Потужність насоса – вибір насоса, розрахунок параметрів, фактори розрахунку, розрахунок через вимірювання та обчислення, розрахунок різних насосів

Щоб забезпечити стабільність у роботі автономної системи водопостачання, необхідно насамперед правильно розрахувати потужність насоса. Розберемо, що є даний параметр, які критерії вибору насоса, які основні характеристики потрібно розрахувати, які фактори прямо впливають на розрахунок, в чому полягає суть методу розрахунку шляхом вимірювання та обчислення, а також які основні особливості розрахунку параметрів насосів різного типу.

Джерело cnp-center.ru

Потужність насоса – що це таке, критерії вибору насоса, розрахункові параметри

Під потужністю насоса розуміється кількість перекаченої води за одиницю часу. Розмір виявляється у літрах чи куб. м. за секунду і характеризує продуктивність чи корисну потужність устаткування. Крім неї існує споживана потужність. Це показник електроенергії, що витрачається, що виражається в кВт. Співвідношення корисної потужності до витрачається відображає коефіцієнт корисної дії. Чим більше його значення, тим менше енергії втрачається на перекачування води, і, відповідно, ефективніше обладнання.

При виборі насоса в першу чергу враховується наступний ряд критеріїв:

• Конструкційні та технічні особливості .

Для конкретних умов застосування завжди потрібний насос певної конструкції та заданими технічними параметрами, розрахунок яких можна виконати заздалегідь. У багатьох випадках вибір обладнання визначається технологією подачі рідкого середовища. Наприклад, якщо потрібне максимально рівномірне накачування води, то застосовуються відцентрові моделі.

Джерело vseinstrumenti.ru

В інших випадках, або коли цього також вимагає технологія, допускається використовувати поршневі установки, які забезпечують подачу води порціями. Іншим прикладом технічних вимог є випадок, коли насос повинен або змушений розташовуватись усередині джерела під водним дзеркалом. У такому випадку застосовуються занурювальні моделі.

• Тип рідини, що перекачується .

Насосне обладнання повинно забезпечувати безперешкодне перекачування конкретного рідкого середовища. У приватному домоволодінні насоси використовуються не тільки для того, щоб подавати воду з колодязя або свердловини в домашню систему водопостачання.

Найчастіше господарям свого будинку доводиться займатися викачуванням вигрібних ям та септиків, а також відкачувати підвали, цоколі, низовини на ділянці під час затоплення. Крім того, для власників басейнів і штучних ставків також потрібен спеціальний прилад, що відкачує. Всі ці рідини можуть включати до складу як дрібні, так і великі частинки, і відрізнятися за характеристиками в'язкості та плинності від звичайної чистої води.

Джерело jeelex-pumps.ru

• Основні робочі характеристики .

До основних параметрів насосного обладнання, що впливає на його роботу, належать:

1. Продуктивність.
2. Натиск.
3. Споживана потужність.

Для забезпечення тривалої та надійної експлуатації в першу чергу враховуються перші 2 характеристики. Як правило, вони залежать один від одного і задають сферу застосування обладнання. Наприклад, 1-ступінчастий відцентровий насос здатний переміщати воду до 100 м, і за розрахунком йому відповідатиме продуктивність до 1000 м на годину. При цьому багатоступінчасті моделі здатні створювати натиск до 1000 м-коду і корисну потужність до 10 тис. куб. метрів за годину.

Основні розрахункові параметри

Існують 3 основних параметри, що максимально точно характеризують роботу насосів, це:

• Продуктивність .

Величина визначається, як об'єм рідини, що перекачується в певний проміжок часу, наприклад, 1 літр в секунду. На практиці, наприклад, у системі водопостачання приватного будинку, вона повинна дорівнювати величині сумарної витрати з усіх споживачів – душа, раковин, ванни та ін.

Джерело sovet-ingenera.com

Однак теоретичний розрахунок не враховує можливі втрати у вигляді витоків через недосконалість трубопроводу. Тому існує таке поняття, як фактична витрата. Між собою обидві величини зв'язуються об'ємним ККД. При цьому необхідно врахувати, що сучасні прилади та системи водопроводів – через велику надійність та герметичність – дозволяють вирівняти їх значення.

• Зусилля .

Найчастіше дана величина сприймається як висота водяного стовпа, яку може створити насос. Насправді це далеко не завжди так. У теоретичному розрахунку напір насоса являє собою енергію, що передається одиниці маси рідкого середовища, що перекачується.

Величина вимірюється в метрах і залежить від декількох супутніх факторів. Це насамперед – різниця тиску між точкою забору та прийому, висота підйому, опір потоку.

• Споживана потужність .

Характеристика показує кількість енергії, що витрачається насосом на перекачування рідини. Її значення завжди вище корисної потужності – сили, що безпосередньо витрачається на подачу води.

Джерело cloudinary.com

При цьому певна частка енергії йде на втрати в трубопроводах, подолання сил тертя в механізмах та ін. місцях. Різниця між споживаною та корисною потужністю виражається коефіцієнтом корисної дії.

Рекомендація! Для визначення потужності насоса необхідно знати загальну витрату споживання води у будинку, підсумовуючи значення кожного споживача. Виконати такий підрахунок практично досить складно. Тому готові дані можна взяти із спеціальних таблиць. При цьому середньодобовий показник на 1 особу не перевищує 200 літрів.

Чинники, що впливають на розрахунок

При розрахунку потужності насоса має бути враховано наступний ряд факторів:

• Глибина свердловини .

Точне визначення параметра необхідне правильного розрахунку дебіту джерела. Більш того, це дозволить грамотно підібрати насос за глибиною занурення та висотою підйому води.

• Статичний рівень .

Це відстань від водяного дзеркала до землі, коли водозабірне джерело не експлуатується. Період простою свердловини на початок вимірювання варіюється від 1 години до діб.

Джерело teployug.ru

Максимального значення сягає період весняних паводків, мінімального – в посушливий період. Тому вимірювати його завжди краще у літній період бездощів.

• Динамічний рівень .

Ця відстань від поверхні землі до водяного дзеркала за повного водозабору. Різниця між статичним та динамічним рівнями максимальна на неглибоких свердловинах – малонапірних піщаних та абісінських із низьким дебетом, і практично повністю відсутні у глибоких артезіанських джерелах.

Велике значення має визначення динамічного рівня під час розрахунку глибини монтажу занурювального насоса. Тому що від цього залежатиме величина зовнішнього тиску стовпа води на прилад у відключеному стані. В оптимальному випадку обладнання повинне занурюватись не нижче 1-2 метрів під динамічну позначку.

• Об'єм, що споживається .

Для того, щоб розрахувати натиск та інші характеристики насоса, необхідно насамперед визначити, який об'єм води він буде перекачувати щодня. Величина залежить від типу та кількості приймачів, а також скільки людей буде ними користуватися. Для кожного сантехнічного приладу є значення параметра.

Джерело proekt-sam.ru

Наприклад:

1. Раковина із краном – 250 л/год.
2. Умивальник із змішувачем – 180 л/год.
3. Ванна зі змішувачем – 300 л/год.
4. Душова кабіна – 115 л/год.
5. Унітаз із бачком – 83 л/год.

Однак у розрахунках необхідно враховувати і коефіцієнт використання, який зазвичай варіюється від 0,15 до 0,5 для різних приладів. При цьому сумарний споживаний обсяг не повинен бути більшим за величину дебіту свердловини.

• Діаметр труб свердловини або кілець колодязя .

Для неглибоких вузьких свердловин абіссинського типу застосовують зовнішні відцентрові насоси із зануренням водозабірної труби. Так як стандартні занурювальні моделі з діаметром корпусу 4 дюйми в них встановити неможливо. Для них потрібна свердловинна труба із внутрішнім діаметром не менше 100 мм.

Для моделей з високою продуктивністю та корпусом 6 дюймів потрібна труба не менше, ніж на 150 мм. Якщо ж на ділянці використовується колодязь як вододжерело, до діаметра кілець також пред'являються особливі вимоги – за умови встановлення спеціальних занурювальних електронасосів з вимикачем поплавця. Останній повинен розташовуватися на поверхні води не менше ніж на 300 мм від центральної осі приладу.

Джерело 7filtrov.shop

• Склад води .

Залежно від виду водозабірного джерела склад води може суттєво змінюватись. Тому для кожного різновиду рекомендується застосовувати свій тип насоса, що добре підходить під конкретні умови:

1. Недорогі абіссінські свердловини завглибшки до 8 м обслуговуються вихровими або відцентровими видами насоса. Вода, що перекачується, досить чиста.
2. Піщані джерела відрізняються більшою глибиною та вмістом у воді твердих частинок. Якщо вода відносно чиста, застосовуються глибинні відцентрові насоси, а при значному замутнінні моделі гвинтового типу.
3. Артезіанські свердловини з твердим вапняним дном обслуговуються вихровими та відцентровими електронасосами.

При цьому, щоб точно порахувати тиск і інші важливі характеристики насоса, необхідно врахувати фактор гідравлічного опору у водяних фільтрах. Так як через погану якість води вони часто встановлюються в систему водозабору.

Джерело ichip.ru

• Відстань між насосом та приймачем .

Щоб насос забезпечував стабільність роботи внутрішнього водопроводу, при виборі моделі необхідно врахувати правило переведення величини напору з вертикального значення горизонтальні. Розрахунок залежить від гідравлічного опору, який своєю чергою визначається безліччю чинників. Насамперед це діаметр, матеріал, кількість вигинів, фільтри та інші особливості водопроводу.

• Тиск у внутрішньому водопроводі .

Завдання електронасоса – не просто подача води у внутрішній водопровід, а й забезпечення стабільних показників тиску. Інакше сила водяного струменя з крана повинна мати достатнє і постійне значення. А якщо ні, то погіршиться комфорт споживання води в будинку.

Більше того, при нестабільному або низькому тиску в системі не спрацьовуватимуть прилади автоматики – реле тиску, датчик холостого ходу та інше. Навпаки, при надмірному тиску водопровідна арматура та з'єднання швидко почнуть псуватися та протікати.

Джерело 3ddd.ru

На замітку! Існує 3 причини зниження ККД насоса – гідравлічні (зниження напору), механічні (зменшення подачі) та об'ємні втрати (падіння потужності). Поліпшити його значення можна шляхом удосконалення гідродинамічних властивостей проточної частини, підвищення якості внутрішніх ущільнювачів та зниження сил тертя механічних вузлів, що взаємодіють.

Розрахунок шляхом вимірювання та обчислення

Для обчислення мінімальної сили, необхідної для запуску насоса (або напору), потрібно знати продуктивність (або витрата) та загальний швидкісний напір, для чого застосовується така формула:

Р = О_сн * П * У_вж / 3960

Р - потужність водяного потоку, в кінських силах (к. с.),

Про _сн - загальний швидкісний потік, що вимірюється в метрах або футах,

П – продуктивність, що дорівнює витраті води, вимірюється в галонах/хв (gpm),

У _вж - питома вага рідини, що перекачується, для води рівний 1,

3960 – поправочний коефіцієнт.

Для вимірювання даних, занесення їх у формулу та подальшого обчислення використовується наступний алгоритм:

• Визначається необхідна витрата. У прикладі розглядається насос для поливу ділянки з насадженнями з колодязя, для чого потрібно 20 гал/хв.

Джерело колодец24.москва

• Вимірюється відстань по вертикалі між точкою водозабору у джерелі та точкою приймача. Наприклад, відстань між водозабірними отворами насоса у свердловині та точкою поливу може становити 30 метрів, або у перекладі на англомовну систему вимірювань – 100 футів.
• Оцінюються втрати напору на сили терну у водопроводі. Якщо взяти 1-дюймову пластикову трубу, то на кожні 100 фт довжини втрачається близько 6,3 фт напору. Для прикладу – загальна довжина труби, включаючи горизонтальну ділянку, становитиме 150 фт – загальні втрати становитимуть близько 9,5 фт. При цьому враховуються втрати на з'єднання та переходи. Якщо припустити, що у трубопроводі буде 1 прямокутний перехід і 3 прямі різьбові, значення для даного матеріалу складе 15 фт. У сумі 9,5+15=24,5 фт.
• Підсумовується загальна висота подачі та втрати. У цьому прикладі – 150 + 24,5 = 174,5 фт. Отримане значення відповідає величині Про _сн у вище наведеній формулі. Це і буде мінімальне навантаження, яке має здолати двигун насоса.

Джерело znatoktepla.ru

• Виміряні значення підставляються у наведену вище формулу і по ній далі розраховується корисна мінімальна потужність насоса або сила водяного потоку в л. с. Р = 174,5 * 20 * 1 / 3960 = 0,88 л. с.
• Коригується значення потужності двигуна насосного обладнання з урахуванням показника ефективності. Останній зазвичай у сучасних моделей варіюється в діапазоні від 50 до 85%. Якщо приклад взяти його мінімальне значення, вийде = 0,88/0,5 = 1,76 л. с.

Довідка! Потужність двигуна насоса може вказувати як у ватах, так і в кінських силах. 1 л. с. = 746 Вт. У наведеному вище прикладі прилад на 1,76 л. с. відповідає 1312 Вт, чи 1,3 кВт.

Розрахунок параметрів насосів різних типів

У практиці забезпечення приватного будинку системою водопостачання застосовують такі види насосів зі своїми особливостями розрахунку основних параметрів:

• Підводний .

Насос занурювального типу відрізняється від інших модифікацій тим, що завжди знаходиться в масі води. Тому в розрахункових формулах виключається такий параметр як відстань від насоса до джерела. Його тут просто нема.

Величина напору визначається за такою формулою:

Р _тр = Р _гео + Р _втрат + Р _своб

Р _тр - Необхідне значення напору,

Р _гео – висота від насоса в свердловині до найвищого приймача,

Р _втрат – втрата тиску через особливості водопроводу – матеріалу, діаметра, вигинів, визначається за таблицями,

Р _своб - додаткова величина, що застосовується для комфортного користування водопроводом з декількох приймачів (не більше 5-20 м).

Продуктивність занурювального насоса можна розрахувати стандартним способом. Однак після обчислення необхідно обов'язково застосовувати поправочний коефіцієнт, оскільки повне значення буде надмірно, і це буде суттєва переплата обладнання.

• Поверхневий .

Насос поверхневого типу встановлюється зовні – на поверхні поруч із свердловиною або колодязем. Висота паркану у таких моделей не перевищує 10 метрів, проте висота подачі істотно відрізняється - більше 60 м. Є також можливість застосовувати спеціальні ежектори, що опускаються в свердловину, що збільшують глибину паркану до 30 м, але при цьому сильно знижують продуктивність.

Величина напору розраховується так:

1. Коли є запасна ємність, розташована вище насоса. Р _тр = Р _гео + Р _втрат + Р _своб - Р _{висота ємності} .
2. Коли джерело води знаходиться нижче за насос. Р _тр = Р _гео + Р _втрат + Р _своб + Р _{висота джерела} .

Продуктивність насоса поверхневого типу обчислюється стандартним способом з урахуванням поправочного коефіцієнта.

• Циркуляційний .

Насос циркуляційного типу використовується для перекачування теплоносія в автономній системі опалення. Для ефективної експлуатації останньої потрібно особливо ретельний розрахунок як величини напору, і показника продуктивності.

Продуктивність розраховується за такою формулою:

П _тр = Т _необх / (1,16 * Т _вих - Т _вхід )

П _тр - необхідна продуктивність,

Т _необх - теплова потужність котла,

Т _вих - Т _вхід - різниця температур теплоносія на виході в систему та вході в агрегат,

1,16 – питома теплоємність води.

Напір циркуляційного насоса визначається не різницею висот між джерелом та приймачем, а величиною гідравлічного опору.

Розмір розраховується за такою формулою:

Р _тр = (Е * К + З _сум ) / р * н

Р _тр - необхідний натиск,

Е – втрати на тертя,

К – максимальна довжина трубопроводу з урахуванням далекого приладу опалення,

З _сум – сума коефіцієнтів запасу для фітингів, арматури, змішувачів та інших елементів,

р - щільність теплоносія,

н – фізична величина прискорення вільного падіння.

• Відцентровий

Для того щоб розрахувати необхідну подачу відцентрового насоса, потрібно врахувати величину оборотів робочого колеса - фактично вона дорівнюватиме різниці тиску води на вході і виході в порожнину з робочим колесом. Для обчислення теоретичного значення величини застосовується така формула:

N _theo = u *s *cos a / n

у – окружна швидкість,

с – швидкість переміщення води,

cos a – косинус кута між швидкістю на вході в робочу порожнину та окружною швидкістю,

н – величина прискорення вільного падіння.

Теоретично розрахована продуктивність перемножується на гідравлічний поправочний коефіцієнт (0,8-0,9) і коефіцієнт обліку числа лопаток (0,6-0,8). Напір приладу розраховується так само, як і для аналогів.

Висновок

Корисна потужність насоса характеризується кількістю води, що перекачується за певний період часу. Кількість енергії, витрачене цієї роботи, визначається, як споживана потужність. Співвідношення цих величин показує ККД насоса. При виборі насоса враховуються конструктивні та технічні особливості, тип рідини, робочі характеристики.

Роботу насоса характеризують 3 основні параметри - продуктивність, насос і потужність. При обчисленні потужності враховується наступний ряд факторів:

• Глибина джерела.
• Статичний та динамічний рівень.
• Об'єм, що споживається.
• Діаметр труб або кілець.
• Склад води.
• Висота від джерела до приймача.
• Тиск у водопроводі.

Для розрахунку потужності застосовується спеціальна формула - Р = О _сн * П * У _вж / 3960, величини для якої вимірюються спеціальним способом. У приватній практиці найчастіше застосовують такі види насосів, як поверхневий, занурювальний, відцентровий і циркуляційний. Розрахунок напору та продуктивності для кожного з них має свою специфіку.