САН САМЫЧ

Здравствуйте, уважаемые читатели «Сан Самыча». В комментариях было много вопросов о том, возможно ли поставить поверхностный насос или насосную станцию на таком-то расстоянии от источника воды. Потому как, если рассуждать теоретически, то насос, который может поднять воду с глубины в 8 метров, т.е. создающий разрежение в 0,8 атм., сможет подтянуть воду по горизонтальной трубе диаметром 32 мм и длиной аж 800 метров. Делая скидку (опять же чисто теоретически) на отличие теории от практики в два-три раза, получается, что насос просто обязан легко подтягивать воду по трубе длиной 250-300 метров.
Не сможет и не подтянет. Давайте разбираться почему?

Где теряется сила насоса

Для начала давайте определим, что может мешать насосу или воде, движущейся по трубе к насосу. Ведь, когда дело касается напорной линии, все более или менее сходится с теорией гидравлического расчета, расхождения получаются небольшими. А всасывающая линия получается «заколдованной» и никак не хочет подчиняться результатам расчетов, только на небольших расстояниях. В чем может быть причина?
Скорость потока воды, которая может создать дополнительное сопротивление во всасывающей линии, как правило, меньше, за счет большего диаметра трубы. Кардинальное же, принципиальное отличие всасывающей линии от напорной – заключается в том, что в первой создается разрежение или, по-другому, частичный вакуум, а во второй – избыточное давление. Для самой воды это большого значения не имеет, вода, как все знают, вещество не сжимаемое и не растягиваемое. А вот для воздуха…
«Ну, во-от, опять воздух виноват», — скажут многие, — «И откуда же ему там взяться?»
Да, опять воздух!.. Но он не тормозит воду, хотя и не без этого в некоторых случаях, о которых поговорим чуть позже. Нет, воздух просто «забирает силу» насоса, сажая разрежение, становясь от этого больше.
Т.е. маленький пузырек воздуха, благодаря создаваемому насосом разрежению во всасывающей линии, становится больше в объеме. Подъемная же сила насоса уменьшается на величину выполненной насосом работы для увеличения объема этого пузырька.
А если труба длинная?
А если пузырьков много?
И это не считая увеличения площади соприкосновения с водой, уменьшения площади сечения трубы и, соответственно, увеличения скорости потока в некоторых местах.
Откуда же берется воздух и почему его сложно удалить из трубы?

Поговорим о трубах

Давайте вспомним, какие трубы, обычно, используются для всасывающего трубопровода. Уточню, для длинного всасывающего трубопровода. Потому что если для короткого можно взять трубу ПНД 25-32 мм или специальный гофрированный шланг, то для длинного трубопровода это делать не желательно. Труба ПНД просто может сплющиться под действием внешнего атмосферного давления, а гофрированный шланг – элементарно дорог и неудобен.
Соответственно, нам на выбор остаются металлические трубы, полипропиленовые и металлопластиковые. Есть еще ПВХ трубы, но они не рекомендуются для питьевой воды из-за содержания в них соединений хлора, да и не отличаются они почти от полипропиленовых.
Металлические – имеют большую шероховатость внутренних стенок и, как следствие, высокое гидравлическое сопротивление (в 4 раза выше пластиковых). Т.е. из них длинного трубопровода тоже особо не сделаешь, ведь мы говорим о сотнях метров, а не о десятках. И даже при десятках метров, трубы нужно соединять – сваркой или резьбой, их нужно перетаскивать и монтировать. И если шестиметровый отрезок трубы согнется на несколько сантиметров, вы заметите это?
Металлопластиковые трубы, впрочем, как и полиэтиленовые (ПНД, на всякий случай будем держать их в уме), поставляются, транспортируются и продаются свернутыми в кольцевые бухты диаметром метр-полтора. Получается, что перед монтажом их нужно выравнивать. Причем выравнивать тщательно, чтобы избежать образования перепадов по высоте, так называемых «домиков». Но как бы вы ни старались, какие-то перепады все равно останутся, пусть даже минимальные в несколько миллиметров. Запомним этот момент.
Полипропиленовые — продаются «хлыстами» — отрезками длиной 2, 4, 6 метров. При монтаже их придется соединять муфтами. И при этом соединении велика вероятность нарушения соосности хлыстов. Кроме того, и сами полипропиленовые трубы достаточно гибкие. Так что и здесь нужно внимательно следить за геометрией труб при монтаже.
Сделаем важный вывод из этой части разговора. При всем нашем желании и старании соблюсти идеальную, как на чертеже, геометрию всасывающего трубопровода невозможно, или это будет очень затратно по средствам и времени.

Погрешности приборов и человеческий фактор

Мало того, что сами трубы или их монтаж не позволяют достичь идеальной прямой для всасывающей линии, так это не позволят сделать имеющиеся приборы контроля. Горизонтальность монтажа, как правило, контролируется «уровнем» (ватерпасом). Не важно, на каком принципе работает ваш прибор: лазер это, гидроуровень, плавающий воздушный пузырек на линейке или обыкновенный отвес. Все они имеют свои погрешности и недостатки в применении.
Погрешность же всего в полпроцента (это неплохая точность для бытовых приборов) это отклонение в полсантиметра на метр длины. Прикиньте, какая в результате может выйти ошибка, скажем при хотя бы 50 метрах, — это 25 сантиметров по высоте в лучшем случае.
Да что греха таить, Вы умеете правильно использовать «уровень»? Проверить его показания, увеличить точность, если понадобится. Вряд ли. Для этого нужно иметь большой опыт пользования этими приборами и последствий этого пользования. А без этого, увы, можно смело умножать и без того немалую погрешность этих приборов минимум на два.

Причем тут точность геометрии труб и приборов?

Да, вполне резонный вопрос: для чего ранее шел разговор о точности и погрешностях?
Так все просто: чем длиннее мы задумываем всасывающий трубопровод, тем более идеальным его придется делать. И это происходит по нескольким причинам:
1. Чем больше объем воды должен быть во всасывающем трубопроводе, тем больше вероятности появления (образования, оставления) пузырьков остаточного воздуха, и тем больше усилий нужно прилагать насосу. А они, как мы помним, весьма ограничены, и практически не зависят от мощности насоса, потому что здесь «балом правит» атмосферное давление.
2. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше вероятности образования перепадов по высоте («домиков»), в том числе и очень протяженных, от чего их нехорошее влияние нисколько не уменьшается, а только увеличивается.
3. Чем длиннее всасывающий трубопровод, тем больше соединений труб мы вынуждены будем сделать в случае монтажа из «хлыстов», тем больше вероятность геометрических дефектов при соединении. А это потенциальные «карманы» для трудноудаляемого или не удаляемого воздуха.
Как видите, причины для беспокойства есть. Давайте же оценим, насколько идеальным должен быть трубопровод, если его ставить на всасывающую линию и, как можно уменьшить вероятность этих ошибок.

Допустимые погрешности всасывающего трубопровода

Не знаю, как другие, я разделяю все воздушные пузыри в трубах на три категории:
1. Легко удаляемые
2. Трудно удаляемые и
3. Не удаляемые.
Но смею напомнить, я не теоретик – я практик, поэтому это классификация сугубо личная и вряд ли еще где-то встречается.
Легко удаляемые пузыри воздуха, как следует из названия, легко удаляются проходящим протоком воды, следует лишь увеличить скорость этого потока или несколько раз изменить её. Они образуются в местах шероховатостей или неровностей внутренней поверхности труб, а также в местах соединений.
Трудно удаляемые пузыри образуются в местах перепадов высот трубопровода в случаях, когда перепад по высоте не превышает одного внутреннего диаметра трубопровода. Они могут быть удалены со временем, в результате постоянного воздействия потока переменной скорости. Обычно это происходит при включениях насоса, когда скорость воды очень быстро увеличивается. После нескольких десятков или даже сотен включений насоса такой пузырь уничтожается.
И последние, не удаляемые пузыри, образуются в местах перепадов высот трубопровода более одного внутреннего диаметра. В результате воздушный пузырь запирается окружающей его водой, и удалить его полностью без внешнего воздействия не представляется возможным.
А теперь обратите внимание на размерность величины определяющей неудаляемость воздушного пузыря, это внутренний диаметр трубопровода вне зависимости от его длины. Т.е. короткий всасывающий трубопровод – погрешность один внутренний диаметр, длинный всасывающий трубопровод – погрешность та же. Замечаете разницу: соблюсти абсолютное отклонение, допустим, в 3 см на 10 метров, или те же 3 см на 100 метров. Как говорится, почувствуйте теорию относительности в действии.

Как уменьшить влияние погрешностей при монтаже всасывающей линии

Уж простите мне мое философствование, всегда считал и считаю, что человек должен иметь право на ошибку. А уж как добиться этого права – это другой вопрос.
В нашем случае этого можно добиться несколькими способами, основные из которых это:
1. Увеличение внутреннего диаметра всасывающего трубопровода. Соответственно, увеличится и наружный. Т.е. мы увеличиваем абсолютную допустимую погрешность всасывающей линии.
2. Монтаж всасывающего трубопровода с уклоном.
И если по первому пункту, по-моему, дополнительных пояснений делать не нужно, то по второму – следует сделать расшифровку.
Заметьте, я не стал уточнять в какую именно сторону нужно делать уклон, к источнику воды или от него. А все потому, что уклон трубопровода – это универсальное «средство борьбы» с перепадами по высоте, типа «домиков». Удалить же воздух из заранее известных мест трубопровода – это чисто технический момент.
Действительно, при соблюдении уклона хотя бы в один внутренний диаметр трубы на расстояние всасывающей линии, мы увеличиваем допустимое отклонение по вертикали вдвое, т.е. вдвое уменьшаем шансы сделать «домик» с НЕ удаляемым воздушным пузырем. А если сделать уклон больше и относительным, например, один внутренний диаметр на один погонный метр, тогда наши ошибки на расстоянии в один метр, практически, нивелируются. Правда, тогда появляется еще и вертикальная составляющая потерь, но, в большинстве случаев, её можно просто учесть при расчетах.

Как сделать длинный всасывающий трубопровод

Итак, давайте подведем итоги нашего слегка затянувшегося разговора о длинных всасывающих трубопроводах. Исходя из всего вышеизложенного, можно вывести несколько условий, соблюдая которые вы сделаете длинный всасывающий трубопровод. А уж какой он будет длины и будет ли он работать зависит от вас и от тщательности выполнения этих условий.
1. Труба должна быть жесткая, чтобы выдержать внешнее воздействие атмосферного давления. Это может быть металл, металлопластик или полипропилен. Или другой материал, соответствующий данному условию.
2. Диаметр трубы должен быть, как можно больше, для уменьшения абсолютной погрешности при монтаже трубопровода. С другой стороны, увеличение объема воды в трубопроводе приведет к увеличению оставшегося там воздуха. Оптимальный диаметр длинного всасывающего трубопровода – 32, 40, максимум 50 мм.
3. Труба должна быть максимально прямой, выровненной, чтобы избежать образования локальных и протяженных перепадов по высоте, так называемых, «домиков».
4. Для уменьшения влияния погрешностей при монтаже трубопровода труба должна быть уложена с уклоном в какую-либо сторону (лучше к источнику воды). Чем больше уклон, тем меньше будут влиять ваши ошибки на конечный результат. При этом нельзя забывать о выполнении предыдущего пункта.
5. Должно быть как можно меньше соединений при монтаже всасывающего трубопровода. В идеале, их должно быть всего два: 1. Соединение с насосом; 2. Соединение с обратным клапаном. Все соединения должны быть герметичными не только по воде, но и по воздуху, чтобы избежать подсосов.
6. Недопустимо как-либо увеличивать гидравлическое сопротивление всасывающей линии. Это значит, что нельзя ставить перед насосом картриджные фильтры. Максимум, что можно себе позволить, это фильтры–сетки или грубые фильтры в 300-400 мкм, имеющие минимальное гидравлическое сопротивление.
Собственно, это все. Конечно, можно добавить, что грубые фильтры нужно периодически чистить, что нужно предусмотреть некие мероприятия для борьбы с замерзанием воды в трубах и так далее. Но напрямую это к теме нашего разговора не относится.
Поэтому, с Вашего позволения, уважаемые читатели «Сан Самыча», я поставлю точку в нашей, надеюсь плодотворной, беседе.
Посему, до новых встреч. Пока.