Расчёт скважинного насоса: формула и пример подробного расчета

Описание вычислительного процесса

С уменьшением сечения труб сопротивление повышается. Если диаметр превышает дюйм, то горизонтальные участки можно не брать в расчет. Снижение давления в них не значительно.

Насосная станция находится в подсобном помещении

В калькуляторе имеется пункт, в котором должна быть указана длина участков по горизонтали из трубопроводов с разным сечением. Также придется отметить, из какого материала сделаны элементы, ведь сопротивление изделий может сильно варьироваться. К примеру, стальные аналоги сдерживают поток примерно в 1,5 раза сильнее, чем пластиковые.

На завершающем этапе остается определиться с требуемым давлением в местах потребления воды. Для простых смесителей обычно хватает 1,5 атмосферы, но для специальной техники может потребоваться и более сильный напор. Его значение отражается в паспорте, который поставляется совместно с прибором. Для удобства ответ выводится сразу в трех единицах измерения.

Почему именно в метрах

Насос для напора воды и любой другой жидкости является весьма популярным приспособлением, без которого трудно представить жизнь в частном доме. Многие потребители до сих не понимают, почему измерение величины напора ведется именно в метрах.

Напор центробежного насоса, впрочем, как и любого другого, принято измерять в метрах. Конечно, подобная система рождает много вопросов. Прежде всего, так повелось исторически, все уже давно привыкли к такому обозначению и не намерены ничего менять. Ну и, конечно, это удобно, ведь не приходится прибегать к использованию других единиц измерения, производить сложные математические расчеты. Величина напора, исчисляемая в метрах, дает нам информацию о том, что насос может поднять жидкость на данную высоту.

Критерии выбора

Насос для скважины, например, Малыш, – это главный элемент системы водоснабжения загородного дома. От правильности выбора этого агрегата зависит бесперебойная работа всей системы. При подборе насосного оборудования необходимо учитывать сразу несколько критериев:

• Главными показателями , влияющими на выбор устройства, являются уровень жидкости в гидротехническом сооружении и глубина скважины. В паспорте к насосному оборудованию обязательно указывается глубина водозабора, на который рассчитан насос. Если вы не знаете, какой глубины ваше гидротехническое сооружение, лучше её измерять самостоятельно при помощи специального прибора или обычной верёвки. Также при помощи верёвки (её мокрой части) можно узнать высоту водного столба в скважине. Далее мы рассмотрим особенности выбора агрегата для скважин глубиной 30 метров.
• Потребности в воде . Выбор насосного оборудования без знания этой величины просто невозможен. В зависимости от разновидности насоса этот показатель может быть в пределах 20-200 л/мин. Расчёт делается с учётом, что один человек использует в сутки воду в объёме 200 л. Следовательно, на семью из четырёх человек понадобится насос, мощность которого находится в пределах 30-50 л/мин. Можно выбрать самый простой агрегат, например, Вихрь или Малыш, только стоит предусмотреть небольшой запас мощности. Если кроме водоснабжения дома прибор будет обеспечивать полив огорода, то нужен насос ещё большей мощности. Как правило, для полива огорода в день может понадобиться около 2 тыс. литров воды, поэтому мощность насосного оборудования должна быть больше на 50 л/мин.
• Производительность скважины . Точно вычислить объём воды, добываемый за определённый период, не получится. Для приблизительной оценки этого параметра засекают время, за которое всю воду из гидротехнического сооружения откачают, а также время, за которое полностью опустошённая скважина вновь наполнится водой. После этого второй показатель стоит разделить на первый. Полученный результат и будет дебетом водозабора. Для подбора насосного оборудования этой приблизительной величины будет вполне достаточно.
• Напор скважины на воду . Этот показатель особенно важен для водозаборов глубиной 30 метров и более. Для определения напора вы должны знать, сколько метров в глубину имеет ваша скважина. К этой величине прибавляют 30 и увеличивают на 10 процентов. В итоге вы получите высоту водяного столба. По этому показателю и выбирают насос. Например, если ваше гидротехническое сооружение глубиной 30 метров, то высота водяного столба получится 60 м +30 + 10% = 66 м. В таком случае лучше выбирать модель насосного оборудования, например, Малыш или Вихрь, с напором 70 метров.
• Диаметр ствола гидротехнического сооружения . Этот показатель нужен для определения мощности насосного оборудования. Если бурение вашей скважины выполняли профессионалы, то данную величину можно найти в паспорте скважины на воду. Если водозабор делали сами, то диаметр можно измерять тоже самостоятельно. Эта величина должна быть в дюймах, поэтому для перевода из сантиметров знайте, что в одном дюйме 2,54 см. Большинство насосов, в том числе и агрегат Малыш, предназначены для скважин размером 4 дюйма. Если диаметр ствола вашего сооружения нестандартный, нужную модель можно заказать из каталога. Именно поэтому, прежде чем делать скважину на воду, стоит заранее выбрать подходящий 4-х дюймовый диаметр обсадной колонны.
• Цена насосного оборудования – не менее важный показатель при выборе агрегата. Также при подсчёте расходов стоит учесть, что вам понадобится стальной трос для подвешивания насоса в скважине и автомат для подключения. Необязательно выбирать самый дорогой агрегат. Есть сравнительно недорогие отечественные модели, например, насос Малыш, которые отлично справляются с поставленными задачами.

Расчет потребного расхода воды для системы водоснабжения

Нормы расхода воды сантехнических приборов я возьму из Приложения 2 (СП 30.13330.2010) «Внутренний водопровод и канализация зданий», нормы которого распространяются на проектирование строящихся и реконструируемых систем внутреннего холодного и горячего водоснабжения, канализации и водостоков. Согласно п. 7.1 указанного документа гидравлический расчет сетей внутренних водопроводов холодной воды необходимо производить по максимальному секундному расходу воды:

1. умывальник со смесителем – 0,12 л/с;
2. унитаз со смывным бачком – 0,1 л/с;
3. мойка со смесителем – 0,12 л/с;
4. душевая кабина с глубоким душевым поддоном и смесителем – 0,12 л/с;
5. поливочный кран – 0,3 л/с.

Потребный расход воды определяется как сумма производительности всех точек водоразбора, с учетом вероятности их одновременного использования.

Максимальная теоретическая потребность в воде (без полива):

• 0,12 х 2 + 0,1 + 0,12 + 2 x 0,12 = 0,7 л/с, что соответствует 2,52 м³/ч.

Конечно, на практике всеми санитарно-техническими приборами мы одновременно пользоваться не будем (у нас 6 точек водоразбора, не считая полива; использоваться одновременно будут максимум 4).

Таким образом, можно принять коэффициент одновременного использования приборов водоразбора для данного дома можно принять равным 0,66 (что будет соответствовать 4-м используемым точкам водоразбора одновременно).

Потребный расход воды:

• Qпотр. = 2,52 м³/ч x 0,66 = 1,7 м³/ч

Какой гидроаккумулятор необходим

Таблица подбора гидроаккумулятора.

Для правильного выбора насоса необходимо внимание уделить и тому, какой именно гидроаккумулятор будет использоваться. Назначение его состоит в том, чтобы накапливать определенный объем воды для предотвращения частого включения самого насоса

При достижении определенного объема воды насос выключается, пока вода не будет израсходована. Каждый насос имеет разрешенное количество пусков за час, превышать которое не рекомендуется.

Обычно это 20 пусков, которые при отсутствии гидроаккумулятора будут осуществляться при каждом открытии крана. А вот при наличии бака такие включения будут редкими, что продлит срок службы всего оборудования.

• Qmax – это максимальное значение расхода воды;
• Pset – давление при включении насоса;
• ΔР – это разница, которая наблюдается при включении и выключении насоса;
• Nmax – допустимое за час число включений и выключений, обычно оно указывается производителем для каждой модели отдельно;
• K = 0,9.

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

Расчёт производительности насоса для скважины

Осуществляя расчет производительности насоса для скважины, также стоит учитывать и естественные колебания жидкости, которые по тем или иным причинам могут влиять на уровень воды в скважине. Как показывает практика, в течение года, под действием таких метеорологических факторов как засуха, обильные ливни и паводки, уровень жидкости может увеличиваться или напротив уменьшаться от 1 до 5-6 метров в зависимости от интенсивности вышеперечисленных явлений. Насосы в таких скважинах необходимо устанавливать на несколько метров глубже, чем минимально возможный показатель динамического уровня жидкости. Таким образом, можно дополнительно подстраховать скважинное оборудование на случай возможного обмеления источника.

Разобрав основные характеристики скважины, можно приступать к выбору нужной модели насоса. Здесь нас будут интересовать эксплуатационные параметры оборудования, а именно:

• Производительность — это способность скважинного насоса перекачивать определенный объём воды за установленный промежуток времени.

  На заметку Чтобы определить требуемый объём жидкости, можно воспользоваться усредненным значением, где в сутки один человек расходует примерно 1000 литров воды или один кубометр. Но не стоит забывать, что, как правило, в загородном доме несколько точек водоразбора. Это могут быть краны, смесители, стиральные и посудомоечные машины, ванные, душевые комнаты. И всегда есть вероятность их единовременного использования. Конечно же, не всех сразу (хотя такая вероятность также имеется), но нескольких — это уж точно. В общем, нам необходимо, чтобы насос, помимо среднего расхода, справлялся и с возможной пиковой нагрузкой.

• Напор , если не вдаваться в подробности, то напор скважинного насоса — это показатель создаваемого давления, которое может обеспечить конкретно взятый насос при перекачивании определенного количества жидкости. Если у вас интересуются, какой напор требуется, то под этим подразумевают, какое давление необходимо обеспечить насосу, чтобы перекачать определенный объём жидкости от начальной точки всасывания до конечной точки водораспределения, при этом преодолев все гидравлические сопротивления водопроводной системы.

О проведении вычислений

При расчетах необходимо удачно согласовать характеристики насосного оборудования и самого гидроаккумулятора. Лучше всего при определении напора воспользоваться специальным калькулятором, который даст возможность подобрать наиболее оптимальные параметры в каждом конкретном случае.

При вычислениях должно учитываться не самое высокое место водоразбора, а расположение гидроаккумулятора. За подачу воды по внутренним трубопроводам отвечает именно он. Таким образом, создаваемого давления должно хватить:

• для поднятия воды из скважины непосредственно до самого гидроаккумулятора;
• для преодоления сопротивления труб, расположенных на том же самом участке;
• для наполнения резервуара до верхнего предела.

Любой насос должен иметь потенциальный резерв, чтобы избежать длительной работы на максимуме. Работа на пределе негативно сказывается на продолжительности эксплуатации. Представленный калькулятор учитывает все основные показатели, поэтому позволяет приобрести наиболее подходящий прибор для определенных условий использования.

Итоговый результат приводится в различных единицах измерения, так как в технической документации может быть отражена практически любая из них. Именно с учетом полученных показателей и должен подбираться агрегат для подъема воды из скважины.

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Что необходимо знать при выборе насоса

Схема установки скважинного насоса.

Когда осуществляется выбор насоса, необходимо учитывать такие параметры, как:

Общая глубина скважины. Такая информация содержится в прилагаемом паспорте. Оборудование принято устанавливать на высоте от 1 м от уровня дна. Динамический уровень воды. Насос необходимо ставить ниже этого уровня, он также указывается в паспорте

Статический уровень тоже важно учесть. Диаметр скважины, чтобы правильно подобрать размер глубинного насоса, его адаптера, оголовка, крышки для устья скважины. Дебит – это данные о производительности источника, скважинный насос не должен иметь производительность большую, чем у скважины. В идеале выбор надо делать таким образом, чтобы производительность оборудования была примерно на 5-10% меньше, чем дебит источника. Размер, глубина фильтровальной части

Скважинный насос надо располагать таким образом, чтобы двигатель находился выше фильтра. Только в этом случае система будет работать без сбоев. Расстояние от дома до скважины. Учитывается не только горизонтальное значение, но и высота, на которую поднимаются трубы. Этажность, расположение самой верхней точки водоразбора. Место, где установлена автоматика для управления насосом. Вариант электропитания, который обеспечивает энергией скважинный насос.

Общие критерии выбора насоса для скважины на загородном участке:

1. Мощность оборудования. Подбор агрегата зависит от глубины источника, необходимого напора и планируемого расхода воды для дома. Нельзя делать выбор без учета этого параметра.
2. Глубина, которую имеет скважина. Этот параметр важен для выбора насоса, многие его считают одним из первых. Например, поверхностные насосы можно применять только для неглубоких источников и колодцев, а для водяных скважин используются только глубинные модели.
3. Выбор осуществляется на основе того, каким будет планируемый расход воды, т. е. какой должна быть производительность насоса.

Конструкционные различия

Гидронасосы бывают следующих конструктивных типов:

• Поршневые. Теперь уже практически не применяются для небольших насосных станций ввиду громоздкости, малого кпд, невысокого жизненного ресурса.
• Центробежные. Одни из самых популярных и востребованных благодаря простоте конструкции, экономичности и высокой надежности.
• Турбинные. Подобны центробежным, но не с боковым, а осевым расположением лопаток. Более мощные и производительные. Используются в основном на промышленных гидротехнических сооружениях.
• Роторные или так называемые винтовые насосы. Отличаются малыми габаритами по диаметру, потому наиболее пригодны для подъема воды из скважин.
• Вибрационные или мембранные. Дешевые, но малопроизводительные. Известны давно выпускающиеся для дачников модели «Ручеек», «Малыш».

Расчёт центробежного насоса

Расчёт центробежного насоса заключается в определении двух параметров, необходимых для работы системы — подачи и напора. В зависимости от схемы установки подход к вычислению заданных параметров должен быть различным.

Расчёт повысительного насоса

для системы водоснабжения выполняется по нагрузке часа максимального водопотребления, а напор определяют разницей между заданным давлением на входе в систему водоснабжения и давлением на вводе водопровода.

Давление на вводе в систему водоснабжения равно сумме избыточного давления у верхней водоразборной точки, высоты водяного столба от насоса до верхней точки и потерь напора на участке от повысительного насоса до верхней точки. Избыточное давление у верхней водоразборной точки обычно принимают 5-10 м.вод.ст.

Расчёт подпиточного насоса

для системы отопления выполняют исходя из максимально допустимого времени заполнения системы и её ёмкости. Время заполнения системы отопления обычно принимают не более 2 часов. Напор подпиточного насоса определяется разницей между давлением выключения насоса (система заполнена) и давлением в месте подключения подпиточной линии.

Расчёт циркуляционного насоса

для системы отопления выполняют исходя из тепловой нагрузки и расчётного температурного графика. Подача насоса пропорциональна тепловой нагрузке и обратно пропорциональна расчётной разнице температур в подающем и обратном трубопроводе. Напор циркуляционного насоса определяется только гидравлическим сопротивлением системы отопления, который должен указываться в проекте.

Необходимые данные для ввода

Изначально требуется указать, сколько метров составляет расстояние непосредственно от самой станции до динамического уровня жидкости в источнике, расположенном на территории участка. Обычно после рытья колодца или бурения скважины хозяину становится известна глубина. К ней остается прибавить высоту, на которой находится насосная станция.

Однако это не единственный параметр, который следует ввести. Некоторое сопротивление имеется и в горизонтальных трубопроводах, ведущих от источника прямо к месту расположения устройства. Сила трения будет зависеть также от диаметра используемых элементов и материала изготовления. Трубы сечением более 1 дюйма обладают низким сопротивлением, поэтому исключаются из основных вычислений.

Перечисленные зависимости были взяты в расчет при создании данного калькулятора. При получении значения, превышающего параметры приобретаемых моделей, стоит задуматься о технических способах решения проблемы. К примеру, можно расположить станцию в непосредственной близости к источнику, применяя при этом трубы из пластика с большим сечением.

Основное оборудование находится в подвальном помещении

При необходимости организовать место для насосной станции можно в кессоне, устроенном под землей. Такой вариант размещения оборудования считается наиболее удачным, так как позволяет обеспечить подъем воды с максимальной глубины. Однако при слишком большом расстоянии до рабочей среды все же лучше использовать погружные насосы, которые в связке с гидроаккумулятором облегчают жизнь потребителям. В каждом конкретном случае все будет зависеть от глубины колодца или скважины.

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Алгоритм

1. На первом этапе необходимо определиться с типом оборудования – погружное или самовсасывающее. Также следует изучить технические характеристики насосов для скважин, чтобы понимать, что вам нужно. Например, самовсасывающие из-за своего принципа работы могут доставлять воду на поверхность с глубины, не превышающей 9 м со встроенным эжектором и с 7 м – без него.

Существует также насосное оборудование, имеющее выносной эжектор, которые могут доставлять жидкость почти с 40 м.

Совет: не стоит использовать подобные агрегаты в виду их низкой экономичности, так как для поднятия жидкости на поверхность, они ее часть должны закачивают в скважину, на что нужна дополнительная энергия.

1. Плюсы всасывающего оборудования:

• предлагается в виде насосной станции. Ее достаточно гидравлически подсоединить к скважине своими руками и можно начинать качать воду;
• насос расположен наверху, поэтому к нему есть максимальный доступ для ремонта и осмотра. Кроме того, он работает в относительно мягких условиях, чем погружное скважинное оборудование.

Введите эти значения в формулу мощности потока воды.

Мощность потока воды или минимальная мощность, необходимая для запуска насоса, равна TDH∗Q∗SG / 3960

где TDH представляет собой полный скоростной напор в футах, Q — расход жидкости в галлонах в минуту (gpm), а SG — удельный вес (1 для воды). Введите все значения, которые вы определили в эту формулу, чтобы рассчитать мощность водяного насоса для вашего проекта.

Пример: садовый насос должен преодолеть TDH 70 футов и произвести расход Q 10 галонов / мин. В случае перекачивания воды, SG равно 1.

Мощность насоса = TDH∗Q∗SG / 3960 = 70∗10∗1 / 3960 =

Основные ошибки монтажа

Давайте вместе разберем наиболее распространенные ошибки, которые допускают многие из нас:

• Диаметр всасывающего патрубка. Довольно часто диаметр трубопровода на практике оказывается меньше диаметра всасывающего патрубка. Такая конструкция в случае подключения увеличивает сопротивление со стороны всасывающей магистрали, тем самым сокращая величину глубины всасывания. Выражаясь простым языком: уменьшенный по диаметру трубопровод просто не в состоянии пропустить тот размер жидкости, который с легкостью всасывает и перекачивает насос.
• Прямое подключение к обычному шлангу. Такая система не особо критична при условии использования насоса небольшой производительности. В противном случае под воздействием большого давления, создаваемого насосом, шланг сожмется, его сечение значительно сократится, а вода просто не сможете пройти сквозь него. Это в лучшем случае приведет к прекращению подачи воды, в худшем — к поломке насоса без возможности его последующего ремонта.
• Большое число изгибов и поворотов в трубопроводе. Такой вариант монтажа не повышает величину сопротивления, соответственно уменьшает производительность и величину напора насоса. Именно поэтому так важно привести количество изгибов и поворотов к минимальному значению, если вы хотите использовать приобретенный и установленный насос на все 100%.
• Герметизация. Именно ввиду недостаточной герметизации на всасывающем участке трубопровода могут возникать существенные потери воды. Плохая герметизация не только сокращает напор воды, но и сопровождает процесс работы насоса излишним шумом.