Zásobování vodou ze studny. Výběr čerpadla do studny.

Výpočet výkonu čerpacího systému je nejdůležitější fází návrhu a provozu hydraulických instalací. Přesné stanovení klíčových parametrů umožňuje zajistit efektivní a spolehlivý provoz čerpací techniky. Podívejme se na hlavní charakteristiky, způsoby jejich výpočtu a faktory ovlivňující výkon.

Výkonové charakteristiky čerpadla

Feed čerpadlo je objem kapaliny čerpané za jednotku času. Měří se v m3/h nebo l/s. Pro výpočet objemového průtoku se používá vzorec Q = V/t, kde V je objem čerpané kapaliny, t je čas. V tomto případě je nutné vzít v úvahu hustotu čerpaného média, protože hmotnostní průtok se může lišit od objemového. Teplota také ovlivňuje průtok změnou viskozity a hustoty tekutiny. Pro přesné výpočty se používají korekční faktory.

Tlak čerpadlo charakterizuje energii předávanou tekutině. Skládá se ze statického a dynamického tlaku. Statická výška je určena rozdílem mezi geodetickými výškami sání a výtlaku. Dynamická výška závisí na rychlosti proudění. Při výpočtu celkové dopravní výšky se berou v úvahu ztráty v potrubí vlivem tření a místního odporu. Důležité je také stanovení kavitační rezervy – minimálního tlaku na vstupu čerpadla, který zabraňuje kavitaci. Vzorec pro výpočet celkové dopravní výšky: H = Hst + Hdin + hpot, kde Hst je statická dopravní výška, Hdin je dynamický tlak, hpot je tlaková ztráta.

Účinnost čerpadlo odráží účinnost přeměny vstupní energie na užitečnou práci. Existují hydraulické, objemové a mechanické účinnosti. Hydraulická účinnost zohledňuje energetické ztráty v průtokové části čerpadla. Objemová účinnost měří netěsnost těsnění. Mechanická účinnost odráží ztráty třením v ložiskách a těsněních. Celková účinnost čerpadla je rovna součinu těchto složek: η = ηg * ηo * ηm. U moderních odstředivých čerpadel může celková účinnost dosáhnout 80-85%.

Moc čerpadlo je energie spotřebovaná za jednotku času. Rozlišuje se užitečná a spotřebovaná energie. Užitečný výkon je určen součinem přívodu a tlaku: Nп = ρgQH, kde ρ je hustota kapaliny, g je tíhové zrychlení. Spotřeba energie zohledňuje účinnost čerpadla: N = Np / η. Při výběru elektromotoru musíte vzít v úvahu i jeho vlastní účinnost.

Metody hodnocení výkonu

Pro úplné posouzení charakteristik čerpadla jsou sestaveny grafické závislosti hlavních parametrů. Tlaková charakteristika odráží závislost tlaku na přívodu. Energetická charakteristika ukazuje změnu účinnosti a spotřeby energie. Kavitační charakteristika určuje přípustnou kavitační rezervu. Tyto grafy umožňují vybrat optimální provozní režim čerpadla.

Výkon čerpacího systému je významně ovlivněn provozními podmínkami. Zvýšení teploty čerpané kapaliny snižuje její viskozitu, což může vést ke zvýšené netěsnosti a poklesu objemové účinnosti. Vysoká viskozita kapaliny zvyšuje hydraulické ztráty. Přítomnost pevných částic způsobuje abrazivní opotřebení částí čerpadla. Všechny tyto faktory je třeba vzít v úvahu při výpočtu a zavést vhodné korekční faktory.

Ke zlepšení výkonu čerpacího systému se používají různé metody. Paralelní zapojení čerpadel umožňuje zvýšit průtok, sériově – tlak. Regulace rychlosti otáčení oběžného kola umožňuje plynule měnit charakteristiku čerpadla. Oříznutí oběžného kola snižuje tlak a výkon při zachování vysoké účinnosti. Volba optimální metody závisí na konkrétních provozních podmínkách.

V praktických výpočtech výkonu se nomogramy a grafy široce používají k rychlému určení parametrů čerpadla bez složitých výpočtů. Moderní počítačové programy umožňují simulovat provoz čerpacího systému s přihlédnutím k mnoha faktorům. Je důležité si uvědomit chyby měření a zavést vhodné bezpečnostní faktory během návrhu.

Vlastnosti výpočtů výkonu

Metodika výpočtu výkonu se pro různé typy čerpadel liší. U odstředivých čerpadel má tlaková charakteristika klíčový význam. U objemových čerpadel závisí průtok málo na tlaku, ale silně závisí na rychlosti otáčení. Vortexová čerpadla zaujímají mezipolohu. Při výpočtech je nutné vzít v úvahu konstrukční vlastnosti a princip fungování konkrétního typu čerpadla.

Přesný výpočet výkonu čerpacího systému vyžaduje integrovaný přístup, který bere v úvahu mnoho faktorů. Za zakladatele teorie lamelových čerpadel je považován sovětský vědec A.A. Lomakin, který ve 1930. letech vyvinul hydrodynamické výpočetní metody. Jeho práce tvořila základ moderních metod projektování čerpacích zařízení. Teorie byla dále rozvinuta v dílech S.S. Rudneva, V.I. Karasik a další badatelé.

V současné době je výpočet výkonu čerpadla upraven řadou regulačních dokumentů. GOST 6134-2007 „Dynamická čerpadla. Test Methods“ stanoví metody pro stanovení hlavních parametrů. SP 31.13330.2012 „Zásobování vodou. Vnější sítě a stavby“ obsahuje doporučení pro návrh čerpacích stanic. Požadavky na energetickou účinnost čerpadel jsou definovány v GOST 33969-2016.

Významnou roli při zvyšování přesnosti výpočtů hraje použití moderních měřicích přístrojů. Ultrazvukové průtokoměry mohou určit průtok s chybou menší než 1 %. Tlakové senzory založené na tenzometrech poskytují vysokou přesnost měření tlaku. Použití frekvenčních měničů umožňuje plynule regulovat otáčky čerpadla a určovat spotřebu energie.

Při návrhu velkých čerpacích stanic se používají metody matematického modelování. Softwarové balíčky ANSYS CFX a Flow Vision umožňují vypočítat průtok kapaliny v dráze průtoku čerpadla a optimalizovat jeho konstrukci. Počítačem podporované konstrukční systémy umožňují rychle vytvářet 3D modely čerpadel a provádět pevnostní výpočty.

Důležitým aspektem je vzít v úvahu skutečné provozní podmínky při výpočtu výkonu. Při čerpání ropných produktů je tedy nutné počítat se změnou viskozity v závislosti na teplotě. Pro čerpadla pracující na znečištěné kapaliny jsou zavedeny korekční faktory pro opotřebení. Při výpočtu vodovodních systémů se zohledňuje nerovnoměrnost spotřeby vody v průběhu dne.

Přesnost výpočtů výkonu do značné míry závisí na správné volbě konstrukčního bodu na charakteristice čerpadla. Optimální provozní režim obvykle odpovídá maximální účinnosti. V reálných podmínkách však čerpadlo často pracuje odchylně od jmenovitého provozního režimu. Proto je při návrhu specifikován rozsah přípustných odchylek parametrů, v rámci kterých je zajištěn stabilní provoz čerpadla.

Je důležité si uvědomit, že výpočet výkonu je iterativní proces. Po předběžném výběru čerpadla se provede přesný hydraulický výpočet systému, určí se skutečný provozní režim a v případě potřeby se upraví parametry. Tento přístup umožňuje optimální shodu mezi charakteristikami čerpadla a potrubní sítě.

Máme pozemek s jedním jednopatrovým domem a lázeňským domem. Počet obyvatel jsou 3 osoby. V domě je umyvadlo, WC, umyvadlo. V koupelně je sprchový kout a další umyvadlo. Samostatná větev pro zalévání. K dispozici je hrubý filtr s kyvetou 200 mikronů. Hydraulický akumulátor je umístěn v suterénu v úrovni 1,5 metru pod úrovní podlahy 1.NP. Čerpadlo Aquarius je potřeba pro studnu, jejíž průtok není znám.

Zrcadlo vody – 6 metrů od povrchu země
Celková hloubka studny je 9 metrů.
Vzdálenost od studny k domu (hydraulický akumulátor) je 15 metrů.
Vzdálenost od domu k vaně je 8 metrů.
Na stavbě bylo položeno plastové potrubí o vnějším průměru 25 mm (vnitřní 20,5 mm).

Vzhledem k malému sloupci vody ve studni (pouze 3 metry) instalujeme čerpadlo v úrovni 0,6 metru ode dna (podle pasportu čerpadlo Aquarius umožňuje instalaci v úrovni 0,4 metru ode dna studna, ale děláme minimální rezervu).

Pokud studna nebyla dlouhou dobu udržována a je zanesená, může v tomto případě čerpadlo dodávat kalnou vodu a budete muset čerpadlo zvednout výše.

Výpočet potřebné spotřeby vody:

Potřebný průtok vody se stanoví jako součet výkonu všech míst odběru vody s přihlédnutím k pravděpodobnosti jejich současného využití.

Míry sekundární spotřeby vody pro vodovodní armatury:
Umyvadlo – 0,12 l/s
Toaleta – 0,1 l / s
Praní – 0,12 l / s
Sprcha – 0,2 l / s
Zalévací kohoutek – 0,3 l / s

Maximální teoretická spotřeba vody (bez zavlažování) = 0,66 l/s (2 x 0,12 + 0,2 + 0,12 + 0,1), což odpovídá 2,37 m³/h.

V praxi nelze použít všechna vodovodní zařízení současně. Koeficient současného použití zařízení pro soukromý bytový dům se 3 obyvateli lze považovat za rovný 0,7.

Tento koeficient je vhodný pouze pro jednotlivé obytné budovy. V budovách s více byty a kancelářských prostorách se požadovaná spotřeba vypočítává podle špičkového zatížení během hodin nebo dnů nejvyšší spotřeby vody s přihlédnutím k různým skupinám spotřebitelů pomocí mnohem složitějších vzorců.

Q = 2,37 m³/h x 0,7 = 1,65 m³/h

Tomu v našem případě odpovídá současné použití sprchového koutu, umyvadla a dřezu. Zalévání má být prováděno samostatnou odbočkou (kohoutek vyžaduje 1 m³ / h vody), ale v našem případě bude možné i během zalévání pohodlně používat umyvadlo, záchodovou mísu a dřez. Když se také zapne sprcha, tlak určitě klesne pod vypočítaný tlak, i když všichni spotřebitelé budou mít k dispozici vodu, protože všechna čerpadla Aquarius mohou volně pracovat v rozsahu až 3 m³ / h.

Všimněte si, že výsledný průtok asi 1,6 m³/h odpovídá dobře známému průtoku vody pro 2-3 člennou rodinu.

Výpočet požadovaného tlaku ponorného čerpadla pro studnu:

Potřebná dopravní výška čerpadla Aquarius je součtem celkové geodetické výšky, tlakových ztrát v potrubí se zohledněním místních ztrát a konečného požadovaného tlaku v místech odběru vody.

Geodetická výška – (v našem případě) celkový výškový rozdíl od místa instalace čerpadla k místu instalace gyroakumulátoru. Vzhledem k tomu, že čerpadlo je 0,6 metru nad dnem studny a akumulátor je umístěn 1,5 metru pod zemí, geodetická hlava bude:

L1 u9d (0,6-1,5) + (-6,9) uXNUMXd XNUMX metru

Ve skutečnosti by bylo správné uvažovat celkový výškový rozdíl od umístění nejvyššího spotřebiče k dynamické hladině vody ve studni. Ale podle stavu problému neznáme dynamickou úroveň (a přesně to se v drtivé většině případů u studní děje), a výškový rozdíl mezi nejvyšším spotřebitelem (vše se nachází v prvním patře). ) a akumulátor má pouze 1,5 metru. Nepočítáme tedy z dynamické hladiny vody ve studni, ale z místa instalace čerpadla za předpokladu nejhoršího scénáře, že voda může během provozu na tuto hladinu klesnout. Trváme na tom, že je to přijatelné pro výpočet dodávky vody z takových vrtů. Navíc vodní sloupec je pouze 3 metry.

Ztráta hlavy v potrubí:

Celková délka potrubí od místa instalace čerpadla Aquarius k akumulátoru:

L_tr u9d (0,6-15) + 23,4 uXNUMXd XNUMX metrů

Použijme tabulku ztrát hlavy.

U potrubí o vnějším průměru 25 mm bude při průtoku 1,65 m³/h ztráta 11,5 metru (u potrubí dlouhého 100 metrů). Tlaková ztráta v našem případě bude:

Н_pot.dl = 0,234 x 11,5 = 2,7 metru

Úsek od čerpadla k akumulátoru bude mít čtyři 90° kolena, dvě šoupátka, tři T-kusy a jeden zpětný ventil.

Pro výpočet lokálních ztrát používáme níže uvedenou tabulku.

V našem případě bude průtok tekutiny 1,4 m/s (V = Q / S x 3600, kde Q = 1,65 m³ / h, S = (Π x d2) / 4 = 0,00032684 m², s vnitřním průměrem potrubí d = 20,4 mm; pasové údaje našeho potrubí).

Shrňme si jednotlivé typy lokálních ztrát:
4 x 16 (kolena 90 stupňů) + 2 x 3 (šoupátka) + 3 x 23 (odpaliště) + 1 x 39 (zpětný ventil) = 178 cm = 1,78 metru

Celková ztráta hlavy byla:

Н_pot = 5,5 m (2.7 metru ztrát po délce potrubí + 2,8 metru místních ztrát).

Tlak v místech odběru:

Do studny vybereme čerpadlo, které zajistí návrhový tlak v domě na úrovni 2,5 baru (při chodu čerpadla). Zároveň by v žádném provozním režimu neměl tlak v domě a vaně klesnout pod 2,0 bar (za předpokladu nastavení tlakového spínače).

Proč zrovna 2,5 baru? Toto je průměrná vypočtená hodnota pro pohodlné používání vody. Například v městském bytě je průměrný tlak v síti studené vody asi 2,0-3,5 bar (v závislosti na místě).

S ohledem na to musíme vypočítat tlak v akumulátoru.

Tlaková ztráta v úseku od akumulátoru ke spotřebitelům v domě bude následující:
1,5 m – výškový rozdíl mezi úrovní instalace hydraulického akumulátoru a spotřebičů (podle stavu problému).
2,5 m – tlaková ztráta na hrubém filtru; informace o jeho pasu.
1 m – ostatní ztráty po délce potrubí a lokální ztráty (provádět přesný výpočet je nepraktické kvůli minimálním vzdálenostem potrubí a jednoduché geometrii).

Celkově budou ztráty v oblasti od akumulátoru ke spotřebitelům v přízemí domu:

Н_pot.d = 1,5 m +2,5 m +1 m = 5 m (0,5 bar)

Aby byl tedy zajištěn tlak v domě na úrovni 2,5 bar, musí být tlak v akumulátoru o 0,5 bar vyšší, to znamená, že by měl být 3,0 bar.

Tlak ve vaně bude nižší než tlak v akumulátoru o velikost ztrát po délce potrubí z domu do vany + velikost lokálních ztrát + 1,5 metru (výškový rozdíl mezi místem instalace akumulátoru a spotřebitelé ve vaně). Ztráty po délce potrubí a lokální ztráty lze zanedbat z důvodu krátké délky potrubí, malého průtoku kapaliny (ve vaně jsou pouze dvě místa odběru vody) a jednoduché geometrie. Pokles tlaku 2,5-3 metry (0,25-0,3 bar) není tak výrazný a neovlivní komfort používání vody. Při jiné geometrii stanoviště (např. když je vana vzdálená 30-40 metrů od domu) by to bylo nutné zohlednit v obecném výpočtu a kompenzovat nárůst tlaku v akumulátoru.

Nastavení tlakového spínače lze přiřadit již v této fázi výpočtu, za předpokladu průměrného tlaku v akumulátoru na úrovni získané nad 3,0 bar nastavíme tlakový spínač následovně:

Zapnutí čerpadla – 2,5 bar.
Vypnutí čerpadla – 3,5 bar.
Tlak vzduchu v akumulátoru je 2,3 bar.

Zastavme se zde trochu podrobněji. Tlak vzduchu by měl být asi o 5-10 % nižší než spínací tlak čerpadla. Toto je obecné pravidlo pro nastavení tlaku vzduchu v akumulátorech jakéhokoli výrobce. Tuto hodnotu je třeba pravidelně sledovat, například jednou za tři měsíce, a pokud se změní, vrátit ji do normálu. To přímo ovlivní životnost membrány akumulátoru a dokonce i čerpadla.

Celkový požadovaný tlak čerpadla Aquarius pro přívod vody ze studny:

H u6,9d 5,5 m (geodetická hlava) + XNUMX m (tlaková ztráta v důsledku tření po délce potrubí + místní ztráty)
+ 30 m (3 bary – průměrný návrhový tlak v akumulátoru) = 42,4 metru.

Tito. naše čerpadlo by mělo poskytovat Q = 1,65 m³/h při H = 42,4 m.

Výběr konkrétního ponorného čerpadla pro studnu:

Podíváme se na hydraulické charakteristiky čerpadel Promelektro a vybereme čerpadlo Aquarius BTsPE 0,5-40 U, ​​které při průtoku 1,65 m³/h poskytuje 42 metrů dopravní výšky. Rozdíl tlaku 0,4 metru (42,4 m – 42 m) v tomto případě nehraje žádnou roli, protože všechny hodnoty pro průtok a tlak jsme brali s rezervou a chyba výpočtu je srovnatelná s touto hodnotou. Pracovní bod se blíží jmenovitému provoznímu režimu, který je velmi dobrý (1,8 m³/h – režim maximální účinnosti pro všechna čerpadla Aquarius BTsPE 0,5). Čerpadlo má zároveň maximální tlak (při nulovém průtoku) 60 metrů, což zaručuje návrhový vypínací tlak čerpadla, který jsme nastavili na 3,5 bar (35 m + 6,9 m +5,5 m = 47,4 m, aniž bychom zpočátku věděli, správná odpověď, vybraný příklad se ukázal jako velmi úspěšný, protože vám umožňuje věnovat pozornost různým nuancím při výběru ponorného čerpadla pro studnu, což je pro kupujícího mnohem důležitější než schopnost přesně vybrat ponorné čerpadlo sami Nakonec je třeba tento bezplatný postup svěřit profesionálovi, alespoň za účelem jeho kontroly.