Як легко розрахувати напір і продуктивність насоса

Швидкий та зручний підбір насоса онлайн

Спрощений розрахунок напору та продуктивності насоса

• створючий напір;

• продуктивність;

• потужність електродвигуна.

У даній статті ми зупинимося на спрощеному розрахунку напору і продуктивності.

Напір, створюваний насосом повинен складатися з трьох важливих значень:

1. При визначенні необхідного напору насоса потрібно пам'ятати, що 1 метр напору по вертикалі приблизно дорівнює 10 метрам напору по горизонталі (насправді на дане відношення впливає безліч факторів).

Якщо в характеристиках насоса написано, що максимальний напір при нульовій продуктивності досягає H_max = 48 метрів, то означає, що по вертикалі даний насос підніме воду на висоту 48 метрів або при нульовій висоті підйому він зможе доставити воду приблизно на 480 метрів по горизонталі (але при цьому вода буде витікати слабким струменем).

Наприклад, ви встановлюєте насос в підвалі будинку або гаража, що знаходиться на 3 метри нижче рівня землі. До входу системи водопостачання в одноповерховий будинок, куди подається вода - 20 метрів. Значить, Вам необхідний насос з напором понад 5-ти метрів при певній продуктивності:

H_max = 3 + 20/10 = 5 метрів.

Але для нормальної роботи системи водопостачання Вам потрібен насос з певними напором і продуктивністю.

Ви запитаєте: «Чому при певній продуктивності?»

Відповідь: «Вам потрібно, щоб вода зі шлангу або крану не капала (а на насосі вказано максимальний напір при нульовій продуктивності, або навпаки), а витікала з продуктивністю, достатньою для видалення води з ємності. Для побутових цілей продуктивності насоса вистачить, якщо максимальний напір, створюваний насосом (вказано в характеристиках насоса) перевищує розрахунковий на 3 метри. В даному випадку 8 метрів. Знову-таки, не варто забувати, що в ряді випадків необхідний запас по напору, який визначає продуктивність насоса, тобто напір повинен бути істотно більше.

Більш точні розрахунки напору і продуктивності насоса в залежності від складності системи трубопроводів, дальності переміщення води і висоти підйому визначається за спеціальними діаграмами, таблицями або для складних умов роботи системи водопостачання виробляються складні розрахунки, в яких з певним ступенем похибки враховуються всі параметри і характеристики системи.

2. Тиск, що рекомендується (необхідне) в точці споживання, як правило, для всіх споживачів побутового призначення, має бути от 1,5 до 3,0 бар (bar), що відповідає натиску от 15-ти до 30-ти метрів H_потр = (15 ... 30) м.

3. Розрахунковий напір насоса до основних точок споживання (наприклад, до входу системи водопостачання в одноповерховий будинок):

Н_розр = H_гео + H_потр + H_пот

Де: Н_розр — розрахунковий напір, створюваний насосом, м;

H_гео — геодезична висота підйому води (відстань по вертикалі від місця установки насоса до найбільш високорозташованого споживача), м.

H_потр — натиск, який необхідно створити в самій віддаленій точці та високо розташованої точки споживання, м.

H_пот — сумарний гідравлічний опір по всій довжині L_тр всмоктуючого та нагнітального трубопроводів (сумарні втрати напору).**

*Висота всмоктування

Чим вище температура води, тим менше висота всмоктування, і практично при + 65-ти градусах Цельсія (°С) забір води стає неможливий.

Зазвичай геометрична висота всмоктування для відцентрових насосів складає не більше 5-ти, 7-ми метрів і лише для деяких типів насосів вона доходить до 9-ми метрів.

Для вкрай приблизних і спрощених розрахунків найчастіше досить приймати, що для горизонтальної ділянки трубопроводу довжиною 100 метрів різниця між напором на вході і виході з урахуванням втрат напору умовно приймаємо зниження напору на 10 м, що відповідає падінню тиску близько 1 бар (bar). 

Спрощений приклад розрахунку на рівні «двох пальців» (за основу взятий заглибний насос).

а) Наведемо приклад або задачу:

Довжина труби 25 метрів у висоту (від динамічного рівня води до далекої точки споживання). Який нам потрібен натиск насоса, щоб вода досягла точки споживання?

Рішення дуже просте - нам потрібен натиск, рівний висоті від динамічного рівня води до точки споживання, тобто 25 метрів!

Зверніть увагу! У задачі вказано, що вода повинна досягти точки споживання, а не литися з труби фонтаном.

б) Якщо Ви хочете зрозуміти: «Як знайти величину напору, щоб на виході в точці споживання вода виходила фонтаном?» - вирішимо наступну задачу.

Відстань від рівня води до точки споживання становить 35 метрів у висоту. Який нам потрібен натиск насоса, щоб вода виходила з труби фонтаном або як мінімум перевищила висоту точки споживання? Рішення теж дуже просте! Необхідно, щоб у насоса висота напору була вище 35 метрів!

Але нам необхідно розрахувати напір, достатній для системи водопостачання, щоб на виході з останньої точки споживання створювався мінімальний стандартний напір по водоспоживанню.

Задача: Довжина труби по вертикалі від рівня води до точки споживання 35 метрів. Який нам потрібен натиск насоса, щоб на виході труби (або іншими словами в точці споживання) створити напір, рівний 30 метрам?

Рішення: Необхідно, щоб у насоса був натиск, рівний 65 метрам! Ця цифра отримана шляхом додавання двох даних: 35 м (довжина труби по вертикалі від рівня води до точки споживання) + 30 м (стандартний, рекомендований в точці споживання натиск - детальніше зазначено вище) = 65 метрів.

4. Втрати створюваного напору — втрати напору, зниження тиску між входом і виходом елемента конструкції гідросистеми, до яких відносяться трубопроводи, арматура, електронасоси, елементи керуючої автоматики і т.д.

Втрати напору, що створюється насосом при перекачуванні рідини, залежать від:

• матеріалу, з якого виготовлені елементи трубопроводів;
• геометричних характеристик трубопроводів (довжини, діаметрів, кутів вигинів використовуваних перехідників, відводів і т.д.);
• наявності клапанів, фільтрів (як грубого, так і тонкого очищення), вигинів, пристосувань та інших допоміжних пристроїв;

• фактичного технічного стану гідросистеми, в тому числі ступеня шорсткості внутрішніх поверхонь;

• в'язкості рідини.

Втрати створюваного напору можна приблизно розрахувати за таблицями, в яких вказуються значення зменшення напору, вираженого в метрах водяного стовпа.

З врахуванням того, що:

10 м.в.ст. (10 метрів водяного стовпа) = 1 бар (bar) = 100000 Па (Pa)= 100 кПа (kPa)

Потрібно при будь-яких розрахунках привести всі величини до одних одиниць вимірювання.

Приклад розрахунку втрат створюваного напору (h_п).

Помітно знизився (зменшився) тиск в системі водопостачання - спробуємо знайти причину - обгрунтуємо необхідність заміни труб, елементів трубопроводу або існуючого насоса, а потім змінимо внутрішній діаметр (отже, збільшимо перетин труби) і тип матеріалу, з якого виготовлені труби системи водопостачання, або існуючий насос.

Початкові дані:

1) Система водопостачання була змонтована із сталевих оцинкованих труб з внутрішнім діаметром d₁ = 25 мм.

2) Для перекачування рідини в системі водопостачання застосовуються умовні  поверхневі насоси Aquatica з продуктивністю Q = 4,0 м³/ч.

3) Загальна довжина трубопроводів становить L = 100 м.

4) Для наочності та спрощення прикладу не беремо до уваги кількість і кути вигинів використовуваних перехідників, відводів - вважаємо тільки втрати напору по довжині прямого трубопроводу (що має мало спільного з реальним життям, так як в дійсності будь-яка система водопостачання складається з різноманітних вигинів, перехідників, штуцерів , різних елементів запірної арматури, в тому числі кранів, вентилів; про дійсний стан внутрішніх стінок сталевих труб після певного терміну ми навмисне умовчуємо!).

Питання:

На скільки зміниться створюваний напір, якщо при реконструкції системи водопостачання замість демонтованих сталевих труб будуть використовуватися труби з ПХВ з внутрішнім діаметром

d₂ = 38 мм?

Рішення:

1) За нижче наведеній таблиці втрат напору визначаємо втрату напору при довжині L = 100 м трубопроводу і продуктивності Q = 4,0 м³/ч для труб з ПВХ з внутрішнім діаметром d₁ = 25 мм.

Втрати напору складають h₁ = 21,5 м (м.в.ст.), що відповідає зменшенню тиску на величину:

∆P₁ = 2,15 бар (bar).

2) Внизу таблиці в примітці зазначено, що отримане значення втрат тиску для сталевих оцинкованих труб потрібно помножити на поправочний коефіцієнт k = 1,5. В результаті отримаємо значення втрат тиску:

h₂ = 21,5 м × 1,5 = 32,25 м (м.в.ст.), що приблизно відповідає зменшенню тиску на величину: ∆P₂ = 3,23 бар (bar). (Це результат на умовному трубопроводі довжиною 100 метрів!)

3) По таблиці втрат для труб з ПВХ діаметром d₂ = 38 мм та довжиною L = 100 м при продуктивності Q = 4,0 м³/ч визначимо втрати напору, рівні h₃ = 2,9 м.в.ст., що відповідає зменшенню тиску 0,29 бар (bar).

4) Після заміни сталевих оцинкованих труб з внутрішнім діаметром d₁ = 25 мм на труби з ПВХ з внутрішнім діаметром d₂ = 38 мм, при однаковій довжині трубопроводу L = 100 м та при тій же продуктивності Q = 4,0 м³/ч умовного насоса (за умовою завдання насос не змінювали!) отримали менші втрати напору та тиску:

h = h₂ — h₃ = 32,25 — 2,9 = 29,35 м (м.в.ст.); или ∆P = ∆P₂ — ∆P₁ = 3,23 — 0,29 = 2,94 бар (bar)

Висновок: поміняємо труби для системи водопостачання, а не насос (насос не "винен»)!

Таблиця розрахунку втрат напору (в метрах водяного стовпа) для труб з ПХВ і поліпропілену в залежності від продуктивності, довжини та діаметру трубопроводу. (Всі числові значення втрат напору, наведені в таблиці, є експериментально встановленими, так як не існує простих формул для розрахунку втрат!)

Таблиця розрахунку втрат напору (в метрах водяного стовпа) для сталевих труб при перекачуванні стічних вод в залежності від продуктивності, довжини і діаметру трубопроводу. (Всі числові значення втрат напору, наведені в таблиці, є експериментально встановленими, так як не існує простих формул для розрахунку втрат!)

Таблиця розрахунку втрат напору для сталевих труб при перекачуванні стічних вод, м (в метрах)

Примітка:

• для трубопроводів з пластика - результат множити на 0,8;
• для колін і кульових кранів - додати 2 метри фіктивної довжини для кожної деталі;
• для клапанів - додати 10 метрів фіктивної додаткової довжини.

Розрахунок продуктивності слід проводити за двома основними значеннями:

1. Витрати в точці споживання.

2. Втрати продуктивності по довжині трубопроводу від насоса до точки споживання.

Що стосується витрати споживання води, то тут прикладно є приблизний готовий цифровий стандарт.

Приблизна витрата води зі споживачів:

Приблизна витрата води зі споживачів:

• умивальник — 6 л/хв;
• туалет — 4 л/хв;
• посудомийна машина — 8 л/хв;
• душ — 10 л/хв;
• поливальний кран — 18 л/хв;
• пральна машина — 10 л/хв;
• бассейн — 15 л/хв;
• полив газонів і квітників потребує до 6 л/хв води на один м², витрата при цьому залежить також від способу зрошення та інтенсивності поливу;
• сауна або лазня потребує близько 16 л/хв.

 На практиці зазвичай вважається витрата з одного відкритого крана дорівнює 10 літрав/хвилина.

Візьмемо для прикладу змішувач у ванній. З досвіду для комфортного використання змішувача необхідно, щоб витрата води на виході приблизно дорівнював 15 літрам в хвилину. Цю величину і візьмемо для стандарту по підбору витрати в даній задачі.

Але ж у нас не одна точка водорозбору, тоді необхідно розрахувати загальний потік для всіх точок споживання. Відповідно витрата всіх точок споживання необхідно підсумовувати і знайти максимальний показник витрати.

Припустимо, у нас є дві ванни і кухня. І уявімо, наприклад, що в першій ванній працює душ, в другій - безпосередньо змішувач і пральна машина, на кухні відкритий кран і працює посудомийна машина.

Підсумовуємо витрати з усіх точок споживання 10 + 15 + 10 + 6 + 8 = 49 літров в хвилину — отримали наші витрати з п'яти основних споживачів.

Можем подбирать необходимую производительность насоса с учетом примерного расхода.

Важливо! При розрахунку максимальної продуктивності (об'ємної подачі) насоса або при установці насоса підвищення тиску необхідно брати запас не менше (40 ... 50)% від сумарного максимально можливого водоспоживання.

Важливо! При розрахунку фактичної продуктивності (об'ємної подачі) насоса необхідно враховувати, що всі споживачі в системі водопостачання ніколи не працюють одночасно, відповідно клієнт може взяти поправочний коефіцієнт (коефіцієнт запасу по продуктивності), рівним k _зап = 0,8 ... 0,9 = (80 ... 90)% від сумарного максимально можливого водоспоживання.