Как подобрать скважинный насос и гидроаккумулятор?
Для подъема воды со значительной глубины и создания в системе водоснабжения рабочего давления могут быть использованы насосы разных типов. Так, например, это могут быть ручные и самовсасывающие поверхностные насосы, насосные станции эжекторного и инжекторного типа, погружные насосы.
Наибольшее распространение получили погружные насосы центробежного типа. Эти насосы создают рабочее давление с помощью лопаток рабочего колеса, приводимых в движение электродвигателем. Вращение рабочего колеса отбрасывает поток жидкости от центра рабочей камеры к её стенкам, где возникает область повышенного давления и откуда отводится часть жидкости. В свою очередь, в центральной части рабочей камеры возникает пониженное давление, всасывающее в рабочую камеру новый объем жидкости.
Объём воды, перекачиваемой центробежными насосами, определяется размерами рабочей камеры и скоростью вращения рабочего колеса. Габариты погружных насосов, монтируемых в скважине, определяются диаметром скважины, поэтому для повышения их производительности приходится увеличивать не диаметр, а длину рабочей камеры (например, на вал двигателя устанавливают несколько рабочих колёс). Скорость вращения рабочего колеса ограничена по технико-экономическим причинам (стоимость насоса при заданной надёжности).
Как правило, погружные скважинные насосы эксплуатируются в умеренно агрессивной среде, поэтому особых требований к их исполнению нет. В тоже время, качество применяемых материалов является одним из важных факторов, влияющих на срок эксплуатации насоса. Обычно, корпус насоса изготавливают из нержавеющей стали, электрические компоненты при этом герметизируют.
Исходные данные, которые надо знать для правильного подбора скважинного насоса:
1) Параметры скважины
-
дебит (производительность скважины в м³/ч);
-
статический уровень воды (измеряется через 1 час после бурения без откачки воды из скважины);
-
динамический уровень воды (измеряется после откачки, когда приток воды равен её оттоку, т.е. вода перестаёт убывать);
-
глубина скважины;
-
размеры и глубина фильтровальной части скважины;
-
диаметр скважины.
(Все эти параметры указываются в паспорте скважины, который выдает организация, занимающаяся бурением.)
2) Суммарный максимальный расход воды
Расход воды зависит от количества и типа используемых санитарно-технических приборов. В следующей таблице приведён нормативный расход воды для разных типов оборудования.
3) Напор воды
Напор рассчитывается по формуле:
где:
-
Ptap – давление, которое необходимо создать в системе. Напор в бытовой сети водоснабжения, как правило, составляет 20-25 м водяного столба или 2,0-2,5 бар (стандартное давление в городской сети);
-
Hgeo - геодезический напор, который исчисляется как разность высот от динамического уровня до самой высокой точки водоразбора в метрах водного столба;
-
EHf - сумма линейных потерь напора, которые возникают при трении воды о стенки трубопровода и местных потерь (потери напора на поворотах, тройниках, задвижках и т.д.). Линейные потери зависят от материала, из которого изготовлен трубопровод, его диаметра и расхода воды. Для более точного расчета применяются специальные диаграммы. Суммарные местные потери обычно принимают равными 15-20% от величины линейных потерь напора.
Дополнительное оборудование в системе водоснабжения.
Для того что бы обеспечить оптимальный режим работы скважинного насоса в системе водоснабжения рекомендуется установить гидроаккумулятор (мембранный бак). Он защищает систему водоснабжения от резких перепадов давления в системе (гидравлических ударов), оптимизирует частоту включений насоса при наличии утечек в системе и малом расходе воды. Расчёт объема мембранного бака производится по формуле:
- где Qmax - максимальный расход воды, м3/ч;
- Pset - давление включения насоса, бар;
- ∆Р - разница между давлением включения/выключения, бар;
- Nmax - допустимое число включений/выключений в час;
- k – 0,9.
-
электронный блок управления;
-
датчик давления;
-
манометр;
-
кабель;
-
термоусадочная кабельная муфта;
-
трос из нержавеющей стали (для подвешивания насоса в скважине);
-
зажимы из нержавеющей стали;
-
хомуты для крепления кабеля к напорной трубе;
-
напорный трубопровод;
-
фасонные части для соединения насоса с напорным трубопроводом.
Для подвода электрического питания к насосному агрегату необходимо использовать кабель, характеристики которого будут обеспечивать нормальное энергоснабжение в зависимости от потребляемой мощности насоса и его удаленности от источника электропитания.
Примерная максимальная длина электрического кабеля (в метрах) в зависимости от сечения его жилы и мощности однофазного электродвигателя насоса приведена в таблице:
Пример расчета:
В 2х-этажном доме установлены следующие санитарно-технические приборы:
-
унитаз, два умывальника, душ на первом этаже,
-
унитаз и раковина на втором этаже.
-
фильтр для очистки всей воды, поступающей в дом.
(Потери напора для фильтра указаны в его паспорте и составляют 1 Бар (10м)).
Для водоснабжения используется скважина со следующими паспортными характеристиками:
- дебит – 5 м3/ч;
- статический уровень – 25 м;
- динамический уровень – 30 м;
- верхняя отметка фильтровальной зоны – 45 м;
- нижняя отметка – 50 м;
- глубина скважины – 60 м;
- глубина монтажа насоса – 40 м;
- диаметр скважины – 121 мм.
Параметры напорного трубопровода:
- диаметр напорного трубопровода в скважине – 40 мм;
- длина напорного трубопровода в скважине – 40 м;
- диаметр напорного трубопровода от скважины до дома – 32 мм;
- длина напорного трубопровода от скважины до дома – 20 м, отметка наивысшей точки водоразбора – 3 м;
- материал труб – полиэтилен.
1. Максимальный расход воды в скважине:
Нд – потери напора по длине трубопровода (величина линейных потерь указывается в расчете на 100 м трубопровода),
Нмес - потери напора на местных сопротивлениях,
Нф - потери напора на фильтре.
Рассчитаем потери по длине:
Принимаем потери на местных сопротивлениях равными 15% от потерь по длине, тогда:
Потери на фильтре Нф = 10 м, так как 1 бар составляет10 м водного столба.
Сумма линейных потерь напора составит:
Таким образом, общий напор будет равен:
Следующий этап – определение объёма и типа бака гидроаккумулятора.
В зависимости от типа корпуса баки бывают вертикальные и горизонтальные. Баки объёмом более 50 литров имеют автоматический воздухоотводчик, в баках меньшего объема, как правило, такие устройства не устанавливаются. Обычно, выбор компоновки бака осуществляется исходя из габаритных размеров помещения, в котором он будет установлен.
Для расчета объёма гидроаккумулятора необходимо определить число включений насоса в единицу времени (принято считать за один час) при максимальном расходе воды. Оптимальным значением является частота 10-15 раз в час. Увеличение значения частоты включений насоса приводит к чрезмерной нагрузке на мембрану гидроаккумулятора (повышается частота циклов растяжение-сжатие), что снижает рабочий ресурс мембраны. Кроме того, если принять число включений равным, например, 45 раз в час, то насос будет включаться на очень короткое время (всего около минуты) и не будет работать в оптимальном режиме (производительность бытовых насосов системы индивидуального водоснабжения, как правило, небольшая, и за это время просто невозможно даже заполнить бак гидроаккумулятора).
На практике, частоту включений насоса принимают равной 10 раз в час, оставляя запас в сторону увеличения до 15 раз в час на случай, когда в доме добавляется новый источник потребления воды (при использовании уже существующего гидроаккумулятора).
Также требуется выбрать максимальную и минимальную величины давления, при которых будет срабатывать реле давления станции водоснабжения 
Для двухэтажных домов обычно принимают:
Объём гидроаккумулятора определяется следующей формулой:
16,5 – постоянная величина;
С учетом полученных характеристик подбираем насос и производим расчет объема мембранного бака:
