Потребляемая мощность насоса

 

                                                                                                                (7)

где  – КПД насоса;

N_n  = PQ – полезная мощность насоса, Вт                                            (8)

 

При использовании формулы (8) следует помнить о соотношении единиц измерения мощности, давления и расхода Вт = Па х м³ / с

                                                   Вт = МПа х см³ /с

 – потребляемая мощность, Вт                                                 (9)

7 Повторить вычисления величин: V₀ , Q и N для значения эксцентриситета ℓ₂  и сделать вывод о влиянии эксцентриситета на производительность и потребляемую мощность насоса.

 

Теоретические вопросы

Вариант	Вопросы
Вариант 1	Термодинамика. Рабочее тело. Параметры состояния рабочего тела. Нормальные физические условия. Приборы для измерения параметров состояния Насосы, их назначение, классификация, основные параметры и расчет
Вариант 2	Идеальные и реальные газы. Законы идеальных газов. Уравнение состояния идеального газа. Закон Авогадро. Уравнение Менделеева 2 Особенности эксплуатации гидроприводов
Вариант 3	Теплоемкость газов и газовых смесей, понятия и определения. Уравнение Майера. Определение средних теплоемкостей по формулам и таблицам. Вычисление количества тепла с помощью теплоемкостей 2 Гидродинамика. Основные понятия. Уравнение Бернулли. Режимы движения жидкости. Потери напора и давления
Вариант 4	Первое начало термодинамики, определение, аналитическое выражение. Внутренняя энергия. Внешняя работа газа, её определение по графику процесса в координатах «Р»-«V» Компрессоры, их назначение и классификация. Конструкция, привод и режимы работы поршневых компрессоров, их основные параметры и расчет. Эксплуатация поршневых компрессоров
Вариант 5	Термодинамические процессы газов, их классификация, уравнение, график, связь между параметрами, выражения для определения тепла, работы, изменения внутренней энергии 2 2 Гидравлический привод, назначение, классификация, основ ные элементы. Рабочие жидкости для гидроприводов, рекомендации по их выбору и применению в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей автотракторной техники и технологического оборудования для предприятий
Вариант 6	Политропный процесс газов. Основные термодинамические процессы как частные случаи политропного процесса Гидравлическая и пневматическая аппаратура управления и регулирования
Вариант 7	Понятие об энтропии. Диаграмма Т-S. Основные термодинамические процессы в координатах Т-S. Гидростатика. Силы, действующие на жидкость. Основной закон гидростатики и его практическое применение (гидростатические машины
Продолжение таблицы
Вариант 8	Второе начало термодинамики, физическая сущность и формулировка. Термодинамические циклы и их изображение в координатах Р-V. Термический КПД. Циклы Карно 2 Понятие об идеальной и реальной жидкости. Особые свойства жидкости. Приборы для измерения вязкости
Вариант 9	Истечение газов. Основные термины, основное уравнение истечения. Первое начало термодинамики для истока газа. Истечение через суживающееся сопло и диффузор, их применение в технике. Дросселирование газов Гидравлические двигатели, их назначение, классификация, конструкция и режимы работы
Вариант 10	Теплообмен. Виды теплообмена (теплопроводность, конвекция и излучение), их сущность, коэффициенты и Теплообменные аппараты Пневматический привод, применение, преимущества и недостатки. Рабочая среда пневмоприводов. Способы очистки и сушки воздуха. Основные элементы пневмопривода

 

4 ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

 

1 Гидравлика. Понятие идеальной и реальной жидкости. Физические свойства жидкости.

2 Вязкость и плотность жидкости, приборы для определения их.

3 Гидростатика. Основной закон гидростатики и его практическое применение.

4 Гидродинамика, режимы движения жидкости. Уравнение Бернулли.

5 Уравнение Бернулли, его физический и энергетический смысл.

6 Потери напора и давления при движении жидкости по трубопроводам.

7 Понятие о реальных и идеальных газах.

8 Параметры состояния газа. Нормальные физические условия.

9 Давление атмосферное, избыточное и разрежение. Приборы для измерения давления.

10 Абсолютная температура, удельный объем и плотность. Единицы измерения.

11 Газовые законы.

12 Уравнение состояния идеального газа. Физический смысл газовой постоянной. Закон Авогадро.

13 Уравнение Менделеева. Универсальная газовая постоянная.

14Газовые смеси.Парциальное давление. Закон Дальтона. Состав газовой смеси.

15 Теплоемкость газов, общие понятия, определение и типы.

16 Изобарная и изохорная теплоемкость. Уравнение Майера.

17 Внутренняя энергия. Внешняя работа газа, её определение по графику в коор­динатах Р – V.

18 Первое начало термодинамики, его определение и аналитическое выражение.

19 Понятие о термодинамических процессах, их классификация.

20 Изохорный процесс, уравнение, графики, изменение внутренней энергии, рабо­та, количество теплоты для процесса.

21 Изобарный процесс, уравнение, графики, изменение внутренней энергии, рабо­та, количество теплоты для процесса.

22 Изотермический процесс уравнение, графики, изменение внутренней энергии, работа, количество теплоты для процесса.

23 Адиабатный процесс, уравнение, графики, изменение внутренней энергии, ра­бота, количество теплоты для процесса.

24 Политропный процесс. Основные термодинамические процессы, как частные случаи политропного процесса.

25 Второе начало термодинамики, формулировка, физическая сущность.

26 Термодинамические циклы и изображение их в координатах Р – V.

27 Энтропия. Тепловая диаграмма Т – S. Основные термодинамические про­цессы в диаграмме Т – S.

28 Теплообмен, понятие, виды теплообмена.

29 Теплопроводность, сущность, закон Фурье, коэффициент теплопроводности. Теплопроводность плоской стенки.

30 Конвективный теплообмен, понятие, формула Ньютона, коэффициент теплоотдачи и методы его определения.

31 Теплообмен излучением, понятие, различные случаи теплообмена излучением. Расчетные уравнения теплообмена.

32 Сложный теплообмен, сущность, применение, уравнение теплоотдачи и теплового баланса.

33 Теплообменные аппараты, определение поверхности охлаждения (нагрева) теплообменного аппарата.

34 Гидравлический привод, состав, назначение, достоинства и недостатки, требования, предъявляемые к гидроприводу.

35 Рабочие жидкости гидроприводов, требования к ним. Выбор и применение.

36 Гидравлические машины, назначение, основные элементы, классификация.

37 Насосы, как источники потенциальной энергии, классификация, конструкция, привод.

38 Шестеренчатые насосы, конструкция, режим работы, основные параметры и расчет.

39 Лопастные насосы, конструкция, режим работы, основные параметры и расчет.

40 Пластинчатые насосы, конструкция, режим работы, основные параметры и расчет.

41 Поршневые насосы, конструкция, режим работы, основные параметры и расчет.

42 Гидравлический двигатель, как источник механической энергии, классификация, работа, применение.

43 Гидроцилиндры, назначение, конструкции, режим работы, основные параметры и расчет.

44 Гидромоторы, назначение, конструкция, режим работы, основные параметры и расчет.

45 Гидроаппаратура, назначение, классификация, принцип работы.

46 Регулирующая аппаратура гидроприводов, назначение, принцип работы, конструкция.

47 Направляющая (распределяющая) аппаратура гидроприводов, её назначение, конструкция, принцип работы.

48 Контрольно-измерительная аппаратура гидроприводов, её назначение, конструкция, принцип работы.

49 Вспомогательная аппаратура гидроприводов, назначение, принцип работы. Усилители. Соединительные элементы.

50 Понятие об эксплуатации гидроприводов.

51 Пневматический привод, область применения, достоинства и недостатки.

52 Воздух как рабочая среда пневматического привода. Способы очистки и сушки воздуха. Фильтры.

53 Компрессор как источник потенциальной энергии рабочего тела, классификация, конструкция, режим работы.

54 Пневматические исполнительные двигатели, их классификация, конструкция, работа.

55 Направляющая и регулирующая аппаратура пневмоприводов, назначение, принцип работы.

56 Контрольно-измерительная и вспомогательная аппаратура пневмоприводов, назначение, принцип работы.

57 Комбинированные приводы, их виды, достоинства и недостатки, область применения.

58 Расчет гидравлических приводов, общая последовательность расчета, выбор двигателей, гидроаппаратуры, насоса.

59 Расчет пневматических приводов.

60 Расчет пневмогидравлических приводов.

 

Литература

1 Егорушкин В.Е., Цеплович Б.И. Основы гидравлики и теплотехники – М: Машиностроение, 1981.

2 Столбов Л.С., Перова А.Д., Ложкин О.В. Основы гидравлики и гидропривод станков – М: Машиностроение, 1988.

3 Трифонов О.Н. Приводы автоматизированного оборудования –М.: Машиностроение, 1991.

 

 

studopedia.ru

 

Для вычисления индикаторной мощности воспользуемся индикаторной диаграммой.

Атмосферная линия, разделяющая диаграмму на две части, позволяет определить величину избыточных давлений p₁ и p₂, преодолеваемых поршнем насоса на ходах всасывания и нагнетания.

Работа поршня за ход всасывания равна произведению

силы, преодолеваемой поршнем p₁^.F_n, на путь (ход поршня) S:

.

Аналогично определяется работа поршня за ход подачи

.

Полная работа поршня за два хода равна:

.

Давление, подсчитанное по индикаторной диаграмме как сумма p₁+p₂, называется индикаторным давлением p_i.

Следовательно, работа поршня насоса простого действия за один оборот вала будет равна:

.

Из этого выражения найдём отношение площади индикаторной диаграммы. Следовательно, площадь индикаторной диаграммы равна работе поршня за два хода, отнесённой к единице его площади.

Тогда индикаторная мощность, потребляемая насосом, будет равна

Для насосов двойного действия или многоцилиндровых потребляемая мощность вычисляется как сумма внутренних мощностей, потребляемых отдельными цилиндрами.

Действительная мощность, подводимая от двигателя к валу насоса (мощность на валу насоса) больше индикаторной, т.к. часть её идёт на преодоление механического трения (поршня о цилиндр, трения в подшипниках кривошипно-шатунного механизма и др.)

Указанные потери характеризуются механическим к.п.д. насоса:

.

Тогда мощность на валу насоса будет равна:

Если имеется индикаторная диаграмма насоса, то при определённом механическом к.п.д., используя последнее уравнение, можно определить мощность на валу насоса.

Механический к.п.д. поршневых насосов обычно бывает в пределах: η_м = 0,9-0,95.

Индикаторная мощность, потребляемая насосом, больше полезной мощности, передаваемой потоку жидкости, т.е. часть мощности затрачивается в цилиндре на преодоление гидравлических сопротивлений, а также на восполнение потерь, вызываемых утечками через неплотности и клапаны.

Внутренним или индикаторным к.п.д. поршневого насоса называется отношение:

,

где N_n – полезная мощность.

Внутренний к.п.д. есть произведение гидравлического η_г и объёмного к.п.д. насоса η_о

Из приведённых формул следует:

или

Значения гидравлического к.п.д. насоса лежат в пределах η_г = 0,8-0,94; η_о = 0,9-0,95.

Общий (полный) к.п.д.

.

К.п.д. поршневых насосов определяется опытным путём.

 

Регулирование производительности. Характеристики поршневого насоса

 

Регулирование производительности

 

Как было показано выше, производительность поршневого насоса простого действия определяется уравнением:

Отсюда видно, что производительность поршневого насоса зависит от четырёх факторов: диаметра поршня D, хода поршня S, числа оборотов вала n и объёмного к.п.д. η_о. Изменение производительности теоретически можно достигнуть изменением одного из этих факторов или нескольких из них.

1) Практически же изменение D с целью регулирования производительности насоса с заданными геометрическими размерами невозможно.

2) Можно регулировать производительность насоса изменением к.п.д. η_о. Для этого нужно выполнить всасывающий или напорный клапан регулируемым и задерживать его посадку на седло. Этот способ регулирования производительности применяется крайне редко, т.к. он связан с понижением общего к.п.д. и экономически неэффективен.

3) Регулирование изменением хода поршня S применяется для малых насосов с кривошипно-шатунным приводом. В таких насосах в кривошипе имеется несколько отверстий, в которые можно переставлять палец кривошипа на определённое расстояние R от центра и иметь S = 2^.R, необходимое для получения заданной производительности.

В прямодействующих паровых насосах поршни приводятся в движение непосредственно от штоков паровых поршней; в этом случае ход поршня изменяют перестановкой парораспределительных органов.

4) Основным способом изменения производительности поршневых насосов с электроприводом является изменение числа оборотов n приводного двигателя или изменение передаточного числа устройств, установленных между валом насоса и валом двигателя. Этот способ регулирования производительности оправдан энергетически.

 

Характеристики

 

Основной характеристикой поршневого насоса является зависимость между производительностью и напором (давлением).

Рис. Теоретические и

действительные

характеристики

напора

 

Форма этой зависимости легко выявляется из формулы производительности

Формула показывает, что теоретическая производительность не зависит от напора. Это значит, что при заданных размерах насоса и заданном числе оборотов производительность постоянна и одинакова при всех напорах. Поэтому в системе Q-H характеристика H=f (Q) изобразиться (при n=n₁) прямой линией, параллельной оси ординат (см.рис.) Если изменим число оборотов насоса n₂>n₁, то его производительность пропорционально увеличится и характеристика заёмёт новое положение, соответствующее n₂. Аналогично получаются характеристики для числа оборотов n₃>n₂.

Таким образом, теоретические характеристики при переменном числе оборотов представляют семейство прямых линий, параллельных оси ординат. Действительные характеристики отличаются от теоретических, как это показано пунктирными линиями.

Указанное отклонение объясняется тем, что при повышении напора объёмный к.п.д. насоса уменьшается вследствие увеличения утечек.

Действительные характеристики насоса показывают, что при заданном числе оборотов поршневой насос может создавать различные напоры. При этом он будет потреблять различные мощности.

 

Совместная работа поршневого насоса и трубопровода

 

Задача по определению напора, создаваемого поршневым насосом, и полезной мощности его решается графически совместным построением напорных характеристик насоса и трубопровода. Это выполнено на рис. для четырёх значений чисел оборотов, причём

1) Напорные характеристики насоса имеют вид кривых, близких к вертикальным прямым (немного отклоняются влево). Зависимость потерь напора в трубопроводе при изменении подачи определяется по известной из гидравлики формуле:

,

где λ – коэффициент трения;

l – длина трубопровода;

d – эквивалентный диаметр трубопровода;

– скорость потока жидкости;

F – площадь поперечного сечения трубопровода;

Q – подача насоса.

Таким образом, потери напора в трубопроводе на преодоление трения зависят от подачи по закону квадратичной параболы.

Насос должен преодолеть не только сопротивление трубопровода, но и поднять жидкость на какую-то заданную статическую высоту H_ст. Поэтому зависимость напора насоса от производительности будет

или

иметь вид квадратичной параболы, отсекающей от оси ординат отрезок, равный H_ст. Т.о., при производительностях Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ насос создаёт напор, равный соответственно Н₁, Н₂, Н₃, Н₄.

2) Полезная мощность насоса для каждой производительности определяется выражением:

а) Если трубопровод обладает малым гидравлическим сопротивлением, когда насос преодолевает в основном статический напор H=H_ст=var, то как видно из последнего уравнения, характеристика полезной мощности N_п получается почти прямой линией.

б) При отсутствии статического напора H_ст=0, когда насос преодолевает только гидравлическое сопротивление трубопровода , пропорциональное квадрату расхода, как видно из последнего уравнения, характеристика полезной мощности является кубической параболой.

Мощность на валу насоса зависит от полезной мощности N_n и к.п.д. насоса. При увеличении числа оборотов изменяется и полезная мощность и к.п.д., что приводит к росту мощности на валу. Полный к.п.д. η насоса имеет максимальное значение при оптимальном числе оборотов. Отклонение числа оборотов от оптимального приводит к уменьшению общего к.п.д. Изменение к.п.д. при изменении числа оборотов может быть установлено только опытным путём. Когда определены опытные значения полного КПД насоса, то по полезной мощности строят характеристику изменения мощности на валу, которая показана на рис. пунктирной линией.

 

Допустимая высота всасывания

 

Анализируя работу поршневого насоса с кривошипно-шатунным механизмом, можно видеть, что наиболее низкое давление получается в самой верхней точке полости всасывания в тот момент, когда поршень изменяет направление движения (начинается всасывающий ход). В этот момент поршень движется с наибольшим ускорением и на величину давления в цилиндре оказывают существенное влияние силы инерции жидкости, движущейся безотрывно за поршнем.

Давление в цилиндре с учётом влияния сил инерции при всасывании определяется уравнением Бернулли

(1)

где p₀ – давление на поверхности всасываемой жидкости;

H_вс – расстояние по вертикали от поверхности всасываемой жидкости до верхней точки полости цилиндра;

h_вс – потери напора во всасывающем тракте;

p_ин – изменение давления, обусловленное инерцией неравномерно всасываемой жидкости.

Средняя скорость жидкости в сечении F_вс (м²) полости всасывания равна

Ускорение всасываемой жидкости

Но косинус угла наклона кривошипа равен

Тогда

Сила инерции неравномерно всасываемой жидкости

где L_вс – длина полости всасывания с неравномерным движением.

Очевидно, давление инерции

Подставив последнее уравнение в (1), получим

Наименьшее значение p_вс достигается при x_α=0 в начале хода всасывания.

Если давление в полости всасывания станет меньше давления насыщенного пара p_н.п. при данной температуре жидкости, то в жидкости образуются пузырьки пара, которые сливаются, образуя крупные пузыри. При этом может произойти отрыв жидкости от поршня, сопровождаемый гидравлическими ударами. Это явление очень вредно для насоса и трубопроводов (может привести к поломке) и называется кавитацией. Поэтому давление всасывания принимают обычно на 2000 больше, чем давление насыщения

.

Подставив это выражение в (1) при x=0, получим

 

Из этой формулы видно влияние различных факторов на допустимую высоту всасывания. Особое значение имеет число оборотов вала насоса, влияющее на допустимую высоту всасывания через инерционные силы и гидравлическое сопротивление полости всасывания.

Увеличение числа оборотов существенно понижает допустимую высоту всасывания поршневого насоса.

Допустимая высота всасывания при температуре воды 30˚С обычно не превышает 5-6 м.

 

<== предыдущая лекция	|	следующая лекция ==>
Регулирование производительности (подачи) поршневого компрессора	|	Темы для размышления.

helpiks.org

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 различного материала, 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.

mirhat.ru