Гидравлический расчет для выбора насосной станции.
Водопровод., Дом., Насосы.Здравствуйте уважаемые читатели «Сан Самыча«. Смешно иногда слушать продавцов-консультантов, когда они пытаются искренне помочь «правильно» подобрать насосную станцию. Глубина всасывания, напор, расход, мощность электродвигателя, рассчитывая характеристики на ходу, они умудряются все перепутать и запутаться самим. Для нас, уважаемый читатель, важно понять, что производитель указывает максимально возможные характеристики насоса. И они, конечно, связаны с параметрами Вашей системы водоснабжения, но они не совпадают, и не могут совпадать.
Да, насос способен поднять воду с глубины в восемь метров, но тогда смело скидывайте с напора те же восемь метров или 0,8 бар (атмосфер, кгс/см2).
Да, насос выдаст 45 метров напора (4,5 бар, атм., кгс/см2), но при условии, что Вы не будете с него требовать расхода вообще, а источник воды будет на уровне насоса.
Да, насос будет перекачивать 50 литров в минуту (3 куб. метра в час), но тогда грех добиваться от него хоть какого-то давления. Радуйтесь, что он выдает Вам эти пять ведер в минуту!
Впрочем, производитель и не скрывает этого. В любом паспорте насоса и насосной станции можно найти зависимости расхода от давления на напоре данного насоса, оформленные в виде графика или таблицы. А уже сам покупатель решает: устраивают его данные характеристики или нет.
Что нужно для расчета характеристик насоса?
Для расчета необходимых характеристик насоса нужны некоторые сведения о будущей системе водоснабжения. И мне кажется, Вы, как хозяин своего дома без труда озвучите или выясните их.
К этим сведениям относятся:
— расстояние по вертикали от зеркала воды источника водоснабжения до предполагаемого места установки самого дальнего смесителя в метрах. Причем желательно учесть сезонные колебания этого расстояния и, так называемые, динамические, когда зеркало воды опускается из-за того, что Вы берете воду. Чем точнее Вы определите это расстояние, тем точнее будет расчет, потому что вертикальная составляющая потери напора, обычно, самая большая.
— расстояние по горизонтали от источника воды до самого дальнего смесителя, рассчитанное исходя из предполагаемого маршрута прокладки трубы. Это расстояние можно измерить не так точно, точность плюс-минус один метр вполне сойдет.
— примерное предполагаемое место установки насоса или насосной станции в сборе. Соответственно, с вертикальным расстоянием, желательно, определиться поточнее.
— диаметры и материал предполагаемых к использованию в системе труб. Сейчас, обычно, используют пластиковые трубы, а у них у всех примерно равные показатели шероховатости, поэтому, по большому счету, значение имеют только диаметры предполагаемых труб и их длина. К слову, распространенная в интернете формула для расчета водоснабжения: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру по вертикали, мягко сказать, не всегда верна. В дальнейшем я расскажу почему.
— Желательно, конечно, определиться с количеством уголков, тройников, кранов и других элементов системы, называемых «местными сопротивлениями». Но я понимаю, что это довольно сложно, по крайней мере, на данном этапе. Поэтому, по нашему обоюдному согласию, заменим это все, скажем, 10-процентным запасом по напору.
Ну, а при монтаже системы, не забывайте простое правило: Чем меньше соединений, тем меньше вероятность, что у Вас что-то потечет. К этому стоит добавить, что и потери напора тоже будут меньше.
Да!!!, и самое главное, Вы должны определиться, сколько потребителей (смесители, душ, бачок унитаза, стиральная или посудомоечная машина, уличный кран для полива и прочее) будут у Вас работать одновременно без существенной потери напора. Потому что от этого очень многое зависит.
Ниже, я собрал в таблицу потери напора в горизонтальной пластиковой трубе длиной 10 метров в зависимости от диаметра трубы и количества потребителей, рассчитанные с помощью специальной программы. По-моему, получилось очень показательно.
Потеря напора в метрах водного столба на горизонтальном участке пластиковой трубы длиной 10 метров в зависимости от внутреннего диаметра трубы и количества потребителей.
Внутренний диаметр трубопровода |
12 мм |
16 мм |
20 мм |
26 мм |
1 потребитель (расход 0,2 л/с или 12 л/мин) |
4,05 |
1,0 |
0,35 |
0,1 |
2 потребителя (расход 0,4 л/с или 24 л/мин) |
14,09 |
3,49 |
1,16 |
0,33 |
3 потребителя (расход 0,6 л/с или 36 л/мин) |
29,49 |
7,23 |
2,52 |
0,7 |
Из таблицы видно, что формуле: 10 метров горизонтальной трубы равно 1 метру вертикальной, соответствует только труба внутренним диаметром 16 мм (это металлопластик или полипропилен наружным диаметром 20 мм) в расчете на одного потребителя. И это правило никак нельзя назвать универсальным.
Стоит также добавить, что, даже заменяя участки существующей системы на трубы большего диаметра, Вы, тем самым, снижаете сопротивление трубопроводов системы в целом, увеличивая напор на выходе из смесителей.
Пример расчета характеристик насосной станции.
«Все это хорошо, — скажете Вы, — Но как же считать?!» Давайте посчитаем вместе.
Задача. Сделать гидравлический расчет водопроводной системы при условии что:
— Имеется скважина глубиной 18 метров, зеркало воды в которой находится на глубине не больше 10 метров от поверхности земли.
— Насос или насосную станцию предполагается поставить над скважиной в кессон глубиной 2,5 метра.
— От скважины до дома расстояние 13 метров.
— Внутри дома предполагаемое горизонтальное расстояние по маршруту прокладки трубы – 9 метров.
— Предполагаемые вертикальные расстояния: от пола до смесителя – 1,1 метра, от пола до излива душа – 2.2 метра, от уровня земли до пола – 1,2 метра.
— Предполагаемая труба на всасе насоса: металлопластик наружным диаметром 26 мм и длиной 10 метров. На напоре: от насоса до дома – полиэтилен наружным диаметром 25 мм, длиной 18 метров, разводка в доме – полипропилен наружным диаметром 20 мм, длиной 9 метров.
— Рассчитывать нужно на использование одновременно двух потребителей.
Для начала, давайте приведем в порядок все эти сведения. Общее вертикальное расстояние от зеркала воды до самого дальнего потребителя (излив душа) будет равняться:
10 м + 1,2 м + 2,2 м = 13,4 метра.
Расстояние по вертикали от насоса до зеркала воды:
10 м – 2,5 м = 7,5 метров.
Горизонтальные расстояния нам, собственно, нужны только для определения длины труб, а эти сведения у нас уже есть. Длина трубы на всасе, которую нужно учесть при расчете – это расстояние от зеркала воды до насоса, т.е. 7,5 метров. В принципе, насос должен осилить эти метры, но это число нужно запомнить и проверить перед поиском подходящего насоса.
Общая потеря напора по вертикали нами уже определена, это 13,4 метра. Теперь найдем потерю напора в трубах из-за движения по ним воды. Металлопластиковая труба наружным диаметром 26 мм имеет внутренний диаметр 20 мм, такой же внутренний диаметр у полиэтиленовой трубы, которую предполагается проложить от кессона к дому, поэтому:
18/10*1,16 = 2,088 м
Это потеря напора в полиэтиленовой (ПНД) трубе, ведущей к дому.
Особо не мудрствуя, я взял потерю напора для этого диаметра, 20 мм, и двух потребителей из своей же таблицы и нашел потерю напора для нужной нам длины трубопровода, помня о том, что в таблице указана потеря напора для длины в 10 метров.
Однако для оценки стабильности работы насоса нужно найти полное сопротивление трубы на всасе:
7,5/10*1,16 = 0,87 метра
и общая потеря напора на всасе будет равна:
0,87 + 7,5 = 8,37 метра,
что очень близко к критическим 9 метрам, максимально возможной глубине всасывания насоса. Поэтому, желательно, либо увеличить глубину кессона, хотя бы до 3 метров, либо использовать насосную станцию с внешним эжектором, что намного дороже. Еще вариант, увеличить диаметр всасывающего трубопровода до 32 мм, тогда общее сопротивление трубы уменьшится.
Давайте выберем вариант по надежней: увеличим диаметр трубы на всасе, поменяв её на металлопластик с наружным диаметром 32 мм (внутренний, соответственно, 26 мм) и «опустим» кессон на полметра. Общая высота подъема воды при этом нисколько не изменится. Мы лишь подвинем насос поближе к воде.
7/10*0,33 = 0,231 метра, и
7,0 + 0,231 = 7,231 метра,
Что уже вполне приемлемо, и с поиском нужного насоса, скорее всего, проблем не будет.
Полипропиленовая труба с наружным диаметром 20 мм имеет внутренний диаметр 16 мм, и потеря напора на ней составит:
9/10*3,49 = 3,141 метра
Теперь сложим все, что мы вычислили:
13,4 + 2,09 + 0,23 + 3,14 = 18,86 метра
И прибавим к этому оговоренные нами ранее десять процентов на потерю в местных сопротивлениях:
18,86 +10% = 20,75 метра.
Но это лишь тот напор, который должен преодолеть насос, чтобы вода просто полилась из смесителя. Чтобы вода пошла из смесителя под напором, к этому нужно добавить так называемый «свободный напор». По стандартам он должен быть не меньше 3 метров, исходя же из практических соображений, лучше закладывать в расчет число побольше, в разумных, конечно, пределах, например, 15 метров. Этого хватит на преодоление сопротивления в различном подключаемом нами оборудовании: бойлер, стиральная и посудомоечная машина и т.д.
Таким образом, мы получаем желательные характеристики насоса:
20,75 + 15 = 35,75, т.е. примерно 36 метров,
Но не меньше 20,75 + 3 = 23,75, т.е. примерно 24 метра.
При этих напорах насос должен выдавать нам 24 литра в минуту или 1,44 кубометра в час.
Напомню, это не те характеристики, которые написаны на шильдике насоса, а те, которые насос должен реально выдавать при этом напоре и расходе.
Как это узнать? Читаем дальше…
Большое спасибо за такой обстоятельный и быстрый ответ! Мы так и собираемся делать — то есть септик на расстоянии 6-10 метров от дома; так как дом — 9 метров, то скважину с другой стороны дома метров 15, размер участка позволяет.А какой насос вы порекомендуете, чтобы с 45 метров поднять воду, подать 15 метров до дома и поднять на 2-й этаж? И вот ещё вопрос: надо ли планировать участок с учётом возможного обслуживания скважины в дальнейшем? То есть чтобы к ней подъехать можно было? У меня у родственников скважина (артезианская) 16 лет, они говорят, что ни разу никакого обслуживания или ремонта не было. Септик мы хотим ближе к стоянке сделать, ведь требуется его чистка регулярно.
Приветствую, Сергей.
Подъезд к скважине вряд ли нужен. Если все сделать правильно: прокачивание, гидроизоляция, эксплуатация, то никакого обслуживания ей не требуется. А вот с насосом Вы, возможно, забегаете далеко вперед. Если Вы читали статью над этими комментариями, то должны понимать, что для точного выбора насоса, нужна, как можно детальнее, информация о скважине, о планируемом размещении точек водопотребления, количество этих «точек» и т.д., вплоть до желательной трассировки труб в доме, т.е. конкретной траектории их прокладки. Чем конкретнее будет «техническое задание», тем надежнее, лучше и, как ни странно, дешевле будет система. Так что с насосом я бы на Вашем месте повременил.
Когда будет скважина, когда будет примерно понятно, куда будет входить вода и откуда выходить канализация, когда «улягутся и утрясутся все хотелки, частично задушенные жабой», и останется один-два варианта размещения «мокрых» узлов, вот тогда и придет время насоса, труб, системы разводки и прочего. Если же Вам нужно определиться с суммой, которую нужно выделить (оставить) на насос и систему, то на хороший насос нужно примерно 20-25 тысяч, на систему только на материалы нужно от 50 тысяч. Приборы (ванна, унитаз, раковина, бойлер и прочее) и смесители в эту сумму не входят, потому что они зависят от спора «хотелок с жабой». А техника, в том числе и инженерная сантехника, она и в Африке техника. Где-то чуть лучше, где-то чуть хуже, а в целом примерно одинаковая.
Естественно, что с ценами я могу и ошибаться, учитывая местные традиции людей и магазинов. Я ориентируюсь на свой Питерский регион, хотя знаю и другие, там, где бывал…