности, полученное на предыдущем этапе.
Напор
Создаваемый напор должен обеспечить преодоление сопротивления трубопровода. В зависимости от этапа, на котором устанавливается насос, оценить этот параметр можно разными способами.
Устройство новой системы отопления обычно начинается с проектирования, в ходе которого требуемый напор вычисляется по известным формулам. Расчет производится с использованием значений, указанных в паспортах на комплектующие: трубы, фитинги, запорную арматуру и т. д.
Для уже существующей системы подбор точного значения гидравлического сопротивления сделать сложно, поэтому в таких случаях проводят приблизительный расчет:
- Потери на прямых участках трубы. Опытным путем установлено, что на преодоление 1 м магистрали отопления требуется 0,01 – 0,015 м напора;
- Потери в фитингах. Они оцениваются примерно в 30% от потерь на прямых участках;
- Часто для того чтобы выбрать температурный режим в комнате, на входе батареи устанавливают терморегулирующие клапаны. Они очень удобны в использовании, но увеличивают общее гидравлическое сопротивление системы примерно на 70%;
- Устройство, препятствующее естественной циркуляции (обратный клапан), как и трехходовой кран, добавляют к полученному значению еще 20%.
Правильный выбор
Получив требуемые значения параметров (их сочетание называется рабочей точкой), можно приступать к выбору конкретной модели. Теоретически подойдет любой насос, технические характеристики которого не хуже рассчитанных. Однако стоит учесть некоторые рекомендации:
- Желательно постараться оценить положение найденной рабочей точки на расходно-напорной характеристике каждого циркуляционного насоса. А выбрать лучше тот насос, у которого рабочая точка расположена ближе всего к графику;
- Принцип «больше — не меньше» здесь не очень актуален: насос с заведомо более высокими характеристиками, конечно, заработает, но будет потреблять лишнюю электроэнергию и, возможно, создавать излишний шум;
- Необходимо учитывать, что расчет производительности обычно производится исходя из максимальной нагрузки при самой низкой температуре на улице. Такой режим системы отопления будет использоваться всего несколько дней в году. Если вам кажется, что насос немного избыточен, лучше подобрать чуть меньший по мощности;
- Не забывайте, что у всех современных насосов есть три скорости. Переключая их, можно оптимизировать работу вашего оборудования отопления. В простых моделях это делается вручную, а в более дорогих подбор режима функционирования полностью автоматизирован.
Насосы с электронным управлением
Отопительный сезон в нашем регионе в среднем длится 8 месяцев. Это 5500 – 6000 часов, в течение которых система отопления работает постоянно, и потребляет сотни киловатт электроэнергии.
Учитывая, что подбор циркуляционного насоса производится с запасом и на самую холодную пятидневку в году, несложно предположить, какой перерасход электричества происходит в относительно теплые периоды осени и зимы.
Анализ статистики положения термостатов, установленных в системе отопления (открыты или закрыты), который постоянно проводит электронное устройство управления, позволяет осуществить подбор оптимальной скорости вращения крыльчатки насоса.
Наиболее популярные модели насосов с электронным управлением (кликабельно)
Предположим, анализ показал, что в какой-то период термостаты системы большую часть времени были закрыты. Это значит, что в помещении всегда тепло. Прибор автоматически установит минимальную скорость работы насоса, что, конечно, отразится и на потребляемой мощности.
Практический пример расчета
Допустим, нам надо произвести расчет и подобрать насос для системы отопления двухэтажного частного дома площадью 200 квадратных метров. Общая длина трубопровода, включая обратную магистраль — 40 метров, в системе установлен теплорегулирующий вентиль.
Теперь необходимо проанализировать технические характеристики насосов, обеспечивающих такие параметры, после чего выбрать из них наиболее подходящий и экономичный. Рассмотрим этот процесс на примере модельного ряда Grundfos.
Циркуляционный насос Grundfos
Принимая во внимание приведенные выше рекомендации, делаем вывод — для решения поставленной задачи лучше всего подойдут следующие модификации:
- Grundfos UPS 25/40 – рекомендуемый расход 1,55 м3/ч, напор до 4 м;
- Grundfos UP 20-30 N — рекомендуемый расход 2,5 м3/ч, напор до 2,75 м;
- Grundfos Alpha 2 L 25 40 — рекомендуемый расход 1,55 м3/ч, напор до 5,5 м.
Первая и третья модели имеют параметры, наиболее близкие к расчетным, а также одинаковую потребляемую мощность (60 Вт на максимальной скорости).
Насос серии Alpha чуть дороже за счет более качественных подшипников и наличия встроенного теплового реле. Этот аппарат более надежен и, возможно, проработает дольше своего аналога.
Поэтому для нашего тестового случая выбираем Grundfos Alpha 2 L 25 40.
Расчет мощности и определение других характеристик погружного насоса
При выборе погружного насоса для организации полноценного бесперебойного водоснабжения частного дома или дачи нужно учитывать ряд важных моментов.
В первую очередь необходимо разобраться, как рассчитать мощность оборудования и на какие дополнительные характеристики следует обращать внимание.
Самые важные параметры — это мощность насоса, условия его эксплуатации и удобство конструкции. Расчет мощности можно выполнить самостоятельно, ничего сложного в этом нет.
Схема устройства погружного насоса.
Выбор погружного насоса с учетом потребностей жильцов
В процессе расчета мощности погружного насоса нужно обязательно принимать во внимание, какие потребности должно удовлетворять данное оборудование.
Современные высокомощные насосы способны «доставать» воду даже с 300-400 м. Но нужно ли это на частных участках? Как правило, 40 м более чем достаточно в большинстве случаев.
В процессе расчета мощности насоса обязательно принимается во внимание диаметр источника.
Конструкция вибрационного погружного насоса.
К числу важнейших характеристик, с учетом которых должен выполняться выбор агрегата, относятся расход и напор.
То есть нужно постараться максимально точно определить потребности в скважинной воде для людей, проживающих в доме, и всего участка в целом, если вода будет использоваться для полива растений и прочих хозяйственных нужд.
Расчет основных показателей насоса выполняется на основании числа мест водозабора и уровня расхода для каждой из таких точек. Как правило, для обычного частного дома принимаются следующие показатели:
Схема водоснабжения дачи с применением скважинного погружного насоса.
Для большей простоты расчета мощности погружного насоса можете взять за основу следующий пример. Уровень воды в скважине составляет 10 м. В доме выполнен монтаж мембранного бака. Расстояние между скважиной и домом составляет 5 м. Для дома нужно добавить еще 2 м (от места расположения скважины). Потери в напоре в данном примере равны 3 м.
Производительность насоса для такой скважины рассчитывается следующим образом: суммируются уровень воды (10 м), добавленное расстояние (2 м), потери в напоре (3 м) и значение избыточного давления (оно равняется 2,5 атм, но в заводской спецификации указывается 25 м). В сумме получится 40 м. Зная это значение, вы сможете подобрать необходимую мощность агрегата из расчета 40 м от места водозабора.
Обязательно учитывайте то, что в спецификации обычно указываются максимальные значения производительности и напора. То есть при покупке вам нужно купить насос более высокой мощности, чем показал приведенный выше расчет. В противном случае производительности агрегата может оказаться недостаточно, и вы не сможете нормально пользоваться своей скважиной.
Какой тип насоса вам подойдет?
Помимо расчета мощности, нужно обращать внимание на ряд других, крайне важных параметров. Первый из них — это тип насоса.
Схема устройства двигателя асинхронного погружного насоса.
И это большое преимущество, так как агрегат не будет занимать лишнее место, а звуки его работы обычно не слышны на поверхности.
Есть модели с очень высокой мощностью, рассчитанные на работу в максимально глубоких скважинах. Подбирать конкретный агрегат необходимо с учетом условий его эксплуатации.
В соответствии с принципом работы существующие на сегодня модели погружных насосов делятся на 2 основные большие группы.
Оборудование центробежного типа пользуется самой большой популярностью. Такие погружные насосы имеют предельно простую конструкцию. В ее основе лежит вал. На валу крепятся лопасти с выгребными колесами. Лопасти вращаются, в результате создается центробежная сила и обеспечивается подъем воды наверх.
В процессе подкачки жидкость заполняет всю внутреннюю полость. Оборудование продается по сравнительно доступной стоимости и характеризуется высокой надежностью, качеством и длительным сроком службы. Устанавливать какие-либо дополнительные агрегаты для такого насоса в большинстве случаев не нужно.
Оборудование предельно просто в эксплуатации.
Ко второй группе относятся вибрационные насосы. Оборудование имеет сравнительно небольшую стоимость. В основе конструкции лежат мембраны. С одной стороны мембраны находится вода, с другой — установлен специальный вибратор.
В процессе работы мембрана подвергается деформации, под воздействием которой создается разница давления и вода поднимается наверх. Требует установки специального термовыключателя. Без него двигатель может перегреться и сломаться.
В зависимости от назначения скважины ее можно оборудовать и насосами других типов:
На что еще обращать внимание при выборе оборудования?
Схема подключения насоса.
Чтобы выбранный скважинный насос в полной мере соответствовал требованиям владельца и с достоинством выполнял все возлагающиеся на него задачи, нужно учитывать ряд дополнительных критериев, а именно:
Вам необходимо замерить глубину своей скважины, а затем при изучении характеристик насоса сверить замеренное значение с максимально допустимой глубиной погружения по паспорту. В продаже доступен большой выбор моделей погружных насосов с самыми разнообразными характеристиками, так что вы без проблем подберете подходящий агрегат.
Динамический уровень воды в скважине. От этого важнейшего показателя напрямую зависит производительность источника на участке.
Данная характеристика указывает на максимально возможное расстояние между поверхностью воды и землей при непрерывной работе оборудования. Важно определить объем воды, который будет способен выдать источник за определенный временной промежуток.
В случае если через 30 минут работы над поверхностью до сих пор сохраняется достаточное количество воды, то это очень хороший показатель.
Статический уровень воды в источнике указывает на расстояние между поверхностью дна и воды. Его можно без проблем определить своими силами.
Для этого нужно несколько дней не пользоваться колодцем, а затем опустить в него груз, привязанный к достаточно длинной и прочной веревке. На веревке предварительно сделайте отметки для вычисления высоты. После достижения грузом поверхности зеркала вы услышите всплеск.
Запишите отметку, а затем отнимите от суммарной глубины величину статического уровня. Так вы определите значение водяного столба.
Диаметр скважины на участке тоже имеет очень большое значение, так как насос нужно подбирать с учетом параметров скважины. В противном случае вы попросту не сможете его эффективно использовать.
С таким моментом, как потребление воды, нужно определиться еще до начала бурения скважины. При расчете можно использовать приведенные ранее данные или усредненное значение, в соответствии с которыми один человек расходует около 200 л воды за сутки.
Обязательно учитываются наличие детей и домашних животных, а также характер проживания в доме, т.е. будут в нем жить люди постоянно или же будут приезжать на какое-то время. В расчете нужно учитывать наличие теплицы, огорода, сада и прочих насаждений. Как правило, на все это достаточно 2000 л/сутки.
Аналогичными характеристиками обладает оборудование, способное выдавать 40 л воды за минуту.
Не менее важным параметром является напор. Его можно рассчитать своими силами. Для этого вам нужно вычислить глубину скважины, увеличить полученное значение на 30, а затем приплюсовать к результату еще 10% от него.
К примеру, скважина на участке имеет глубину в 45 м. Расчетная величина водяного столба для такой скважины составит 75 м. Добавляете еще 10% и получаете значение, равное 83 м.
Для этого примера нужно подбирать оборудование, способное обеспечить напор в 90 м.
При выборе такого оборудования нужно обращать отдельное внимание и на его стоимость. На этом этапе специалисты советуют обращать внимание не только на цену непосредственно насоса, но и на стоимость разного рода дополнительного оборудования.
Монтаж выполняется с применением автомата для работы насоса, троса из нержавейки, дополнительной фурнитуры. Не рекомендуется покупать подозрительно дешевое оборудование и комплектующие от малоизвестных производителей. Но и в покупке чересчур дорогих агрегатов смысл есть далеко не всегда.
Лучший вариант — это оборудование средней стоимости с оптимальными значениями цены и качества.
Правильный расчет и подбор насоса для обустройства водоснабжения в частном доме
Организовать включение в систему централизованного водоснабжения частного дома, дачи или коттеджа удается нечасто. Обычно их владельцам приходится решать вопрос об автономной системе водообеспечения своего жилища.
Но, даже если есть возможность подключения к проходящему рядом с домом городскому или поселковому водопроводу, иметь при этом на участке независимый источник воды — не самая плохая идея как с точки зрения экономической, например, используя его для полива, так и в качестве гарантии от внезапных отключений центральной системы.
Общая информация
Система автономного водоснабжения частного дома состоит из нескольких компонентов:
- Колодец — искусственная выработка‑шахта, выкопанная для сбора подземных грунтовых вод в поверхностном водоносном слое до глубины 10~15 м и укрепленная от осыпания.
- Скважины. Выполняются методом бурения и бывают нескольких типов:
- Безнапорные: «на песок» — до 50 м, «на известняк» — до 150 м.
- Артезианские — свыше 150 м.
- Абиссинские и др.
- Искусственные водоемы. Емкости для сбора талых, дождевых вод. При имеющемся поблизости ключе или роднике можно организовать углубленный отвод его русла.
- Естественные водоемы. Ручьи, реки, озера.
При проектировании автономной системы первым встает вопрос о подборе насоса для водоснабжения частного дома, как одной из самых ответственных и, если уж говорить о качестве работы и долговечности, наиболее дорогостоящей части гидротехнического оснащения. И выбор его обусловлен, прежде всего, типом источника воды на участке, а затем — выбранной схемой водоснабжения.
Конструкционные различия
Гидронасосы бывают следующих конструктивных типов:
- Поршневые. Теперь уже практически не применяются для небольших насосных станций ввиду громоздкости, малого кпд, невысокого жизненного ресурса.
- Центробежные. Одни из самых популярных и востребованных благодаря простоте конструкции, экономичности и высокой надежности.
- Турбинные. Подобны центробежным, но не с боковым, а осевым расположением лопаток. Более мощные и производительные. Используются в основном на промышленных гидротехнических сооружениях.
- Роторные или так называемые винтовые насосы. Отличаются малыми габаритами по диаметру, потому наиболее пригодны для подъема воды из скважин.
- Вибрационные или мембранные. Дешевые, но малопроизводительные. Известны давно выпускающиеся для дачников модели «Ручеек», «Малыш».
Виды по типу размещения
По способу размещения водоснабжающие гидронасосы подразделяются на два класса:
Иногда в отдельный класс выделяют насосные станции, которые по сути являются компактным самодостаточным водонапорным комплексом, состоящим из поверхностного насоса, накопительного мембранного бака‑гидроаккумулятора, реле давления воды и схемы управления.
Какой лучше выбрать?
Перед тем как выбрать водяной насос для дома, следует сравнить преимущества и недостатки двух их основных видов:
Поверхностные насосыПогружные Устанавливаются стационарно. Проще в обслуживании. Для ремонтно‑профилактических работ требуют подъема из скважины или колодца на поверхность. Нуждаются в двух трубопроводах: всасывающем и нагнетания. Работают только на нагнетание. Максимальная высота всасывания — 10 м. Реальная, с учетом потерь в трубопроводе и запаса на понижение уровня воды в колодце — не более 7~8 м. Подъем с глубины ниже 10 м. Нуждаются в заполнении жидкостью перед первым пуском или после ремонтных работ. Готовы к работе сразу после погружения. Существует опасность перегрева мотора при длительной работе. Погруженный в воду насос охлаждается как наружной водой извне, так и прокачиваемой изнутри. Необходимость консервации на зиму для летнего варианта водопровода. На зиму достаточно слить воду из системы. Работа сопровождается шумом. Бесшумны.
Таким образом, для подъема воды из колодца проще использовать поверхностный насос или насосную станцию, а из скважины — погружной роторный либо центробежный.
Пример расчета
Основные необходимые данные для выбора подходящей модели поверхностного насоса для водоснабжения дома:
- Максимальное значение расхода жидкости в л/мин или м³/ч.
- Высота всасывания — разность уровней впускного патрубка насоса и поверхности воды в источнике.
- Высота нагнетания — разность уровней наивысшей точки трубопровода и выпускного патрубка насоса.
- Начальное давление, для безнапорной скважины или колодца равное атмосферному.
- Конечное — требуемое давление в домашней системе водопровода.
- Потери давления в трубопроводах зависят от расхода жидкости и качества поверхностей внутренних стенок трубопроводов, создающих трение ее движению.
Высота всасывания гидронасосов поверхностного типа не может превышать 10,33 м — высоты водяного столба, создающего равное атмосферному давление.
Для упрощения расчетов ее округляют до 10 м, а создаваемое давление приравнивают одной технической атмосфере, 1 ат = 1 кГс/см², или примерно 1 бару ~ 0,98 ат.
Высота нагнетания, или напор, определяется техническими параметрами и мощностью агрегата.
Часто значение напора путают с давлением, называя одно другим. Эти величины эквивалентны, но в точности не равны друг другу. Давление на выходе насоса зависит только от его технических характеристик, а напор — от совокупности внешних условий: скорости потока и расхода жидкости, ее температуры, высоты над уровнем моря и пр.
При расчете все величины давлений системы в паскалях, барах, атмосферах и других единицах приводят к эквивалентным значениям напора в метрах.
Приведем пример, приняв геодезический уровень размещения насосной станции за нулевой:
- Расход жидкости, обеспечиваемый гидронасосом — 40 м³/ч. Это вполне достаточное значение потребления для нужд домашнего хозяйства.
- Уровень воды в колодце ниже нулевого на 4 м.
- Верхняя точка подъема воды на 15 м выше его.
- Суммарные потери во впускном и выходном трубопроводах можно найти в таблицах для конкретного типа труб, но обычно их рассчитывают исходя из того, что на каждых 10 м трубопровода теряется 1 м напора, потому примем их равными (15 м + 4 м) / 10 = 1,9 м.
- Конечное давление в верхней точке примем равным 1 бару ~ 9,87 м.
Суммарный напор гидронасоса будет равен:
4 м + 15 м + 1,9 + 9,87 = 30, 77 м.
Если водонасосная станция устанавливается не в расположенном рядом с колодцем кессоне, а в доме, следует также учесть потери напора на длине подводящего трубопровода.
Для каждого насоса существует эксплуатационная характеристика, показывающая падение напора в зависимости от расхода и имеющая примерно такой вид:
Выбирая конкретную модель насоса, следует сообразовывать расчетные величины параметров с паспортными значениями для выбранного экземпляра агрегата в требуемой рабочей точке.
Гидравлическую мощность насоса можно найти по эмпирической формуле:
Р (Вт) = 2,725 x Расход (м³/ч) x Напор (м).
Для нашего примера получим: 2,725 x 40 x 30,77 = 3,354 кВт.
Подробнее о расчете и подборе насоса для водоснабжения загородного дома смотрите в этом видео:
Включение в систему водоснабжения
Как говорилось выше, более других удобны в установке и эксплуатации готовые насосные станции, технические характеристики которых пригодны для водообеспечения небольшого дома на семью из 2~3 человек или дачи.
Подключение их сводится к нескольким простым шагам:
- Выбор места размещения.
- Подготовка надежного основания.
- Подведение необходимых трубопроводов.
- Всасывающую трубу, опускаемую в колодец, необходимо оборудовать сетчатым фильтром и обратным клапаном. Опустить ее следует на глубину не выше 1 м от поверхности воды.
- Подключение электрической сети и защитного заземления.
Внимание! Все водяные электронасосные агрегаты должны иметь защитное заземление или зануление, без которых их эксплуатация недопустима. Подключение их к силовому электрощиту необходимо производить через УЗО и автомат максимального тока.
Слабые места насосных станций и основные поломки
Выпускающиеся промышленностью насосные станции, или так называемые самовсасывающие насосы, привлекают:
- доступной ценой, меньшей, чем при отдельном приобретении всех комплектующих;
- компактными размерами;
- удобством установки и обслуживания;
- готовностью к эксплуатации сразу после приобретения.
Однако в их использовании имеются и недостатки:
- Ограниченная 7~8‑ю метрами высота всасывания. Ее можно увеличить на пару метров, расположив агрегат в заглубленном кессоне рядом с колодцем.
- Необходимость оборудования специального утепленного звукоизолированного помещения.
- Небольшая емкость гидроаккумулятора 20~50 л.
- Шум при работе.
Неисправности насосных станций могут быть вызваны следующими причинами:
- Внезапное отключение электроэнергии часто сопровождается гидроударом, способным нанести непоправимые повреждения.
- Загрязненность и низкое качество воды приводят к повышенному износу лопаток центробежного гидронасоса и заиливанию бака.
- Несоответствие условий эксплуатации техническим параметрам.
Например, одна из распространенных поломок связана с завышенным водопотреблением, когда частота включения/выключения станции значительно превышает паспортную. Это приводит к разрыву мембраны в баке‑гидроаккумуляторе.
Станция при этом не может создать требуемое давление в системе и частота включений еще больше увеличивается. Проверяется нажатием ниппеля на обратной стороне бака: если оттуда потекла вода — мембрана требует замены.
Еще одной распространенной неисправностью является поломка или неправильная регулировка реле давления, которая приводит к непрерывной работе станции без отключений.
Регулируется реле двумя пружинками разного размера. Большой устанавливают нижний порог, а маленькой — разницу между верхним и нижним.
Жители городских домов или квартир нечасто задумываются о том, что, подходя к крану на кухне либо в ванной и просто открывая его, они включают в работу отточенную для ее создания столетиями научных открытий, изобретений и инженерных решений огромную и сложную систему добычи водных ресурсов, их доставки и распределения.
Те же, кому приходится создавать для своего жилища такую систему в миниатюре, по‑настоящему дорожат ценностью этого поистине незаменимого источника жизни — воды.
