Как выбрать насос для скважины: расчет производительности и параметры

Выбор размера насоса во многих случаях — дело второстепенное. У многих монтажников есть свой насос, который безотказно работает десятилетиями. Затем это происходит: После завершения установки насос проверяют, чтобы убедиться в том, что работа выполнена хорошо… и ничего не происходит. Насос работает, но уровень воды не движется. Почему?

При выборе насоса необходимо учитывать два фактора: расход и давление. Расход обычно измеряется в галлонах в минуту (gpm). Необходимо определить максимальный мгновенный расход, который будет поступать в бассейн насоса, чтобы можно было выбрать насос для эффективного обслуживания системы.

В идеале, расчетный расход должен быть предоставлен подрядчиком, инженером или регулирующим органом, хотя существует несколько методов оценки расхода. Для канализационных систем обычно используется метод единиц крепежа. Этот метод присваивает значение сантехническим приборам или группе приборов. На рисунке 1 приведены единицы измерения для различных типов светильников.

Сначала определите тип и количество сантехнических приборов, из которых насос будет получать воду. Затем переведите все сантехнические приборы в соответствующие им единицы измерения количества приборов. Затем сложите их вместе, чтобы получить общее количество единиц арматуры.

Чтобы перевести количество единиц оборудования в расход, используйте график зависимости производительности насоса от количества единиц оборудования, подобный изображению 4. Это даст расчетный расход, который будет использоваться для выбора насоса.

Пример: На изображении 6 показаны один обратный клапан, одно колено 90 градусов, два колена 45 градусов, одна задвижка и один тройник для отвода потока — общая длина фитингов составляет 39,7 футов.
Вторая необходимая деталь — это давление, требуемое для перемещения расчетного расхода через систему. Это давление обычно называют полным динамическим напором (TDH).

Для измерения TDH обычно используется единица измерения — футы воды. Для сравнения, один фунт на квадратный дюйм равен 2,31 фута воды. Во многих случаях TDH является единственной переменной, которая может значительно изменяться от применения к применению в зависимости от характеристик участка и требований.

Как правило, существуют две составляющие, сумма которых формирует общий динамический напор: статический напор и напор трения.

Статический напор — это вертикальная разница между точкой отключения насоса и выходом из системы. Обязательно проверьте, нет ли высоких точек между насосом и водовыпуском. Если есть высокая точка, возможно, потребуется рассчитать TDH от насоса до высокой точки и от насоса до водовыпуска и выбрать насос, который будет работать в обеих точках.

Чтобы быть консервативным, рассчитайте статический напор, вычитая высоту отключения насоса из самой высокой точки. В примере на рисунке 6 статический напор составляет 10 футов.

Когда вода течет по трубе, между водой и стенками трубы возникает сопротивление трения, которое создает противодавление на насос. На потери от трения влияют несколько факторов: скорость потока, диаметр трубы, материал трубы, номинальное давление, длина трубы, возраст трубы, а также тип и количество фитингов.

Чтобы правильно подобрать размер насоса, необходимо определить потери на трение при расчетном расходе, принимая во внимание различные факторы.

Пример: 40 галлонов в минуту через 2-дюймовую трубу SCH 40 будут иметь 2,64 фута потерь на трение на каждые 100 футов трубы, а скорость составит 3,82 фута в секунду (фут/с).
Первая часть определения потерь на трение — это определение общей эквивалентной длины трубы. Расчет потерь на трение через фитинг может быть сложным и громоздким.

Потери на трение варьируются от фитинга к фитингу, поэтому вместо расчета потерь на трение через каждый фитинг можно использовать изображение 2 для преобразования их в эквивалентную длину прямой трубы. Это уменьшает количество переменных при расчете потерь на трение.

Расчетный расход и TDH вместе дают расчетную точку, которая используется для выбора насоса. Расчетная точка должна находиться на кривой производительности насоса или внутри нее.

Если расчетная точка находится выше или справа от кривой производительности, насос не сможет обеспечить расчетный расход, что может привести к неприятным сигналам тревоги, переливу или преждевременному выходу из строя. В целом, лучше всего выбирать насос, который находится ближе всего к расчетной точке и для которого расчетная точка находится вблизи центра кривой.

Расчетная точка на фоне группы кривых производительностиИзображение 5: Расчетная точка на фоне группы кривых производительности
Следуя примеру, расчетный расход составляет 40 гал/мин при общем динамическом напоре 17,7 футов. Чтобы построить расчетную точку, проведите линию на 40 г/мин и 18 футах TDH — место пересечения этих двух линий и будет расчетной точкой. Модель X не сможет производить 40 гал/мин при TDH 18 футов и, следовательно, не является подходящим насосом.

Модель Z будет соответствовать минимальным требованиям, но будет производить больше потока, чем необходимо. Модель Y отвечает минимальным требованиям и находится ближе всего к расчетной точке. Поэтому она лучше всего подходит для данного примера.

Еще одним ключевым фактором при определении размеров насосов для сточных вод является скорость движения воды. Когда насос отключается и вода перестает течь, твердые частицы могут начать оседать в трубе. Важно обеспечить достаточный поток и, соответственно, достаточную скорость, чтобы взвесить твердые частицы для предотвращения их накопления или засорения.

Для предотвращения осаждения твердых частиц насос должен обеспечивать минимальную скорость размыва 2 фута в секунду (фут/с), хотя предпочтительнее 3-5 футов в секунду. Используйте таблицу потерь на трение, подобную изображению 3, в которой указана скорость под колонкой VEL. Если скорость меньше 2 футов в секунду, следует уменьшить диаметр трубы или увеличить расчетный расход.

В некоторых случаях существуют дополнительные требования к давлению, которые могут повлиять на расчет TDH. Обычно дополнительные требования предъявляются к распределительным системам низкого давления, спринклерным системам, нескольким насосам на общей магистрали или к любым другим системам, в которых требования к давлению отличаются от статического напора или напора трения. Дополнительные требования к давлению не рассматриваются в данной статье.

Если система имеет дополнительные требования к давлению, обратитесь к производителю или местному представителю за помощью в определении размеров насоса.

В конечном итоге, наиболее важным аспектом определения размеров насоса является сбор точной и полной информации для каждого проекта.

Пример канализационной подъемной станции
Для сбора информации о проекте, необходимой для определения размера насоса, можно использовать следующие вопросы.

1. Каковы условия электроснабжения?

Это не влияет на гидравлику или размеры насоса, но напряжение и фаза двигателя должны соответствовать напряжению электросети, имеющейся на участке, а электрик должен подтвердить правильность размеров цепи.

2. Это жилое, коммерческое или муниципальное применение?

Это необходимо для того, чтобы обеспечить соответствующее экономичное решение. Насос для жилого помещения не нуждается в тех модернизациях, которые могут потребоваться насосу для муниципального или коммерческого использования.

3. Какой тип перекачиваемой жидкости? Канализация, сточные воды, грунтовые воды или какая-то другая жидкость?

Обязательно выберите насос, предназначенный для работы в данной среде.

4. Каков расчетный расход?

Метод единицы крепления не всегда является лучшим методом определения расхода для больших, коммерческих или муниципальных применений. Уточните у заказчика, инженера или местного регулирующего органа, как определить расход, если он не указан.

5. Каков статический напор?

Это критический компонент для определения TDH.

6. На какое расстояние перекачивается вода?

Критический компонент для определения общей эквивалентной длины для расчета потерь на трение.

7. Какой диаметр и тип трубы используется?

Потери на трение различаются в зависимости от материала и внутреннего диаметра трубы. Обязательно используйте правильную соответствующую таблицу потерь на трение.

8. Какой тип и количество фитингов включены?

Используются для определения общей эквивалентной длины для расчета потерь на трение.

9. Куда перекачивается вода? Перекачивается ли вода в самотечную канализацию, септик, систему под давлением и т.д.?

Дополнительные требования к давлению необходимо учитывать при определении размеров насоса — обратитесь за помощью к производителю или местному представителю.