Производительность насоса как рассчитать

Производительность насоса (подача) – это количество вещества, перемещенного за единицу времени, измеряется в л/сек и м3/ч. Напор насоса, указывает на какую высоту поднимает столб воды этот насос.

Упрощенный расчет напора и производительности насоса

Основными параметрами для выбора любого типа и вида насоса 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 Hmax = 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:

Hmax = 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 Hпотр = (15 … 30) м.

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

Нрасч = Hгео + Hпотр + Hпот

Где: Нрасч —расчетный напор, создаваемый насосом, м;

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

Hпотр — напор, который необходимо создать в самой удаленной точке и высоко расположенной точке потребления, м.

Hпот—суммарное гидравлическое сопротивление по всей длине Lтр 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 центробежных насосов 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 Lтр 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 пальцев» (за основу взят погружной насос).

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!

Но нам необходимо рассчитать напор, достаточный для системы водоснабжения, чтобы на выходе из последней точки потребления создавался минимальный стандартный напор по водопотреблению.

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 (hп).

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 d1 = 25 мм.

2) Для перекачивания жидкости в системе водоснабжения применяется условный центробежный насос с производительностью Q = 4,0 м3/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

d2 = 38 мм?

Решение:

1) По ниже приведенной таблице потерь напора определяем потерю напора при длине L = 100 м трубопровода и производительности Q = 4,0 м3/ч для труб из ПХВ с внутренним диаметром d1 = 25 мм.

Потери напора составляют h1 = 21,5 м (м.в.ст.), что соответствует уменьшению давления на величину:

∆P1 = 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:

h2 = 21,5 м × 1,5 = 32,25 м (м.в.ст.), что примерно соответствует уменьшению давления на величину: ∆P2 = 3,23 бар (bar). (Это результат на условном трубопроводе длиной 100 метров!)

3) По таблице потерь для труб из ПХВ диаметром d2 = 38 мм и длиной L = 100 м при производительности Q = 4,0 м3/ч определим потери напора, равные h3 = 2,9 м.в.ст., что соответствует уменьшению давления 0,29 бар (bar).

4) После замены стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d1 = 25 мм на трубы из ПХВ с внутренним диаметром d2 = 38 мм, при одинаковой длине трубопровода L = 100 м и при той же производительности Q = 4,0 м3/ч условного насоса (по условию задачи насос не меняли!) получили меньшие потери напора и давления:

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

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 м2, 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 kзап = 0,8 … 0,9 = (80 … 90) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Водопровод

Кроме методики расчета обычным способом приведем и несколько примеров работы с онлайн-калькуляторами.

В начале рассмотрим системы подачи холодной воды, то есть обычный водопровод, затем затронем и горячее водоснабжение (сокращенно ГВС). Причем рассказывать будем не о выборе мощных насосов, которые устанавливаются на станциях водопроводной сети — наша статья о водоснабжении небольших домов и коттеджей.

Если дом подключен к центральному водопроводу, то в большинстве случаев нужное давление создается на станциях водоканала или водонапорными башнями. Поэтому насосы в этом случае, как правило, не нужны. Исключение — дома повышенной этажности, где нормальный напор от водопровода не позволяет подать воду на самые верхние этажи — там ставят повысительные насосы.

Интересный факт. Столбы воды высотой 10 метров создает давление в одну атмосферу (0,1МПа), поэтому разница напора на первом и третьем этажах примерно на эту величину. Если взять к примеру самое высокое здание мира «Бурж Халифа» высотой 828 метров то там для того чтобы вода хотя бы дошла на самый верхний этаж нужен напор около 84т атмосфер. Естественно никакие трубы его не выдержат, поэтому насосы установлены ступенчато через несколько этажей.

При автономной системе водоснабжения без насосов не обойтись. Как правило, используют либо обычные (поверхностные) либо погружные (глубинные) насосы. Привод их за очень редким исключением электрический.

Выбор зависит от конкретной ситуации или от желания заказчика. Рассмотрим, чем они различаются и наиболее важные характеристики, которые нужны будут нам при проведении расчета.

Обычные насосы

Для подачи воды почти исключительно используются центробежные насосы. В них жидкость захватывается лопастями в центре вращающегося рабочего колеса и отбрасывается за счет центробежной силы на его периметр, где находится напорный патрубок. В центре, где отбирается вода, естественно создается разряжение.

Внимание. При запуске такого мотора без воды (сухой ход), не встретив сопротивления жидкости, колесо, особенно у мощных насосов больших размеров, может раскрутиться очень быстро и сорваться с вала или повредиться другим образом. Поэтому такую ситуацию предупреждают правильным запуском, установкой на входе обратных клапанов (они не дают стечь воде из корпуса) и применением специальной автоматики.

Обычно используются две разновидности насосов — с сальниковым уплотнением приводного вала и более современные с плавающим ротором.

• У первых вал привода крыльчатки проходит через корпус (улитку) в котором вращается рабочее колесо. Это место уплотняется сальниками или торцовыми уплотнениями. Вал может опираться на собственные подшипники, которые расположены в консоли и соединяться с электромотором через муфту.
• Еще один вариант такого насоса – моноблок. В нем рабочее колесо насаживается непосредственно на крыльчатку. Первый тип более надежный и простой в обслуживании и ремонте. Второй более компактный.
• У насосов с плавающим ротором уплотнений в месте прохода вала нет. В нем, как и понятно из названия, ротор электродвигателя находится в корпусе объемно связанным с улиткой. Электромагниты статора создают вращающий момент через стенку, вода охлаждает ротор и смазывает его подшипники.

Такие насосы компактны и надежны. Минусом является сложность ремонта — просто заменить мотор не получиться, нужно полностью разбирать насос.

К тому же стандартные электродвигатели в таком агрегате не применишь. Впрочем, они редко выходят из строя и не нуждаются в обслуживании на протяжении всего срока службы (многие производители это гарантируют).

Характеристики насосов

Теперь перейдем к самому важному.

Тип обычного насоса выбранного для вашей автономной системы водоснабжения влияет на следующее:

• стоимость монтажа системы автономного водоснабжения;
• затраты на ее эксплуатацию;
• периодичность обслуживания;
• сложность и стоимость монтажа;
• размеры места установки насоса.

В остальном при расчете нужно ориентироваться на более важные характеристики:

1. Глубина всасывания: он определяет отметку ниже насоса, с которой он может забрать воду. Определяется обычно в метрах.
2. Напор: он выражается в давлении насоса на выходе.
3. Производительность: то, сколько кубометров за час сможет перекачать насос.

Также нужно обращать внимание на такие цифры как энергопотребление (мощность) при равных характеристиках желательно отдавать предпочтение более экономным моделям. Однако цена на них, как правило, более высокая, поэтому желательно просчитывать за какое время более дорогая модель окупит себя (впрочем, это экономический расчет).

Если срок эксплуатации меньше срока окупаемости дорогого насоса, то, скорее всего, не стоит переплачивать, а взять более «прожорливый» к электричеству насос.

Глубинные насосы

Они отличаются от обычных тем, что погружаются в воду, то есть в обсадную трубу скважины, колодец или даже обычный водоем. По конструкции они отличаются от обычных насосов, такими особенностями.

1. Чаще всего в них не одно рабочее колесо, а несколько, вплоть до десятка, расположенные друг за другом. Всас одного соединяется с выходом следующего (лабиринтная система).
2. Если обычные насосы чаще всего имеют горизонтальное расположение вала, то глубинные всегда вертикальной компоновки. Это связано с расположением их в ограниченных по диаметру обсадных трубах скважины, которые тоже вертикальны (установка в колодце или водоеме частный случай, на который проектировщики обращают мало внимания).
3. Электродвигатели тоже особой конструкции. Они не имеют оребрения корпуса, так как охлаждаются водой.

Внимание. Нельзя запускать глубинный насос не погруженным, он не рассчитан на такой режим и может сразу сгореть.

Также моторы этих агрегатов имеют более вытянутые вдоль оси габариты с меньшим диаметром. Это тоже связано с установкой в скважинах.

Кроме центробежных, для небольших систем водоснабжения используют и вибрационные, погружные насосы. Это, к примеру, всем известный «Ручеек» (на фото ниже). По принципу работы он похож на древние поршневые насосы (в том числе и велосипедный), правда ход поршня меньше, частота колебаний больше (поэтому и называют вибрационный), а для привода используется электромагнит.

Несмотря на несколько худшие по сравнению с центробежными глубинными насосами характеристики все, что сказано в нашей статье про них, в полной мере относиться и к «Ручейку» и его аналогам.

Характеристики глубинных насосов

Определения характеристик глубинных насосов точно такие же, как и обычных. Разница только в том, что для них не регламентируют всас, так как разрежение на входе не важно, агрегат и так окружен водой.

Зато многие глубинные насосы имеют на порядок больший напор, чем обычные. При установке в глубокой скважине они должны сразу преодолеть напор в длинной подъемной трубе, а затем создать нужное давление в водопроводе.

Также считается, что они несколько более экономичны из-за охлаждения водой. Но это преимущество минимально перед насосами с плавающим ротором. В них тоже применяется подобный принцип, правда статор не имеет контакта с жидкостью со всех сторон. Полное омывание насоса водой дает минимальную экономию в доли процента.

Какой насос выбрать глубинный или поверхностный (обычный)

Довольно сложный вопрос — сравним их достоинства и недостатки.

Обычные насосы

Плюсы:

• Их проще монтировать на поверхности.
• Осмотр, обслуживание и ремонт тоже более легкие.
• Как правило, обычные насосы дешевле.

Минусы:

• Требуется место или помещение для монтажа.
• Нужна защита от «сухого хода».
• По глубине всаса они уступают напору глубинных насосов, поэтому их нельзя использовать для забора воды из глубоких скважин.

Глубинные насосы

Плюсы:

• Могут работать в глубоких скважинах.
• Не требуют обустройства мест для монтажа. Вода из подъемной трубы может сразу подаваться в систему водопровода.
• Если насос погружен ниже минимального уровня воды в скважине, колодце или водоемы он защищен от «сухого хода».

Минусы:

• При установке в глубоких более 10 метров скважинах извлечение насоса вместе с водоподъемной трубой для обследования и ремонта своими руками часто невозможно, нужно использовать грузоподъемные механизмы.
• Если по каким-то причинам насос был оторван от трубы и страховки (если конечно не забыли про последнюю), достать его довольно сложно.

Интересный факт. Автору данной статьи пришлось извлекать с помощью специальной ловушки нечаянно упущенный насос. После того как он был «спасен» из скважины было вытянуто еще пять большей частью почти полностью разрушенных коррозией таких агрегатов, которые были потеряны предыдущими эксплуататорами за более чем тридцатилетнюю историю инженерного сооружения.

• Силовой кабель, питающий агрегат, должен быть защищен от воздействия окружающей воды. Нередко его пробой, который возникает из повреждения изоляции, приводит к тому, что приходится извлекать насос, а это, как мы уже говорили выше, затруднительно.

Поэтому дадим один совет, если у вас не очень глубокая скважина или тем более это просто колодец и есть место для монтажа на поверхности, все-таки стоит отдавать предпочтение обычным насосам. Они дешевле и их проще эксплуатировать.

Нередко в качестве плюса обычных насосов перед глубинными ставят еще и тот факт, что глубинный защищен от загрязнений только сеточным фильтром на обсадной трубе, а обычный можно защитить дополнительно многоступенчатыми фильтрами на всасе.

Это неверный факт:

1. Любая установка для очистки воды стабильно работает только при достаточном давлении, то есть должна монтироваться после насоса.
2. Насосы для водопровода (неважно глубинный или обыкновенный) рассчитаны на наличие примесей в исходной воде, и они не снижают значительно срок их службы. Конечно, если вы не будете качать смесь песка и воды напрямую — последний эффективно задерживает и сеточный фильтр.

Теперь, разобравшись с выбором насоса по типу, перейдем непосредственно к выбору его по характеристикам.

Немного о единицах измерения давления

Привычные атмосферные паскали все хорошо знают из школы, но в характеристиках насоса могут присутствовать и менее известные единицы.

1. Метр — это метр столба воды. Как уже было сказано выше, он равен одной десятой атмосферы.
2. Бар — внесистемная единица (но разрешенная к применению в нашей стране) ориентировочно равная одной атмосфере.

Внимание. Также вы можете встретиться с таким непонятным термином как «избыточное давление». Не обращайте внимания, почти все приборы и расчеты на водопроводе под термином «давление» понимают именно его.

Абсолютное давление будет больше на одну атмосферу, то есть, на то давление, которое уже есть на поверхности земли, там, где работают системы водоснабжения. Даже в стакане вода находится под абсолютным давлением в одну атмосферу.

Подбор (расчет) насоса для водопровода по характеристикам

Сразу оговоримся: мы не делаем расчет насосов для водоснабжения по гидравлике, то есть не учитываем сопротивления потоку воды в трубах и на запорных элементах. Для небольших систем водоснабжения частного дома оно мизерно, а вычисления сложные.

Обратите внимание. Некоторые насосы имеют детали, которые изготовлены из материалов, которые по санитарно-гигиеническим нормам недопустимы для использования в сетях водопровода. Поэтому нужно выбирать модели, разрешенные для этих целей.

Для подбора насоса нам нужно сделать несколько шагов, инструкция будет следующей.

Выбираем производительность

Первое на что нужно ориентироваться — это расход воды на человека в сутки, он составляет 400-500 литров. Если у вас имеется накопительный бак достаточной емкости (подобие водонапорной башни), то можно выполнить следующие шаги.

1. Умножаем средний расход на количество проживающих в доме (к примеру, средняя семья из четырех человек), плюс одного человека на возможных гостей (если они у вас бывают): 500х5=2500 л.
2. Делим на количество часов в сутки: 2500_24=104 л/ч, это среднечасовой расход.
3. Так как желательно чтобы насос не работал постоянно во избежание перегрева и выхода из строя, то дополнительно делим на время его работы. Обычно рекомендуют чтобы время работы не превышало 80%, то есть деление производим на 80_100=0,8, считаем: 104_08=130 л/ч. Эту характеристику берем и для насоса.

Но, как правило, накопительные емкости в системах водоснабжения небольших домов не используют. Наиболее распространенная схема это комбинация насоса и емкости (гидроаккумулятора) небольших размеров, а также систем автоматики. Обычно покупают уже собранный блок этих устройств у продавцов, и в обиходе (что не совсем верно) называют насосными станциями.

В этом случае считать по суточному расходу не совсем верно. Насос работает не постоянно, подпитывая большой накопительный бак (гидроакумулятор можно им не считать из малой емкости), а только во время расхода воды.

Так что, например, если мама решила помыть посуду, папа руки после ремонта машины, один ребенок принять душ, а второй воспользоваться унитазом, и к тому же работает стиральная машина, то разбор воды может оказаться гораздо больше среднесуточного. Поэтому расчет насосной станции водоснабжения и аналогичных им систем следует вести по этим пиковым разборам.

Для этого пересчитываем все имеющиеся водоразборные приборы в доме. Затем берем их часовые расходы. Для этого можно воспользоваться таблицей в приложении 2 к СНиП 2.04.01-85. Она приведена ниже.

Далее составляем список всех сантехнических приборов и их часовые расходы. Причем берем не только холодную воду, а суммарный расход, ведь горячая вода это подогретая холодная, которая берется из той же системы водопровода.

Совет. Чтобы не считать вручную, проще воспользоваться Excel, как на таблице ниже.

Наименование прибора	Часовой расход воды, л/ч	Количество приборов в доме	Их суммарный расход
Раковины со смесителем	60	5	300
Мойка	50	1	50
Ванна	300	1	300
Ванна ножная со смесителем	220	1	220
Душ с глубоким поддоном и смесителем	115	2	230
Гигиенический душ (биде)	75	1	75
Унитаз с бачком	83	2	166
Писсуар	36	2	72
Поливочный кран	1080	1	1080
Итого			2493

В итоге мы получили максимальный расход воды в водопроводе вашего дома — 2493 литра в час. Эта цифра даже немного завышена, так как вряд ли все приборы будут включены одновременно, можно ее снизить на коэффициент 0,9-0,8. Получим: 2493х0,8=1994 л/ч. Правда, если дом маленький и в нем только одна кухня и санузел делать этого не стоит.

Исходя из нашего, получившегося пикового расхода воды в час и будем подбирать в дальнейшем производительность насоса.

Выбираем напор

Тут выбор зависит от того глубинный это насос или обычный.

• Для обычного насоса все максимально просто: согласно стандартам давление в водопроводе должно быть в пределах 0,05-0,5 мПа, то есть от половины до пяти атмосфер. Как показывает практика для нормальной работы стиральных, посудомоечных машин и прочей бытовой техники желательно, чтобы давление не было менее 1 атмосферы, т. е. 0,1 МПа, поэтому будем выбирать насос именно с таким давлением.

Если у вас коттедж более трех этажей (что бывает редко) то нужно позаботиться о том, чтобы и вверху был нормальный напор. При стандартной высоте потолка около 3 метров на четвертом этаже давления не будет, поэтому добавляем 0,1 МПа.

То есть в большинстве случаев при подборе насоса для водоснабжения достаточно напора в 1-1,5 атмосферы (0,1-0,15 Мпа).

• При выборе варианта с установленным в скважине агрегатом, расчет насоса водоснабжения на напор усложняется, но не сильно — просто нужно учитывать отметку его погружения. То есть если вода забирается с глубины 15 метров, к напору, рассчитанному, так же как и в предыдущем случае, добавляем 1,5 атмосферы (15:10=1,5) или 0,15 МПа (15:100=0,15). Считаем: 0,15+0,1=0,25Мпа, на эту цифру и будем ориентироваться при выборе конкретной модели насоса.

Глубина всасывания (всас)

Самый легко подбираемый параметр. Для глубинных насосов он не нужен и не описывается в характеристиках вообще, так как вода забирается с уровня, на котором расположен насос.

В случае же обычного поверхностного насоса необходимо, чтобы эта характеристика была немного больше разницы отметок заборника и места расположения насоса. Запас нужен для непредвиденных ситуаций, например, во время засухи уровень снизиться и заборник придется опускать ниже.

Подбирается просто, например насос находится на уровне земли, а вода забирается с глубины 10 метров. Значит, всас должен быть более 10 метров.

Многократный запас давать не стоит, если заборник расположен на глубине 1-го метра, то не стоит брать насос с глубиной всасывания 15, достаточно 3-5. Это связано с тем, что чем больше эта характеристика, тем сложнее и дороже насос.

Непосредственно выбор

Когда известны все параметры, можно выбирать насос или станцию из прайс-листов и справочников. Даже не обязательно самостоятельно подбирать модель. Почти на всех сайтах продавцов есть фильтры, в которые мы вводим нужные характеристики, затем на экран выводится список наиболее подходящих моделей.

Например, для выбора на сайте компании «Грандфос» достаточно сделать несколько шагов. Нам нужен поверхностный насос с производительностью 1,5 литров в минуту с высотой подъема (всасом) 5 метров и напором в 1,5 атмосферы (15 метров). Делаем следующее.

• На вкладке вверху нажимаем на закладку «поверхностный насос».

• Затем можно на фильтре справа на странице вводим необходимые параметры. Дополнительно можно выбрать ценовой диапазон, бренд, мощность, тип привода (электромотор, двигатель внутреннего сгорания) и т.д. Если проводился расчет станции водоснабжения, то можно найти и ее.

• После этого жмем ввод, и на нашей странице отображаются агрегаты соответствующие заданным характеристикам.

• Дополнительно можно выбрать в каком порядке насосы будут отображаться на странице. То есть возможны варианты по возрастанию или убыванию цены, популярности или сразу более новые или старые модели и наоборот. Для этого нажимаем на кнопки вверху страницы.

Принцип функционирования

Для того, чтобы правильно выполнить расчет агрегата этого вида, прежде всего, необходимо знать по какому принципу работает это устройство.

Принцип функционирования центробежного насоса заключается в следующих важных моментах:

• вода через всасывающий патрубок поступает к центру рабочего колеса;
• крыльчатка, размещенная на рабочем колесе, которое установлено на основном валу приводится в движение с помощью электродвигателя;
• под воздействием центробежной силы вода от крыльчатки прижимается к внутренним стенкам, при этом создается дополнительное давление;
• под создавшимся давлением вода выходит через нагнетательный патрубок.

Блочные насосные станции от производителя

Для чего необходимы расчеты

Большинство современных систем автономного обогрева, использующихся для поддержания определенной температуры в жилых помещениях, укомплектованы насосами центробежного типа, которые обеспечивают бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительном контуре.

За счет увеличения давления в системе можно снизить температуру воды на выходе отопительного котла, сократив тем самым суточный расход потребляемого им газа.

Правильный выбор модели циркуляционного насоса, позволяет на порядок повысить уровень эффективности работы оборудования в отопительный сезон и обеспечить комфортную температуру в помещениях любой площади.

Давление

Давление (p) выражает силу, действующую на единицу площади, и делится на статическое и динамическое давление. Сумма этих двух давлений представляет собой полное давление.

Измерение статического давления производится с помощью манометра, исключительно при неподвижной жидкости или с помощью отвода давления, установленного перпендикулярно направлению потока, см. рисунок 2.3.

Для измерения полного давления приемное отверстие отвода давления следует расположить навстречу направлению потока, см. рисунок 2.3. Динамическое давление определяется как разность между полным и статическим давлением. Такое измерение может быть выполнено с помощью трубки Пито.

Динамическое давление зависит от скорости жидкости, Динамическое давление может быть рассчитано по следующей формуле, в которой скорость (V) получена с помощью измерения, а плотность (ρ) жидкости известна:

Динамическое давление может быть преобразовано в статическое, и наоборот. При течении в расширяющейся трубе происходит преобразование динамического давления в статическое, см. рисунок 2.4. Течение в трубе называется потоком в трубе, а участок трубы, в котором диаметр трубы увеличивается, называется диффузором.

Мощность насоса

Мощность является одной из основных характеристик насоса. В настоящее время под термином «водяной насос» понимается специальное устройство, служащее для перемещения перекачиваемой среды (твердых, жидких и газообразных веществ).

В отличие от водоподъемных механизмов, которые тоже предназначены для перемещения воды, насосный агрегат увеличивает давление или кинетическую энергию перекачиваемой жидкости.

Характеристики насоса

Напор

На следующих страницах представлены различные характеристики.

Кривая QH показывает напор (H) как функцию подачи (Q). Подача (Q) — это объем жидкости, проходящей через насос на единицу времени. Подача обычно выражается в кубических метрах в час (м3/ч), но в формулах используются кубические метры в секунду (м3/с). Типичная кривая QH показана на рисунке 2.5.

Построение кривой QH для заданного насоса производится с помощью установки, показанной на рисунке 2.6.

Насос запускается и работает с постоянной частотой вращения. При полном закрытии арматуры Q равно нулю, а H достигает максимального значения. При постепенном открытии арматуры Q увеличивается, а H уменьшается. H — это высота столба жидкости в открытой трубе за насосом. Кривая QH представляет собой последовательность точек, соответствующих парам значений Q и H, см. рисунок 2.5.

В большинстве случаев измеряется давление насоса Dpполн, а напор H рассчитывается по следующей формуле:

Кривая QH будет точно такой же, если опыт, изображенный на рисунке 2.6, провести с жидкостью, плотность которой отличается от плотности воды. Таким образом, кривая QH не зависит от перекачиваемой жидкости. Это можно объяснить с помощью теории, где доказано, что Q и H зависят от геометрии насоса и скорости вращения рабочего колеса, но не от плотности перекачиваемой жидкости.

Повышение давления в насосе можно измерить в метрах водяного столба (м вод. ст.). Метр водяного столба — это единица давления, которую нельзя путать с напором, выраженным в метрах. Как видно из таблицы физических свойств воды, при повышении температуры плотность воды существенно изменяется. Таким образом, необходимо выполнять преобразование давления в напор.

Подбор насоса по конструкции и рабочей точке

Регулирование работы насоса

Производительность насоса

Рабочие характеристики

Показатели рабочих характеристик насоса определяются кривой. Она обозначает зависимость подачи и напора насоса. Соприкасаются эти два измерения в одной точке. Если посмотреть на график выше, можно определить понятие рабочей точки.

Она представляет собой пересечение гидравлической характеристики сети и напора. Также на графике отображается области устойчивой работы оборудования. Выходящий над точкой соприкосновения отрезок Q-H определяет зону неустойчивой работы агрегата. На этом отрезке вероятны срывы в работе. При нулевой подаче воды включается мощность холостого хода.

Полезные рекомендации

При выборе насоса для системы отопления преимущество стоит отдавать конструкциям с «мокрым» ротором, поскольку они очень тихо работают и выдерживают более высокие нагрузки, чем гидравлические приспособления иных модификаций.

Корме того, обратите внимание на материал корпуса – остановите свой выбор на изделиях из нержавеющей стали, бронзы или латуни. Так же предпочтение стоит отдавать моделям с подшипниками и валом, изготовленными из керамики. Срок эксплуатации такого оборудования превышает 20 лет.

При установке устройства в систему необходимо проследить, чтобы вал крыльчатки располагался горизонтально, то есть параллельно трубе. Если в процессе работы насоса появляется подозрительный шум, это еще не говорит о его неисправности или фабричном дефекте. Попробуйте спустить воздух, оставшийся в системе после запуска.

Видео

С практическими рекомендациями по расчету насосного оборудования для отопительных контуров можно познакомиться, просмотрев это видео.