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…
Спасибо. Рискнул, и используя Ваш метод расчета, подал воду на участок из озера. Плавный под’ем 2,5 м от зеркала воды трубы ПНД 32х5 мм длиной 95 метров и насос 1,1 кВт через 5 м трубы и штуцер 12 мм выдал «фонтан» 3 м. Нагрев через 1 час работы нормальный.
И вопрос. Если на подачу применить трубу 50 мм , «фонтан» станет выше? Спасибо.
Опечатка, труба 32х2 мм
Здравствуйте, Сергей.
Не совсем понятно «чем» Вы рисковали? Или эти 95 метров стоят на всасе насоса?
И ответ. Если поставить трубу 50 мм, то, конечно, «фонтан» станет выше. Прикидывая изменение диаметра трубы с 32 мм на 50 мм для указанных Вами 95 метров, получилось, что при использовании трубы в качестве всасывающей её пропускная способность увеличится в два с лишним раза (при условии ограниченной всасывающей способности насоса). А если труба стоит на напоре, то сопротивление линии падает более чем в пять раз. При этом толщину стенки на 32 мм трубе я брал в 2,0 мм, а на «полтиннике» в стандартные 5,0 мм.
Да, 95 метров трубы 32х2 стоят на всасе насоса. Боялся, что насос не справится. Спасибо.
Здравствуйте, по вертикали от зеркала воды перепад 1 м, до предполагаемого места установки НС на территории участка 33 метра,т.е от всаса до озера 33. Вопрос, будет ли данная система нормально функционировать. Заранее благодарю.
Здравствуйте, Игорь.
Если все так, как Вы пишите, то проблем быть не должно, и такая система должна нормально работать. Естественно, при соблюдении некоторых условий.
Первое: это соблюдение условий при монтаже «длинной» всасывающей линии.
Второе: хотя бы элементарное обустройство места всасывания воды в самом озере. А именно, защита всасывающего патрубка от водорослей, песка и донного ила. Я где-то в комментах подробно разбирал что там нужно сделать, но, хоть убей, не помню где…