Расчет основных параметров насоса для домашнего применения

Водяной насос является устройством, которое с давних времен применяется для перекачки жидкости. Без данного оборудования не обойтись ни на дачных, ни на приусадебных участках. Водяные насосы применяются для подачи воды из колодцев и скважин в систему полива и орошения, заполнения резервуаров водой, обеспечения бесперебойной работы системы водоснабжения, откачки воды при осушении участков.

Виды насосов, применяемые в быту

Общие сведения о насосах говорят, что они являются агрегатами, основное назначение которых — перекачка жидкостей с помощью давления, созданного искусственным образом. То есть, насос – это гидравлический механизм, преобразующий механическую энергию привода в энергию воды, обеспечивающую ее перемещение.

Существует большое количество видов аппаратов данного типа, каждый из которых предназначен для выполнения конкретных задач в определенных условиях. Агрегаты различаются не только устройством, но и способом транспортировки воды. Для бытовых целей в частном доме используются центробежные, вихревые и вибрационные насосы. Также данные виды агрегатов могут быть как погружными, так и работающими вне жидкости, то есть поверхностными.

Центробежные аппараты

Гидромашины центробежного типа являются самыми популярными и востребованными агрегатами для бытового использования. Такая популярность не случайна. Центробежные аппараты имеют очень простую конструкцию и легко поддаются ремонту в домашних условиях. Кроме всего, это очень надежные насосы, отличающиеся своей долговечностью при эксплуатации.

Центробежный насос состоит всего из 2-х основных элементов: корпуса (улитки) и рабочего колеса с лопатками.

Принцип действия центробежного аппарата прост:

• вода, поступая в камеру, где находится вращающееся рабочее колесо, захватывается его лопатками;
• в камере создается центробежная сила, которая прижимает воду к стенкам корпуса;
• в результате, из-за появления избыточного давления в диффузоре, вода выталкивается через выходной патрубок;
• в то же время, при выходе воды из диффузора, в центре камеры создается разрежение, которое способствует всасыванию жидкости через впускной патрубок.

Центробежные агрегаты — это водяные насосы для домашнего использования. Поэтому их можно использовать для решения следующих задач.

1. Для подачи воды в систему полива и орошения растений. При этом с помощью гидромашин производится откачка жидкости из колодцев и скважин, из наземных резервуаров, а также из естественных или искусственных водоемов.
2. Аппараты позволяют подавать воду в автономные системы водоснабжения.
3. Агрегаты позволяют удалять накопившуюся воду в погребах, подвальных помещениях и скопившуюся воду на территории приусадебного участка.

Вихревые гидромашины

Основным элементом вихревого аппарата так же, как и центробежного, является рабочее колесо. Но его строение несколько отличается от крыльчатки центробежного агрегата.

Крыльчатка представляет собой диск с расположенными по его окружности лопастями. Диск устанавливается в корпус с распложенными в верхней его части впускным и выпускным патрубками. На рисунке ниже показано строение насоса вихревого типа.

Крыльчатка устанавливается эксцентрично по отношение к кольцевому отводу. Жидкость подается в камеру по касательной к крыльчатке и перемещается по всему кольцу благодаря центробежным силам. Оба канала, впускной и выпускной, разделены перегородкой. Возле входного патрубка при вращении крыльчатки создается разрежение, способствующее всасыванию жидкости. На выходе создается избыточное давление, выталкивающее воду из аппарата.

На следующем рисунке показано различие в конструкции между центробежным и вихревым насосом.

Благодаря тому, что вихревые аппараты способны создавать высокий напор жидкости (в 3-9 раз больше, чем центробежный аппарат) при небольшой подаче, их чаще всего используют для водоснабжения, устанавливая на насосных станциях. Ведь чтобы подать воду в квартиру, находящуюся на 9 этаже или выше, потребуется достаточно большое давление в системе, и с этой задачей могут справиться только вихревые насосы.

Также вихревой насос – это универсальный агрегат, способный перекачивать жидкостно-газовые смеси и летучие жидкости, например, керосин, бензин и прочие. Поэтому данное устройство используют и в системах заправки.

Вибрационные

Аппараты вибрационного типа пользуются большой популярностью среди дачников благодаря малому потреблению электроэнергии и невысокой стоимости (от 800 до 1500 рублей).

Но при выборе насоса для перекачки воды следует учитывать, что вибрация является губительной для любого механизма. Не являются исключением и вибрационные аппараты, срок службы которых редко превышает 2 года.

На следующем рисунке показано внутреннее строение вибрационного аппарата для перекачки воды.

Как видно из рисунка, насос устроен таким образом, что в нем нет вращающихся деталей. В качестве двигателя в аппарате используется электрическая катушка (2) (см. рисунок выше), создающая магнитное поле. Этим полем притягивается якорь (4), установленный на штоке (5). Также на штоке установлен поршень (11). Когда он вместе со штоком уходит вниз, то в верхней камере аппарата создается разрежение, в результате чего открывается клапан (10), и в камеру начинает поступать вода. После исчезновения магнитного поля, шток поднимается вместе с поршнем. При этом впускной клапан закрывается, а выпускной – открывается, и вода выходит под давлением наружу.

Благодаря переменному току, питающему катушку, возникновение магнитного поля происходит импульсами с частотой 50 Гц. То есть поршень двигается вниз-вверх с частотой 100 раз в секунду.

Вибрационный насос для воды можно использовать для следующих целей:

• откачка воды из только что выкопанного колодца для его прочистки;
• подача воды из колодца для потребительских нужд;
• подача воды из различных емкостей (баков, цистерн и пр.);
• откачка воды из помещений, подвергшихся затоплению;
• откачка воды из траншей и котлованов;
• подача воды для полива из открытых водных источников, таких как река, озеро, бассейн.

Использовать вибрационный насос для подачи воды из скважины не рекомендуется. Этот факт объясняется пагубным влиянием вибрации на стенки скважины, в результате чего они осыпаются. Обвал стенок скважины полностью выведет ее из троя. К тому же и сам аппарат окажется засыпанным землей на большой глубине, откуда его извлечение будет невозможным.

Поверхностные и погружные устройства

На рынке насосного оборудования представлено 2 вида агрегатов для перекачивания жидкости: погружные и поверхностные. Вторые еще называют насосными станциями. Работают поверхностные аппараты по принципу всасывания. Насосные станции могут иметь в своем составе либо центробежные, либо вихревые насосы. Эффективность работы данных устройств напрямую зависит от высоты, на которую требуется поднять жидкость. На практике, бытовые агрегаты способны поднимать воду с глубины не больше 8 м.

Агрегаты, рабочая часть которых находится в жидкости, называются погружными. Данные аппараты могут быть как вибрационного типа, так и центробежного, о конструкции которых говорилось выше. Основное преимущество погружных аппаратов перед поверхностными в том, что они способны подавать воду с глубины больше 8 метров. Особенно эта возможность полезна в засушливое время сезона, когда уровень грунтовых вод значительно понижается.

Характеристики для выбора насоса

Если вы решили провести водопровод на дачном участке или в частном домостроении, водозабором для которого будет колодец или скважина, то выбор насоса необходимо делать после проведения точных расчетов. Последние должны включать в себя длину трубопровода, глубину погружения гидромашины, расстояние до статической отметки воды в колодце и прочие параметры. Также при выборе оборудования для подачи воды необходимо как следует изучить основные характеристики насоса, такие как потребляемая мощность, производительность, напор и шумовые характеристики агрегата.

Потребляемая мощность

Мощность насоса – это рабочая характеристика, которую следует учитывать при установке агрегата. Чем мощнее агрегат, тем большего сечения нужен провод для его подключения. К тому же, если в доме слабая проводка, то к аппарату необходимо тянуть отдельную линию электропитания, и устанавливать на ней систему защиты в виде автоматического выключателя.

Производительность

Объем жидкости, который перекачивается за определенный промежуток времени, определяет расход насоса, то есть его производительность. Параметры производительности принято обозначать в л/мин или в м³/ч.

Следует занять, что чем глубже будет погружено устройство в скважину, тем меньшая будет его производительность. Поэтому эти параметры должны учитываться при расчете

Напор

Чтобы правильно подобрать насос, необходимо вычислить значение напора, которое определяется как энергия, передаваемая жидкости от движущихся элементов агрегата, например, поршня или крыльчатки. Простыми словами, напор насоса – это высота, на которую агрегат может поднять воду. Измеряется напор в метрах.

Уровень шума

Поскольку агрегат работает от электрического двигателя, то появление шума при его работе неизбежно. В основном шум вызывается вращением подшипников двигателя и крыльчаткой, установленной на его валу для охлаждения. В каждом руководстве к агрегату указывается уровень шума, который он производит. Поэтому подбор насоса нужно делать не только по вышеперечисленным показателям, но и по уровню шума.

Если же выбранный вами насос окажется достаточно шумным, то его необходимо устанавливать в подвале либо в отдельном от дома строении.

Если вы собираетесь покупать погружной агрегат, то насчет шума, который он будет издавать, беспокоиться не стоит, поскольку работать он будет глубоко под землей, являющейся хорошим звукоизолятором.

Расчет параметров погружного насоса

Перед выбором погружного насоса рекомендуется произвести расчет таких параметров, как производительность и напор.

Расчет производительности

Для того чтобы оборудование могло полностью удовлетворить нужды жильцов дома в воде, следует правильно сделать расчет производительности насоса перед его покупкой. Общий расход воды можно узнать, если суммировать ее расходы на всех точках потребления в доме. Для упрощения вычислений можно воспользоваться приведенными ниже средними значениями расхода.

После того, как вы просуммируете расходы всех возможных точек водозабора, следует вычислить расчетный расход воды в системе. Этот показатель будет значительно ниже того, что получился при суммировании, поскольку вероятность использования всех водозаборных точек одновременно крайне невысокая. Для вычисления значения также можно использовать таблицу, приведенную далее.

В столбцах с серой заливкой приведены показатели максимального расхода воды при единовременном использовании всех точек забора. В столбцах без заливки (белых) указаны значения расчетного расхода жидкости, которые и будут отражать реальное потребление воды.

Важно! Поскольку в описании к агрегату его производительность указывается не в литрах за 1 секунду, а в м³/ч, то полученное с использованием таблицы число следует умножить на коэффициент 3,6.

Допустим, в дачном доме установлены следующие точки водозабора:

• унитаз с расходом – 0,1 л/с;
• умывальник со смесителем – 0,12 л/с;
• стиралка (автомат) – 0,25 л/с;
• кухонная мойка со смесителем – 0,12 л/с;
• душевая кабина со смесителем – 0,12 л/с;
• водонагреватель – 0,1 л/с.

Суммируя общий расход от всех точек потребления, получим: 0,1 + 0,12 + 0,25 + 0,12 + 0,12 + 0,1 = 0,81 л/с. Но, поскольку возле дома имеется небольшой сад и участок под огород, то к полученному значению следует добавить расход поливочного крана, который равняется 0,3 л/с: 0,81 + 0,3 = 1,11 л/с. Далее, находим в таблице расчетного расхода показатель, близкий к 1,11. Напротив данной цифры стоит 0,58 л/с. Это число отражает реальный расход воды в этом доме. Полученный результат необходимо перевести в м³/ч: 0,58 х 3,6 = 2,008 м³/ч.

Подводим итоги: расход воды на данном дачном участке составляет приблизительно 2 м³/ч. Исходя из этого, необходимо подбирать насос с производительностью чуть больше 2 м3/ч.

Расчет напора

Чтобы рассчитать значение напора для погружного насоса, применяется следующая формула: Н _тр = Н _гео + Н _потерь + Н _своб

1. Н _тр – требуемый напор.
2. Н _гео – значение перепада высот между самой верхней точкой водозабора и точкой, в которой находится аппарат.
3. Н _потерь – суммарное значение потерь в трубопроводе. Потери могут вызываться трением воды в магистрали, а также снижением давления в местах изгибов труб и в тройниках. Н _потерь, берется из таблиц, приведенных ниже. Первая таблица предназначена для определения потерь в полимерных трубах, а вторая – в металлических.
4. Н _своб – это напорная характеристика, определяющая свободный напор на излив. От нее зависит, насколько комфортным будет использование водопровода в доме. Для расчетов берут средний показатель, равный 15-20 м.

Итак, чтобы выполнить расчет напора насоса, имеются следующие данные:

• колодец глубиной 30 м;
• расстояние до воды от поверхности грунта – 10 м (это статический уровень);
• динамический уровень (определяет, насколько опускается зеркало воды при работающем агрегате) – 15 м;
• насос установлен на 1 метр ниже динамического, то есть на глубине 16 м.;
• объем воды, который будет выкачиваться из колодца – 3 м³/ч;
• жилище удалено от источника на 20 м;
• труба пластиковая, диаметром 32 мм;
• по дому проложена пластиковая труба диаметром 25 мм и длиной 15 метров;
• точки водозабора находятся на 2 этаже (в данном случае взята высота 5 метров);
• в системе установлено 2 обратных клапана, 3 тройника, 2 угла по 90 градусов и 1 клапан запорного типа.

Сначала нужно вычислить Н _гео. Этот показатель вычисляется путем суммирования динамического уровня и максимальной высоты точки забора воды: Н _гео = 15 + 5 = 20 м. Далее, суммированием рассчитываются потери в системе. В таблице потерь, предназначенной для труб из пластика, необходимо найти строку со значением 3 м³/ч.

Важно! Следует учитывать тот факт, что значения в таблице приведены для трубопровода, имеющего длину 100 м. Поэтому все значения придется делить на 100.

Итак, находим в таблице значения для трубы с диаметром 32 мм (1,54) и для трубы 25 мм (2,54). Далее, находим потери для остальных деталей системы: клапан с тройником имеют значение 4, а угол с вентилем – 1. Теперь можно посчитать потери: (1,54 х 20 / 100) + (2,54 х 15 / 100) + ((3 + 2) х 4) + ((1 + 1) х 1 = 21,689 (приблизительно 22 метра). Далее, подставляем значения в формулу для определения напора (Н _тр = Н _гео + Н _потерь + Н _своб): Н _тр = 20 + 22 + 15 = 57 метров. В итоге, для данного примера понадобится агрегат с производительностью 3 м³/ч и напором не менее 57 метров.

Расчет мощности

Следует знать, что расчет мощности агрегата – это достаточно сложный процесс с использованием сложных формул и множества переменных. Поэтому будет разумнее подойти к этому вопросу с другой стороны: сначала нужно вычислить такие параметры аппарата, как производительность и напор, а затем по этим данным подобрать модель насоса. В инструкции к нему и будет указана потребляемая мощность устройства.

Расчет параметров поверхностного аппарата

Как уже говорилось, насосные станции могут работать с колодцами, в которых вода находится на уровне не более 8 метров от поверхности. Но при установке агрегата также следует учитывать и расстояние аппарата от колодца, зависящее от глубины забора воды. Например, если забор воды осуществляется из глубины 4 метра, то агрегат можно устанавливать на расстоянии 16 метров от колодца. Для более точных расчетов можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже.

Расчет производительности

Для поверхностного насоса производительность рассчитывается по такому же принципу, как и для погружного агрегата. Как это делается, рассматривалось выше.

Расчет напора

Чтобы узнать значение напора поверхностной станции, не требуется делать сложные расчеты. Напор рассчитывается с использованием простой формулы: Н = A + B + D. Расшифровка формулы приведена на следующем рисунке: