Как рассчитать насос для скважины. Гидротехнический расчет электрического насоса для индивидуального водоснабжения. Слабые места насосных станций и основные поломки

Основными параметрами для выбора любого являются:

создаваемый напор;

производительность;

мощность электродвигателя.

В данной статье мы остановимся на упрощенном расчете напора и производительности.

Напор, создаваемый насосом должен складываться из трех важных значений:

1. При определении требуемого напора насоса нужно помнить, что 1 метр напора по вертикали примерно равен 10 метрам напора по горизонтали (на самом деле на данное отношение влияет множество факторов).

Если в характеристиках насоса написано, что максимальный напор при нулевой производительности достигает H max = 48 метров , то значит, что по вертикали данный насос поднимет воду на высоту 48 метров или при нулевой высоте подъема он сможет доставить воду примерно на 480 метров по горизонтали (но при этом вода будет вытекать слабой струйкой).

Например, вы устанавливаете насос в подвале дома или гаража, находящемся на 3 метра ниже уровня земли. До входа системы водоснабжения в одноэтажный дом, куда подается вода - 20 метров. Значит, Вам необходим насос с напором свыше 5-ти метров при определенной производительности:

H max = 3 + 20/10 = 5 метров .

Но для нормальной работы системы водоснабжения Вам нужен насос с определенными напором и производительностью.

Вы спросите: «Почему при определенной производительности?»

Ответ: «Вам нужно, чтобы вода из шланга или крана не капала (а на насосе указан максимальный напор при нулевой производительности, либо наоборот), а вытекала с производительностью, достаточной для удаления воды из емкости. Для бытовых целей производительности насоса хватит, если максимальный напор, создаваемый насосом (указан в характеристиках насоса) превышает расчетный на 3 метра. В данном случае 8 метров. Опять-таки, не стоит забывать, что в ряде случаев необходим запас по напору, определяющему производительность насоса, то есть напор должен быть существенно больше.

Более точные расчеты напора и производительности насоса в зависимости от сложности системы трубопроводов, дальности перемещения воды и высоты подъема определяется по специальным диаграммам, таблицам или для сложных условий работы системы водоснабжения производятся сложнейшие расчеты, в которых с определенной степенью погрешности учитываются все параметры и характеристики системы.

2. Давление, рекомендуемое (необходимое) в точке потребления, как правило, для всех потребителей бытового назначения, должно быть от 1,5 до 3,0 бар ( bar ) , что соответствует напору от 15-ти до 30-ти метров H потр = (15 ... 30) м.

3. Расчетный напор насоса до основных точек потребления (например, до входа системы водоснабжения в одноэтажный дом):

Н расч = H гео + H потр + H пот

Где: Н расч - расчетный напор, создаваемый насосом, м ;

H гео - геодезическая высота подъёма воды (расстояние по вертикали от места установки насоса до наиболее высокорасположенного потребителя), м .

H потр - напор, который необходимо создать в самой удаленной точке и высоко расположенной точке потребления, м .

H пот - суммарное гидравлическое сопротивление по всей длине L тр всасывающего и нагнетательного трубопроводов (суммарные потери напора).**

*Высота всасывания

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при + 65-ти градусах Цельсия (°С ) забор воды становится невозможен.

Обычно геометрическая высота всасывания для составляет не более 5-ти, 7-ми метров и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 9-ми метров.

**Точный расчет суммарных гидравлических потерь напора по всей длине L тр трубопроводов и элементах инсталляционной аппаратуры, элементах управляющей автоматики и т.д. крайне сложен – приходится учитывать очень большое количество факторов.

Для крайне приблизительных и упрощенных расчетов зачастую достаточно принимать, что для горизонтального участка трубопровода длиной 100 метров разница между напором на входе и выходе с учетом потерь напора условно принимаем снижение напора на 10 м, что соответствует падению давления около 1 бар ( bar ) .

Упрощенный пример расчета на уровне «двух пал ьцев» (за основу взят ).

а) Приведем пример или задачу:

Длина трубы 25 метров в высоту (от динамического уровня воды до дальней точки потребления). Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода достигла точки потребления?

Решение очень простое - нам нужен напор, равный высоте от динамического уровня воды до точки потребления , то есть 25 метров!

Обратите внимание! В задаче указано, что вода должна достигнуть точки потребления, а не литься из трубы фонтаном.

б) Если Вы хотите понять: «Как найти величину напора, чтобы на выходе в точке потребления вода выходила фонтаном?» - решим следующую задачу.

Расстояние от уровня воды до точки потребления составляет 35 метров в высоту. Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода выходила из трубы фонтаном или как минимум превысила высоту точки потребления? Решение тоже очень простое! Необходимо, чтобы у насоса высота напора была выше 35 метров!

Задача: Длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления 35 метров. Какой нам нужен напор насоса, чтобы на выходе трубы (или другими словами в точке потребления) создать напор, равный 30 метрам?

Решение: Необходимо, чтобы у насоса был напор, равный 65 метрам! Эта цифра получена путем сложения двух данных: 35 м (длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления) + 30 м (стандартный, рекомендованный в точке потребления напор – детальнее указано выше) = 65 метров .

4. Потери создаваемого напора - потери напора, снижение давления между входом и выходом элемента конструкции гидросистемы, к которым относятся трубопроводы, арматура, электронасосы, элементы управляющей автоматики и т.д.

Потери напора, создаваемого насосом при перекачивании жидкости, зависят от:

материала, из которого изготовлены элементы трубопроводов;

геометрических характеристик трубопроводов (длины, диаметров, углов изгибов используемых переходников, отводов и т.д.);

наличия клапанов, фильтров (как грубой, так и тонкой очистки), изгибов, приспособлений и других вспомогательных устройств;

фактического технического состояния гидросистемы, в том числе степени шероховатости внутренних поверхностей;

вязкости перекачиваемой жидкости.

Потери создаваемого напора можно приблизительно рассчитать по таблицам, в которых указываются значения уменьшения напора, выраженного в метрах водяного столба.

С учетом того, что:

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

Нужно при любых расчетах привести все величины к одним единицам измерений.

Пример расчета потерь создаваемого напора ( h п ) .

Заметно снизилось (уменьшилось) давление в системе водоснабжения - попробуем найти причину - обоснуем необходимость замены труб, элементов трубопровода или существующего насоса, а затем изменим внутренний диаметр (следовательно, увеличим сечение трубы) и тип материала, из которого изготовлены трубы системы водоснабжения, или существующий насос.

Исходные данные:

1) Система водоснабжения была смонтирована из стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d 1 = 25 мм .

2) Для перекачивания жидкости в системе водоснабжения применяется условный центробежный насос с производительностью Q = 4,0 м 3 /ч .

3) Общая длина трубопроводов составляет L = 100 м .

4) Для наглядности и упрощения примера не берём во внимание количество и углы изгибов используемых переходников, отводов - считаем только потери напора по длине прямого трубопровода (что имеет мало общего с реальной жизнью, так как в действительности любая система водоснабжения состоит из всевозможных изгибов, переходников, штуцеров, различных элементов запорной арматуры, в том числе кранов, вентилей; о действительном состоянии внутренних стенок стальных труб после определенного срока мы умышленно умалчиваем!).

Вопрос:

На сколько изменится создаваемый напор, если при реконструкции системы водоснабжения взамен демонтированных стальных труб будут использоваться трубы из ПХВ с внутренним диаметром

d 2 = 38 мм?

Решение:

1) По ниже приведенной таблице потерь напора определяем потерю напора при длине L = 100 м трубопровода и производительности Q = 4,0 м 3 /ч для труб из ПХВ с внутренним диаметром d 1 = 25 мм.

Потери напора составляют h 1 = 21,5 м ( м.в.ст.) , что соответствует уменьшению давления на величину:

∆ P 1 = 2,15 бар ( bar ).

2) Внизу таблицы в примечании указано, что полученное значение потерь давления для стальных оцинкованных труб нужно умножить на поправочный коэффициент k = 1,5. В результате получим значение потерь давления:

h 2 = 21,5 м × 1,5 = 32,25 м ( м.в.ст.) , что примерно соответствует уменьшению давления на величину: ∆ P 2 = 3,23 бар ( bar ). (Это результат на условном трубопроводе длиной 100 метров!)

3) По таблице потерь для труб из ПХВ диаметром d 2 = 38 мм и длиной L = 100 м при производительности Q = 4,0 м 3 /ч определим потери напора, равные h 3 = 2,9 м.в.ст., что соответствует уменьшению давления 0,29 бар ( bar ).

4) После замены стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d 1 = 25 мм на трубы из ПХВ с внутренним диаметром d 2 = 38 мм , при одинаковой длине трубопровода L = 100 м и при той же производительности Q = 4,0 м 3 /ч условного насоса (по условию задачи насос не меняли!) получили меньшие потери напора и давления:

h = h 2 - h 3 = 32,25 - 2,9 = 29,35 м (м.в.ст.) ; или ∆P = ∆P 2 - ∆P 1 = 3,23 - 0,29 = 2,94 бар (bar)

Вывод: поменяем трубы для системы водоснабжения, а не насос (насос не «виноват»)!

Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для труб из ПХВ и полипропилена в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)

Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для стальных труб при перекачивании сточных вод в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)

Расчет производительности следует производить по двум основным значениям:

1. Расход в точке потребления.

2. Потери производительности по длине трубопровода от насоса до точки потребления.

Что касается расхода потребления воды, то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт.

Примерный расход воды из потребителей:

умывальник - 6 л/мин;

туалет - 4 л/мин;

посудомоечная машина - 8 л/мин;

душ - 10 л/мин;

поливочный кран - 18 л/мин;

стиральная машина - 10 л/мин;

бассейн - 15 л/мин;

полив газонов и цветников требует до 6 л/мин воды на один м 2 , расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива;

сауна или баня потребует около 16 л/мин .

На практике обычно считается расход из одного открытого крана равен 10 литрам/минуту.

Возьмем для примера смеситель в ванной. По опыту для комфортного использования смесителя необходимо, чтобы расход воды на выходе примерно равнялся 15 литрам в минуту. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору расхода в данной задаче.

Но ведь у нас не одна точка водоразбора, тогда необходимо рассчитать общий поток для всех точек потребления. Соответственно расход всех точек потребления необходимо суммировать и найти максимальный показатель расхода.

Предположим, у нас имеется две ванны и кухня. И представим, к примеру, что в первой ванной работает душ, во второй - непосредственно смеситель и стиральная машина, на кухне открыт кран и работает посудомоечная машина.

Суммируем расходы из всех точек потребления 10 + 15 + 10 + 6 + 8 = 49 литров в минуту - получили наш расход из пяти основных потребителей.

Можем подбирать необходимую производительность насоса с учетом примерного расхода.

Важно! При расчете максимальной производительности (объемной подачи) насоса или при установке насоса повышения давления необходимо брать запас не менее (40 … 50) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Важно! При расчете фактической производительности (объемной подачи) насоса необходимо учитывать, что все потребители в системе водоснабжения никогда не работают одновременно, соответственно клиент может взять поправочный коэффициент (коэффициент запаса по производительности), равным k зап = 0,8 … 0,9 = (80 … 90) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Производительность центробежных насосов зависит от размеров рабочего колеса, скорости его вращения и напора жидкости. С увеличением напора жидкости производительность насоса уменьшается. При свободном выходе жидкости из нагнетательного патрубка насос работает с максимальной производительностью.

Рабочая характеристика насоса (рис. 24), получаемая практическим путем, позволяет определять его производительность при заданном напоре.

Режим работы насоса при оптимальном к.п.д. обычно указывается в паспортной характеристике насоса заводом-изготовителем.

Полный напор жидкости, создаваемый центробежным насосом, можно ориентировочно определить по формуле

где v - окружная скорость рабочего колеса, м/сек;

g - ускорение силы тяжести, м/сек 2 ;

n - число оборотов рабочего колеса в секунду;

R - радиус рабочего колеса, м.

Потребную мощность для работы центробежного насоса можно определить по формуле

где Q - производительность (подача) насоса, м 3 /ч;

Н - напор жидкости, м жидк. ст.;

р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ;

n - механический к.п.д. насоса. Для лопастных насосов n=0,10÷0,15, для дисковых n=0,25÷0,30.

Расчетное значение N увеличивают для запаса мощности на 10-15%.

Производительность поршневых насосов вычисляют по формуле

где F - площадь сечения цилиндра, м 2 ;

S - ход плунжера, м;

n - число оборотов кривошипа в минуту;

m - число цилиндров;

n об - объемный к.п.д. (n об =0,7÷0,75).

Мощность, потребляемую плунжерным насосом, можно определить по формуле

где V - объемная производительность насоса, м 3 /ч;

р - плотность жидкости, кг/м 3 ;

Н - высота подачи от уровня всасываемой жидкости до максимальной высоты нагнетательного трубопровода, м;

h - напор, необходимый для преодоления гидравлических сопротивлений в трубопроводе, м вод. ст.;

n М, - механический к.п.д. насоса.

Объемную производительность роторных насосов с внешним зацеплением определяют по формуле

где q - объем между двумя смежными зубьями шестерен, м 3 ;

z - число зубьев шестерен;

n - число оборотов шестерни в минуту;

n об - объемный к.п.д. (n об =0,7÷0,8).

Расчет насоса для скважины производится после изготовления скважины, получения паспорта на нее. Документация выдается специалистами компаний, в которых заказывается услуга. В ней указаны основные параметры скважины – подача, уровни зеркала, конструкция фильтра на забое. При заполнении паспорта скважины применяется профессиональное оборудование, многократно превосходящее бытовые насосы. Поэтому пользователь может смело выбирать любую модификацию поверхностного, погружного насоса в указанных пределах. В идеале производительность скважинного насоса должна быть на 5-10% меньше, чем аналогичный показатель источника водозабора. Рис. 1.

Рисунок 1. Схема источника водозабора.

Расчет в обязательном порядке учитывает характеристики:

количество сантехнических приборов;
схема их расположения;
суточная потребность семьи в жидкости;
классификация используемой системы водоподготовки.

Расчеты погружных моделей отличаются от вычислений для поверхностных насосов. Оптимальным вариантом скважинного насоса является винтовая, вихревая, центробежная модификация оборудования, допускающие 40 г/л либо 180 г/л примесей соответственно. Вибрационные насосы резко снижают бюджет водообеспечения коттеджа, однако имеют низкий ресурс, выходят из строя при обилии песка.

Производительность погружного насоса

Для расчета производительности насоса для скважины необходимо знать величину расхода. Этот показатель складывается из расхода жидкости в нескольких сантехнических приборах, используемых одновременно. Для удобства вычислений данные сведены в таблицу:

Расчет производится с поправочным коэффициентом 0,6-0,8, так как вероятность одновременного включения всех потребителей не превышает 60-80% соответственно. В нормативах СНиП присутствуют таблицы, облегчающие расчеты в нестандартных ситуациях (например, проживание семьи из двух человек в двухэтажном особняке с санузлами на каждом этаже). В них заложены значения, основанные на реальном эксплуатационном опыте. Например, если при сложении суммарного расхода по имеющимся сантехническим приборам получается 1 л/с, то в таблице этому значению соответствует реальное потребление 0,55 л/с. Для расчетного расхода 5 л/с, 10 л/с, 15 л/с практические значения составят 1,27 л/с, 1,78 л/с, 2,17 л/с соответственно.

Таким образом, добавляется поправочный коэффициент 3,6. В любом случае дебит насоса должен превышать потребность семьи в воде.

Пример для погружного насоса в коттедже

Расчет для частного коттеджа производится с учетом имеющихся сантехнических приборов:

унитаз – 0,1;
умывальник – 0,09;
кухонная мойка – 0,15;
водонагреватель – 0,1;
душ + смеситель – 0,09.

Общий расход в доме получится равным 0,53 л ежесекундно, затем к нему добавляется уличный поливочный кран (0,3 л/с), что составит 0,83 л/с. Данному значению в таблице соответствует реальная характеристика 0,48 л/с, которая после умножения на поправочный коэффициент дает 1,73 куба ежесекундно. Если в паспорте насоса указана производительность в л/ч, то расчеты на последнем этапе изменяются – значение из таблицы достаточно умножить на 3 600 секунд.

В конкретном примере расчета насоса производительность оборудования должна превышать показатель 1,73 куба ежечасно. Сравнив характеристики моделей ведущих производителей, получаем, что для данных эксплуатационных условий подойдут:

Рисунок 2. Модификации насоса

модель 45 Pedrollo 4SR – 2 м 3 /ч;
насос 80 Aquatica 96 – 2 м 3 /ч;
модификация 25Sprut 90QJD – 2 м 3 /ч;
варианты 63 Водолей НВП, 32 Водолей НВП – 1,8 м 3 /ч.

На этом выбор насоса не заканчивается, так как следующий параметр не менее важен для увеличения эксплуатационного ресурса. Рис. 2.

Напор погружного насоса

Скважинный насос находится внутри перекачиваемой жидкости. Поэтому для этих условий не учитывается разница высот между оборудованием, зеркалом воды. При выборе поверхностных модификаций (обычно, насосная станция) этот параметр присутствует в вычислениях в обязательном порядке.

Расчет насоса по напору производится сложением трех величин:

изливный напор – принимается 15-20 м;
потери в трубопроводе – данные сведены в таблицы;
перепад высот между сантехническими приборами, зеркалом воды.

Таблица потерь давления учитывает трение в трубах из , фитингах, запорной арматуре, клапанах. Учитывается скорость потока, на которую в большей степени влияет внутреннее сечение труб. Поэтому для вычислений потребуется схема внутренней разводки, наружного водопровода.

Пример расчета напора погружного насоса

В заданных условиях скважинный насос используется в следующей системе водообеспечения:

скважина – 35 м от поверхности;
уровни – динамический 15 м, статический 10 м;
дебит – 4 м 3 ежечасно;
удаление от коттеджа – 30 м;
высшая точка сантехнического прибора – 5 м (мансарда).

Схема установки скважинного насоса и графический расчет напора.

Согласно нормативам СНиП, СанПиН, скважину следует удалить от здания на 50 – 20 м, от септика автономной системы водоотведения на 15 м. на первом этапе определяется перепад высот:

Н 1 = отметка сантехприбора + динамический уровень = 5 + 15 = 20 м.

Для подсчета потерь напора необходимо рассмотреть схему водопровода:

от скважин до дома обычно используется 32 мм труба из полипропилена;
внутренняя разводка выполняется 25 мм трубой из этого же материала;
в схеме присутствует один вентиль, два тройника (полив + бытовая линия), три обратных клапана, один отвод 90 градусов;
согласно предыдущему расчету, производительность равна 1,73 куба, значение округляется до табличного 1,8 м 3 /ч;
потери составят 30 м, напор свободного излива принимается равным 20 м, перепад высот определен выше, составляет 20 м, таким образом, напор оборудования должен превышать 70 м.

Характеристики каждого насоса для скважины, рассмотренного на предыдущем этапе, удовлетворяют заданным условиям эксплуатации. Скважина оборудуется любым из них в соответствии с имеющимся бюджетом. Вычисления не будут полными без расчета гидроаккумулятора, необходимого для обеспечения запаса воды, увеличения ресурса насосного оборудования, сглаживания гидроударов внутри системы водообеспечения.

Мембранный бак для водоснабжения

Для бытовой скважины применяются гидроаккумуляторы различной конструкции, материалов, объемов. Для вычислений потребуются следующие данные:

Насосы для скважины могут быть погружные и поверхностные.

номинальная производительность оборудования – 60% от максимальной подачи насоса;
разница давлений – Р 1 – Р 2 (давление включения на 10% ниже максимального, указанного в паспорте, давление отключения на 10% выше минимального);
ежечасное число включений – обычно заявлено производителями 100;
давление включения;
коэффициент – 0,9 единиц.

Для получения объема мембранного бака необходимо:

сложить давление включения, единицу, разницу давлений;
умножить полученное число на 1000, номинальный расход;
разделить результат на 4, максимальное число ежечасных включений, разницу давлений, коэффициент.

Производители выпускают накопительные баки стандартных объемов, после вычисления необходимого объема гидроаккумулятора останется выбрать ближайший размер с 15% запасом. Колодец обычно используется в зимних/летних схемах водопровода жилищ сезонного, периодического проживания. При каждом отъезде хозяев система консервируется, вода сливается из контуров через спускную магистраль. Объема скважины для этого недостаточно, дополнительный заглубленный в землю резервуар увеличивает эксплуатационные расходы. Поэтому используется бюджетный вариант в виде колодца.

Поверхностные насосы являются самовсасывающими конструкциями, используются при небольших глубинах 8-12 м. Поднять воду из артезианской скважины 100-200 м можно лишь профессиональным оборудованием, которое для бюджета семьи слишком дорого. В них используются эжекторы, скважины удовлетворяют потребности целых коттеджных поселков.

Производительность поверхностного самовсасывающего оборудования вычисляется аналогично предыдущему случаю. При расчете напора учитывается взаимное расположение элементов водопровода:

насос может располагаться в цоколе, подсобном помещении нижнего этажа, в техподполье, кессоне на устье скважины;
гидроаккумулятор монтируют на любом уровне.

Вычисления аналогичны расчетам для погружных насосов , однако добавляется вычитание из напора Н б. Это значение потерь в зависимости от высоты бака – разница высот гидроаккумулятора, зеркала водозабора. Если взять вариант расчета для двухэтажного коттеджа со следующими характеристиками:

удаление источника от здания 20 м;
подъем воды с глубины 6 м трубой насоса;
зеркало водозабора на глубине 4 м;
общая глубина скважины 10 м;
расположение насоса в кессоне;
высота санузла 5 м.

Перепад высот составит 5 м. При схеме с двумя 90 градусными отводами, парой вентилей, тремя тройниками, тремя обратными клапанами , аналогичным сечением труб (25 мм внутренняя, 32 мм наружная) от насоса потребуется производительность 3 куба ежеминутно. Потери напора составят 37 м, напор излива 20 м, высота источника 6 м. Таким образом, для автономной системы водообеспечения потребуется насос с напором больше 70 м, что является редкостью у моделей большинства производителей. В данном случае рациональным решением будет использование погружной модификации после аналогичного расчета.

Для организации водоснабжения частного дома перед установкой насосного оборудования, в первую очередь необходимо рассчитать его параметры. При этом необходимо учитывать технические характеристики источника, расстояние до потребителя и объем водозабора. Домовладельцу, самостоятельно монтирующему линию водоснабжения в дом, нет необходимости производить расчет насоса для скважины по сложным формулам - для этого предназначены размещенные в сети онлайн-калькуляторы.

Рис. 1 Онлайн калькулятор для определения объема подачи – внешний вид

Их существенным недостатком является приблизительность полученных результатов - многие важные параметры, влияющие на окончательный результат, не фигурируют во вводных данных. Почти все онлайн-калькуляторы рассчитывают только один из параметров: высоту подъема, производительность или необходимое давление в магистрали, остальные данные приходится определять другими способами. Еще одной проблемой является выбор точного и достоверного калькулятора из множества вариантов, выложенных в сети. Поэтому наиболее правильным решением вопроса, как рассчитать насос для скважины, остается вычисление его параметров по формулам с помощью таблиц потерь и использование калькуляторов в качестве вспомогательного средства для проверки правильности расчетов.

Рис. 2 Онлайн - калькулятор для расчета насоса для водоснабжения

Что необходимо учитывать при расчете водяного электронасоса

Необходимость точного определения параметров насосного оборудования очень важна при обеспечении постоянного водоснабжения частного дома. Если производительность рассчитана неточно, водозаборные устройства будет выкачивать недостаточное количество воды - это потребует его замены и соответственно дополнительных расходов. К еще большим финансовым потерям может привести использование насосного оборудования с большим запасом по параметрам: помимо неоправданных расходов при покупке, в процессе эксплуатации электронасос будет работать с низкой эффективностью, потребляя неоправданно большое количество электроэнергии.

Рис. 3 Схема подключения погружного скважинного насоса

При расчете водяного электронасоса для системы водоснабжения необходимо учитывать следующие параметры водозаборной емкости и водопроводной магистрали.

Глубина водозаборного источника

Знать глубину скважинного или колодезного дна нужно при определении дебита источника, это важно с практической точки зрения - найденное расстояние от поверхности до дна позволит оптимально подобрать помпу с необходимой глубиной погружения и высотой подъема в данном диапазоне.

Рис. 4 Статический и динамический уровни

Статический уровень

Расстояние от водного зеркала источника до поверхности играет роль в установлении высоты подъема и глубины погружения помпы. Статический уровень определяется при отсутствии водозабора и нахождении источника в спокойном состоянии не менее часа или для более высокой точности - суток. Показатель имеет сезонную зависимость и падает в весенний паводок, поэтому следует определять его наиболее высокий уровень в сухую летнюю погоду.

Динамический уровень

Расстояние от водного зеркала до поверхности при работающем электронасосе - динамический уровень, он существенно отличается от статического в неглубоких низкодебитных абиссинских или песочных скважинах с малым напором. В артезианских источниках, где давление воды существенно выше и уравновешивается высоким столбом, динамический уровень при бытовых объемах забора обычно равен статическому.

Знание динамического уровня особенно важно при подборе глубины погружения электронасоса - в отключенном состоянии он будет испытывать нагрузку от столба жидкости высотой от глубины погружения под зеркало динамического уровня (1 - 2 м.) до поверхности статического уровня.

Объем потребления

Расчет производительности насоса зависит от количества проживающих людей и подключенных точек и рассчитывается по калькуляторам водозабора бытовой техникой и сантехническими приборами. Следует учитывать, что потребление не должно превышать дебит источника.

Рис.5 Таблица расхода воды бытовой сантехникой

Диаметр скважинных труб или колодца

Данный показатель в основном влияет на выбор модели помпы. В узких неглубоких абиссинских скважинах невозможно установить глубинный погружной электронасос, жидкость поднимают центробежными поверхностными агрегатами с опусканием в источник всасывающей водозаборной трубы. Стандартные погружные скважинные центробежные электронасосы имеют диаметр около 4-х дюймов и рассчитаны на погружение в скважинные отверстия диаметром не менее 100 мм., для некоторых высокопроизводительных погружных моделей с диаметром 6 дюймов требуются наличие скважинных труб шириной не менее 150 мм. Колодезные кольца должны иметь достаточную ширину для установки в них колодезного электронасоса с поверхностным поплавковым выключателем, располагающимся на водном зеркале до 300 мм. от центральной оси помпы.

Качество воды

Жидкость, которую электронасос поднимает на поверхность, имеет разное качество в зависимости от вида источника водозабора. У бюджетных абиссинских видов глубиной не более 8 м., вследствие малого веса и конструктивных особенностей , всасывающие отверстия располагаются в толще водоносного слоя. Скважина дает чистую воду, для ее забора можно использовать центробежные или вихревые виды электронасосов. Более глубокие песчаные скважины в силу значительной массы располагаются на песчаном или глиняном дне водоносного пласта. В зависимости от структуры дна, напора, расстояния входного отверстия напорной трубы, поднимаемая жидкость в песчаных скважинах имеет различную степень чистоты. Для забора из источников чистой воды или с незначительным содержанием примесей, используют глубинные центробежные электронасосы, более замутненную жидкость можно поднимать устройствами винтового принципа действия. Вибрационные модели в силу вредного воздействия на стенки обсадных труб, малой производительности , небольшого времени непрерывного всасывания и низкой эффективности не используются для обеспечения постоянного водоснабжения частного дома. При расчете мощности насоса калькулятор должен учитывать гидравлические потери в водяных фильтрах.

Обсадные трубы артезианских скважин устанавливаются на прочное известковое дно, поднимаемая вода в этом случае самая чистая с очень высоким содержанием железа, для забора можно использовать вихревые или центробежные электронасосы.

Расстояние от дома до источника

При расчетах необходимого напора переводят вертикальные метры в горизонтальные, это соотношение зависит от диаметра и материала трубопровода, влияющих на его гидравлическое сопротивление.

Давление в водопроводе

Электронасос должен не только доставить воду потребителю, но обеспечить в системе необходимое давление. Этот показатель влияет на силу водной струи в кране, и обеспечивает работу автоматики, настроенной на определенный диапазон. В первую очередь это относится к реле давления и холостого хода, при малом давлении автоматика не будет отключать электронасос, его избыточное значение помимо бытовых неудобств может привести к быстрому выходу из строя узлов водопроводной системы.

Расчет основных параметров водопроводной системы

Рис. 6 Потери в водопроводной системе в зависимости от диаметра труб

При выборе и расчете электрического скважинного насоса для водопровода необходимо, с учетом приведенных выше данных, правильно подобрать его следующие параметры.

Вид электронасоса по принципу действия. Как указывалось выше, скважинный насос выбирается по принципу работы индивидуально для каждого вида водозаборной емкости.

Глубина погружения . Значение в паспортных данных помпы не должно быть ниже разницы между динамическим и статическим уровнем.

Объем подачи . Расчет производительности проводят с учетом количества проживающих в доме людей, потребляющей воду бытовой техники (стиральной и посудомоечной машин) и точек забора. Учитываются душевые и ванные, унитазы, биде, мойки и раковины.

Часто требуется ухаживать за растениями на участке, поэтому водоснабжение должно учитывать расходы на полив. Рассчитать мощность и объем подачи можно с помощью таблиц или произведя расчеты калькулятором, суммировав все показатели.

Совсем не обязательно подсчитывать все точки забора воды в доме, чтобы определить мощность насоса, можно по таблицам определить потребление по суточным нормам, средний показатель при этом лежит в пределах 200 л. на одного человека.

Рис. 7 Суточные нормы потребления

Высота подъема . Основной параметр помпы, который подлежит точному расчету. Указанный в паспортных данных напор должен выполнять следующие функции:

Подъем жидкости из водозаборной емкости на высоту до поверхности с расстояния 1 - 2 м. ниже динамического уровня.
Горизонтальную подачу потребителю. При расчетах принимают 1 м. вертикального столба равным 10 м. горизонтальных пластиковых труб диаметром 1 дюйм. При снижении диаметра труб подача существенно падает, трубы меньшего диаметра редко используются в водопроводной системе. Невыгодно использовать и стальные трубы , гидравлическое сопротивление которых больше пластиковых и подача уменьшена в 0,7 раза.
Рабочее давление. Насосу необходимо обеспечивать давление для работы системы, стандартные значения которого 1,4 - 2,8 бар. (1 бар. приблизительно равен 1 атм. или 10 м. вертикального водного столба).

Рис. 8 Таблица гидравлических потерь

H тр – искомое значение для глубинного насоса.

H гео – высота подъема и длина горизонтального участка в вертикальных метрах водного столба.

H потерь – сумма потерь в водопроводной системе, устанавливается по таблицам или расчетами. Данные потери связаны с трением жидкости о поверхность труб, а также падением скорости в коленах и тройниках.

H своб – напор на создание рабочего давления в системе. Данное значение необходимо брать в диапазоне 15 – 30 м.

Расчет производительности и высоты подъема является основной задачей при выборе насосного оборудования. Первый параметр можно установить по нормам потребления на одного человека, при расчете напора суммируют длину вертикального участка, протяженность горизонтальной линии и давление в системе, переведенные в метры водного столба. Расчет мощности в этом случае не понадобится, она будет зависеть от производительности погружного электронасоса и высоты подъема жидкости.

Для подбора центробежного насоса используют графическую зависимость напора от подачи, которая индивидуальна для каждой модели и приводится в каталогах производителей.

Методика подбора центробежного насоса зависит от возложенных на него задач. Чтобы подобрать повысительный насос - задаются подачей и с оси абсцисс проводят перпендикуляр на кривую характеристики насоса, полученная рабочая точка определит напор при заданной подаче.

Циркуляционный насос подбирают, накладывая на характеристику насоса, гидравлическую характеристику циркуляционного кольца, отображающую зависимость потерь напора от протекающего расхода. Рабочая точка будет находиться в точке пересечения характеристик насоса и циркуляционного кольца.

Если заданным параметрам соответствует несколько моделей, выбирают менее мощный насос работающий в режиме с большим КПД. Подбирая центробежный насос для сети с изменяющимся расходом воды, лучше отдать предпочтение модели с более пологой напорной характеристикой и широким диапазоном подачи.

Шумовые характеристики, часто становятся преобладающим параметром при подборе насосов для установки в жилых домах . В таких случаях рекомендуется выбрать насос с электродвигателем меньшей мощности и частотой вращения не более 1500 оборотов в минуту.

Расчёт центробежного насоса

Расчёт центробежного насоса заключается в определении двух параметров, необходимых для работы системы - подачи и напора. В зависимости от схемы установки подход к вычислению заданных параметров должен быть различным.

Расчёт повысительного насоса для системы водоснабжения выполняется по нагрузке часа максимального водопотребления, а напор определяют разницей между заданным давлением на входе в систему водоснабжения и давлением на вводе водопровода.

Давление на вводе в систему водоснабжения равно сумме избыточного давления у верхней водоразборной точки, высоты водяного столба от насоса до верхней точки и потерь напора на участке от повысительного насоса до верхней точки. Избыточное давление у верхней водоразборной точки обычно принимают 5-10 м.вод.ст.

Расчёт подпиточного насоса для системы отопления выполняют исходя из максимально допустимого времени заполнения системы и её ёмкости. Время заполнения системы отопления обычно принимают не более 2 часов. Напор подпиточного насоса определяется разницей между давлением выключения насоса (система заполнена) и давлением в месте подключения подпиточной линии.

Расчёт циркуляционного насоса для системы отопления выполняют исходя из тепловой нагрузки и расчётного температурного графика. Подача насоса пропорциональна тепловой нагрузке и обратно пропорциональна расчётной разнице температур в подающем и обратном трубопроводе. Напор циркуляционного насоса определяется только гидравлическим сопротивлением системы отопления, который должен указываться в проекте.

Кавитация

Кавитацией называют образование в толще движущейся жидкости пузырьков пара при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков в толще где гидростатическое давление повышается.

В центробежных насосах кавитация образуется на входной кромке рабочего колеса, в месте с максимальной скоростью потока и минимальным гидростатическим давлением. Схлопывание пузырька пара происходит во время его полной конденсации, при этом в месте схлопывания возникает резкое увеличение давления до сотен атмосфер. Если в момент схлопывания пузырёк находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию метала. Поверхность метала подверженная кавитационной эрозии носит выщербленный характер.

Кавитация в насосе сопровождается резким шумом, треском, вибрацией и что особенно важно, падением напора, мощности, подачи и КПД. Материалов, имеющих абсолютную устойчивость против кавитационного разрушения не существует, поэтому работа насоса в кавитационном режиме не допускается.

Минимальное давление на входе в центробежный насос называют кавитационным запасом NPSH и указывается производителями насосов в техническом описании.

Разберем абсолютно достоверный пример из практики:

Имеем участок с одним одноэтажным домом и баней. Количество проживающих — 3 человека. В доме находится мойка, туалет, умывальник. В бане душ и еще один умывальник. Отдельная ветка для полива. Предусмотрен фильтр грубой очистки с ячейкой 200 мкм. Гидроаккумулятор стоит в подвале на уровне 1,5 метра ниже уровня пола 1 этажа. Необходим насос Водолей для колодца , дебит которого неизвестен.

Зеркало воды — 6 метров от поверхности земли
Общая глубина колодца — 9 метров.
Расстояние от колодца до дома (гидроаккумулятора) — 15 метров.
Расстояние от дома до бани — 8 метров.
На участке проложена пластиковая труба с внешним диаметром 25 мм (внутренний 20,5 мм).

Ввиду небольшого столба воды в колодце (всего 3 метра) устанавливаем насос на уровне 0,6 метров от дна (по паспорту насос Водолей допускает установку на уровне 0,4 метра от дна колодца, мы же делаем минимальный запас).

Если колодец давно не обслуживался и заилился, насос может подавать в этом случае мутную воду, и придется поднимать насос выше.

Расчет потребного расхода воды:

Потребный расход воды определяется как сумма производительности всех точек водоразбора, с учетом вероятности их одновременного использования.

Секундные нормы расхода воды сантехприборов:
Умывальник — 0,12 л/с
Унитаз — 0,1 л/с
Мойка — 0,12 л/с
Душ — 0,2 л/с
Поливочный кран — 0,3 л/с

Максимальная теоретическая потребность в воде (без полива) = 0,66 л/с (2 x 0,12 + 0,2 + 0,12 + 0,1), что соответствует 2,37 м³/ч.

На практике всеми сантехприборами пользоваться одновременно не могут. Коэффициент одновременного использования приборов для частного жилого дома с 3-мя жителями можно принять равным 0,7.

Данный коэффициент пригоден только для индивидуальных жилых домов. В многоквартирных домах и офисных помещениях потребный расход высчитывается по пиковым нагрузкам в часы или сутки наибольшего водопотребления, с учетом разных групп потребителей по гораздо более сложным формулам.

Q = 2,37 м³/ч x 0,7 = 1,65 м³/ч

В нашем случае это соответствует одновременному использованию душа, умывальника и мойки. Полив предполагается вести отдельной веткой (поливочный кран требует 1 м³/ч воды), но в нашем случае, даже во время полива, можно будет комфортно пользоваться умывальником, унитазом и мойкой. При включении еще и душа, напор безусловно снизится ниже расчетного, хотя при этом водой будут обеспечены все потребители, так как все насосы Водолей могут свободно работать в диапазоне до 3 м³/ч.

Отметим, что полученный расход около 1,6 м³/ч как раз и соответствует общеизвестному расходу воды для семьи из 2-3 человек.

Расчет потребного напора погружного насоса для колодца:

Потребный напор насоса Водолей складывается из общего геодезического напора, потерь давления в трубопроводах с учетом местных потерь и конечного требуемого давления в точках водоразбора.

Геодезический напор — (в нашем случае ) общий перепад высот от места установки насоса до места установки гироаккумулятора. С учетом того, что насос стоит на 0,6 метра выше дна колодца, а гидроаккумулятор расположен на 1,5 ниже поверхности земли геодезический напор составит:

L1 = (9-0,6) + (-1,5) = 6,9 метров

На самом деле, правильно следовало бы считать общий перепад высот от места нахождения самого верхнего потребителя до динамического уровня воды в колодце. Но по условию задачи, динамический уровень мы не знаем (а именно так и бывает в подавляющем большинстве случаев с колодцами), а разница по высоте между самым верхним потребителем (у нас все расположено на первом этаже) и гидроаккумулятором составляет всего 1,5 метра. Поэтому, мы ведем расчет не от динамического уровня воды в колодце, а от места установки насоса, допуская самый худший вариант, что вода может опуститься до этого уровня в процессе эксплуатации. Мы настаиваем, что для расчетов водоснабжения из подобных колодцев это допустимо. Тем более, что столб воды составляет всего 3 метра.

Потери напора в трубопроводах:

Общая протяженность труб от места установки насоса Водолей до гидроаккумулятора:

L тр = (9-0,6) + 15 = 23,4 метра

Воспользуемся таблицей потерь напора.

Потери напора в метрах, на 100 метров прямого участка трубопровода
Расход жидкости			Внешний диаметр пластикового трубопровода, мм
м³/ч	л/мин	л/с	25	32	40	50	63	75	90	110	125
0,6	10	0,16	1,8	0,66	0,27	0,085
0,9	15	0,25	4,0	1,14	0,6	0,18	0,63
1,2	20	0,33	6,4	2,2	0,9	0,28	0,11
1,5	25	0,42	10,0	3,5	1,4	0,43	0,17	0,074
1,8	30	0,50	13,0	4,6	1,9	0,57	0,22	0,092
2,1	35	0,58	16,0	6,0	2,0	0,7	0,27	0,12
2,4	40	0,67	22,0	7,5	3,3	0,93	0,35	0,16	0,063
3,0	50	0,83	37,0	11,0	4,8	1,4	0,5	0,22	0,09
3,6	60	1,00	43,0	15,0	6,5	1,9	0,7	0,32	0,13	0,05
4,2	70	1,12	50	18,0	8,0	2,5	0,83	0,38	0,17	0,068
4,8	80	1,33		25,0	10,5	3,0	1,2	0,5	0,22	0,084
5,4	90	1,5		30,0	12,0	3,5	1,3	0,57	0,26	0,092	0,05
6,0	100	1,67		39,0	16,0	4,6	1,8	0,73	0,3	0,12	0,07

Для трубы с внешним диаметром 25 мм, при расходе 1,65 м³/ч, потери составят 11,5 метров (для трубы длиной в 100 метров). Потери напора в нашем случае составят:

Н пот.дл = 0,234 x 11,5 = 2,7 метров

На участке от насоса до гидроаккумулятора будет четыре поворота трубопровода под углом 90°, две запорных задвижки, три тройника и один обратный клапан.

Для расчета местных потерь воспользуемся нижеприведенной таблицей.

Потери напора в коленах, задвижках, донных и обратных клапанах, в см
Скорость воды, м/с	Колено с углом, град					Задвижка	Обратный клапан	Тройник
Скорость воды, м/с	30	40	60	80	90	Задвижка	Обратный клапан	Тройник
0,4	0,43	0,52	0,71	1	1,2	0,23	31	16
0,5	0,67	0,81	1,1	1,6	1,9	0,37	32	16
0,6	0,97	1,2	1,6	2,3	2,8	0,52	32	17
0,7	1,35	1,65	2,2	3,2	3,9	0,7	32	17
0,8	1,7	2,1	2,8	4	4,8	0,95	33	18
0,9	2,2	2,7	3,6	5,2	6,2	1,2	34	18
1,0	2,7	3,3	4,5	6,4	7,6	1,4	35	19
1,5	6,0	7,3	10,0	14	17	3,3	40	24
2,0	11,0	14,0	18,0	26	31	5,8	48	30
2,5	17,0	21,0	28,0	40	48	9,1	58	39
3,0	25,0	30,0	41	60	70	13	71	50

В нашем случае скорость потока жидкости составит 1,4 м/с (V = Q / S x 3600, где Q = 1,65 м³/ч, S = (Π x d2) / 4 = 0,00032684 м², при внутреннем диаметре трубопровода d = 20,4 мм; паспортные данные нашего трубопровода).

Суммируем отдельные виды местных потерь:
4 x 16 (колена 90 град) + 2 x 3 (задвижки) + 3 x 23 (тройники) + 1 x 39 (обр. клапан) = 178 см = 1,78 метра

Итого общие потери напора составили:

Н пот = 5,5 м (2.7 метра потерь по длине трубы + 2,8 метра местных потерь).

Давление в точках водоразбора:

Подбор насоса для колодца будем вести на обеспечение расчетного давления в доме на уровне 2,5 бар (при работе насоса). При этом на любом режиме работы давление в доме и бане не должно падать ниже 2,0 бар (обеспечивается установками реле давления).

Почему именно 2,5 бар? Это среднее расчетное значение для комфортного водопользования. Например, в городской квартире среднее давление в сети холодной воды составляет около 2,0-3,5 бар (в зависимости от места расположения).

Потери напора на участке от гидроаккумулятора до потребителей в доме будут следующими:
1,5 м — перепад высот между уровнем установки гидроаккумулятора и потребителями (по условию задачи).
2,5 м — потери давления на фильтре грубой очистки; его паспортные данные.
1 м — прочие потери по длине трубы и местные потери (точный расчет вести нецелесообразно ввиду минимальных расстояний трубопровода и простой геометрии).

Итого, потери на участке от гидроаккумулятора до потребителей на первом этаже дома составят:

Н пот.д = 1,5 м +2,5 м +1 м = 5 м (0,5 бар)

Таким образом для обеспечения давления в доме на уровне 2,5 бар, давление в гидроаккумуляторе должно быть на 0,5 бар выше, т.е должно составлять 3,0 бар.

Давление в бане будет ниже давления в гидроаккумуляторе на величину потерь по длине трубы от дома до бани + величина местных потерь + 1,5 метра (перепад высот между местом установки гидроаккумулятора и потребителями в бане). Потерями по длине трубы и местными потерями можно пренебречь ввиду малой протяженности труб, небольшого расхода жидкости (в бане всего две точки водоразбора) и простой геометрии. Падение давления на 2,5-3 метра (0,25-0,3 бар) не столь существенно и на комфорт пользования водой не повлияет. При другой геометрии участка (например, при отдаленности бани от дома на уровне 30-40 метров) необходимо было бы это учесть в общем расчете и компенсировать увеличением давления в гидроаккумуляторе.

Настройки реле давления можно назначить уже на этом этапе расчета,приняв среднее давление в гидроаккумуляторе на уровне полученных выше 3,0 бар, настроим реле давление следующим образом:

Включение насоса — 2,5 бар.
Выключение насоса — 3,5 бар.
Давление воздуха в гидроаккумуляторе — 2,3 бар.

Остановимся здесь немного подробнее. Давление воздуха должно быть ниже давления включения насоса примерно на 5-10%. Это общее правило для настройки давления воздуха в гидроаккумуляторах любого производителя. Это значение необходимо регулярно контролировать, например один раз в три месяца, и при изменениях, приводить в норму. Это напрямую скажется на ресурсе работы мембраны гидроаккумулятора и даже насоса.

Общий потребный напор насоса Водолей при водоснабжении из колодца:

Н = 6,9 м (геодезический напор) + 5,5 м (потери напора на трение по длине трубы + местные потери)
+ 30 м (3 бар – среднее расчетное давление в гидроаккумуляторе) = 42,4 метра.

Т.е. наш насос должен обеспечивать Q = 1,65 м³/ч при H = 42,4 м.

Выбор конкретного погружного насоса для колодца:

Смотрим на гидравлическую характеристику насосов компании «Промэлектро» и выбираем насос Водолей БЦПЭ 0,5-40 У , который при расходе в 1,65 м³/ч обеспечивает 42 метра напора. Разница в напоре в 0,4 метра (42,4м - 42м) не играет в данном случае никакой роли, так как мы все значения по расходу и напору брали с запасом и погрешность расчетов сопоставима с этим значением. Рабочая точка находится близко к номинальному режиму работы, что очень хорошо (1,8 м³/ч — режим максимального КПД для всех насосов Водолей БЦПЭ 0,5). При этом насос имеет максимальный напор (при нулевом расходе) на уровне 60 метров, что гарантирует обеспечение расчетного давления выключения насоса, установленного нами на уровне 3,5 бар (35 м + 6,9 м +5,5 м = 47,4 м

Можно было бы, «как всегда еще с небольшим запасом», выбрать следующий в линейке насос Водолей БЦПЭ 0,5-50 У , но пришлось бы переплачивать как за сам насос, так и за большую потребляемую мощность (около 140 Вт), причем каждый день. А выбранный нами насос, обеспечивает все заданные гидравлические характеристики.

После запуска насоса замеряем расход на полив (который пущен отдельной веткой и подразумевает самый большой расход насоса), и с помощью задвижки, путем её прикрытия, регулируем расход насоса на уровне не более 1,0-1,2 м³/ч. Так как полив может занять продолжительное время, нужно соотносить этот расход с дебитом колодца который в большинстве случаев не превышает 0,8-1,2 м³/ч (а так как в нашем случае он вообще неизвестен, на начальном этапе эксплуатации за уровнем воды в колодце необходимо будет следить).

Надо отметить, что если бы в нашем случае общая протяженность труб была бы выше (например около 60-70 метров), или со временем планировалось бы установить серьезную систему очистки воды, которая могла бы вызвать дополнительные потери давления в 1-1,5 бар, то безусловно пришлось бы заранее это предусмотреть и выбрать более мощный насос (такой как Водолей БЦПЭ 0,5-50 У).

С другой стороны, для нашего колодца, установка меньшего насоса БЦПЭ 0,5-32 У вынудила бы менять настройки реле давления, так как этот насос не смог бы обеспечить напор в 47,4 метров (напор необходимый для выключения насоса – см. выше). Максимальный паспортный напор насоса Водолей БЦПЭ 0,5-32 У равен 47 метрам (это при номинальном значении питающего напряжения 220 В, что бывает далеко не всегда). Настройки реле пришлось бы менять: давление включение – 2,0 бар, давление выключение 3,0 бар. При таких установках, давление в бане в момент включения насоса падало бы ниже 1,5 бар, что на практике не всегда комфортно. Поэтому выбор насоса БЦПЭ 0,5-40 У для нашего колодца является оптимальным.

Не зная изначально правильного ответа, выбранный пример получился очень удачным, так как позволяет обратить внимание на различные нюансы при выборе погружного насоса для колодца, что гораздо важнее для покупателя, чем умение точно выбрать погружной насос самому. В конце концов, эту бесплатную процедуру надо доверить профессионалу, хотя бы с целью проверить самого себя.

Для организации водоснабжения частного дома перед установкой насосного оборудования, в первую очередь необходимо рассчитать его параметры. При этом необходимо учитывать технические характеристики источника, расстояние до потребителя и объем водозабора. Домовладельцу, самостоятельно монтирующему линию водоснабжения в дом, нет необходимости производить расчет насоса для скважины по сложным формулам — для этого предназначены размещенные в сети онлайн-калькуляторы.

Рис. 1 Онлайн калькулятор для определения объема подачи – внешний вид

Их существенным недостатком является приблизительность полученных результатов — многие важные параметры, влияющие на окончательный результат, не фигурируют во вводных данных. Почти все онлайн-калькуляторы рассчитывают только один из параметров: высоту подъема, производительность или необходимое давление в магистрали, остальные данные приходится определять другими способами. Еще одной проблемой является выбор точного и достоверного калькулятора из множества вариантов, выложенных в сети. Поэтому наиболее правильным решением вопроса, как рассчитать насос для скважины, остается вычисление его параметров по формулам с помощью таблиц потерь и использование калькуляторов в качестве вспомогательного средства для проверки правильности расчетов.

Рис. 2 Онлайн — калькулятор для расчета насоса для водоснабжения

Необходимость точного определения параметров насосного оборудования очень важна при обеспечении постоянного водоснабжения частного дома. Если производительность рассчитана неточно, водозаборные устройства будет выкачивать недостаточное количество воды — это потребует его замены и соответственно дополнительных расходов. К еще большим финансовым потерям может привести использование насосного оборудования с большим запасом по параметрам: помимо неоправданных расходов при покупке, в процессе эксплуатации электронасос будет работать с низкой эффективностью, потребляя неоправданно большое количество электроэнергии.

Рис. 3 Схема подключения погружного скважинного насоса

Глубина водозаборного источника

Знать глубину скважинного или колодезного дна нужно при определении дебита источника, это важно с практической точки зрения — найденное расстояние от поверхности до дна позволит оптимально подобрать помпу с необходимой глубиной погружения и высотой подъема в данном диапазоне.

Рис. 4 Статический и динамический уровни

Статический уровень

Расстояние от водного зеркала источника до поверхности играет роль в установлении высоты подъема и глубины погружения помпы. Статический уровень определяется при отсутствии водозабора и нахождении источника в спокойном состоянии не менее часа или для более высокой точности — суток. Показатель имеет сезонную зависимость и падает в весенний паводок, поэтому следует определять его наиболее высокий уровень в сухую летнюю погоду.

Динамический уровень

Расстояние от водного зеркала до поверхности при работающем электронасосе — динамический уровень, он существенно отличается от статического в неглубоких низкодебитных абиссинских или песочных скважинах с малым напором. В артезианских источниках, где давление воды существенно выше и уравновешивается высоким столбом, динамический уровень при бытовых объемах забора обычно равен статическому.

Знание динамического уровня особенно важно при подборе глубины погружения электронасоса — в отключенном состоянии он будет испытывать нагрузку от столба жидкости высотой от глубины погружения под зеркало динамического уровня (1 — 2 м.) до поверхности статического уровня.

Объем потребления

Рис.5 Таблица расхода воды бытовой сантехникой

Диаметр скважинных труб или колодца

Качество воды

Жидкость, которую электронасос поднимает на поверхность, имеет разное качество в зависимости от вида источника водозабора. У бюджетных абиссинских видов глубиной не более 8 м., вследствие малого веса и конструктивных особенностей, всасывающие отверстия располагаются в толще водоносного слоя. Скважина дает чистую воду, для ее забора можно использовать центробежные или вихревые виды электронасосов. Более глубокие песчаные скважины в силу значительной массы располагаются на песчаном или глиняном дне водоносного пласта. В зависимости от структуры дна, напора, расстояния входного отверстия напорной трубы, поднимаемая жидкость в песчаных скважинах имеет различную степень чистоты. Для забора из источников чистой воды или с незначительным содержанием примесей, используют глубинные центробежные электронасосы, более замутненную жидкость можно поднимать устройствами винтового принципа действия. Вибрационные модели в силу вредного воздействия на стенки обсадных труб, малой производительности, небольшого времени непрерывного всасывания и низкой эффективности не используются для обеспечения постоянного водоснабжения частного дома. При расчете мощности насоса калькулятор должен учитывать гидравлические потери в водяных фильтрах.

Расстояние от дома до источника

Давление в водопроводе

Расчет основных параметров водопроводной системы

Рис. 6 Потери в водопроводной системе в зависимости от диаметра труб

Совсем не обязательно подсчитывать все точки забора воды в доме, чтобы определить мощность насоса, можно по таблицам определить потребление по суточным нормам, средний показатель при этом лежит в пределах 200 л. на одного человека.

Рис. 7 Суточные нормы потребления

Подъем жидкости из водозаборной емкости на высоту до поверхности с расстояния 1 — 2 м. ниже динамического уровня.
Горизонтальную подачу потребителю. При расчетах принимают 1 м. вертикального столба равным 10 м. горизонтальных пластиковых труб диаметром 1 дюйм. При снижении диаметра труб подача существенно падает, трубы меньшего диаметра редко используются в водопроводной системе. Невыгодно использовать и стальные трубы, гидравлическое сопротивление которых больше пластиковых и подача уменьшена в 0,7 раза.
Рабочее давление. Насосу необходимо обеспечивать давление для работы системы, стандартные значения которого 1,4 — 2,8 бар. (1 бар. приблизительно равен 1 атм. или 10 м. вертикального водного столба).

Рис. 8 Таблица гидравлических потерь

H тр – искомое значение для глубинного насоса.

H гео – высота подъема и длина горизонтального участка в вертикальных метрах водного столба.

H своб – напор на создание рабочего давления в системе. Данное значение необходимо брать в диапазоне 15 – 30 м.

Причина не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не профессиональные проектировщики, а сами владельцы частных организаций. Например, «неспециалист» не может знать, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в рабочий диапазон. Как же избежать подобных ошибок при выборе насоса?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАСОСА

Во всех случаях для правильного выбора насоса, прежде всего, необходимо определить его рабочие параметры – расход Q и напор H . Требуемый расход воды определяется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта, с учетом вероятности их одновременного использования.
В упрощенном расчете можно пользоваться следующими нормами водопотребления для сантехнических приборов: умывальник – 60 л/ч; смывной бачок унитаза – 83 л/ч; кухонная мойка – 500 л/ч; ванная – 300 л/ч; поливочный кран – 1080 л/ч (полив газонов и цветников требует 3-6 м 3 воды на один квадратный метр, расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива); сауна или баня потребует около 1000 л/ч. Для расчета требуемого напора насоса используется следующая формула:

H тр = H гео + S + H своб

Где H гео – высота ввода трубопровода в здании относительно динамического уровня воды в скважине (численное выражение динамического уровня должно обязательно присутствовать в паспорте скважины); S – сумма потерь напора на трение в трубопроводе и местные сопротивления (арматура, фасонные детали, фильтры и т.д.); H своб – напор, который необходимо создать на вводе в здание, с расчетом обеспечения на самой удаленной и высоко расположенной водоразборной точке величины давления, равной 0,5 атм.

Параметры скважины принципиально важны для пользователя, так как используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины буровиками должны быть работы. Очевидно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины использовался насос заведомо меньшей мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта в соответствии запросам потребителя.
И хотя на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать сложно (это государственный документ, требующий множества разрешений и согласований), необходимо требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробные данные по скважине, в т.ч. осведомиться о мощности насоса, которым проводилась откачка воды при определении динамического уровня. Заключая договор на буровые работы, следует обращать внимание на наличие лицензии у подрядчика.

Только серьезные фирмы всегда по окончанию работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, где четко прописаны все упомянутые характеристики, а также диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и т.д. – вплоть до рекомендованной марки насоса и глубины его установки.

Параметры требуемых Q и H для дополнительного оборудования (джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, «дождевалки» и т.д.) указываются производителями. При установке водоочистных фильтров учитываются потери напора (обычно около 2 атм.) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.

ПРИМЕР РАСЧЕТА И ВЫБОРА НАСОСА

Исходные данные таковы:
Требуется обеспечить водоснабжение загородного участка с двухэтажным коттеджем (кухня, два санузла и душ с гидромассажем требуют расход 1 м 3 /ч и напора 4-5 атм.), гаражом, домом для обслуживающего персонала (содержит санузел), баней, бассейном на 45 м 3 , поливом территории, системой водоочистки.
На участке постоянно проживает семья из четырех человек и два человека из числа персонала. Для водоснабжения участка пробурена скважина глубиной 80 м; диаметр обсадной колонны – 150 мм; статический уровень – 46 м; динамический уровень – 50 м; расход, измеренный при откачке – 3,5 м 3 /ч.

Расчет выполняется так:
С учетом норм расхода воды (см. начало статьи) получаем суммарный расход и напор потребителей:

Q сум = 500 + 3 x (60 + 83 + 500) + 1000 + 1000 + 2 x 1060 = 6500 л/ч = 6,5 м 3 /ч,

H тр = 50 + 8 + 20 + 2 +30 = 110 м.

Ввиду нецелесообразности использовать все водоразборные точки сразу, можно определить требуемый расход как 5 м 3 /ч.,
Расчетным данным удовлетворяет, например, насос
Grundfos SP 5A (Q = 5м 3 /ч, H = 120 м).

Этим обеспечивается достаточный расход для кухни, одного санузла и полива. Подразумевается, что хозяева не будут одновременно с поливом территории из обоих кранов использовать баню и принимать ванную, мыться в душе и наполнять бассейн. Для обеспечения давления на поливочные установки и гидромассаж дешевле использовать отдельные насосы – это позволит не держать под высоким давлением весь водопровод и сделает работу погружного насоса более стабильной, а систему гибкой и независимой (с помощью дополнительного насоса всегда можно получить высокое давление в любой точке разбора). Бассейн будет наполняться ночью. При этом с помощью задвижки на оголовке следует «задросселировать» насос (создать дополнительное сопротивление), чтобы при работе по заполнению бассейна подача не превышала допустимой – 6,5 м 3 /ч.

ЕСЛИ МОЩНОСТЬ НАСОСА ЗАВЫШЕНА

Самостоятельный выбор насоса заказчиком, предъявляющим завышенные требования по расходу и напору, часто приводит к выбору насоса слишком большой мощности. В случае с рассмотренными выше исходными данными таким насосом может быть Grundfos SP 14A-25. Как уже говорилось, при установке модели завышенной мощности возможны осложнения.

Во-первых, поскольку при подобном выборе номинальная подача значительно превышает средние потребности по воде, насос будет работать в режиме частых включений/отключений. Фирмы-изготовители допускают до 30 включений насоса в час, но только в течение одного часа в сутки, при общем ограничении – 60 циклов за день. В любом случае частые включения негативно сказываются на ресурсе работы электродвигателя и пусковой автоматики. Для избегания этого потребуется установка мембранного бака большого объема.
Во-вторых, при завышенной мощности насоса, как следствие, будет завышено и давление воды на вводе в дом. В момент пуска такого насоса неминуемо будут возникать сильные гидравлические удары. Некоторая арматура может быть просто не рассчитана на такое давление (посудомоечные и стиральные машины, смесители), потребуется дополнительная установка редукторов давления для снижения напора. В третьих, во время наполнения бассейна насос будет работать на «открытую трубу», не создавая при этом давления.
В таких условиях наблюдается большой расход воды при минимальном давлении. Рабочая точка насоса смещается на кривой характеристики вправо, в область, не соответствующую рабочей зоне насоса. Мощность на валу будет максимальной и при длительной работе двигатель выйдет из строя.

Следствием применения насоса с завышенной мощностью будет общее удорожание всей системы, вызванное применением более мощной электротехнической аппаратуры, материалов и арматуры с большим допустимым рабочим давлением, увеличением диаметров трубопровода и скважины, а также удорожанием водоочистки. Если номинальная подача насоса превышает дебит скважины, необходима установка дополнительной защиты по «сухому ходу».
Дросселирование и настройка насоса приведут к перерасходу электроэнергии. Иначе говоря, при обеспечении возможности одновременного использования всех водоразборных точек посредством установки насоса завышенной мощности, стоимость системы водоснабжения возрастет. При этом реальное водопотребление будет значительно меньшим. Поэтому, хотя конечный выбор всегда останется за заказчиком, дешевле и правильнее выбирать насос с учетом реальных потребностей и при помощи специалистов.
Удовлетворить требования пользователя к системе водоснабжения при соблюдении правил ее монтажа и эксплуатации можно, избрав оптимальный в данной ситуации насос с пологой рабочей характеристикой.

Для системы водоснабжения из примера выше может быть выбран насос Grundfos SP 8A-25. В зоне возможных подач (от 4 до 8 м 3 /ч) у этой модели кривая зависимости напора от расхода имеет пологий вид, то есть при малых расходах воды не случится слишком большого повышения напора. В то же время некоторый допустимый запас при расчете водопотребления исключит возможность нехватки воды.

МОНТАЖ ПОГРУЖНОГО НАСОСА

В любом случае, какой бы насос не был выбран, при монтаже необходимо выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. При вводе в эксплуатацию следует замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения емкости известного объема, например, бочки), создаваемое давление (по показанию манометра на оголовке) и потребляемый при этом ток (замеряется токовыми щипцами).
Полученные характеристики сверяются с паспортными данными насоса по каталогу. При превышении рабочих параметров (запас мощности предусматривается, например, для последующей установки фильтров) необходимо прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установки правильной рабочей точки – середина характеристики Q(H).

Монтаж, как и выбор насоса, должны осуществлять подготовленные специалисты, а монтажная компания должна иметь лицензию.

ЗАЩИТА ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Еще до выбора и приобретения насоса необходимо получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Это особенно важно при выборе импортного насоса. Все поставляемое из-за рубежа оборудование соответствует в первую очередь промышленным нормам страны-производителя. Так, для немецких насосов допустимое отклонение напряжения в сети от номинала составляет -10...+6%.
Несмотря на встроенные защиты, насос не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, все возможные просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электродвигателя. Здесь следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов также от «неполнофазных» режимов работы. Не рекомендуется устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт может превышать номинальный в 4,4 раза!
Для стабилизации напряжения в пределах рабочего диапазона при таких скачках потребуется стабилизатор с пятикратным запасом мощности (точнее выбор проведут производители стабилизатора).

Иногда для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, чем корректную работу однофазного насоса. По статистике около 85% отказов происходит именно с электрической частью насоса. Основной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора вследствие перегрева из-за гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. И того и другого можно избежать, установив надлежащую токовую защиту.
Обычный пускатель с токовой защитой вполне справляется с этой задачей, однако некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. Итог такой халатности несложно подсчитать: придется заплатить за подъем насоса из скважины, его ремонт (цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Набежавшая сумма может запросто превысить стоимость нового насоса.

Словарь терминов

Напор – избыточное давление, создаваемое насосом.
Расход – объем воды перекачивающим насосом в единицу времени.
Рабочая точка – точка пересечения кривой характеристик насоса Q(H) с характеристикой сопротивления трубопровода SQ2, соответствующая действующим значениям напора и расхода при работе на конкретную систему водопровода.
Дросселирование – создание дополнительного сопротивления на напорном трубопроводе.
Рабочая характеристика – график зависимости рабочих параметров насоса – напора и расхода Q(H).
Мощность на валу – потребляемая насосом мощность.
Статический уровень – постоянный уровень воды в скважине.
Динамический уровень – уровень воды в скважине, устанавливающийся при откачке удельного расхода.
Дебит скважины – стабильный расход воды, обеспечиваемый скважиной.

Наша Фирма предлагает большой ассортимент бытовых и промышленных погружных насосов: для водоснабжения, полива и дренажа. С ассортиментом и техническими характеристиками Вы можете ознакомиться на странице сайта.