Подбор насоса и гидравлическое сопротивление системы
Автор проекта
Хогарт
В повседневной жизни и монтажники, и проектировщики часто сталкиваются с вопросом подбора насоса, а точнее, подбора насоса исходя из гидравлического сопротивления системы. Многие монтажники решают этот вопрос достаточно просто – отдают предпочтение насосам с большим напором. Мол, даже если и будет запас, то ничего страшного, запас карман не тянет.
Хочется лишний раз напомнить всем о другой стороне этой медали, а точнее, о том, насколько сильно изменение диаметра труб влияет на гидравлическое сопротивление системы. Это может пригодиться в том случае, когда вам необходимо «нарастить» систему без замены насоса или если по той или иной причине нет возможности замены на насос с большим напором.
На самом деле все далеко не так сложно как кажется. Для начала возьмем в руки «Теоретические основы гидравлики». Нужно немного вспомнить теоретическую базу. Представим себе замкнутую систему, в которой установлен насос с постоянной производительностью.
Если внимательно посмотреть на картинку, вы обратите внимание на то, что, проходя через трубы с различным рабочим сечением, скорость потока будет меняться, но количество перекачиваемой жидкости остается постоянным (А – поперечное сечение трубы; V1,V2,V3 – скорость потока в различных участках трубопровода). Как это может вам пригодиться? Все просто – если вы установите мощный насос в своей системе отопления, но диаметры труб при этом останутся заниженными, вы рискуете столкнуться с так называемым гидравлическим шумом, который возникает, когда скорость теплоносителя в трубах превышает 1 м/c. И это еще самые безобидные последствия заужения диаметра труб.
К тому же избыточная мощность насоса всегда выражается в рублях. Все логично – более мощное оборудование и стоить будет дороже. Немного практики:
Представим себе систему:
Hv1= 3м (гидравлическое сопротивление системы трубопровода) d1= 16 мм (рабочий диаметр труб)
Итого: у нас есть система, собранная на 16-ой трубе. При этом гидравлическое сопротивление системы составляет 3 м. Как изменится гидравлическое сопротивление той же самой системы при использовании трубы с рабочим диаметром 20 мм
d2=20 мм Hv2=?
В «теоретических основах гидравлики» есть старая, незаслуженно забытая формула:
Нv – гидравлическое сопротивление
Q – расход
d – рабочий диаметр трубопровода
Итого получаем:
Hv2=(16/20)5 *3 = 1,53м
Получается, что при изменении рабочего диаметра трубы с 16 на 20 произошло уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода в 2 РАЗА. А это может серьезно снизить стоимость приобретаемого насоса. Справедливости ради отметим, что всегда нужно сопоставлять увеличение стоимости трубы (с увеличением ее диаметра) и экономию на насосе.
Справедливо и то, что увеличение диаметра трубопровода – не панацея от всех проблем. Однако такой простой и незамысловатый инструмент может здорово помочь, если на объекте нужно выйти из положения малой кровью.
Источник статьи: http://archidom.ru/journal/idei-i-sovety/podbor-nasosa-i-gidravlicheskoe-soprotivlenie-sistemy/
Выбор циркуляционного насоса для системы отопления. Часть 3
Определение напора насоса.
Следующим важным параметром, по которому подбирается циркуляционный насос, является напор.
Как мы уже отмечали в предыдущей статье, насос «заставляет» теплоноситель «бегать» по замкнутому контуру, разнося тепло по комнатам дома.
На своем пути вода встречает повороты, ответвления, сужения и расширения участков трубопровода. Кроме того, ей приходится проходить целый ряд важных элементов системы отопления: фильтр грубой очистки, запорную и регулировочную арматуры, теплообменник котла и т.д.
Все перечисленные участки пути, по которым бежит вода, оказывают сопротивление ее движению. Чтобы преодолеть это сопротивление и вовремя доставить тепло нуждающимся в этом помещениям, воде нужно передать определенную побуждающую силу.
Вот этой силой и является т акая важная характеристика, как напор, который измеряется в метрах водяного столба. Этот параметр, по сути, показывает: на какую высоту данный насос может поднять воду. Если он может поднять воду на эту высоту, то, соответственно, передаст воде такую же силу для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода и элементов системы отопления на всем пути ее следования.
Спешим, однако, сказать, что в системе отопления сама геодезическая составляющая (количество этажей в здании, этаж, на котором стоит циркуляционный насос, а также этаж, на котором находится самый последний по высоте отопительный прибор и т.д.) не имеет никакого значения. В отличие от системы водоснабжения, где насосу приходится поднимать воду от одной точки до другой и создавать избыточное давление, система отопления является замкнутой. Теплоноситель в контуре течет за счет перепада давления, которое создает насос.
Как же все это посчитать и понять, какой напор нужен насосу?
Отталкиваться нужно от потерь давления в самой системе отопления.
Представьте, что вам нужно перевезти мебель из одного места в другое.
С чего вы начнете решение этой задачи?
Вы станете заказывать машину или сначала посмотрите объем мебели?
Конечно же, прежде чем заказывать машину, вам нужно увидеть объем перевозимого груза. Это поможет определиться с маркой машины, ее грузоподъемностью и вместимостью.
Также обстоит дело и при выборе напора насоса.
Чтобы понять, какой нужен напор, необходимо посчитать каким гидравлическим сопротивлением обладает сама система отопления, и какое препятствие она будет создавать движению воды.
Для этого расчета используют формулу:
ΔP = 1,3 * Σ [R * L] + ΣZ , где
ΔP — потеря давления в системе, Па (измеряется в Паскалях);
Как мы уже говорили, напор насоса измеряется в метрах, а систему считаем в Паскалях. Как соизмерить эти единицы, поговорим чуть дальше.
R — потери давления в трубах, Па/м;
L — длина труб в метрах всего контура отопления (подача и обратка), по которому циркулирует теплоноситель. Расчет ведется по самому длинному и нагруженному контуру (если контуров несколько). Также следует учитывать изменение диаметра трубопровода на разных участках. Поэтому длина конкретного участка считается отдельно.
Z — потери в других элементах системы, Па;
Σ — сумма (символ не несет конкретной цифры, а обозначает сумму тех чисел или параметров, который следуют за ним).
Применение формулы на практике.
По нанесенной на план схеме отопления, где уже проставлена тепловая нагрузка на каждый участок системы (нагрузку считаем, используя методику, приведенную в предыдущей статье), находим самое длинное циркуляционное кольцо. Если диаметр трубопровода на протяжении всего кольца не меняется, то просто записываем его длину. Если кольцо имеет трубы разного диаметра, то считаем общую длину труб каждого диаметра, включая подачу и обратку.
Дальше можно воспользоваться одним из двух способов определения сопротивления системы:
- сопротивление, заложенное в проекте (от 100 до 150 Па/м);
- сопротивление, создаваемое величиной расхода в зависимости от выбранной скорости движения теплоносителя — оптимальной считается скорость равная 0,3 — 0,7 м/c (по принципу: чем больше расход теплоносителя протекает через одно и то же сечение трубы, тем больше сопротивление движению теплоносителя оказывают внутренние стенки трубы и других элементов системы).
Первый способ — самый легкий для расчета. Сопротивление участков трубы закладывается на стадии проекта по показателям, выверенным на практике и прошедших апробацию в течение продолжительного времени.
Это закладываемое сопротивление участка трубы вне зависимости от ее внутреннего диаметра, равное 100 — 150 Па/м.
Практикой установлено, что гидравлическое сопротивление трубопровода, равное 100 — 150 Па/м, является наиболее приемлемым с точки зрения оптимизации по: стоимости материала, трудозатратам, выполнению требований СНиП, а также будущим энергозатратам, связанным с работой циркуляционного насоса и других устройств.
Поэтому, заложив, к примеру, сопротивление, равное 100 Па/м, проектировщик приступает к расчету расхода теплоносителя на магистралях, ветках, стояках и т.д., по которым тепло движется в отапливаемые помещения.
Рассчитав тепловые нагрузки и пользуясь заложенными в проект сопротивлением (100 Па/м), проектировщик увеличивает или уменьшает внутренний диаметр трубопровода.
А чем пользуется проектировщик, чтобы понять: когда сопротивление трубопровода при расчетной величине лежит в пределах заложенного сопротивления, а когда выходит за этот предел?
Хотя для этого есть специальные формулы, в большинстве случаев пользуются готовым таблицами, взятыми у производителя трубопровода или из приложений справочников. Пример такой таблицы вы можете посмотреть ниже (для увеличения картинки кликните левой кнопкой мышки по изображению).
Итак, чем же прост этот способ расчета сопротивления отопительной системы дома?
Тем, что измерив длину труб самого протяженного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку), вы умножаете ее на 100 Па/м и получаете гидравлическое сопротивление основного циркуляционного кольца.
Затем полученную цифру увеличиваете на 30% (в большинстве случаев этого достаточно, чтобы учесть потери давления на угольниках, тройниках, не считая их количество и их КМС — коэффициент местного сопротивления).
Далее к полученной цифре вы прибавляете потери давления на фильтре грубой очистки в чистом состоянии (данные берутся в каталоге конкретного производителя), потери давления в котле и потери давления на запорной и регулировочной арматуре. Все перечисленные данные берутся из паспортов или каталогов конкретного производителя.
Выполнив все действия, вы рассчитали потери давления в основном циркуляционном кольце системы отопления.
«Очень долго и сложно», — скажете вы.
Нет! На самом деле, на практике все происходит гораздо быстрее. И пример, рассмотренный ниже, доказательство этому.
Давайте посчитаем потери давления в системе отопления жилого дома, для которого мы рассчитывали расход теплоносителя.
Напомним, площадь дома равна 490 м 2 .
Предположим, что дом четырехуровневый с цокольным этажом, где находится котел и насос. В результате замера, учитывая выбранную схему системы отопления, длина всех труб самого длинного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку) у вас получилась 90 м.
В проекте вы решили заложить потери давления в трубопроводе, равные 150 Па/м. В системе у вас заложен фильтр грубой очистки с потерями давления 5000 Па (из каталога производителя). Также установлен котел, потери давления в котором составляют 1770 Па. И не забудем добавить 30% потерь давления от потерь трубопровода на повороты, сужения и ответвления.
Подставляем полученные значения в формулу и получаем:
1,3 * (90 * 150) + 1770 + 5000 = 24320 Па.
Таковы потери давления в нашей системе.
Чтобы подобрать насос, переведем Паскали в метры.
1 м = 9807 Па (или приблизительно в 1 м — 10000 Па).
В нашем случае мы получили потерю давления в системе отопления, равную
А теперь будем подбирать насос, но сначала поговорим о таких понятиях как:
- кривая работы насоса;
- рабочая точка насоса;
- КПД.
Источник статьи: http://umnoeotoplenie.ru/kak_vybrat_tcirkuliatcionniy_nasos_3
Подбор скважинного насоса для водоснабжения
Как подобрать насос для скважины? В этом вопросе есть множество нюансов, и однозначно посоветовать идеальный во всех отношениях насос просто невозможно. Поскольку универсальных насосов не существует, рассмотрим общий принцип их выбора на основании ряда характеристик:
1. Напор (давление)
2. Скважина
3. Напорно-расходная характеристика насоса
4. Сопротивление
5. Схемы подключения.
Каждый из этих параметров имеет важное значение, и игнорирование хотя бы одного из них при выборе насоса может привести к возникновению проблем при его подключении.
Выбор насоса по напору
Насосы имеют маркировку, которая выглядит примерно таким образом: SQ 1-30; SQE 2-85 и т.п. В данном случае интерес представляют цифры, обозначающие номинальную рабочую характеристику насоса. Так, показатель SQ 1-30 указывает, что производительность насоса составляет 1 кубометр воды при напоре 30 метров. Но почему давление указывается в метрах, а не барах?
Перед выбором скважинного насоса следует определить глубину, на которой находится вода, а затем вычислить высоту, на которую необходимо её поднять в дом. Предположим, желаемое давление кране частного дома – 2,5 бара, при этом требуется адекватный напор. Столб воды высотой 10 м давит на 1 см2 с весом 1 кг, что почти равно давлению в 1 атмосферу, 1 бар или 10 метров водного столба. Следовательно, для поднятия воды на 3 этаж требуется создать давление как минимум в 1 бар. Так как насос борется с весом водного столба в метрах, можно воспользоваться его маркировкой и определить, на сколько метров поднимет воду. При необходимости узнать давление в барах просто разделите указанное число на 10.
На следующем этапе узнайте расход воды по маркировке на приборе водоподачи. Допустим, кран за 1 минуту должен наполнить 12-литровое ведро воды. Одновременно работающие смесители в кухне и душе тоже должны справиться с этой задачей за минуту, и примерно столько же воды потребуют стиральная машина и унитаз, суммарно – не менее 36 литров, или 2 м3/час. Но все эти точки вряд ли будут одновременно работать. Как правило, максимум одновременного включения – душ, стиральная машина и кухонная раковина, что дает расход в 1,5 ведра воды, или 1 м3/час.
• Давление в насосе измеряется в метрах, а не барах
• При необходимости — конвертируйте
• Узнайте расход воды в вашей системе
Скважина
Для каждой модели насоса устанавливаются допустимые значения посторонних включений в воде (песка и пр.). Несоблюдение требований приводит к быстрому износу прибора и снятию его с гарантии. Поэтому прежде чем подбирать или покупать скважинный насос, необходимо прокачать скважину и сделать анализ воды.
Скважина – круглая глубокая яма малого диаметр с трубой внутри, образующей стенки. На определенной высоте стенки трубы имеют отверстия, так называемый фильтр. В скважине столбом стоит вода.
Перед выбором насоса узнайте:
• Статический уровень воды
• Динамический уровень воды
• Дебит скважины
Эти характеристики играют ключевую роль при выборе скважинного насоса.
Следует определить, на какой глубине находится зеркало воды, или тот самый статический уровень. Он называется так потому что вода в момент замера находится в спокойном положении.
В момент включения насоса статический уровень будет уменьшаться до динамического: ниже динамического уровня вода опуститься не может. Разница между статистическим и динамическим объемами скважины называется дебитом.
Важно: насос не должен выкачивать больше, чем может дать скважина. Так, мощность насоса в 3 м3/час категорически не подойдет для скважины с дебитом 1,5 м3. В идеале насос должен быть немного слабее дебита скважины, примерно на 20-30%.
Выясните, на какой глубине находится фильтр скважины. Насос должен занимать положение на 1 м ниже динамического уровня воды и на 1 метр выше фильтра скважины. Эти данные обычно указаны в паспорте скважины.
• Статический уровень – глубина зеркала воды в состоянии покоя;
• Динамический уровень – минимальная глубина зеркала воды;
• Дебит – объём воды (измеряется в литрах в минуту или кубометрах в час)
Напорно-расходная характеристика насоса
У каждого насоса есть напорно-расходная характеристика, которая выглядит так: SQ 1-50, 50 Hz. При выборе насоса для скважины следует обязательно изучить его напорно-расходный график. В характеристиках могут быть указаны как максимальные, так и номинальные рабочие характеристики, поэтому график позволит получить наиболее полную информацию. Если в паспорте насоса такая информация отсутствует, уточните ее на сайте производителя насоса. Наивысший КПД любого насоса находится примерно посредине графика. При сильном отклонении значения срок службы прибора может существенно сократиться.
• Каждый насос снабжается напорно-расходной характеристикой в виде графика;
• Оптимум работы – примерно посредине графика.
Сопротивление
Помимо необходимости в выталкивании воды на определенную высоту, насос должен быть способен преодолеть сопротивление, создающееся в трубопроводе. Слишком узкая труба усилит сопротивление и производительность системы будет падать, а слишком широкая потребует излишних затрат. Следует оптимально подобрать диаметр водовода для отсутствия лишнего сопротивления.
Для расчета сопротивления ознакомьтесь с графиком потери напора для трубы конкретного вида и диаметра: так вы сможете высчитать потери при определенном объеме воды. Если график отсутствует или не хочется считать, воспользуйтесь простой рекомендацией, приведенной ниже:
Рекомендованный диаметр трубы ПНД:
- подача до 1,5 м3/час – 25 мм
- подача до 3 м3/час – 32 мм
Схема подключения
Перед описанием схем подключения напомним о таких важных характеристиках насоса, как мощность; диаметр; возможность плавного пуска или возможность электронного управления частотой вращения вала; устойчивость к перепадам напряжения; минимальная и максимальная глубина погружения; диаметр насоса. Так, диаметр насоса прямо связан с ценой скважины: чем меньше диаметр насоса, тем меньше диаметр трубы, а значит, её бурение будет дешевле.
Насос подключается через реле давления либо через автоматику реле протока. Зная характеристики системы и насоса, т.е. давление и мощность, которую придется размыкать вашему реле, можно оптимально подобрать нужное реле для насоса.
В некоторых моделях насосов предусмотрена защита от перегрева и защита от сухого хода, однако она носит исключительно аварийный характер. При монтаже системы стоит предусмотреть собственную систему защиты от сухого хода.
Недостаток систем, работающих с реле давления: между запусками и остановками насоса всегда будет изменяться давления, что вызовет дискомфорт в использовании воды в душе. Во избежание такого неудобства можно приобрести насос с частотным преобразователем.
Обратите внимание на максимальную глубину погружения насоса: чрезмерное заглубление приведёт к выходу насоса из строя.
Вывод
• Напор считается в метрах: 10 м водяного столба = 1 бар.
• Расход измеряется в м3/час (реже – л/мин).
• Напорно-расходная характеристика – это график, позволяющий определить, подходит ли насос для конкретной скважины.
• Скважина: статический уровень воды – глубина зеркала воды в спокойном состоянии; динамический уровень – глубина, ниже которого теоретически вода не может опуститься; дебит – объем воды, который может дать скважина в час.
• Труба: используйте максимально допустимый диаметр трубы для снижения сопротивления
• Соблюдайте требования относительно максимальной и минимальной глубины погружения насоса.
Выполнение данных рекомендаций позволит вам самостоятельно подобрать скважинный насос, оптимально подходящий для включения в систему.
Источник статьи: http://eurosantehnik.ru/podbor-skvazhinnogo-nasosa-dlya-vodosnabzheniya.html