Содержание

Как выбрать насос для скважины и колодца?

  Моей скважине уже лет 12, думаю, пришло время менять погружной насос. Сосед скважину только собирается бурить. Ни он, ни я не знаем, какой из погружных насосов лучше. Пошли по магазинам, на городской рынок, а там погружные насосы «на одно лицо». Подскажите, как выбрать погружной насос?

  Однако, прежде чем пойти в магазин к продавцу и радостно объявить, что вам нужен погружной скважинный насос БЦП (Ливны) необходимо ответить на четыре главных вопроса. Ответы на которые будут судьбоносными при выборе погружного насоса:
отметка основания дна скважины (глубина скважины). Эти данные можно взять из паспорта скважины, выданного бурильной компанией.
динамический уровень воды. Динамический уровень воды в скважине — очень важная характеристика, отражающая дебит скважины. Динамический уровень — это расстояние от поверхности земли до зеркала воды в скважине во время продолжающейся непрерывной работы насоса.

Дебит скважины — максимальное количество воды, которое скважина может выдать в единицу времени. Если над насосом после его непрерывной работы в течении 30 минут продолжает оставаться значительное количество воды (несколько метров), это достоверно свидетельствует, что дебит скважины хороший.
статический уровень воды. Статический уровень — это расстояние от поверхности земли до зеркала воды в скважине (начало воды). Перед измерением этого показателя скважина некоторое время не должна была откачиваться. При опускании грузика в скважину, когда он достигает поверхности воды, отчетливо слышен шум плеска. Вычитая от глубины скважины значение статического уровня, получаем величину столба воды в скважине.
диаметр трубы скважины

  Кроме этого, вам придется определиться с техническими характеристиками погружного насоса. Но об этом позже.
  Самый известный представитель отечественного насосного производства – вибрационный насос Малыш, с токоведущим кабелем 10м. ,15 м., 25 м., 32 м., 40 м. В своем роде это уникальное и универсальное, недорогое насосное оборудование, способное решать определенные задачи, в силу его технических данных, главный из которых – номинальная производительность, она равна 0,43 м3/ч., и напор 40 метров.
  Имеются более мощный вибрационный насос «Полив» (ВАСО, Воронеж), который по сравнению с насосом Ручеек, обеспечивает подачу 0,9 м3/час.

  Вибрационный насос Малыш бесполезен при одновременном пользовании несколькими точками водозабора, даже использование душа при включении сразу горячей и холодной воды он может не справиться. С одной стороны, вибрационный насос Малыш должен подать холодную воду в кран, с другой – прогнать ее через теплообменник, получается минимум 0,43 м
3
 в час.
    Вибрационный насос — это прекрасный дачный вариант, он способен наполнить емкость, выполнить другие поставленные задачи. Его можно использовать при заборе воды из колодца, а вот в скважину ставить такое насосное оборудование на постоянной основе не рекомендуется. Любой вибрационный насос – это медленная смерть для скважины. Особенно быстро это произойдет, если такой вибрационный насос установить в непосредственной близости от фильтра обсадной трубы скважины. Механизм разрушений скважины выглядит следующим образом. При осуществлении вибрационным насосом возвратно-поступательных движений, вода постоянно движется, создавая идеальные условия для заполнения скважины песком, она, говоря языком профессионалов, запесковывается и постепенно выводит из строя скважину. 


  Итак, первое правило выбора оборудования для скважины – не приобретать вибрационных насосов. Погружные вибрационные насосы можно использовать временно, до покупки погружного центробежного скважинного насоса. Это аксиома.
  Теперь поговорим о том, каким образом ориентироваться и выбирать в великом разнообразии предложений, царящем на рынке бытового насосного оборудования.
  Скважина – это, по большому счету, труба в земле, оснащенная отстойником и фильтром. Однако нас в данном случае интересуют следующие параметры:
— статический уровень, то есть зеркало воды;
— динамический – уровень падения воды при ее разборе;
— расстояние до дна скважины;
— диаметр трубы скважины.

  Полезно знать расстояние от поверхности земли до фильтра, это важно потому, что насос должен установиться на расстоянии не менее 1 метра до фильтра скважины. Даже если производитель погружного насоса предлагает сократить его до 0,5 м либо 0,4 м, проигнорируйте эти указания и установите свой насос на расстоянии одного метра. Дело в том, что со временем вокруг рукотворного фильтра образуется природный, из крупных ячеек песка, работа погружного насоса в непосредственной близости к фильтру приводит к тому, что через него в скважину интенсивно поступает большое количество мелкого песка. Запесковывание – это суровая реальность для России. Большое количество старых скважин, сделанных не совсем правильно, повальное использование бытовых погружных вибрационных насосов – все это привело к тому, что на сегодняшний день большинство скважин не позволяет устанавливать погружные насосы, не защищенные от песка.

  В таких скважинах требуется погружной скважинный насос, который бы не забивался песком и не нуждался в постоянном подъеме на поверхность для чистки – удовольствие не из дешевых. Правда, если ваша скважина новая и сделана хорошо, приобретайте центробежный скважинный насос и наслаждайтесь жизнью. Если ситуация не столь радужная, обратите внимание на скважинные насосы БЦП (Ливны) Ливны, завода Ливнынасос. Скважинные насосы БЦП (М) Ливны, имеют плавающие центробежные колеса, имеют меньшую склонность к засорению, так как рабочие центробежные колеса «всплывая» способны пропускать большие по величине механические частицы.
  Интересны также скважинные насосы «Водолей» (Харьков), которые также выделяются конструкцией и надежной работой.

  Для комфортного водоснабжения дома коттеджного типа (до 6-ти точек водоразбора) необходим насос с производительностью минимум 1,8 м3/час, (номинальная производительность).
Кроме этого, нужно учитывать, что параметры насоса падают с течением времени в результате механического износа рабочих колес.


Пример расчета:
  Колодец с уровнем воды – 10 м, мембранный бак в коттедже – 5 м от колодца, первый этаж водоснабжения (плюс 2 м), расчетные потери в напоре – 3 м.
Расчет напора:
10 м + 2 м + 3 м + 25 м = 40 м (25 м – избыточное давление 2,5 атм средняя стандартная заводская настройка реле давления).
  Обращаем Ваше внимание, что некоторые торгующие компании заводят потребителей в заблуждение, указывая в инструкциях максимальные параметры по производительности и напору. По этой причине скважинный насос подбирается неверно, оказывается слишком маломощным и не обеспечивает достаточной подачи воды и необходимого давления. Реальную рабочую точку насоса отражают номинальные параметры (точка примерно в центре рабочей кривой насоса).

   При затруднении в выборе погружного скважинного насоса для колодца и скважины, Вы всегда можете обратиться к нашей организации «ХозОптТорг» (Ливны) и мы оперативно подберем скважинный насос для водоснабжения частного дома совместно с гидроаккумулятором.


Погружные центробежные насосы для скважины: устройство, применение

У владельцев частных домов есть два варианта устройства системы водоснабжения – подключиться к центральной сети при наличии такой возможности, или выбрать вариант обустройства автономного источника путем бурения скважины.


Фото: www.pressfoto.ru

Многие собственники сегодня не желают зависеть от централизованной системы водоснабжения, испытывать неудобства из-за плановых отключений, а также периодических перебоев с подачей воды и при этом ежемесячно платить за потребляемую воду сомнительного качества. Водоснабжение из собственного природного источника, безусловно, имеет массу преимуществ, и поэтому все чаще владельцы загородного жилья отдают предпочтение варианту

установки автономной системы обеспечения водой для бытовых и хозяйственных нужд.

Для грамотного проектирования и обустройства водопроводной сети необходимо иметь представление о гидрогеологических особенностях участка – особое значение имеет уровень грунтовых вод. Источником автономной системы водоснабжения служат водоносные слои грунта (горизонты) – известковые или песчаные участки, насыщенные водой. Для того чтобы их обнаружить, производят бурение – это позволяет впоследствии иметь доступ к постоянно производительной скважине.

Различают два основных типа скважин:

  • Артезианская (совершенная) – глубина залегания воды в них может достигать нескольких сотен метров. Несмотря на высокую стоимость ее бурения, такая скважина обеспечивает абсолютно чистой водой и способна прослужить несколько десятков лет. 
  • Фильтрационная (несовершенная) – бурение осуществляется до обнаружения ближайшего водоносного горизонта (10-30 метров). Фильтрационный источник имеет ограниченный запас ресурсов, поэтому срок его эксплуатации не превышает 10-15 лет. Кроме этого, вода из такой скважины требует обязательной дополнительной фильтрации.

Если в качестве типа системы водоснабжения выбран вариант бурения скважины, то для обустройства системы водопровода, кроме труб, потребуется дополнительное оборудование – насос, фильтры, аппараты для раздачи воды.

Назначение насосного оборудования


Фото: www.freepik.com

Насосное оборудование – важнейший элемент автономной системы водоснабжения частного дома, без которого в принципе невозможно функционирование водопровода. С помощью насосов происходит процесс откачивания воды из подземного источника (скважины или колодца), подъем её по обсадной трубе, установленной внутри скважины и, непосредственно, подача воды в систему трубопровода под определенным напором.

Именно от характеристик и конструкции насосного оборудования зависит стабильность и бесперебойность водоснабжения. Для забора воды из скважины существует два типа насосов:

  • Поверхностный (самовсасывающий) – устанавливается на поверхности земли в непосредственной близости от источника. Главным недостатком поверхностного агрегата является возможность откачивать воду на небольшой глубине (8-20 метров в зависимости от мощности установки), поэтому использовать его можно только на фильтрационных скважинах. Оборудование следует выбирать с небольшим запасом по создаваемому напору перекачиваемой жидкости. Среди преимуществ можно выделить невысокую стоимость и простоту в техническом обслуживании. Поверхностные насосы отлично подходят для откачивания жидкости из наземных резервуаров, для осушения участка, для ликвидации жидкости из погребов и подвалов.
  • Погружного типа – помещаются непосредственно в скважину или колодец, способны обеспечивать подачу воды с глубины более 100 метров, обеспечивая стабильный и мощный напор, обеспечивающий водой все необходимые точки водозабора. Несмотря на некоторые недостатки в виде сложностей в монтаже и диагностике неисправностей, такое оборудование считается надежным, безопасным и производительным и рассчитано на многолетнюю беспроблемную эксплуатацию.

На какие виды делятся погружные насосы?

Фото: www.freepik.com

Выбор насосной установки – один из важнейших этапов обустройства системы водоснабжения, от которого будет зависеть общая функциональность скважины, а также стабильность и бесперебойность водоснабжения, что, безусловно, в приоритете для каждого домовладельца.

Уже на этапе проектирования дома следует определиться с типом скважины, приблизительными показателями её дебита (показатель скважины, дающий информацию о том, сколько можно откачать из нее воды, сохранив в ней начальный уровень), статическим и динамическим уровнем и, соответственно, типом насосного оборудования, которое будет устанавливаться в системе водоснабжения.

Безусловно, вариант выбора погружного насоса является беспроигрышным – кроме высокой производительности и износостойкости, гидравлическое устройство обеспечивает подачу чистейшей воды без химических примесей и хлора.

В зависимости от устройства и принципа работы механизма погружные насосы классифицируются на три вида:

Винтовой насос идеально подходит для перекачивания воды с большим количеством мелко- и среднефракционных включений, сильно запесоченных или заиленных скважин. Конструкция винтового агрегата представляет собой ротор со спиралью и статор с внутренней резьбой, принцип работы заключается в подъеме воды по винтовой спирали в результате вращения ротора. Насос винтового типа имеет довольно низкий КПД, поэтому его нерационально устанавливать для обеспечения стабильного водоснабжения дома. Чаще всего, такое оборудование устанавливается временно для прокачки новой скважины.

Насос вибрационного типа работает от электросети. Принцип действия его основан на изменении давления воздуха и воды во внутренней камере за счет возвратно-поступательных движений поршня. Однако несмотря на его ценовую доступность, некоторые эксперты категорически не рекомендуют устанавливать насосное оборудование вибрационного типа в скважину по той причине, что в результате вибрации может произойти вывал породы и скважина придет в негодность. Зачастую вибрационные насосы самопроизвольно заклиниваются в скважине – изъятие установки является сложной и дорогостоящей процедурой. Таким образом, перед покупкой стоит хорошо подумать, целесообразна ли будет такая экономия.

Принцип действия и классификация центробежных насосов


Фото: www. freepik.com

Центробежные насосы разработаны специально для эксплуатации в скважинах – этот тип насосного оборудования является самым эффективным и рациональным для удовлетворения нужд и потребностей частного домовладения. Устройство имеет герметичный цилиндрический корпус с размещенным внутри электроприводом, создающим вращающий момент на валу, оснащенном рабочими колесами с лопастями.

При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в картере насоса, отбрасывается центробежным ускорением к периферии кожуха. За счет возникающей разницы давлений часть жидкости уходит в напорную магистраль. Из-за снижения объема жидкости в корпусе происходит падение давления, что способствует затягиванию воды из емкости или скважины во всасывающий канал. От частоты вращения ротора зависит производительность помпы и давление воды в напорной магистрали.

Центробежное насосное оборудование имеет высокий КПД, обеспечивает высокое давление в напорной магистрали и способно перекачивать воду с максимальной глубины артезианской скважины.

Центробежные насосы имеют высокую стоимость, поэтому их применение экономически обосновано именно при необходимости подъема воды с большой глубины.

Насосное оборудование центробежного типа классифицируется в зависимости от конструктивного исполнения, а также по назначению:

  • По расположению патрубков насосов – консольные, типа in-line;
  • По количеству ступеней – одноступенчатые, многоступенчатые;
  • По расположению вала – горизонтальный, вертикальный;
  • По типу уплотнения вала – сальниковое уплотнение, торцевое, динамическое;
  • По типу соединения гидравлической части с электродвигателем – насос с соединительной муфтой, моноблочное устройство.

Основные характеристики

Фото: www.freepik.com

Для обеспечения максимальной эффективности работы скважинного насоса центробежного типа, при выборе необходимо опираться на ряд параметров:

  • Мощность и производительность;
  • Глубина скважины;
  • Размеры насосного оборудования;
  • Высота зеркала воды – расстояние до уровня воды в скважине;
  • Длина горизонтальной части трубопровода, по которому устройство в состоянии транспортировать перекачиваемую им жидкость;
  • Наличие в комплектации дополнительных устройств, позволяющих оптимизировать работу насоса и повышающих его эффективность.

Выбирать насос следует исходя из характеристик скважины, которые прописаны в паспорте гидротехнического сооружения и, конечно, учитывая личные потребности своей семьи в количестве и качественных характеристиках используемой воды. Любой продавец-консультант в серьезном магазине, реализующем насосное оборудование, всегда предоставит профессиональную консультацию и поможет выбрать агрегат, идеально подходящий клиенту по всем требуемым параметрам.

Преимущества использования

Фото: www.freepik.com

Безусловно, насосы центробежного типа выигрывают по всем показателям перед другими видами насосного оборудования. Самое главное преимущество – высокая производительность, несмотря на небольшой диаметр корпуса.

Среди прочих достоинств можно выделить:

  • Возможность использовать на большой глубине;
  • Компактность и небольшой вес;
  • Легкий монтаж и запуск;
  • Абсолютная бесшумность;
  • Надежность и долговечность;
  • Отсутствие необходимости охлаждения;
  • Полное исключение гидравлических ударов в системе.

Единственным недостатком погружного насоса является его сложное извлечение для проведения диагностики и ремонта в случае возникновения неполадок. Однако если система водоснабжения спроектирована и реализована грамотно, то проблем возникнуть не должно, и даже высокая стоимость погружного насоса компенсируется долгим сроком его эксплуатации.

Условия эксплуатации

Погружной насос эксплуатируется в довольно сложных условиях водной среды. Условие соблюдения правил использования насоса значительно продлит срок его службы и исключит внеплановые ремонты.

В первую очередь, следует покупать оборудование, технические характеристики которого строго соответствуют показателям и параметрам скважины. Производительность насоса не должна превышать дебит скважины или колодца, иначе можно очень быстро исчерпать ресурс источника.

Также необходимо соблюдать габаритные размеры – это предотвратит заклинивание насоса в скважине. Большое внимание нужно уделить целостности изоляции электрического кабеля.

Производитель оборудования всегда указывает информацию по рекомендуемым условиям эксплуатации в техническом паспорте насоса, в том числе и по максимальной температуре водной среды, содержанию в воде песка, сероводорода, ионов хлора и рекомендуемых водородных показателей.

Рекомендации по установке и обслуживанию

При наличии определенных знаний можно и самостоятельно произвести монтаж в скважину погружного насоса. Однако следует знать, что самостоятельная установка оборудования – довольно трудоемкая работа. Поэтому, возможно, в таких вопросах целесообразнее доверить работу по монтажу агрегата квалифицированным специалистам, имеющим больший опыт и соответствующие навыки. Только в этом случае можно быть уверенным в том, что дорогостоящее оборудование будет исправно служить на протяжении длительного времени и не создавать дополнительных проблем в обслуживании.

Промышленные насосы «Jetex»

Компания «JETEX» предлагает широкий ассортимент скважинных насосов погружного типа с энергоэффективными электродвигателями, предназначенные для различных нужд:

  • Промышленного, городского и сельскохозяйственного водоснабжения;
  • Оборудование систем орошения, ирригации и полива, а также озеленительных работ;
  • Оборудование систем пожаротушения;
  • Оборудование системы повышения давления.

«JETEX» – крупнейший российский производитель насосного оборудования высокого качества, подтвержденного сертификатами соответствия международным и отечественным стандартам. Вся продукция производится на современном высокотехнологичном оборудовании, проходит многоступенчатый контроль качества и тестирование на испытательных стендах.

Насосы «JETEX» – отличная альтернатива импортному оборудованию по приемлемым ценам!

Насос для скважины 30 метров, 20 метров, 50 метров

Скважина на своем участке – это великолепная возможность круглый год иметь чистую воду и не испытывать проблем с поливом и душем. Но водоносный слой может залегать на разной глубине. Для каждой глубины рационально использование определенных типов насосов. Рассмотрим основные модели, которые предназначены для скважин глубиной 15, 20, 30, 50 и 100 метров.

Введение в понятие «глубина скважины»

Скважина – это шахта в земле малого диаметра. Ее предназначение – дойти до водоносного слоя и обеспечить подъем воды наверх.

В свою очередь, водоносные слои бывают разные:

  1. Первый слой – самый неглубокий, залегает буквально у нас под ногами и наполняется дождями и талыми водами. Чистота его очень сомнительна, поэтому использовать такую воду можно только под полив. К тому же, он будет постоянно пересыхать, если вообще успеет образоваться.
  2. Второй водоносный слой – располагается на песчанике. Глубина его залегания от 7 до 50 метров. Вода здесь очищается от примесей слоем песка, но все еще недостаточно качественная для употребления.
  3. Третий – артезианский слой – расположен на известняке и имеет глубину залегания от 30 до 200 метров. Вода здесь насыщена минеральными солями и очищена от любых микроорганизмов и грязи. На некоторых участках она может находиться под давлением и «фонтанировать».

С принципами работы скважин на воду ознакомитесь здесь.

Бурение «на песок» и «на известняк» – это два вида скважин. Каждая из технологий бурения скважин на воду имеет свои достоинства и недостатки.

Расположение водоносных слоев грунта.

Скважина «на песок»

Плюсы:

  • Низкая стоимость буровых работ. Некоторые владельцы приусадебных участков даже ухитряются самостоятельно добраться до водоносного слоя. Это тяжелое в физическом плане, но реальное задание.
  • На бурение и обустройство скважины уходит от 1 до 5 дней.
  • Пользоваться водой можно сразу по завершении буровых работ.
  • Не нужна лицензия.
  • Нужен менее мощный насос.

Что собой представляет сухой ручей в ландшафтном дизайне изложено тут.

Минусы:

  • Малый дебет и, как следствие, невозможность выкачивания больших (от 1 куб.м. в час) объемов воды;
  • При долгом простое скважина заиливается и ее надо чистить;
  • Низкое качество воды.

Конструкция скважины на песок.

Скважина «на известняк»

Плюсы:

  • Идеально чистая вода;
  • Срок эксплуатации – минимум 50 лет;
  • Постоянно большие объемы воды.

Минусы:

  • Большая стоимость буровых работ;
  • Дорогое обустройство скважины;
  • Необходимо качественное и дорогостоящее насосное оборудование;
  • Требуется лицензия.

Оборудование для скважины 30 метров: как выбрать

В зависимости от глубины, нужно определится какой насос для скважины выбрать. Чаще всего на практике встречаются скважины глубиной 30 метров, т.е скважина «на песок». Вот несколько параметров, которым должен отвечать аппарат, чтобы качественно и бесперебойно снабжать садовый участок нужным объемом воды круглый год.

Самые распространенные модели  для таких скважин имеют диаметр 4 дюйма. Вот некоторые из них:

  • «Водолей». Неплохое соотношение цены и качества. Диаметр от 110 мм, напор и расход зависят от потребностей заказчика. Например, «Водолей» БЦПЭ 1,2-32У имеет максимальную высоту подъема 56 м, расход – 9.4 м3/ч и мощность 1.3 кВт. «Водолей» БЦПЭ 0,5-50У способен дать максимальный напор 75 метров. Это значит, что при глубине скважины в 30 метров, он обеспечит фонтан высотой 40 метров от земли прямо над скважиной. Что примерно соответствует четырем атмосферам давления. Его подача 3.6 куб. м. в час.
  • Германская компания Grundfos. Выпускает глубинные и скважинные модели минимального диаметра и высокой производительности. Цена на них в разы превосходит китайские аналоги, но и качество получается соответствующим. Модель SQ2-85 имеет диаметр 76 мм (3 дюйма) и выдает «на гора» 109 метров напора. Его подача 2 куба воды в час.Менее мощные модели – Grundfos SQE 2-70 и SQ3-55 с такой же подачей и напором 70 и 75 метров соответственно.
  • Итальянские погружные модели Pedrollo. Имеют диаметр 100 мм и высокие эксплуатационные характеристики. Pedrollo 4SR4m/14-P оснащен обратным клапаном и защитой от «сухого хода». Его напор 88 метров при расходе 4 куб. м. в час.
  • Насос QS4X.2-12 220v (ZDS). Отлично подойдет для скважины глубиной 30 м. Он имеет следующие характеристики: напор – 77 метров, расход – 2.4 тонны в час и мощность 5.5 кВт.

Насосы для скважин другой глубины

Водоносный слой может залегать, как выше тридцати метров, так и значительно глубже. Тем более, если вы ищете артезианскую воду, которая не нуждается в очистке от примесей (если нет ее излишней минерализации).

  • Скважина 15 метров. Для подъема воды из скважины 15 метров иногда используют водяные насосы для скважины с эжектором. Достоинства этого варианта заключаются в том, что оборудование всегда под рукой. Недостатки – низкий КПД. Поэтому аппарат погружного типа будет правильным и для столь малой глубины. Вибрационные насосы «Водолей», «Малыш», Sprut SCM3 и Водомет Джилекс можно использовать для скважин диаметром более четырех дюймов. Они обеспечивают большую подачу и напор. Нужно лишь следить, чтобы их излишняя мощность не стала причиной высыхания скважины и, как следствие, выхода оборудования из строя.

Схема и принцип работы водного насоса с эжектором.

  • Скважина 20 метров. Может обойтись теми же моделями, что и предыдущая. Просто ее напор в доме или на конце поливочного шланга будет на полатмосферы (0.5 м) меньше.
  • 50-ти метровая скважина. Выдвигает более серьезные требования к насосам. Это уже не просто погружные модели вибрационного типа, а специализированные центробежные модели. Сюда можно отнести Grundfos SQ2-85, Sprut 4S QGD1.8-50-0.5, Водомет Джилекс 60/72 (или 60/92), Pedrollo 4BLOCKm2/13 и некоторые другие модели. Их мощности хватает на подъем нужного количества воды на высоту 50-ти метров с давлением 2-5 атмосфер. Подробную информацию про пластиковый кессон для скважины найдете в данном материале.
  • Скважина 100 метров. Еще более требовательна к оборудованию. Основная причина – сложность подъема насоса для профилактики и ремонта. Поэтому здесь нужно забыть о дешевых китайских моделях и слабых отечественных производителях. Только Грюндфос и Педролло. Grundfos SQ2-115 способен поднять воду со дна такой скважины и выжать ее с напором 15-50 метров. Pedrollo 4SR2m/27-P обладает схожими параметрами и имеет еще больший максимальный напор – 173 метра.

Читайте также про насосы для полива из скважины по этой ссылке.

Диаметр скважин для разных глубин в дюймах

Чем глубже скважина, тем больше ее диаметр. Это связано с тем, что для простого абиссинского колодца может хватить и двухдюймовой пластиковой трубы, чтобы поднять воду поверхностным насосом или же механической помпой.

А вот для артезианской скважины «на известняк» потребуется две колоны обсадных труб достаточной толщины. Тем более что служить она будет долго, а средняя потеря толщины на коррозию – 0.1 мм в год.

Не исключено, что вам будет полезен материал про водяные насосы для колодца.

Диаметр 125 мм (5″) является стандартом бурения для скважин глубиной 30-60 метров. В него входит одна обсадная труба с толщиной стенок 5 мм и насос четырехдюймового диаметра.

Наиболее распространенные диаметры скважинных глубинных моднлей – 4 дюйма. Модели с размерами 3″ (76 мм) и, тем более, 2″ встречаются намного реже. И стоят, они соответственно на порядок дороже.

Из известных производителей лишь Grundfos специализируется на насосах диаметром 3″.

Что лучше колодец или скважина подскажет данная статья.

Видео про глубинные и поверхностные насосы

На видео – как правильно выбрать насос для скважины:

Существует две разновидности скважин – «на песок» и «на известняк». В зависимости от глубины, а также содержания песка в них, требуются разные насосы. Выбирая насос для своей скважины, следует помнить, что его мощность не должна быть чрезмерной, чтобы не оставить скважину без воды. С другой стороны, запас напора после доставки воды на поверхность должен обеспечивать приемлемое давление в системе водоснабжения.

Возможно вам также будет интересно прочитать про виды насосов для садового фонтана.

6 видов насосов для колодца и скважины

Виктор Джин

использует винтовой насос

Профиль автора

Загородные дома редко подключены к центральному водопроводу, поэтому воду обычно качают из скважины или колодца.

Мы уже приводили короткую инструкцию, как организовать в доме автономную систему водоснабжения. В этой статье поможем подобрать подходящий насос.

Как выбирать насос для частного дома

При выборе насоса надо изучить его технические характеристики, а именно:

  1. Производительность, то есть количество воды, которое насос качает в минуту или в час. В идеале воды должно хватать, даже если одновременно открыть все краны в доме и спустить воду из сливного бачка в унитазе. Обычно для частного дома достаточно насоса производительностью 1,5—2 м3/ч.
  2. Высота подъема воды. Насос должен не только поднять воду из скважины или колодца, но и доставить ее до самой высокой точки в доме — например, до душа на третьем этаже. При этом напор не должен упасть. Для частного дома с колодцем обычно хватает насоса с высотой подъема 30—40 метров. Если же речь идет о скважине, могут понадобиться модели с большим напором.
  3. Потребляемая мощность. Это количество электроэнергии, которое будет съедать насос. Как правило, простые модели насосов расходуют менее 1 кВт.

Насосы делятся на два больших вида: поверхностные и погружные. Первые всасывают воду с небольшой глубины через шланг, вторые нужно опускать в толщу воды. Насосы для скважины и колодца различаются: скважинные узкие и похожи на цилиндр. Нет проблем использовать скважинный насос и для колодца, а вот наоборот не получится.

Помимо технических характеристик, обратите внимание на стоимость установки и сложность обслуживания разных насосов. К примеру, установка любого скважинного насоса стоит не менее 4500 Р. Примерно в такую же сумму обойдется монтаж погружного насоса в колодец, если насос будет там постоянно. Насосную станцию установить дешевле — это стоит от 3500 Р, но есть и довольно простые устройства, которые можно смонтировать самостоятельно. Самому несложно организовать и разные временные схемы с насосами для полива грядок или для летнего водоснабжения дачи.

Какие насосы подойдут в разных ситуациях

Простой поверхностный насос

Сколько стоит: в среднем 5000—15 000 Р, но есть модели до 50 000 Р
В какой ситуации покупать: когда колодец близко и он неглубокий — например, такой насос удобно использовать летом на даче
Плюсы: легко установить и обслуживать; хорошая производительность; сложнее украсть насос, если он в доме
Минусы: не подходит для скважин и колодцев глубже 7—8 м; сильно шумит

Такой насос не погружают в колодец или скважину, а устанавливают внутри дома или в специальном кессоне. Часто поверхностные насосы продаются вместе с дополнительным оборудованием и называются насосными станциями: например, в комплект может входить реле давления, чтобы включать и отключать насос автоматически, или гидроаккумулятор — емкость с водой, которая защищает насос от частого включения и компенсирует перепады давления.

Поверхностные насосы гарантированно поднимают воду на 8—9 метров. Будьте внимательны с расчетом: нужно учитывать не только расстояние от земли до воды, но и разводку труб до насоса. Например, глубина воды в колодце — 7 метров, а насосная станция располагается в 30 метрах от колодца. По нормам, на каждых 10 метрах горизонтального трубопровода давление падает на 1 метр водяного столба. Таким образом, общая высота подъема воды в нашем случае — 10 метров: поверхностный насос с этим не справится.

Схема системы водоснабжения с насосной станцией — насос находится снаружи колодца в подвале. Источник: met-all.org Здесь насосная станция объединяет в себе сам насос, реле давления и гидробак. Источник: ozon.ru

УЧЕБНИК

Как победить выгорание

Курс для тех, кто много работает и устает. Цена открыта — назначаете ее сами

Начать учиться

Поверхностный насос с погружным эжектором

Сколько стоит: 15 000—30 000 Р
В какой ситуации покупать: если скважина глубокая, а погружной насос по каким-либо причинам не получается использовать. Такое бывает редко, поэтому насосы с погружным эжектором не пользуются популярностью
Плюсы: легко обслуживать; может работать в глубоком колодце или скважине
Минусы: шумит; расходует много электроэнергии; тяжело устанавливать и чистить

Эжектор — это устройство, которое создает дополнительный перепад давлений, проще говоря — подсос. Если эжектор погрузить в скважину или колодец, это позволит поверхностному насосу или насосной станции поднимать воду с большей глубины — до 40 метров.

В скважину пойдет не одна, а две трубы, на конце которых и расположен эжектор. По первой трубе вода поднимается, по второй ее часть возвращается в эжектор и за счет своей энергии усиливает напор.

Такую конструкцию сложнее устанавливать, чем простой поверхностный насос: в колодец надо опускать две трубы с эжектором. Чтобы защитить эжектор, на входе в трубу ставят фильтр — если он забьется, понадобится поднимать обе трубы, чтобы очистить насос.

Так устроен поверхностный насос с погружным эжектором. В скважине ставят обратный клапан с фильтром-сеточкой. Источник: calc.ru Выносной эжектор позволяет увеличить глубину всасывания, но такое устройство имеет меньшую производительность, так как часть воды возвращается в эжектор. Источник: wtpump.ru

Погружной вибрационный насос

Сколько стоит: в среднем 2000—2500 Р
В какой ситуации покупать: для садоводства, например полива грядок
Плюсы: дешево, надежно, хороший напор воды
Минусы: слабая производительность; вибрирует, взбаламучивает воду; шумит даже в толще воды

Такие насосы часто еще называют малышами — по марке одного из них. Это наиболее простой и бюджетный вариант насоса. Погружной вибрационный насос погружается прямо в воду, иногда устройство опускают в колодец в ведре, чтобы он сильно не поднимал со дна песок.

Принципы работы вибронасоса и автомобильного двигателя чем-то похожи. Внутри насоса стоит поршень, который ходит вверх и вниз. Поршень втягивает воду из колодца в камеру насоса и перекачивает ее вверх по шлангу или трубе. Такие такты повторяются 50 раз в секунду: этого достаточно, чтобы напор воды был стабильным.

Вибрационные насосы — самый бюджетный вариант. Они чаще всего используются для полива. Источник: market.yandex.ru

Погружной винтовой насос

Сколько стоит: в среднем 5000—10 000 Р
В какой ситуации покупать: если вода с примесями
Плюсы: не шумит; создает стабильный и хороший напор без пульсаций; легко перекачивает загрязненную воду, например с песком
Минусы: низкий КПД и производительность; трение деталей приводит к их быстрому износу

Внутри такого насоса крутится один или несколько винтовых стержней — шнеков. Они засасывают воду и перемещают ее дальше, создавая напор: процесс похож на бурение лунки на льду реки рыбацким шнеком.

Чем быстрее крутится шнек, тем производительнее насос и тем больше он перекачивает воды. Срок службы таких насосов зачастую невысокий — 1—1,5 года, но иногда они могут протянуть и 5 лет: все зависит от производителя и условий эксплуатации.

Насосы винтового типа часто используют в промышленности для перекачивания вязкой жидкости или загрязненной воды. Для водоснабжения частных домов они также популярны из-за своей дешевизны.

Погружные скважинные насосы можно использовать и для колодца. Винтовые насосы стоят дороже вибрационных, но дешевле центробежных и вихревых. Источник: market.yandex.ru Принцип действия винтового насоса с несколькими шнеками. В отличие от моделей с одним винтом, насосы с двумя и тремя шнеками могут дать в разы большую производительность, поэтому часто это промышленные версии насосов. Источник: kolodezman.ru

Погружной центробежный насос

Сколько стоит: в среднем 10 000—15 000 Р
В какой ситуации покупать: для дома, где живут постоянно и где нужен производительный, эффективный и довольно надежный насос
Плюсы: отличная производительность; хороший КПД; большая высота подъема воды — бытовые насосы в зависимости от модели легко дают напор 40—100 м; все элементы насоса крепкие, долговечные и рассчитаны на интенсивную эксплуатацию
Минусы: высокая цена; насос нельзя использовать, если вода с примесями

Это наиболее популярный тип насоса для водоснабжения частных домов — такие насосы дают хороший напор, но не шумят.

Внутри центробежного насоса стоит крыльчатка — колесо с лопатками, которое крутится с большой скоростью и как мельница перекачивает воду. Крыльчатка чувствительна к примесям в воде — при попадании камешка ее может заклинить. Ее также может деформировать, или она сместится — и насос придется отдать в ремонт. При этом только за диагностику насоса могут взять от 900 Р. Но в целом конструкцией насоса не предусмотрены движущие части или клапаны, поэтому насосы простые в ремонте.

Китайские варианты насоса служат в среднем 2,5 года, но есть и более качественные модели, например украинский «Водолей»: такой насос может прослужить и больше 5 лет.

Центробежные насосы бюджетного ценового сегмента стоят от 8000 Р для неглубоких скважин и до 30 000 Р для скважин глубже 100—150 метров. Источник: market.yandex.ru

Погружной вихревой насос

Сколько стоит: в среднем 8000—13 000 Р
В какой ситуации покупать: для артезианских скважин большой глубины
Плюсы: большой напор и производительность; минимум шума
Минусы: невысокий КПД — порядка 45%; чувствителен к загрязнениям воды твердыми частицами — не перекачает воду с большим количеством примесей

Такие насосы используют в основном в очень глубоких скважинах — если вода залегает на глубине больше 50 метров.

Принцип действия такого насоса и центробежного похожи, только здесь вместо крыльчатки используется вихревое колесо. Оно создает завихрение воды, то есть, помимо центробежной силы, появляется еще и турбулентное ускорение. За счет этого насос мощнее.

Вихревые насосы стоят дешевле центробежных, но служат обычно не так долго. Источник: google.com Принцип действия центробежного и вихревого насосов. В том и другом используется рабочее колесо с лопастями. Источник: met-all.org

Как выбрать скважинный насос. Выбор скважинного насоса

Необходимость в подъеме воды с глубины более 9 метров привела к необходимости создания скважинных погружных насосов. Насосы этого типа появились сравнительно недавно по отношению к насосам других типов.
Существую два типа подземных вод – грунтовые и артезианские. Артезианские воды расположены на достаточно большой глубине и находятся под слоем известняка. Все воды, что выше слоя известняка, называют грунтовыми водами.

Для использования грунтовых вод часто копают колодцы, обычно глубиной не более 25 метров. Такая максимальная глубина обусловлена сложностью земляных работ и экономической целесообразностью.
Если вода залегает на глубине более 25 метров, для доступа к ней используют скважины диаметром от 3 до 4 дюймов в случае частного использования (для промышленной добычи воды существуют скважины диаметром 12 дюймов и более).
Естественно, чем больше диаметр скважины, тем дороже она стоит. Но, с другой стороны, скважинный насос диаметром 3 дюйма стоит гораздо дороже насоса на такие же параметры, но диаметром 4 дюйма. Очень важно при выборе диаметра будущей скважины следует это учитывать, т.к. при определенных значениях глубины скважины в каких-то случаях дешевле будет скважина и насос диаметром 3 дюйма, а в других – диаметром 4 дюйма.
Бытовые насосы для скважин выпускаются трех типов: вибрационные («Малыш», «Ручеек» и т.п.), центробежные многосекционные («Скважина»,  «Водомет»,   ZDS,  SQ и т.п.),  винтовые (Скважина-ГВ 33/70),   вихревые (4SKm 100E).

Существуют так же специальные насосы для колодцев. Их отличительной особенностью является больший диаметр по сравнению со скважинными (обычно их диаметр от 150 мм), наличие рубашки охлаждения, встроенный поплавковый выключатель (нужен для отключения насоса, если в колодце закончится вода).
На нашем сайте такие насосы представлены марками  «Колодец», Водомет 150/45А (60А),  NKm,  CS-900M).

Выбор типа насоса зависит от следующих параметров:
— концентрации примесей (частиц песка и т.п.) в воде,
— производительности,
— напора,
— размеров и веса насоса,
— диаметра скважины,
— диаметра и длины подающей трубы,
— необходимостью использования автоматики,
— цены.

Например, если в воде содержится большое количество песка, то более надежно будет работать винтовой или мембранный насос. Вихревой насос в таких тяжелых условиях быстро выйдет из строя.
Если требуются минимальные размеры, то ими обладают вихревые насосы и вибрационные (мембранные).
В случае, если нужен напор более 40 метров, используют только центробежные многосекционные насосы.
Самые дешевые скважинные насосы – вибрационные. Но для работы с автоматикой управления вибрационные насосы использовать нежелательно (хотя в интернете достаточно предложений автоматического водоснабжения на базе таких насосов).

Большое значение в определении напора насоса играет длина и диаметр напорной трубы. Узкая труба сильно увеличивает сопротивление потоку, что требует увеличения напора насоса. Некоторые люди, желая сэкономить на стоимости трубы, покупают трубу меньшего диаметра, чем требует гидравлическая система. В результате, для обеспечения требуемого давления в доме, нужно устанавливать насос с большим напором, чем требовалось бы при установке трубы правильного диаметра, что ведет к удорожанию насоса и якобы экономия в итоге выходит боком.

Если же параметры насоса рассчитывались под трубу одного диаметра, а установили меньшую, то возможны такие варианты:
— насос будет работать с заниженной производительностью,
— насос не будет выдавать требуемое давление,
— двигатель насоса будет работать с перегрузкой, что может привести к выходу его из строя.

При выборе скважинного насоса следует помнить, что электродвигатель охлаждается окружающей его водой. То есть нельзя насос диаметром 3 дюйма (75 мм) устанавливать в скважину диаметром 115 мм или в колодец, так как для охлаждения электродвигателя необходимо создать поток воды, имеющий определенную скорость (для «уноса» выделяемого тепла потоком откачиваемой воды). Этот параметр рассчитывается в зависимости от характеристик насоса.

Минимально допустимый диаметр насоса для уже имеющейся скважины можно рассчитать по формуле:
D(насоса) = (D (скважины)² — 1,27 х Q/V),
Где:
D (насоса) — минимальный внутренний диаметр электродвигателя скважинного насоса,
D (скважины) — диаметр скважины,
Q — расчетный расход насоса,
V — минимально допустимая скорость воды на поверхности электродвигателя .

Если все же есть необходимость установки скважинного насоса в колодец (или в скважину большого диаметра), то на насос ставят специальную рубашку, через которую протекает вода и охлаждает насос. Или просто выбирают насос, у которого конструктивно предусмотрена рубашка охлаждения (например, у насосов «Водомет»).

Самое главное правило при выборе и установке насоса – НЕ ЭКОНОМИТЬ на качестве насоса, автоматике и монтажниках.

Основными причинами выхода насоса из строя являются:
— работа без воды,
— скачки напряжения в сети,
— большое количество песка в воде (чрезмерный износ рабочих колес или заклинивание насоса),
— частые включения/выключения насоса (например, если установлена автоматика и есть течь в трубах).
— неквалифицированная установка и эксплуатация.

Для предотвращения этих неисправностей следует выбирать насосы, в которых есть встроенная защита (например, во всех насосах фирмы ZDS есть защита от всех перечисленных напастей DRP), либо устанавливать дополнительно специальный шкаф – станцию управления насосом, которая будет отслеживать возможные неисправности и защищать насос от выхода из строя. Экономия на защите, как правило, приводит к преждевременному выходу из строя насоса.
В целом, если помнить обо всех вышеперечисленных нюансах монтажа и эксплуатации скважинных насосов, вполне реально самостоятельно установить и наладить работу системы водоснабжения. Здравый смысл и знание законов физики помогают во всех сомнительных ситуациях. Наши специалисты всегда дадут грамотную консультацию и правильно подберут любое насосное оборудование.

С какой глубины поверхностный насос может поднять воду

Поверхностный насос предназначен для обеспечения здания водой. Также его применяют для полива участка. Устройство устанавливается в скважине, колодце, водоеме и т.д. Оно способно поднимать воду с различной глубины. Этот показатель зависит от модели, разновидности оборудования, а также использования дополнительных приспособлений.

Итак, с какой глубины поверхностный насос может поднять воду?

Параметры подъема воды

Так, чаще всего оборудование способно поднимать воду с такой глубины:

  • 7.5 метров. С такой глубины воду поднимают самые простые самовсасывающие устройства. Такие модели имеют наиболее доступную стоимость. Они отличаются небольшим потреблением электроэнергии и при этом хорошей производительностью.
  • 9 метров. Большинство моделей способны поднять воду из скважины или колодца с данной глубины. Это простейшее устройство, при использовании которого не применяется никаких дополнительных приспособлений.
  • До 40 метров. В данном случае используется поверхностный насос с эжектором. Это специальное приспособление, которое крепится к концу шланга. При этом стоит учитывать, что чем больше глубина, тем меньше производительность оборудования. Одновременно с этим растет потребляемая мощность и, как следствие, энергозатраты.

При глубине колодца или скважины более 25 метров специалистами рекомендуется приобретать скважные насосы, так как в данном случае стоимость оборудования фактически уравнивается. На глубине более 30 метров выгоднее приобретать скважные устройства, так как они потребляют гораздо меньше электроэнергии, нежели поверхностные с эжектором.

При этом важно учитывать расстояние от дома до колодца или скважины. Каждые 1000 см соответствуют 100 см глубины колодца. При большом расстоянии от строения до водоема от покупки традиционного поверхностного насоса лучше отказаться, так как его использование будет нецелесообразным. В данном случае применяется оборудование с эжектором. Такие устройства способны работать на большой глубине.

Максимальная глубина подъема воды ограничена законами физики. В большинстве случаев модели рассчитаны на транспортировку жидкости с глубины 7-8 метров. Стоит заметить, что большинство производителей перестраховываются и занижают максимальную глубину всасывания. Это связано с неправильной эксплуатацией устройства.

Большинство поверхностных насосов имеют производительность 3-5 м3/час. Они создают напор 45-60 метров водного столба, то есть фактически 4,5-6 Бар. В данном случае следует учитывать высоту строения. Для высоких коттеджей следует приобретать модели с максимальным напором воды.

Также при выборе следует обращать внимание на технические характеристики устройств. Важно, чтобы производительность устройства была чуть ниже производительности самой скважины. Это уберегает оборудование от преждевременного выхода из строя. Стоит учитывать, что производительность скважины в песчаной породе ниже, производительности артезианской скважины. 

Как правильно выбрать насос для скважины

Скважина позволяет создать собственную систему водоснабжения для дома и бани на участке. Это дает владельцу коттеджа независимость от коммунальных служб и комфорт. Но чтобы поднять воду с глубины, нужен насос. Правильный выбор модели поможет не переплатить за излишнюю мощность и обеспечить бесперебойное водоснабжение на долгие годы.

Насосы для скважин: какие бывают

Учитывая небольшой диаметр скважины, производители преимущественно используют вертикальную компоновку насосов.  Большинство моделей рассчитаны на погружной способ работы. В этом случае корпус насоса полностью погружается в воду. Такая схема забора жидкости эффективна и позволяет обеспечить охлаждение двигателя во время работы.

Наверх отправляется труба или шланг для подачи воды, провод для подведения питания на электродвигатель.

С точки зрения конструкции распространены три схемы насосов.

Винтовые (шнековые)

Рабочий агрегат представляет собой вертикально расположенную спираль. Он отдаленно напоминает рыбацкий ледобур или шнек. При вращении спираль увлекает воду вверх и выталкивает ее на высоту до 140-180 метров.



Такая конструкция имеет следующие преимущества:

  • корпус получается компактным, вытянутым, что хорошо для установки в скважине;

  • мелкий песок, который может быть в воде, не наносит критичных повреждений конструкции.


 Центробежные


Рабочий агрегат — крыльчатка или лопаточный отвод. При вращении она придает воде ускорение, с силой выталкивает ее в выходной патрубок. 
 


 

Для увеличения производительности и напора производители могут устанавливать несколько таких крыльчаток. В погружных моделях они устанавливаются вертикально, каждая следующая придает жидкости дополнительное ускорение.


Вихревой


По конструкции похож на центробежный, но отличается формой и частотой вращения рабочего колеса. Такая конструкция имеет меньший КПД, чем у центробежных моделей. 



 

Эта схема считается капризной к наличию в воде жестких фракций: камня и песка.

Как и при разработке другого насосного оборудования, производители не всегда придерживаются описанных выше схем в чистом виде. Можно встретить модели, комбинирующие разные подходы для достижения большей долговечности, экономичности и производительности.


Как подобрать насос для скважины: параметры выбора


Существуют две ключевые технические характеристики выбора насоса для скважины или колодца:
 

  • напор, обозначается буквой H. Показывает, на какую высоту может подаваться вода, измеряется в метрах;
     

  • расход, производительность, Q. Показывает, сколько воды можно перекачать за единицу времени, измеряется в литрах или кубометрах в час.
     

Обе характеристики связаны функциональной зависимостью. Производитель приводит кривую, по которой можно определить, какой производительности можно достичь при подаче жидкости на определенную высоту.
 


 

Эксперты рекомендуют выбирать модель по напору с запасом 15-20%. Он нужен, чтобы учесть сопротивление течению со стороны изгибов труб, мест соединений и так далее. Горизонтальные участки принимают с коэффициентом 0,1. Если после подъема воды ее нужно переместить на 10 метров, к расчетному значению напора нужно добавить 1 метр.

Диаметр корпуса погружной модели должен быть минимум на 10 мм меньше отверстия скважины. Еще один критерий выбора — длина провода. Его также лучше выбирать с запасом. Вход кабеля выполнен герметично в заводских условиях, защитная оболочка также рассчитана на эксплуатацию в погруженном положении. Наращивать такой провод с выполнением всех норм защиты от влаги в бытовых условиях сложно.

При выборе модели по производительности учитывают возможность скважины отдавать воду. Она также измеряется в литрах в час или м3 в час. Также принимается во внимание скорость отбора жидкости потребителями.

Для малопроизводительных скважин выполняется система с накопительным баком, установленным на чердаке или крыше. Из него вода самотеком направляется к потребителям. В ночное время, когда отбор минимальный, накопительный бак наполняется. В дневное поддерживается по мере отдачи воды скважиной.

Управление электромотором насоса можно организовать в автоматическом режиме. Для этого в накопительном баке устанавливается поплавок. Как только он достигает верхнего уровня, двигатель отключается, ток воды прекращается. После отбора жидкости потребителями уровень в накопительном баке снижается, насос снова включается.

Некоторые модели насосов для скважин оборудуются поплавком. Когда уровень жидкости достаточен, двигатель работает. Когда уровень опасно понижается, поплавок опускается и отключает подачу тока. Это позволяет предотвратить перегрев двигателя насоса и преждевременный выход его из строя.
 


В Москве купить насос для скважины или колодца можно в интернет-магазине Dfogorod.ru.

Руководство по скважинным насосам | Что такое скважинный насос

Если вы полагаетесь на колодец для получения воды, очень важно оборудовать его подходящим насосом, чтобы вода не текла в часы пиковой нагрузки. В этом руководстве по насосам для скважин мы познакомим вас с принципами работы насосов для скважин, с различными типами насосов, а также с тем, как выбрать лучший насос для ваших нужд.

Что такое скважинный насос?

В городских и пригородных районах большинство людей практически постоянно имеют доступ к питьевой чистой воде.Однако в более сельских районах миллионы домов используют колодцы для водоснабжения. Колодезный насос — это электромеханическое оборудование, которое устанавливается после бурения или рытья скважины. Его цель — перекачивать воду из вашего колодца в ваш дом. Электродвигатель приводит в движение крыльчатку или центробежный насос, который выталкивает воду из колодца через струю или трубу.

Они бывают самых разных размеров, и лучший размер для вашего дома зависит от трех основных факторов:

  • Размер вашего объекта
  • Сколько воды использует ваше домохозяйство
  • Сколько сантехники у вас в доме

Мы предоставим более подробную информацию о выборе правильного размера насоса позже в этом руководстве.

Как работает скважинный насос?

Колодезный насос выталкивает воду из колодца в резервуар для хранения, который будет хранить ее до тех пор, пока она вам не понадобится. Когда двигатель работает, он втягивает воду в насос, который затем выталкивает ее на поверхность в резервуар высокого давления.

Закачка воды в этот напорный резервуар приведет к увеличению давления воздуха в резервуаре, пока оно не достигнет определенного заданного уровня, в диапазоне от 40 до 60 фунтов на квадратный дюйм. Когда вы включаете кран в доме, сила уменьшающегося давления воздуха в резервуаре выталкивает воду по водопроводу.Как только давление воздуха упадет примерно до 40 фунтов на квадратный дюйм, насос снова включится, и насос немедленно начнет подавать больше воды в резервуар для хранения.

Типы скважинных насосов

Во многих регионах США уровень грунтовых вод находится всего в нескольких футах ниже поверхности земли, и получить к нему доступ проще — или, по крайней мере, легче, чем в районах с более низким уровнем грунтовых вод.

Вам придется копать глубже, чтобы получить тот же результат в областях с нижним уровнем грунтовых вод или регионах, где отсутствует постоянное снабжение питьевой водой близко к поверхности.Поскольку более глубокие колодцы требуют перемещения воды на большее расстояние, для них нужна другая стратегия.

Как выглядит скважинный насос? Они бывают разных форм и размеров. В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные типы скважинных насосов и ситуации, в которых каждый насос наиболее подходит.

1. Центробежный насос

Центробежный насос вращает внутренний вентилятор для создания всасывания. В отличие от других скважинных насосов, центробежные насосы устанавливаются в механическом корпусе рядом со скважиной , а не внутри нее, что упрощает техническое обслуживание.

Одним из потенциальных недостатков центробежных насосов является то, что их мощность всасывания недостаточна для использования в глубоких скважинах . Центробежные насосы — это жизнеспособный вариант, только если ваш колодец меньше 25 футов. Центробежный скважинный насос, как правило, является наиболее доступным типом.

2. Погружной насос

Погружной насос, вероятно, является наиболее распространенным типом, отчасти из-за гибкости, которую он предлагает. Эти насосы подходят практически для любой скважины, какой бы глубокой она ни была.

Как следует из названия, погружные насосы находятся под водой, глубоко внутри колодца. Эти насосы водонепроницаемы , служат долго и редко нуждаются в ремонте. Однако ремонт предполагает вытаскивание насоса из колодца на поверхность. Эту задачу может выполнить обученный техник по ремонту скважинных насосов, но трудозатраты обычно увеличивают затраты на ремонт.

Некоторые характеристики погружных насосов включают:

  • Они не будут работать, если не будут полностью подводными. .
  • Двигатель приводит в действие рабочие колеса, которые выталкивают воду вверх по трубе.
  • Включение реле давления вызывает вращение крыльчатки, которая толкает воду вверх в резервуар, расположенный на поверхности.

3. Струйный насос

Эти сложные насосы обеспечивают максимальной мощности и могут подавать на больше воды быстрее , чем другие типы насосов. Подобно своим погружным аналогам, струйные насосы работают в скважинах на любой глубине.

Установка струйного насоса будет зависеть от того, будет ли он «одинарной» или «двухкапельной».«Однокапельные модели, которые больше всего подходят для неглубоких колодцев, находятся внутри, в вашем доме или в хозяйственной постройке. Двухкамерные модели, которые больше всего подходят для глубоких колодцев, требуют раздельной установки. Хотя струйный агрегат находится в колодце, двигатель должен оставаться над землей.

Хотя первоначальные затраты на погружные насосы часто выше, их обычно более низкие затраты на техническое обслуживание делают их более дешевыми долгосрочными инвестициями.

Некоторые определяющие характеристики струйных насосов:

  • В работе струйного насоса используется вода .
  • Они создают давление с помощью рабочих колес .
  • Рабочие колеса перемещают воду, также называемую приводной водой , через небольшое отверстие, установленное в корпусе перед рабочим колесом. Это увеличивает скорость воды.
  • Когда вода покидает форсунку, вакуум всасывает больше воды из колодца. Эта вода соединится с вытяжной водой и сбросит в ваш дом под высоким давлением.

Как выбрать скважинный насос

При выборе подходящего насоса для колодца самым важным фактором является глубина колодца, то есть то, как далеко вода должна пройти, чтобы добраться до поверхности земли.

  • Если ваша скважина глубиной менее 25 футов, вам следует использовать струйный насос для неглубокой скважины.
  • Если глубина вашего колодца составляет от 25 до 110 футов, вам следует использовать струйный насос для глубоких скважин.
  • Если глубина вашего колодца составляет от 110 до 400 футов, используйте четырехдюймовый погружной насос. Помните, что вы также можете использовать погружной насос для скважин глубиной до 25 футов.

Чтобы определить глубину вашей скважины, посмотрите отчет , предоставленный вашим бурильщиком .Если такого отчета нет, вы также можете определить его самостоятельно. Найдите длинную веревку, прикрепите к одному ее концу поплавок, затем опустите поплавок вниз, пока не почувствуете, что он плывет. Отметьте веревку после того, как уберете провисание.

Лучший насос для мелководных скважин

Если у вас неглубокий колодец, мы рекомендуем однокапельный струйный насос.

  • Эти насосы поставляются с обратными клапанами с обратным ходом , которые служат для заполнения насосов. Однокапельный струйный насос находится над землей и всасывает воду через один входной патрубок.Из-за относительной простоты их механики они, как правило, не требуют такого ухода, как большинство других типов.
  • Струйный насос , наиболее популярный вариант для неглубоких колодцев, устанавливается над колодцем и всасывает воду посредством всасывания . Расстояние, на которое он может всасывать воду, зависит от давления воздуха. Хотя давление воздуха меняется с высотой, струйные насосы обычно не идеальны для скважин глубиной более 25 футов .
  • Струйный насос создает давление через свое рабочее колесо , которое выталкивает приводную воду через небольшое отверстие или струю внутри корпуса, расположенного перед рабочим колесом.Сужение струи увеличивает скорость движущейся воды.

По мере того, как вода выходит из форсунки, вакуум будет всасывать больше воды из колодца. Когда эта дополнительная вода объединяется с водопроводной водой, она попадает в ваш дом под высоким давлением. Имейте в виду, что в процессе забора воды струйным насосом для неглубоких скважин также используется вода .

Лучший насос для глубоких скважин до 110 футов

Если у вас глубокий колодец, мы рекомендуем двухкапельную систему струйного насоса.

  • Глубинные струйные насосы также находятся на высоте над землей , но они забирают воду с помощью двух труб . Одна из этих труб забирает воду из колодца, а другая подталкивает воду вверх. Струйный насос для глубоких скважин всасывает воду с глубины до 110 футов, а для заливки трубы необходим донный клапан . Некоторые модели поставляются с выхлопной трубой, которая не позволяет пользователям откачивать воду из колодца всухую.
  • Глубоководный струйный насос может забирать воду с глубины более 25 футов , если струя отделена от корпуса крыльчатки и также находится в воде.
  • Крыльчатка отвечает за нагнетание воды в корпус форсунки, тогда как форсунка подает воду обратно в насос. В струйном насосе для глубоких скважин используется всасывание на струе для подачи воды в систему. Он также использует давление для подъема воды из колодца и подачи ее в дом.

Струйный насос для глубокой скважины будет поставляться с выхлопной трубой длиной 25 футов, прикрепленной к корпусу струи со стороны всасывания, чтобы предотвращал перекачку. .Когда уровень воды опускается ниже корпуса форсунки, выхлопная труба гарантирует, что никто не сможет откачать колодец всухую. Чем выше струя находится над уровнем воды, тем эффективнее она будет перекачивать. Как и в случае с системой с мелкими скважинами, , в системе с глубокими скважинами также требуется заливка водой . На дне колодца установлен обратный клапан, который предотвратит слив воды из труб.

Лучший насос для глубоких скважин до 400 футов

Если ваша скважина глубже 110 футов, но не превышает 400 футов, мы рекомендуем использовать погружной насос.

  • Погружные насосы для глубоких скважин используют напорные резервуары для всасывания воды через одну трубу, которая соединяет внутренний колодец с вашим домом. Эти насосы могут забирать воду с глубины до 400 футов под землей, но одним из потенциальных недостатков является то, что ремонт требует снятия обсадной трубы скважины.
  • Хотя струйный насос может работать со скважинами глубиной в несколько сотен футов, обычно они не так эффективны для более глубоких скважин, как погружные насосы . По мере того, как вы перемещаете насос дальше по колодцу, насос больше не будет поднимать воду — вместо этого он будет толкать ее вверх.Однако имейте в виду, что погружные насосы не работают, если они не полностью погружены в жидкость.
  • Погружной насос имеет цилиндрическую форму, а нижняя половина состоит из герметичного двигателя насоса, который подключается к наземному источнику энергии. Двигатель приводит в действие крыльчатки, которые, в свою очередь, поднимают воду вверх. Включение реле давления заставляет рабочие колеса вращаться, тем самым засасывая воду в насос. Вода проталкивается через корпус насоса, затем в резервуар для хранения на поверхности земли.

В отличие от наземных скважинных насосов, которые уязвимы к механическим повреждениям, погружные насосы имеют меньше проблем . Поскольку погружные насосы работают под водой, они не теряют праймера — проблема, с которой обычно сталкиваются наземные насосы.

Кавитация , когда газ или воздух попадает в механические части насоса, обычно не является проблемой для погружного насоса, потому что насос находится намного ниже поверхности воды и всегда имеет доступ к воде.

Хотя погружной насос может подавать воду более эффективно, чем струйный насос с двигателем аналогичного размера, любые проблемы с двигателем могут потребовать снятия всего агрегата с обсадной трубы скважины. К счастью, погружной насос отличается высокой надежностью и может работать с максимальной производительностью до 25 лет, прежде чем потребуется техническое обслуживание.

Свяжитесь с нами

Определение размеров скважинного насоса

Помимо выбора лучшего насоса для вашей скважины, вам также необходимо определить размер, который вам нужен.Номинальная мощность насоса составляет галлонов в минуту , а среднему дому с тремя или четырьмя спальнями требуется от 8 до 12 галлонов в минуту. При определении того, сколько воды необходимо вашему дому, добавляйте один галлон в минуту для каждого домашнего водоснабжения, такого как посудомоечные машины, стиральные машины, холодильники, смесители и душевые.

В то время как ваш насос должен быть достаточно большим для удовлетворения потребностей вашего дома, установка негабаритного размера приведет к снижению производительности и неэффективности использования энергии. Если вам нужно заменить помпу, выберите насос мощностью лошадиных сил, идентичный .Однако учтите, что вам может потребоваться дополнительная мощность, если вы планируете добавить новых членов семьи или технику. Насосы, которые должны транспортировать воды на большие расстояния , потребуют большей мощности.

Если вы собираетесь заменить помпу, проверьте ее по паспортной табличке , чтобы определить ее мощность. Помните, что для погружного насоса может потребоваться два или три провода, поэтому вы должны выяснить, сколько проводов потребуется для нового насоса.

Если ваш скважинный насос нуждается в быстром и надежном ремонте, обратитесь к специалисту по сантехнике Дэвида Лероя.Мы доступны круглосуточно и без выходных, чтобы помочь вам в экстренных случаях и ответить на любые ваши вопросы.

Чтобы связаться с нами, вы можете заполнить нашу форму или позвонить нам по телефону 717-938-8214.

Насосы для оросительной воды — Публикации

Сердце большинства оросительных систем — это насос. Чтобы сделать систему орошения максимально эффективной, насос необходимо выбирать в соответствии с требованиями источника воды, системы распределения воды и ирригационного оборудования.

Насосы, используемые для орошения, включают центробежные, глубинные турбинные, погружные и пропеллерные. На самом деле турбинные, погружные и гребные насосы — это особые формы центробежного насоса. Однако их имена распространены в отрасли. В этой публикации термин центробежный насос относится к любому насосу, который находится над поверхностью воды и использует всасывающую трубу.

Перед тем, как выбрать ирригационный насос, вы должны провести тщательную и полную инвентаризацию условий, в которых насос будет работать.Опись должна включать:

  • Источник воды (колодец, река, пруд и др. )
  • Требуемый расход откачки
  • Общая высота всасывания
  • Общий динамический напор

Обычно у вас нет выбора относительно источника воды; это либо поверхностная вода, либо вода из колодца, и местные геологические и гидрологические условия будут определять ее доступность. Однако тип ирригационной системы, расстояние от источника воды и размер трубопроводной системы будут определять расход и общий динамический напор.

Основные рабочие характеристики насоса

«Напор» — это термин, обычно используемый для насосов. Напор означает высоту вертикального столба воды. Давление и напор являются взаимозаменяемыми понятиями в орошении, потому что столб воды высотой 2,31 фута эквивалентен давлению в 1 фунт на квадратный дюйм (PSI). Общий напор насоса состоит из нескольких типов головок, которые помогают определить рабочие характеристики насоса.

Общий динамический напор

Полный динамический напор насоса представляет собой сумму полного статического напора, напора, напора трения и скоростного напора. Объяснение этих терминов приведено ниже и показано графически на рис. 1 .

Рис. 1. Полный динамический напор (TDH) представляет собой сумму полного статического напора, полного напора трения и напора. Показаны составляющие полного статического напора для системы откачки поверхностных и колодезных вод.

Общий статический напор

Общий статический напор — это расстояние по вертикали, на которое насос должен поднимать воду. При откачке из колодца это будет расстояние от уровня откачиваемой воды в колодце до поверхности земли, плюс расстояние по вертикали, на которое вода поднимается от поверхности земли до точки сброса.При откачке с открытой водной поверхности это будет полное расстояние по вертикали от поверхности воды до точки сброса.

Напорный

Для работы систем дождевания и капельного орошения требуется давление. Системы с центральным шарниром требуют определенного давления в точке поворота для правильного распределения воды. Напор в любой точке, где расположен манометр, можно преобразовать из PSI в футы напора, умножив на 2,31.

Например, 20 фунтов на квадратный дюйм равно 20 умноженным на 2.31, или 46,2 фута головы. Большинство городских систем водоснабжения работают под давлением от 50 до 60 фунтов на квадратный дюйм, что, как показано в таблице , таблица 1 , объясняет, почему центры большинства городских водонапорных башен находятся на высоте около 130 футов над землей.

Таблица 1. Фунтов на квадратный дюйм (PSI) и эквивалентный напор в футах водяного столба.

Головка фрикционная

Напор трения — это потеря энергии или снижение давления из-за трения при протекании воды по трубопроводной сети. Скорость воды существенно влияет на потери на трение.

Потеря напора из-за трения происходит, когда вода течет через прямые участки труб, фитинги или клапаны; по углам; и где трубы увеличиваются или уменьшаются в размерах. Значения этих потерь можно рассчитать или получить из таблиц потерь на трение. Напор трения для системы трубопроводов представляет собой сумму всех потерь на трение.

Скоростной напор

Напор скорости — это энергия воды, обусловленная ее скоростью. Это очень небольшое количество энергии, и обычно им можно пренебречь при расчете потерь в оросительной системе.

Всасывающая головка

Насос, работающий над поверхностью воды, работает с напором всасывания. Высота всасывания включает не только высоту вертикального всасывания, но также потери на трение через трубу, колена, обратные клапаны и другие фитинги на всасывающей стороне насоса. Допустимый предел напора на всасывании насоса и положительный чистый напор на всасывании (NPSH) насоса устанавливает это ограничение.

Теоретическая максимальная высота, на которую вода может быть поднята с помощью всасывания, составляет около 33 футов.Путем контролируемых лабораторных испытаний производители определяют кривую NPSH для своих насосов. Кривая NPSH будет увеличиваться с увеличением расхода через насос.

При определенной скорости потока значение NPSH вычитается из 33 футов, чтобы определить максимальную высоту всасывания, при которой будет работать этот насос. Например, если насосу требуется минимальный NPSH 20 футов, насос будет иметь максимальную высоту всасывания 13 футов.

Однако из-за потерь на трение всасывающего трубопровода насос, рассчитанный на максимальную высоту всасывания 13 футов, может эффективно поднимать воду только на 10 футов.Чтобы свести к минимуму потери на трение всасывающего трубопровода, всасывающий трубопровод должен иметь больший диаметр, чем напорный трубопровод.

Эксплуатация насоса с высотой всасывания больше, чем он был разработан, или в условиях с избыточным вакуумом в некоторой точке рабочего колеса, может вызвать кавитацию. Кавитация — это сжатие пузырьков воздуха и водяного пара, создающее очень отчетливый шум
, такой как гравий в насосе. Взрыв множества пузырьков разъедает крыльчатку, и в конечном итоге она заполняется дырами.

Требования к мощности насоса

Мощность, добавляемая к воде при ее прохождении через насос, может быть рассчитана по следующей формуле:

где:

WHP = водная мощность
Q = расход в галлонах в минуту (GPM)
TDH = общий динамический напор (футы)

Однако фактическая мощность, необходимая для работы насоса, будет выше, поскольку насосы и приводы не обладают 100-процентным КПД. Мощность в лошадиных силах, необходимая на валу насоса для перекачивания заданного расхода при заданном TDH, равна тормозной мощности (л.с.), которая рассчитывается по следующей формуле:

л.с. — тормозная мощность (постоянная мощность силового агрегата)

Насос эфф. — КПД насоса обычно считывается из кривой насоса и имеет значение от 0 до 1

Привод Eff. — КПД приводного агрегата между источником питания и насосом. Для прямого подключения это значение равно 1; для угловых передач значение 0,95; для ременных передач она может варьироваться от 0,7 до 0,85

Влияние изменения скорости на производительность насоса

Производительность насоса зависит от скорости вращения крыльчатки. Теоретически изменение скорости насоса приведет к изменению расхода, TDH и BHP в соответствии со следующими формулами:

где:

RPM1 = начальная установка оборотов в минуту
RPM2 = новая установка оборотов в минуту
GPM = галлонов в минуту (индексы такие же, как для RPM)
TDH = общий динамический напор (индексы такие же, как для RPM)
BHP = тормозная мощность (индексы такие же как для об / мин)

Например, если число оборотов увеличится на 50 процентов, расход увеличится на 50 процентов, TDH увеличится (1.5 ÷ 1) 2,
или 2,25 раза, а требуемая мощность увеличится (1,5 ÷ 1) в 3, или 3,38 раза, чем требуется на более низкой скорости. Очевидно, что с увеличением скорости требования к забойному давлению насоса увеличиваются на быстрее, чем на , чем изменяются напор и скорость потока.

КПД насоса

Производители используют тесты для определения рабочих характеристик своих насосов и публикуют результаты в диаграммах производительности насосов, обычно называемых «кривыми насосов». Типичная кривая насоса показана на рис. , рис. 2 .

Рис. 2. Типичная кривая для горизонтального центробежного насоса. NPSH — это чистый положительный напор на всасывании, необходимый для насоса, а TDSL — это общая доступная динамическая высота всасывания (оба на уровне моря).

Все кривые насоса построены с расходом по горизонтальной оси и TDH по вертикальной оси. Кривые на рис. 2 относятся к центробежному насосу, испытанному при различных оборотах.

Каждая кривая показывает соотношение GPM и TDH при проверенных оборотах.Кроме того, были добавлены линии эффективности насоса, и везде, где линия эффективности
пересекает линии кривой насоса, это число указывает на эффективность в этой точке.

Кривые тормозной мощности (BHP) также были добавлены; они наклоняются слева направо. Кривые BHP рассчитываются с использованием значений из линий эффективности. Кривая NPSH находится вверху диаграммы, а ее масштаб — в правой части диаграммы.

Считывание кривой насоса

Когда вы знаете желаемый расход и TDH, вы можете использовать эти кривые для выбора насоса.Кривая насоса показывает, что насос будет работать в широком диапазоне условий. Однако он будет работать с максимальной эффективностью только в узком диапазоне расхода и TDH.

В качестве примера того, как использовать характеристическую кривую насоса, давайте воспользуемся кривой насоса на рис. , рис. 2 , чтобы определить мощность и КПД этого насоса при расходе 900 галлонов в минуту (галлонов в минуту) и 120 футах TDH.

Решение: Следуйте пунктирной вертикальной линии от 900 галлонов в минуту до пересечения пунктирной горизонтальной линией от 120 футов TDH.В этот момент насос работает с максимальной эффективностью чуть ниже 72 процентов при скорости 1600 об / мин. Если вы посмотрите на кривые BHP, этому насосу требуется чуть менее 40 BHP на входном валу. Более точную оценку BHP можно рассчитать с помощью уравнений 1 и 2. Используя уравнение 1, WHP будет [900 x 120] ÷ 3,960, или 27,3, а из уравнения 2, BHP будет 27,3 ÷ 0,72, или 37,9, при условии, что КПД привода составляет 100 процентов. Кривая NPSH использовалась для расчета маркеров общей динамической высоты всасывания (TDSL) в нижней части диаграммы.Обратите внимание, что для
TDSL при 1400 галлонах в минуту составляет 10 футов, но при 900 галлонах в минуту TDSL составляет более 25 футов.

Изменение скорости насоса

Теперь предположим, что этот насос подключен к дизельному двигателю. Изменяя частоту вращения двигателя, мы можем изменять скорость потока, требования TDH и BHP для этого насоса. В качестве примера изменим скорость двигателя с 1600 до 1700 об / мин. Как это влияет на GPM, TDH и BHP насоса?

Решение: Мы будем использовать уравнения 3, 4 и 5 для расчета изменения.Используя уравнение 3, изменение GPM будет (1,700 ÷ 1,600) x 900, что равно 956 GPM. Используя уравнение 4, изменение TDH будет (1700 ÷ 1600) 2 x 120, что равняется 135,5 футам TDH. Используя уравнение 5, изменение BHP будет (1,700 ÷ 1,600) 3 x 37,9, что равно 45,5 BHP. Эта точка изображена на рисунке 2 в виде круга с точкой посередине. Обратите внимание, что новая рабочая точка находится вверху и справа от старой точки, а эффективность насоса осталась прежней.

При выборе насоса для оросительной установки установщик должен предоставить копию характеристики насоса.Кроме того, установщик должен предоставить информацию, если рабочее колесо или рабочие колеса были обрезаны. Эта информация будет полезна в будущем, особенно если вам придется делать ремонт.

Центробежные насосы

Центробежные насосы используются для откачки из водоемов, озер, ручьев и неглубоких скважин. Они также используются в качестве подкачивающих насосов в оросительных трубопроводах. Все центробежные насосы должны быть полностью заполнены водой или «заправлены», прежде чем они смогут работать.

Всасывающая линия, как и насос, должны быть заполнены водой и не содержать воздуха. На всасывающей трубе чрезвычайно важны герметичные соединения и соединения. Заполнение насоса может осуществляться с помощью ручных вакуумных насосов, вакуумного двигателя внутреннего сгорания, вакуумных насосов с приводом от двигателя или небольших водяных насосов, которые заполняют насос и всасывающий трубопровод водой.

Центробежные насосы предназначены для горизонтальной или вертикальной работы. Горизонтальная центробежная машина имеет вертикальное рабочее колесо, соединенное с горизонтальным приводным валом, как показано на , рис. 3 .

Рисунок 3.Горизонтальный центробежный насос.

Горизонтальные центробежные насосы наиболее распространены в оросительных системах. Как правило, они менее дороги, требуют меньшего обслуживания, проще в установке и более доступны для осмотра и обслуживания, чем вертикальные центробежные. Доступны самовсасывающие горизонтальные центробежные насосы, но они являются насосами специального назначения и обычно не используются с системами орошения.

Вертикальные центробежные насосы можно монтировать так, чтобы рабочее колесо все время находилось под водой. (См. Плавающий насос на крышке.) Это делает ненужным заливку, что делает вертикальный центробежный насос желательным для плавающих приложений. Кроме того, функция самовсасывания очень желательна в районах с частыми перебоями в подаче электроэнергии или снижением цен на электроэнергию в непиковые периоды.

Самовсасывающий

также подходит для новых панелей управления центральными шарнирами, где автоматический перезапуск является программируемой функцией.

Предупреждение:

Поскольку подшипники постоянно находятся под водой, эти насосы могут потребовать более высокого уровня обслуживания.

Насосы глубинные турбинные

Турбинные насосы для глубоких скважин адаптированы для использования в обсаженных скважинах или там, где водная поверхность ниже практических пределов центробежных насосов. Турбинные насосы также используются в системах поверхностного водоснабжения.

Поскольку всасывающий патрубок турбинного насоса постоянно находится под водой, заливка не вызывает беспокойства. КПД турбинных насосов сравним с большинством центробежных насосов или превосходит их. Обычно они дороже центробежных насосов и их сложнее проверять и ремонтировать.

Турбинный насос состоит из трех основных частей: узла головки, узла вала и колонны и узла стакана насоса, как показано на рис. 4 . Головка обычно чугунная и предназначена для установки на фундамент. Он поддерживает узлы колонны, вала и чаши и обеспечивает слив воды. Он также поддерживает электродвигатель, угловую зубчатую передачу или ременную передачу.

Рисунок 4. Глубинный турбинный насос.

Узел вала и колонны обеспечивает соединение между головкой и корпусом насоса.Линейный вал передает мощность от двигателя к крыльчаткам, а колонна переносит воду на поверхность. Трансмиссионный вал турбинного насоса может смазываться водой или маслом.

Насос с масляной смазкой имеет полый вал, в который капает масло, смазывая подшипники. Насос с водяной смазкой имеет открытый вал. Подшипники смазываются перекачиваемой водой. Если возможна перекачка мелкого песка, выберите насос с масляной смазкой, поскольку он не допускает попадания песка в подшипники.

Если вода предназначена для домашнего использования или домашнего скота, в ней не должно быть масла, и должен использоваться насос с водяной смазкой. В некоторых штатах, например, в Миннесоте, у вас нет выбора; Насосы с водяной смазкой необходимы во всех новых оросительных колодцах .

Подшипники линейного вала обычно размещаются на 10-футовых центрах для насосов с водяной смазкой, работающих на скоростях ниже 2200 об / мин, и на 5-футовых центрах для насосов, работающих на более высоких скоростях. Подшипники с масляной смазкой обычно размещаются на 5-футовых центрах.

Бачок насоса закрывает рабочее колесо. Из-за своего ограниченного диаметра каждое рабочее колесо имеет относительно низкий напор. В большинстве турбинных установок для глубоких скважин несколько стаканов устанавливаются последовательно друг над другом. Это называется постановкой. Сборка барабана с четырьмя ступенями содержит четыре рабочих колеса, все прикрепленные к общему валу, и будет работать с четырехкратной скоростью нагнетания одноступенчатого насоса.

Рабочие колеса, используемые в турбинных насосах, могут быть полуоткрытыми или закрытыми, как показано на рис. 5 .Лопатки полуоткрытых рабочих колес открыты снизу и вращаются с малым допуском по отношению к дну чаши насоса.

Рис. 5. Вид в разрезе двух закрытых рабочих колес в их корпусах насоса.

Допуск является критическим и должен быть отрегулирован на новом насосе. Во время начального периода обкатки муфты трансмиссионного вала будут затягиваться; поэтому примерно через 100 часов работы необходимо проверить регулировку рабочего колеса.После обкатки допуск необходимо проверять и регулировать каждые три-пять лет или чаще при перекачивании песка.

Оба типа рабочих колес могут вызвать неэффективную работу насоса, если они не отрегулированы должным образом. Если полуоткрытые рабочие колеса установлены слишком низко, а лопатки трутся о дно чаш, это может привести к механическому повреждению. Регулировка закрытых крыльчаток не столь критична; однако их все же необходимо проверять и настраивать.

Регулировка рабочего колеса выполняется путем затягивания или ослабления гайки в верхней части узла головки.Регулировка крыльчатки обычно осуществляется путем опускания крыльчатки на дно чаши и регулировки ее вверх. Величина регулировки вверх определяется тем, насколько растянется вал линии во время перекачивания. Регулировку необходимо производить исходя из минимально возможного уровня откачки в скважине.

Изготовитель насоса часто обеспечивает надлежащую процедуру регулировки. Процедура регулировки для многих распространенных марок глубинных турбин изложена в публикации Nebraska Cooperative Extension Service EC 81-760, озаглавленной «Как отрегулировать вертикальные турбинные насосы для достижения максимальной эффективности».

Эксплуатационные характеристики

Испытания определяют рабочие характеристики глубинных турбинных насосов. Характеристики во многом зависят от конструкции барабана, типа рабочего колеса и частоты вращения вала рабочего колеса. Расход, TDH, BHP, КПД и частота вращения аналогичны указанным для центробежных насосов. Вертикальные турбинные насосы обычно рассчитаны на определенную настройку частоты вращения.

Вертикальная кривая турбинного насоса показана на рис. 6 . Эта кривая насоса аналогична кривой центробежного насоса, за исключением того, что вместо кривых для различных оборотов, кривые приведены для рабочих колес разного диаметра.

Рис. 6. Кривая скважинного турбинного насоса. Тормозная мощность и общий напор указаны для одной ступени. Если насос имел пять ступеней, умножьте мощность тормоза и общий напор на пять. Количество галлонов в минуту останется прежним, независимо от того, сколько ступеней добавлено.

Уменьшение диаметра рабочих колес называется «подрезкой». Производители подгонят рабочие колеса до нужного размера, чтобы они соответствовали требованиям TDH и скорости потока для конкретной оросительной установки.

Кривые насоса для турбинных насосов обычно показаны для одноступенчатого насоса, поэтому полученная TDH будет определена путем умножения указанного напора на кривой насоса на количество ступеней. Требуемую тормозную мощность также необходимо умножить на количество ступеней. Обратите внимание, что скорость потока не изменится, сколько бы ступеней ни было добавлено.

Использование кривой насоса

В качестве примера предположим, что кривая насоса на рис. 6 соответствует пятиступенчатому насосу с цифрой 7.Рабочее колесо 13 дюймов, обеспечивающее скорость 800 галлонов в минуту. Какими будут значения TDH и BHP?

Решение: Следуйте пунктирной вертикальной линии от 800 галлонов в минуту до точки пересечения с кривой рабочего колеса 7,13 дюйма в верхней части диаграммы
. Следуйте горизонтальной пунктирной линией влево до отметки 26 футов TDH. Умножение 26 на 5 дает 130 футов TDH. Затем проследуйте по вертикальной пунктирной линии от 800 галлонов в минуту до кривой BHP с рабочим колесом 7,13 дюйма в нижней части диаграммы, а затем по горизонтальной пунктирной линии влево до точки 6.5 л.с. Если умножить 6,5 л.с. на 5 (пять ступеней), получаем, что для этого насоса требуется 32,5 л.с. Также обратите внимание, что насос работает с максимальной эффективностью 80 процентов. При такой эффективности расчетная забойная мощность (уравнения 1 и 2) составляет 32,8.

Установка вертикальных турбинных насосов

Глубинные турбинные насосы должны иметь правильную центровку между насосом и силовой установкой. Использование узла головки, подходящего для двигателя и узла колонки / насоса, упрощает выполнение правильной центровки.

Очень важно убедиться, что колодец прямой и ровный. Узел колонны насоса должен быть выровнен вертикально, чтобы никакая часть не касалась обсадной трубы скважины. К колонне насоса обычно прикрепляются распорки, чтобы насос в сборе не касался обсадной трубы скважины.

Если колонна насоса все же касается обсадной трубы, вибрация приведет к износу отверстий в обсадной колонне. Смещение колонны насоса по вертикали также может вызвать чрезмерный износ подшипников.

Головка в сборе должна быть установлена ​​на хорошем основании на высоте не менее 12 дюймов над поверхностью земли.Бетонный фундамент ( Рисунок 7 ) обеспечивает постоянный и беспроблемный монтаж. Фундамент должен быть достаточно большим, чтобы можно было надежно закрепить головку в сборе.

Рисунок 7. Рекомендуемое бетонное основание с водоотводной трубой для измерения уровня воды и хлорирования.

Фундамент должен иметь не менее 12 дюймов опорной поверхности со всех сторон колодца. В случае скважины с гравийной набивкой зазор в 12 дюймов измеряется от внешнего края гравийной набивки.

Труба для доступа к скважине диаметром не менее 1,5 дюймов должна проходить через фундамент в обсадную трубу скважины. Труба доступа служит двум целям. Первый — это измерение статического уровня и уровня откачиваемой воды в скважине, а второй — разрешение хлорирования скважины.

Полиэтиленовая трубка диаметром ¾ дюйма с закрытым нижним концом, вставленная в патрубок доступа и доходящая до уровня насоса, значительно упростит измерение уровня воды. В трубке необходимо просверлить небольшие отверстия, чтобы вода могла легко входить и выходить из трубки.

Более подробную информацию о техническом обслуживании скважин можно найти в публикации NDSU «Уход и техническое обслуживание ирригационных колодцев».

Погружные насосы

Погружной насос — это турбинный насос, тесно связанный с погружным электродвигателем, как показано на рис. 8 . И насос, и двигатель подвешены в воде, что исключает необходимость в длинном приводном валу и держателях подшипников, необходимых для глубинного турбинного насоса. Поскольку насос находится над двигателем, вода поступает в насос через экран между насосом и двигателем.

Рисунок 8. Погружной насос, установленный в скважине.

В погружном насосе используются закрытые рабочие колеса, потому что вал электродвигателя расширяется, когда он становится горячим, и толкает крыльчатки вверх. Если бы использовались полуоткрытые рабочие колеса, насос терял бы эффективность. Кривая для погружного насоса очень похожа на кривую для глубинного турбинного насоса.

Погружные двигатели меньше в диаметре и намного длиннее обычных двигателей.Из-за своего меньшего диаметра они имеют меньший КПД, чем те, которые используются для центробежных или глубинных турбинных насосов.

Погружные двигатели обычно называют сухими или мокрыми. Сухие двигатели герметично закрыты маслом с высокой диэлектрической проницаемостью для предотвращения попадания воды в двигатель. Мокрые двигатели открыты для колодезной воды, при этом ротор и подшипники работают в воде.

Если циркуляция воды через двигатель ограничена или недостаточна, двигатель может перегреться и сгореть. Следовательно, длина стояка должна быть достаточной для того, чтобы узел чаши и двигатель всегда были полностью погружены в воду. Кроме того, обсадная труба колодца должна быть достаточно большой, чтобы вода могла легко проходить мимо двигателя.

Малые погружные насосы (до 5 лошадиных сил) используют однофазное питание. Однако большинству погружных насосов, используемых для орошения, требуется трехфазное электрическое питание. Электропроводка от насоса к поверхности должна быть водонепроницаемой, а все соединения — герметичными. Электрическая линия должна быть прикреплена к трубе колонны через каждые 20 футов, чтобы предотвратить ее наматывание на трубу колонны.

Напряжение на выводах двигателя должно быть в пределах плюс-минус 10 процентов от напряжения двигателя, указанного на паспортной табличке. Если в кабеле погружного насоса происходит падение напряжения на 5 процентов, напряжение на поверхности не должно быть менее 95 процентов номинального напряжения.

Поскольку насос находится в скважине, молниезащита должна быть подключена к блоку управления. Удары молнии в скважины с помощью погружных насосов — основная причина отказов насосов.

Вы можете выбрать погружные насосы, чтобы обеспечить широкий диапазон комбинаций расхода и TDH.Погружные насосы диаметром более 10 дюймов обычно стоят дороже, чем глубинные турбины сопоставимого размера, потому что двигатели более дорогие.

Погружные бустерные насосы выпускают многие производители. Эти насосы обычно устанавливаются на трубопроводе горизонтально. Преимущество использования погружного в качестве подкачивающего насоса вместо центробежного — снижение шума. Это желанный атрибут в жилых помещениях и рядом с полями для гольфа.

Погружные устройства также использовались в качестве подкачивающих насосов во всасывающих линиях центробежных насосов.Это приложение используется в ситуациях, когда уровень воды будет значительно колебаться в течение сезона. Наличие погружного устройства во всасывающей линии изменит напор на входе центробежного насоса с всасывающего на положительный.

Пропеллерные насосы

Пропеллерные насосы используются в условиях низкого подъема и высокого расхода. Они бывают двух типов: с осевым потоком и со смешанным потоком. Разница между ними заключается в типе крыльчатки. В насосе с осевым потоком используется крыльчатка, которая выглядит как обычный винт лодочного мотора и, по сути, представляет собой насос с очень низким напором.

Одноступенчатый гребной насос обычно поднимает воду не более чем на 20 футов. Добавив еще одну ступень, можно получить напор от 30 до 40 футов. В насосе смешанного типа используются полуоткрытые или закрытые рабочие колеса, аналогичные турбинным насосам.

При стационарной установке пропеллерные насосы устанавливаются вертикально, как показано на Рисунок 9 . Для переносных насосных платформ они устанавливаются на прицепах или понтонах для использования в качестве плавучих водозаборов.

Рисунок 9а.Пропеллерный насос с приводом от вала отбора мощности (ВОМ), используемый для перемещения больших объемов воды в условиях низкой подъемной силы.

Рисунок 9б. Пропеллерный насос.

Переносные пропеллерные насосы обычно устанавливаются почти в горизонтальном положении (под малыми углами), чтобы их можно было легко перекачивать в трубопроводы, а также использовать в качестве источника воды. Переносные пропеллерные насосы обычно приводятся в действие от коробки отбора мощности (ВОМ) тракторов. На многих фермах пропеллерные насосы используются для откачки лагун для хранения отходов.

Требования к мощности пропеллерного насоса увеличиваются непосредственно с TDH, поэтому необходимо обеспечить достаточную мощность для приведения насоса в действие при максимальном подъеме. Пропеллерные насосы не подходят в условиях, когда необходимо дросселировать нагнетание для уменьшения расхода. Очень важно точно определить максимальную TDH, при которой будет работать этот тип насоса.

Пропеллерные насосы не подходят для работы на высоте всасывания. Рабочее колесо должно быть погружено в воду, а насос должен работать на соответствующей глубине погружения. Глубина погружения будет варьироваться в зависимости от рекомендаций различных производителей, но, как правило, чем больше диаметр насоса, тем глубже погружение.

Соблюдение рекомендованной глубины погружения гарантирует, что скорость потока не снизится из-за завихрений. Кроме того, несоблюдение необходимой глубины погружения может вызвать сильные механические вибрации и быстрое повреждение лопастей гребного винта.

Критерии выбора насоса

Выбор насоса для поливной воды почти полностью основан на соотношении между эффективностью насоса и TDH, который насос будет обеспечивать при определенной скорости потока.Как было показано ранее, эти параметры также являются основой характеристической кривой насоса. Используйте Таблица 2 , чтобы сузить выбор типа насоса для широкого диапазона расходов и общих динамических напоров.

Один элемент, не включенный в значения TDH в Таблица 2 — высота всасывания. Если ваше приложение должно подавать воду к насосу, вам придется использовать центробежный насос.

Таблица 2. Диаграмма, показывающая наиболее подходящие типы насосов для использования в заданном диапазоне расходов и общих динамических напоров.

Дополнительные источники информации

«Уход за ирригационными колодцами и техническое обслуживание», доступная публикация NDSU Extension.

«Center Pivot Design», Ассоциация ирригации, Фоллс-Черч, Вирджиния.

MWPS-30, Спринклерные оросительные системы, MWPS, Университет штата Айова, Эймс.

Фото Томаса Шерера

5 лучших скважинных насосов для сельских домовладельцев

Если вы живете в сельской местности, велика вероятность, что система водоснабжения вашего дома обслуживается колодцем.Таков характер жизни там, где мы живем, и, прожив большую часть своей жизни у колодца, мне нравится не зависеть от моего места жительства в том, что касается меня и моей семьи. Но это также означает, что я сам займусь обслуживанием колодезной системы, а наличие лучшего колодезного насоса поможет обеспечить постоянную подачу воды и редкое обслуживание.

Я помню, как я, будучи намного моложе, впервые увидел внутреннюю работу системы домашних колодцев. Датчик на устье колодца оказался недостаточно глубоко в земле и замерз в особенно плохую зиму.Все было извлечено из-под земли, когда мы осмотрели всю систему, чтобы убедиться, что больше ничего не повреждено. Сотни футов труб были прикреплены к буксировочной шаре пикапа, когда мы вытаскивали его из земли, глядя на насос в конце.

Хотя погода не повлияла на насос так глубоко под землей, он получил некоторые повреждения от удара о стенки самого колодца, и нам пришлось добавить ограждение, чтобы насос работал еще несколько лет.

Большинство экспертов скажут вам, что погружной скважинный насос , как и у большинства сельских домовладельцев и фермеров, прослужит от 10 до 15 лет. — надеюсь, в большей степени. Замена этих устройств стоит недешево, и если вы заплатите и за рабочую силу, счет действительно может увеличиться.

Не все знают все тонкости своей колодезной системы, если только им не пришлось поработать с ней. Если вы покупаете дом, маловероятно, что вам предоставят много документации по истории колодца. В большинстве случаев ваша скважина имеет глубину не менее 100 футов и , а некоторые скважины могут иметь глубину более 500 футов! Конечно, многое зависит от того, где именно вы живете. Идеально, когда насос погружен в воду на глубину не менее 25-30 футов.

У меня на ферме два колодца — один 183 фута, а другой 294 фута (более глубокий дает воду лучшего качества). В последние годы нам пришлось заменить насосы на обоих колодцах, и оба требовали разной мощности лошади, чтобы эффективно доставлять воду по всей длине и в мой дом, а также получать достаточное количество галлонов в минуту в мой напорный бак. .

Пройдя через этот процесс, я кое-что узнал о скважинных системах и попытках выбрать лучшие скважинные насосы. Перебрав множество вариантов с экспертами, вот мои 5 лучших скважинных насосов. Хотя мы в основном выделяем только одну модель из каждой из этих линий насосов для скважин, знайте, что часто есть аналогичные модели мощностью 0,5, 0,75, 1 и 1,5 для многих из них — по значительно разным ценам:

Погружной скважинный насос Red Lion 1-HP 12 галлонов в минуту

Это один из самых продаваемых скважинных насосов, который вы можете найти. Он предназначен для подачи воды в сельские дома, фермы и коттеджи, в которых есть пробуренные скважины диаметром 4 дюйма и более на глубину около 250 футов.Этот насос приводится в действие трехпроводным двигателем (блок управления входит в комплект всех трехпроводных насосов) и имеет встроенный обратный клапан, который предотвращает обратный поток и обеспечивает давление в системе. Он также имеет кожух из нержавеющей стали, нагнетательный патрубок из термопласта и кронштейн двигателя. Это 230 вольт.


Погружной скважинный насос Flotec 1-HP 20 галлонов в минуту

Погружной насос для 4-дюймовых скважин Flotec FP3332 предназначен для использования со скважинами размером 4 дюйма и более. Скважинный насос Flotec энергоэффективен и идеально подходит для насосов со средней производительностью.Запатентованная конструкция с плавающей трубой гарантирует, что насос Flotec FP3332 будет устойчив к запиранию песком, а насос из нержавеющей стали гарантирует устойчивость к коррозии. Встроенный обратный клапан и удобный блок управления облегчают установку и обслуживание скважинного насоса Flotec. Это трехпроводной насос на 230 вольт.


Погружной скважинный насос Little Giant, 5 л.с., 12 галлонов в минуту

Этот насос представляет собой насос Franklin Electric и сочетает в себе долгую и прочную репутацию как торговой марки, так и производителя.Little Giant доступен с нагнетательным патрубком из термопласта и кронштейном двигателя или напорным патрубком из нержавеющей стали и кронштейном двигателя, а также керамической втулкой подшипника для долговечности. Помимо 230 вольт, он также имеет шестигранный резиновый подшипник с очень большой поверхностью для обеспечения устойчивости вала и множественные проточные каналы, чтобы мелкие частицы не попадали на поверхности подшипников.


Погружной скважинный насос Grundfos 3/4-HP 10 галлонов в минуту

Погружной скважинный насос Grundfos 10SQ07-200 96160141 предлагает широкий диапазон производительности.4-дюймовый SQ — это компактный многоступенчатый центробежный насос, который может быть установлен в скважине размером не больше самого насоса. Благодаря встроенной электронике насосы SQ очень просты в установке и эксплуатации. Эти гибкие и компактные насосы, оснащенные двигателями с постоянными магнитами, обеспечивают превосходный КПД и обеспечивают напор до 200 метров.


Погружной насос BURCAM 3/4-HP 10 галлонов в минуту

Погружной насос для глубоких скважин BURCAM 101131H, 230 В, 2 провода + заземление рекомендуется для домов, коттеджей и ферм для установки в колодцы диаметром 4 дюйма и более.Изготовленный из коррозионно-стойкой нержавеющей стали 316 со стандартной сменной головкой NEMA, которая включает в себя 12 ступеней прецизионных рабочих колес и диффузоров из нержавеющей стали, а также шестигранный приводной вал из нержавеющей стали, этот насос оснащен двигателем непрерывного действия, обеспечивающим надежность. Он перекачивает до 900 галлонов США в час и имеет максимальный напор 275 футов. Наилучшая эффективность составляет от 114 до 198 футов (с реле давления 20/40 PSI) или от 91 до 175 футов (с реле давления 30/50).


Насколько глубоким должен быть колодец?

Многие скважины, с которыми мы столкнулись, имеют глубину не менее 100 футов, а некоторые скважины можно пробурить даже на глубину до 500 футов.Это зависит именно от того, где вы живете и насколько близко ваш бурильщик может подойти к хорошей водяной жилке в земле. Идеально, когда скважинный насос погружен в воду на глубину не менее 25–30 футов, и во многих случаях он прослужит вам от 10 до 15 лет.

Сколько стоит установка колодца?

Конечно, многое будет зависеть от вашего местоположения, а цены будут колебаться вместе с экономикой, но вполне вероятно, что вы в конечном итоге заплатите от 15 до 30 долларов за фут (то есть от 1500 до 3000 долларов за 100-футовый колодец).И имейте в виду, что если бурение не дает жизнеспособной воды, вам все равно придется заплатить за эту работу. Обычно за неудачную попытку технический специалист взимает с вас нижнюю часть своего ценового диапазона. Тогда вы платите за следующую попытку бурения. Также обратите внимание, что в вашем районе могут быть разрешительные правила, которые могут увеличить стоимость.


Мы стремимся находить, исследовать и рекомендовать лучшие продукты. Мы зарабатываем комиссионные с покупок, которые вы совершаете, используя розничные ссылки в наших обзорах продуктов.Узнайте больше о том, как это работает.

Рекламный контент на AG Daily

Объяснение давления напора и запорной головки насоса

Что такое напор насоса и запорная головка?

Одна из наиболее неправильно понимаемых физических характеристик насоса — это понятие напора. Это связано с давлением, но как именно?

Эта статья проясняет термин «напор» применительно к насосам, поэтому вам больше не придется беспокоиться о том, что такое напор, как он связан с давлением или почему это важно.

Это концепция, которая на самом деле невероятно проста для определения, но может сбивать с толку, когда ее переводят на примеры с реальными насосами. Представьте насос, у которого есть труба, которая идет прямо вертикально вверх от нагнетательного патрубка (см. Рисунок 1) .

Рис. 1: Воображаемая вертикальная напорная труба, используемая для измерения напора.



Проще говоря: напор насоса — это максимальная высота, на которой насос может перекачивать против силы тяжести.Интуитивно понятно, что если насос может создавать большее давление, он может перекачивать воду выше и создавать более высокий напор. Также обратите внимание, что чем выше уровень жидкости в резервуаре, тем выше насос сможет перекачивать воду в вертикальную напорную трубу из-за напора, создаваемого жидкостью во всасывающем резервуаре (см. Рисунок 2) .

Рис. 2: Напор зависит от самого насоса и высоты жидкости во всасывающем баке.



Гораздо более полезной мерой напора является разница между уровнем жидкости во всасывающем баке и напором в вертикальной напорной трубе. Это число известно как «общий напор», который может создать насос.

Повышение уровня жидкости во всасывающем баке приведет к увеличению напора, а снижение уровня приведет к снижению напора. Производители и поставщики насосов часто не говорят вам, какой напор может создать насос, потому что они не могут предсказать, какой будет высота жидкости в вашем всасывающем баке.Вместо этого они сообщают общий напор насоса, разницу в высоте между уровнем жидкости во всасывающем баке и высоту водяного столба, которую может достичь насос. Общий напор не зависит от уровня жидкости во всасывающем баке.

Рис. 3: Общий напор не зависит от напора на всасывании.



Обратите внимание, что теперь, когда мы определили общий напор, мы можем преобразовать эти полезные отношения в уравнения:

Ht = Hd — Hs

Где Ht — общий напор, Hd — напор нагнетания, а Hs — напор всасывания. Также имейте в виду, что это уравнение выполняется независимо от того, является ли высота всасывания положительной (уровень жидкости во всасывающем баке выше насоса) или отрицательной (уровень жидкости во всасывающем баке ниже насоса). См. Рисунок 4 для примера последней ситуации. В этом случае насос по-прежнему будет производить такой же общий напор, но, поскольку напор на всасывании отрицательный, напор на нагнетании будет уменьшен на эту величину в соответствии с нашим уравнением.

Рис. 4: Пример того, как отрицательный напор всасывания влияет на напор нагнетания.



На рисунке 5 насос перекачивает жидкость из всасывающего резервуара в вертикальную трубу, где жидкость поднимается, пока не преодолеет силу тяжести и не перестанет подниматься. В этой ситуации расход насоса равен нулю. Насос работает, но сила тяжести останавливает подъем воды в вертикальном напорном трубопроводе и прекращается чистый поток. Это известно как «запорный напор», это величина напора, которую насос может создать при нулевом расходе.

Чтобы выбрать требуемый насос, вам необходимо знать две вещи: общий напор и требуемую скорость потока. Как и следовало ожидать, эти две величины связаны. Максимальный напор (запорный напор) достигается при нулевом расходе. Увеличение скорости потока приводит к трению в системе, поскольку жидкость движется по трубам от всасывающего бака к насосу и от насоса к напорному патрубку. Это трение снижает общий напор, который может создать насос. Фактически, когда поток увеличивается, трение увеличивается, а общий напор продолжает уменьшаться.Величина потери напора из-за трения называется «напором трения» или «потерей на трение» (см. Рисунок 5 и рисунок 6) .

Рис. 5: Взаимосвязь между общим напором, запорным напором, напором нагнетания и высотой всасывания в насосе без потока.

Рис. 6. Взаимосвязь между общим напором, запорным напором, напором нагнетания и высотой всасывания в насосе без потока.



В системе, где есть поток, общий напор равен разнице между напором нагнетания и напором всасывания плюс напор трения, и эта сумма будет меньше, чем напор отключения. График зависимости напора от расхода известен как кривая производительности насоса (пример кривой производительности насоса см. На Рисунке 7) .

Рисунок 7: Кривая производительности насоса для полного напора в зависимости от расхода.

Каждый центробежный насос будет поставляться с графиком зависимости напора от расхода. Требуемый расход и общий напор будут пересекаться в определенной точке на кривой производительности насоса, и сравнение этого с кривой насоса позволит вам определить, подходит ли этот конкретный насос (т.е. будет ли он производить достаточный напор при требуемом расходе?) для ваших нужд.

Почему напор используется как мера способности насоса перекачивать жидкости, а не давление? Исторически сложилось так, что многие насосы использовались для перекачки воды на более высокий уровень — например, в резервуар для хранения на вершине холма. Если вам нужно качать воду на высоту 60 метров, чтобы подняться на холм, то использование напора, измеряемого в метрах, является естественным. Вы автоматически понимаете, что если у насоса нет 60 метров напора, он не подходит для вашего применения.

Другая причина, по которой используется напор, заключается в том, что до тех пор, пока перекачиваемая жидкость имеет такую ​​же вязкость, что и вода, напор будет идентичным для разных жидкостей. Это может быть, а может и не быть при использовании давления для определения характеристик насоса. Хотя некоторые производители насосов действительно используют давление для характеристики своих насосов, подавляющее большинство насосов по-прежнему характеризуются общим напором, который они создают.

Мы надеемся, что вы нашли этот пост в блоге полезным.Посетите страницу нашего блога, чтобы узнать больше о том, как уменьшить трение в линиях всасывания / нагнетания или как проверить поток и давление напора.

Global Pumps — ведущий австралийский поставщик промышленных насосов для горнодобывающей, правительственной, винной, пищевой, химической, обрабатывающей, лакокрасочной, упаковочной и обрабатывающей промышленности.

Мы храним широкий ассортимент насосов и запасных частей в Австралии и доставляем их в любую точку мира.

Мы предоставляем экспертные технические консультации, услуги в области машиностроения и химического машиностроения, а также услуги по техническому обслуживанию насосов, насосных систем и полных комплексов под ключ.

Наши инженеры по насосам и консультанты по продажам готовы помочь вам выбрать правильный насос или систему, отвечающую потребностям вашего конкретного промышленного применения, для достижения эффективности, повышения производительности и сокращения времени простоя.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы поговорить с одним из наших дружелюбных экспертов по насосам о том, какой тип промышленного насоса вам нужен для конкретного промышленного применения.

Справка по тесту: поток жидкости | EZ-pdh.com

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы — откройте окно поиска (ctrl + f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материале курса

Введение

Fluid flow — это важная часть большинства производственных процессов; особенно те, которые связаны с передачей тепла. Часто, когда требуется отвести тепло из точки, в которой оно генерируется, в процессе теплопередачи участвует какой-либо тип жидкости. Примерами этого являются охлаждающая вода, циркулирующая через бензиновый или дизельный двигатель, поток воздуха, проходящий через обмотки двигателя, и поток воды через активную зону ядерного реактора.Системы подачи жидкости также обычно используются для смазки.

Течение жидкости в ядерной области может быть сложным и не всегда подлежит строгому математическому анализу. В отличие от твердых тел, частицы жидкости движутся по трубопроводу и компонентам с разной скоростью и часто подвергаются разным ускорениям.

Несмотря на то, что подробный анализ потока жидкости может быть чрезвычайно трудным, основные концепции, связанные с проблемами потока жидкости, довольно просты.Эти базовые концепции могут быть применены при решении проблем потока жидкости за счет использования упрощающих допущений и средних значений, где это необходимо. Несмотря на то, что такого типа анализа будет недостаточно при инженерном проектировании систем, он очень полезен для понимания работы систем и прогнозирования приблизительной реакции жидкостных систем на изменения рабочих параметров.

Основные принципы потока жидкости включают три концепции или принципа; первые два из которых студент был представлен в предыдущих руководствах.Первый — это принцип количества движения (приводящий к уравнениям сил жидкости), который был рассмотрен в руководстве по классической физике. Второй — это сохранение энергии (ведущее к первому закону термодинамики), которое изучалось в термодинамике. Третий — это сохранение массы (приводящее к уравнению неразрывности), которое будет объяснено в этом модуле.

Свойства жидкостей

Жидкость — это любое вещество, которое течет, потому что его частицы не прикреплены друг к другу жестко.Сюда входят жидкости, газы и даже некоторые материалы, которые обычно считаются твердыми телами, например стекло. По сути, жидкости — это материалы, которые не имеют повторяющейся кристаллической структуры.

Некоторые свойства жидкостей обсуждались в разделе «Термодинамика» этого текста. К ним относятся температура, давление, масса, удельный объем и плотность. Температура была определена как относительная мера того, насколько горячий или холодный материал. Его можно использовать для прогнозирования направления передачи тепла. Давление было определено как сила на единицу площади. Обычными единицами измерения давления являются фунты силы на квадратный дюйм (psi). Масса была определена как количество вещества, содержащегося в теле, и ее следует отличать от веса, который измеряется силой тяжести на теле. Удельный объем вещества — это объем на единицу массы вещества. Типичные единицы — футы 3 / фунт. Плотность — это масса вещества на единицу объема.Типичные единицы — фунт / фут 3 . Плотность и удельный объем противоположны друг другу. И плотность, и удельный объем зависят от температуры и в некоторой степени от давления жидкости. По мере увеличения температуры жидкости плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поскольку жидкости считаются несжимаемыми, увеличение давления не приведет к изменению плотности или удельного объема жидкости. На самом деле жидкости можно слегка сжимать при высоких давлениях, что приводит к небольшому увеличению плотности и небольшому уменьшению удельного объема жидкости.

Плавучесть

Плавучесть определяется как тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость. У всех нас было множество возможностей наблюдать плавучесть жидкости. Когда мы идем плавать, наши тела почти полностью поддерживаются водой. Дерево, лед и пробка плавают на воде. Когда мы поднимаем камень с русла ручья, он внезапно кажется тяжелее, выходя из воды. Лодки полагаются на эту плавучую силу, чтобы оставаться на плаву. Величина этого плавучего эффекта была впервые вычислена и указана греческим философом Архимедом.Когда тело помещается в жидкость, оно поддерживается силой, равной весу вытесняемой им воды.

Если тело весит больше, чем жидкость, которую оно вытесняет, оно тонет, но будет казаться, что теряет количество, равное весу вытесненной жидкости, как наша скала. Если тело весит меньше, чем вес вытесненной жидкости, тело поднимется на поверхность, в конечном итоге, плавая на такой глубине, которая вытеснит объем жидкости, вес которой будет равен его собственному весу. Плавающее тело вытесняет текучую среду, в которой оно плавает, под собственным весом.

Сжимаемость

Сжимаемость — это мера изменения объема, которому вещество подвергается, когда на вещество оказывается давление. Жидкости обычно считаются несжимаемыми. Например, давление 16 400 фунтов на квадратный дюйм приведет к уменьшению данного объема воды только на 5% от его объема при атмосферном давлении. С другой стороны, газы очень сжимаются. Объем газа можно легко изменить, оказав на газ внешнее давление.

Взаимосвязь между глубиной и давлением

Любой, кто ныряет под поверхность воды, замечает, что давление на его барабанные перепонки даже на глубине несколько футов заметно выше атмосферного давления.Тщательные измерения показывают, что давление жидкости прямо пропорционально глубине, и для данной глубины жидкость оказывает одинаковое давление во всех направлениях.

Рисунок 1: Давление в зависимости от глубины

Как показано на Рисунке 1, давление на разных уровнях в резервуаре меняется, и это заставляет жидкость покидать резервуар с разными скоростями. Давление определялось как сила на единицу площади. В случае этого резервуара сила возникает из-за веса воды выше точки, в которой определяется давление.

Давление = Сила / Площадь

= Вес / Площадь

P = (мг) / (A g c )

= (ρ V g) / (A g c )

Где:

m = масса в фунтах / м

g = ускорение свободного падения 32,17 фут / сек 2

g c = 32 фунт-фут / фунт-сила-сек 2

A = площадь в футах 2

V = объем в футах 3

ρ = плотность жидкости в фунтах / фут 3

Объем равен площади поперечного сечения, умноженной на высоту (h) жидкости.Подставляя это в приведенное выше уравнение, получаем:

P = (ρ A hg) / (A g c )

P = (ρ hg) / (g c )

Это уравнение говорит нам, что давление оказываемое водяным столбом прямо пропорционально высоте столба и плотности воды и не зависит от площади поперечного сечения столба. Давление на тридцать футов ниже поверхности стояка диаметром в один дюйм такое же, как давление на тридцать футов ниже поверхности большого озера.

Пример 1:

Если резервуар на Рисунке 1 заполнен водой с плотностью 62,4 фунта / фут3, рассчитайте давление на глубинах 10, 20 и 30 футов.

Решение:

P = (ρhg) / g c

P 10 футов = (62,4 фунт / фут 3 ) (1 фут) (32,17 фут / с фут / фунт-сила / дюйм 2 )

= 624 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйм 2 )

= 4,33 фунт-силы / дюйм 2

P 20 = ( 624 фунт / фут 3 ) (20 футов) (32.17 футов / сек 2 / (32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

= 1248 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйма 2 )

= 8,67 фунт-фут / дюйм

P 30 футов = (62,4 фунт / фут3) (30 футов) (32,17 фут / сек 2 / 32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

= 1872 фунт-сила / фут 2 (1 футов 2 /144 дюймов 2 )

= 13,00 фунт-сил / дюйм 2

Пример 2:

Цилиндрический резервуар для воды высотой 40 футов и диаметром 20 футов заполнен водой с плотностью из 61. 9 фунт / фут 3 .

(а) Какое давление воды на дне резервуара?

(b) Какая средняя сила действует на дно?

Решение:

(a) P = (phg) / g c

P = (61,9 фунт / фут 3 ) (40 футов) (32,17 фут / сек 2 / 32,17 фунт-фут / фут) фунт-сила-сек 2 )

= 2476 фунт-сила / фут 2 (1 фут 2 /144 дюйм 2 )

= 17,2 фунт-силы / дюйм 2

(b) Давление = сила / площадь

Сила = (Давление) (Площадь)

Площадь = πr 2

F = (17.2 фунта-силы / дюйм 2 ) π (10 футов) 2 (144 дюйма 2 /1 фут 2 )

= 7,78 x 10 5 фунт-сила

Закон Паскаля

Давление жидкостей в каждом из ранее упомянутых случаев было связано с весом жидкости. Давление жидкости также может быть результатом приложения внешних сил к жидкости. Рассмотрим следующие примеры. На рис. 2 изображен контейнер, полностью заполненный жидкостью. A, B, C, D и E представляют собой поршни одинаковой площади поперечного сечения, вставленные в стенки резервуара.На поршни C, D и E будут действовать силы из-за давления, вызванного разной глубиной жидкости. Предположим, что силы, действующие на поршни из-за давления, вызванного весом жидкости, следующие: A = 0 фунтов-силы, B = 0 фунтов-силы, C = 10 фунтов-силы, D = 30 фунтов-силы и E = 25 фунтов-силы. Теперь позвольте приложить к поршню A внешнюю силу в 50 фунтов-силы. Эта внешняя сила вызовет повышение давления во всех точках контейнера на такую ​​же величину. Поскольку все поршни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, увеличение давления приведет к увеличению всех сил на поршнях на 50 фунтов силы.Таким образом, если к поршню A приложена внешняя сила в 50 фунтов-силы, сила, оказываемая жидкостью на другие поршни, теперь будет следующей: B = 50 фунтов-силы, C = 60 фунтов-силы, D = 80 фунтов-силы и E = 75 фунтов-силы. . »

Этот эффект внешней силы на замкнутый флюид был впервые заявлен Паскалем в 1653 году.

Давление, приложенное к замкнутому флюиду, передается в неизменном виде через ограничивающий сосуд системы
.

Рисунок 2: Закон Паскаля

Контрольный объем

В термодинамике контрольный объем был определен как фиксированная область в пространстве, где изучаются массы и энергии, пересекающие границы области.Эта концепция контрольного объема также очень полезна при анализе проблем с потоком жидкости. Граница контрольного объема для потока жидкости обычно принимается за физическую границу части, через которую протекает поток. Концепция контрольного объема используется в приложениях гидродинамики с использованием принципов непрерывности, импульса и энергии, упомянутых в начале этой главы. После того, как контрольный объем и его граница установлены, различные формы энергии, пересекающие границу с жидкостью, могут быть рассмотрены в форме уравнения для решения проблемы жидкости.Поскольку в задачах потока жидкости обычно рассматривается жидкость, пересекающая границы контрольного объема, подход контрольного объема упоминается как «открытый» системный анализ, аналогичный концепциям, изучаемым в термодинамике. В ядерной области есть особые случаи, когда жидкость не пересекает контрольную границу. Подобные случаи изучаются с использованием «закрытого» системного подхода.

Независимо от природы потока, все ситуации, связанные с потоком, подчиняются установленным основным законам природы, которые инженеры выразили в форме уравнений.Сохранение массы и сохранение энергии всегда выполняются в задачах с жидкостью, наряду с законами движения Ньютона. Кроме того, каждая задача будет иметь физические ограничения, называемые математически граничными условиями, которые должны быть выполнены, прежде чем решение проблемы будет согласовано с физическими результатами.

Объемный расход

Объемный расход расход расход (V˙) системы — это мера объема жидкости, проходящей через точку в системе за единицу времени.Объемный расход можно рассчитать как произведение площади поперечного сечения (A) потока и средней скорости потока (v).

V˙ = A v (3-1)

Если площадь измеряется в квадратных футах, а скорость — в футах в секунду, уравнение 3-1 приводит к объемному расходу, измеренному в кубических футах в секунду. Другие распространенные единицы объемного расхода включают галлоны в минуту, кубические сантиметры в секунду, литры в минуту и ​​галлоны в час.

Пример:

Труба с внутренним диаметром 4 дюйма содержит воду, которая течет со средней скоростью 14 футов в секунду.Рассчитайте объемный расход воды в трубе.

Решение:

Используйте уравнение 3-1 и замените площадь.

V˙ = (π r 2) v

V˙ = (3,14) (2/12 фута) 2 (14 футов / сек)

V˙ = 1,22 фута 3 / сек

Масса Расход

Массовый расход (м²) системы — это мера массы жидкости, проходящей через точку в системе за единицу времени. Массовый расход связан с объемным расходом, как показано в уравнении 3-2, где ρ — плотность жидкости.

м˙ = ρV˙ (3-2)

Если объемный расход выражен в кубических футах в секунду, а плотность выражена в фунтах массы на кубический фут, уравнение 3-2 приводит к массовому расходу, измеренному в фунтах: масса в секунду. Другие распространенные единицы измерения массового расхода включают килограммы в секунду и фунты массы в час.

Замена V˙ в уравнении 3-2 соответствующими членами из уравнения 3-1 позволяет напрямую рассчитать массовый расход.

m˙ = ρ A v (3-3)

Пример:

Вода в трубе из предыдущего примера имела плотность 62.44 фунт / фут3. Рассчитайте массовый расход.

Решение:

м˙ = ρ V˙

м˙ = (62,44 фунт / фут 3 ) (1,22 фута 3 / сек)

м˙ = 76,2 фунт / сек

Сохранение массы

Из термодинамики вы узнали, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, а только изменить ее форму. То же самое и с массой. Сохранение массы — это инженерный принцип, который гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме.Математически этот принцип выражается уравнением 3-4.

in = m˙ out + ∆m / ∆t (3-4)

где:

∆m / ∆t = увеличение или уменьшение массы в пределах контрольного объема за ( заданный период времени)

Устойчивый поток

Устойчивый поток относится к состоянию, при котором свойства жидкости в любой отдельной точке системы не меняются с течением времени. Эти свойства жидкости включают температуру, давление и скорость.Одним из наиболее важных свойств, которое является постоянным в системе с установившимся потоком, является массовый расход системы. Это означает, что в каком-либо компоненте системы не происходит накопления массы.

Уравнение неразрывности

Уравнение неразрывности — это просто математическое выражение принципа сохранения массы. Для контрольного объема с одним входом и одним выходом принцип сохранения массы гласит, что для установившегося потока массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу на выходе.Уравнение неразрывности для этой ситуации выражается уравнением 3-5.

м˙

вход = м˙ выход (3-5)

(ρAv) вход = (ρAv) выход

Для контрольного объема с несколькими входами и выходами принцип сохранения Масса требует, чтобы сумма массовых расходов в контрольном объеме была равна сумме массовых расходов из контрольного объема. Уравнение неразрывности для этой более общей ситуации выражается уравнением 3-6.

∑ м˙

входов = м˙ выходов (3-6)

Одним из простейших приложений уравнения неразрывности является определение изменения скорости жидкости
из-за расширения или сжатия в диаметре трубка.

Пример: уравнение непрерывности — расширение трубопровода

Установившийся поток существует в трубе, которая постепенно расширяется с диаметра 6 дюймов до диаметра 8 дюймов. Плотность жидкости в трубе постоянна и равна 60 .8 фунт / фут3. Если скорость потока составляет 22,4 фута / сек в секции 6 дюймов, какова скорость потока в секции 8 дюймов?

Решение:

Из уравнения неразрывности мы знаем, что массовый расход в секции 6 дюймов должен равняться массовому расходу в секции 8 дюймов. Пусть нижний индекс 1 представляет 6-дюймовую секцию, а 2 — 8-дюймовую секцию, мы получим следующее.

1 = m˙ 2

ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

v 2 = v 1/ ρ 2 ) (A 1 / A 2 )

v 2 = v 1 / r 1 2 ) (π / r 2 2 )

v 2 = (22. 4 фута / сек) [(3 дюйма) 2 / (4 дюйма) 2 ]

v 2 = 12,6 фута / сек

Таким образом, используя уравнение неразрывности, мы увеличиваем диаметр трубы от От 6 до 8 дюймов скорость потока снизилась с 22,4 до 12,6 футов / сек.

Уравнение неразрывности также можно использовать, чтобы показать, что уменьшение диаметра трубы приведет к увеличению скорости потока.

Пример: уравнение непрерывности — центробежный насос Рисунок 3: Уравнение непрерывности

Входной диаметр насоса охлаждающей жидкости реактора, показанный на рисунке 3, составляет 28 дюймов.в то время как поток на выходе через насос составляет 9200 фунтов / м3. Плотность воды составляет 49 фунтов на кубический метр. Какая скорость на входе в насос?

Решение:

Вход = πr 2 = (3,13) (14 дюймов ((1 фут / 12 дюймов)) 2

= 4,28 фута 2

м˙ вход = м ˙ выход = 9200 фунтов / с

(ρAv) вход = 9200 фунтов / с

v вход = 9200 фунтов / с / Aρ

= (9200 фунтов / с) / [(4. 28 футов 2) (49 фунтов / фут 3 )]

v на входе = 43,9 футов / сек

Приведенный выше пример показывает, что скорость потока в систему такая же, как и вне системы. Та же самая концепция верна, даже если более одного пути потока могут входить или выходить из системы одновременно. Баланс массы просто настраивается так, чтобы указать, что сумма всех потоков, входящих в систему, равна сумме всех потоков, покидающих систему, если существуют установившиеся условия. Пример этого физического случая включен в следующий пример.

Пример: уравнение непрерывности — несколько выходов Рисунок 4: Y-образная конфигурация для примера задачи

Трубопроводная система имеет Y-образную конфигурацию для разделения потока, как показано на рисунке 4. Диаметр входной ветви составляет 12 дюймов, а диаметры выпускных колен составляют 8 и 10 дюймов. Скорость в 10-дюймовых опорах составляет 10 футов / сек. Скорость потока через основную часть составляет 500 фунтов / м3. Плотность воды 62,4 фунта / фут3. Какова скорость на участке трубы диаметром 8 дюймов?

Решение:

A 8 = π [4 дюйм.(1 фут / 12 дюймов)] 2

= 0,349 фута 2

A 10 = π [5 дюймов (1 фут / 12 дюймов)] 2

= 0,545 фута 2

Σm˙ входа = Σm˙ выхода

м˙ 12 = m˙ 10 + m˙ 8

м˙ 8 = m˙ 12 — m˙

(ρAv) 8 = м˙ 12 — (ρAv) 10

v 8 = (m˙ 12 — (ρAv) 10 ) / (ρA) 8

= [(500 фунт / сек) — (62.4 фунта / фут3) (0,545 фут2) (10 фут / сек)] / (62,4 фунта / фут3) (0,349 фут 2 )

v 8 = 7,3 фут / сек

Основные положения данной главы кратко изложены на следующей странице.

  • Изменения плотности жидкости обратно пропорциональны изменениям температуры.
  • Плавучесть — это тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость.
  • Давление , оказываемое водяным столбом, прямо пропорционально высоте столба и плотности воды.

P = ρ h г / г c

  • Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается в неизменном виде по замкнутому сосуду системы.
  • Объемный расход — это объем жидкости в единицу времени, проходящий через точку в жидкостной системе.
  • Массовый расход — это масса жидкости в единицу времени, проходящая через точку в жидкостной системе.
  • Объемный расход рассчитывается как произведение средней скорости жидкости и площади поперечного сечения потока.

V˙ = A v

  • Массовый расход рассчитывается как произведение объемного расхода и плотности жидкости.

m˙ = ρ A v

  • Принцип сохранения массы гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения масса в контрольном объеме.
  • Для контрольного объема с одним входом и выходом уравнение неразрывности может быть выражено следующим образом:

м˙ на входе = м˙ на выходе

  • Для контрольного объема с несколькими входами и выходов уравнение непрерывности:

m входов = m выходов

Режимы потока

Весь поток жидкости классифицируется по одной из двух широких категорий или режимов.Эти два режима потока — ламинарный поток и турбулентный поток. Режим потока, будь то ламинарный или турбулентный, важен при проектировании и работе любой жидкостной системы. Величина гидравлического трения, которая определяет количество энергии, необходимой для поддержания желаемого потока, зависит от режима потока. Это также важно для некоторых приложений, связанных с передачей тепла жидкости.

Ламинарный поток

Ламинарный поток также называют обтекаемым или вязким потоком.Эти термины описывают поток, потому что в ламинарном потоке (1) слои воды текут друг над другом с разными скоростями практически без перемешивания между слоями, (2) частицы жидкости движутся по определенным и наблюдаемым траекториям или линиям тока и (3) ) течение характерно для вязкой (густой) жидкости или является потоком, в котором вязкость жидкости играет значительную роль.

Турбулентный поток

Турбулентный поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Нет определенной частоты, как в волновом движении.Частицы движутся по неправильным траекториям, без видимого рисунка и определенных слоев.

Профили скорости потока

Не все частицы жидкости движутся по трубе с одинаковой скоростью. Форма кривой скорости (профиль скорости на любом заданном участке трубы) зависит от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Если поток в трубе ламинарный, распределение скорости в поперечном сечении будет параболическим по форме с максимальной скоростью в центре, примерно вдвое превышающей среднюю скорость в трубе.В турбулентном потоке существует довольно равномерное распределение скорости по сечению трубы, в результате чего вся жидкость течет с заданным единственным значением. Рисунок 5 помогает проиллюстрировать приведенные выше идеи. Скорость жидкости, контактирующей со стенкой трубы, по существу равна нулю и увеличивается по мере удаления от стенки.

Рисунок 5: Профили скорости ламинарного и турбулентного потока

Обратите внимание на рисунок 5, что профиль скорости зависит от состояния поверхности стенки трубы. Более гладкая стенка дает более равномерный профиль скорости, чем грубая стенка трубы.

Средняя (объемная) скорость

Во многих задачах потока жидкости вместо определения точных скоростей в разных местах в одном и том же поперечном сечении потока достаточно позволить одной средней скорости представлять скорость всей жидкости в этой точке в трубе. Это довольно просто для турбулентного потока, поскольку профиль скорости плоский по большей части поперечного сечения трубы. Разумно предположить, что средняя скорость равна скорости в центре трубы.

Если режим потока является ламинарным (профиль скорости параболический), все еще существует проблема попытки представить «среднюю» скорость в любом заданном поперечном сечении, поскольку в уравнениях потока жидкости используется среднее значение. Технически это делается с помощью интегрального исчисления. На практике ученик должен использовать среднее значение, равное половине значения средней линии.

Вязкость

Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации из-за силы сдвига.Вязкость — это внутреннее трение жидкости, которое заставляет ее сопротивляться протеканию мимо твердой поверхности или других слоев жидкости. Вязкость также можно рассматривать как меру сопротивления жидкости течению. Густое масло имеет высокую вязкость; вода имеет низкую вязкость. Единица измерения абсолютной вязкости:

µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек / фут2).

Вязкость жидкости обычно существенно зависит от температуры жидкости и относительно не зависит от давления.Для большинства жидкостей, когда температура жидкости увеличивается, вязкость жидкости уменьшается. Пример этого можно увидеть в смазочном масле двигателей. Когда двигатель и его смазочное масло холодные, масло очень вязкое или густое. После запуска двигателя и повышения температуры смазочного масла вязкость масла значительно снижается, и масло кажется намного более жидким.

Идеальная жидкость

Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без вязкости.Идеальных жидкостей на самом деле не существует, но иногда полезно рассмотреть, что случилось бы с идеальной жидкостью в конкретной задаче потока жидкости, чтобы упростить задачу.

Число Рейнольдса

Режим потока (ламинарный или турбулентный) определяется путем оценки числа Рейнольдса потока (см. Рисунок 5). Число Рейнольдса, основанное на исследованиях Осборна Рейнольдса, представляет собой безразмерное число, состоящее из физических характеристик потока. Уравнение 3-7 используется для расчета числа Рейнольдса (N R ) для потока жидкости.

N

R = PvD / мкг c (3-7)

где:

N R = число Рейнольдса (без единицы измерения)

v = средняя скорость (фут / сек)

D = диаметр трубы (футы)

µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек / фут2)

ρ = массовая плотность жидкости (фунт-сила / фут3)

г c = гравитационная постоянная (32,2 фут-фунт-сила / фунт-сила-сек2) )

Для практических целей, если число Рейнольдса меньше 2000, поток является ламинарным.Если оно больше 3500, поток турбулентный. Потоки с числами Рейнольдса от 2000 до 3500 иногда называют переходными. Большинство жидкостных систем на ядерных установках работают с турбулентным потоком. Числа Рейнольдса можно удобно определить с помощью диаграммы Moody Chart; пример которого приведен в Приложении B. Дополнительные сведения об использовании диаграммы Moody Chart представлены в следующем тексте.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Ламинарный поток Слои воды текут друг над другом с разной скоростью, практически без перемешивания между слоями.Профиль скорости потока для ламинарного потока в круглых трубах имеет параболическую форму с максимальным потоком в центре трубы и минимальным потоком на стенках трубы. Средняя скорость потока составляет примерно половину максимальной скорости.

• Турбулентный поток Поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Профиль скорости турбулентного потока довольно плоский в центральной части трубы и быстро падает очень близко к стенкам.Средняя скорость потока примерно равна скорости в центре трубы.

• Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации из-за силы сдвига. Для большинства жидкостей температура и вязкость обратно пропорциональны.

• Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без вязкости.

• Увеличение числа Рейнольдса указывает на усиление турбулентности потока.

Общее уравнение энергии

Принцип сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена.Это эквивалентно Первому закону термодинамики, который использовался для разработки общего уравнения энергии в модуле по термодинамике. Уравнение 3-8 представляет собой формулировку общего уравнения энергии для открытой системы.

Q + (U + PE + KE + PV) в =

W + (U + PE + KE + PV)

из + (U + PE + KE + PV) в памяти (3-8 )

где:

Q = тепло (британские тепловые единицы)

U = внутренняя энергия (британские тепловые единицы)

PE = потенциальная энергия (фут-фунт-сила)

KE = кинетическая энергия (фут-фунт-сила)

P = давление ( фунт-сила / фут 2 )

V = объем (фут 3 )

W = работа (фут-фунт-сила)

Упрощенное уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли является результатом применения общего уравнения энергии и первого закона термодинамики к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не выполняется с жидкостью или ею, не передается тепло к или от жидкости, и не происходит никаких изменений во внутренней энергии (т. е., без изменения температуры) жидкости. В этих условиях общее уравнение энергии упрощается до уравнения 3-9.

(PE + KE + PV)

1 = (PE + KE + PV) 2 (3-9)

Подставив соответствующие выражения для потенциальной энергии и кинетической энергии, уравнение 3-9 можно переписать как Equation 3-10.

mgz

1/ g c + mv 1 2/ 2g c + P 1 V 1 = mgz c mv 2 2/ 2g c + P 2 V 2 (3-10)

где:

m = масса (фунт-метр)

z = высота над ссылка (фут)

v = средняя скорость (фут / сек)

g = ускорение свободного падения (32.17 фут / сек 2 )

gc = гравитационная постоянная, (32,17 фут-фунт / фунт-сила-сек 2 )

Примечание: коэффициент g c требуется только при использовании английской системы измерения и Масса измеряется в фунтах массы. По сути, это коэффициент преобразования, необходимый для непосредственного вывода единиц измерения. Нет необходимости в множителе, если масса измеряется в пробках или если используется метрическая система измерения.

Каждый член в уравнении 3-10 представляет форму энергии, которой обладает движущаяся жидкость (потенциальная, кинетическая энергия и энергия, связанная с давлением).По сути, уравнение физически представляет собой баланс энергий KE, PE, PV, так что если одна форма энергии увеличивается, одна или несколько других уменьшаются, чтобы компенсировать, и наоборот.

Умножение всех членов в уравнении 3-10 на коэффициент gc / mg дает форму уравнения Бернулли, показанного уравнением 3-11.

z

1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 г c / г (3-11)

Напор

Поскольку единицы для всех различных форм энергии в уравнении 3-11 измеряются в единицах расстояния, эти термины иногда называют «Напоры» (напор, напор и напор). Термин «напор» используется инженерами применительно к давлению. Это ссылка на высоту, обычно в футах, водяного столба, который будет выдерживать данное давление. Каждую из энергий, которыми обладает жидкость, можно выразить через голову. Высота напора представляет собой потенциальную энергию жидкости из-за ее возвышения над контрольным уровнем. Скоростной напор представляет собой кинетическую энергию жидкости. Это высота в футах, на которую текущая жидкость поднялась бы в столбе, если бы вся ее кинетическая энергия была преобразована в потенциальную.Напор представляет собой энергию потока столба жидкости, вес которой эквивалентен давлению жидкости.

Сумма подъемного напора, скоростного напора и напора жидкости называется общим напором. Таким образом, уравнение Бернулли утверждает, что общий напор жидкости постоянен.

Преобразование энергии в жидкостных системах

Уравнение Бернулли позволяет легко исследовать, как происходит передача энергии между напором подъема, напором скорости и напором. Можно исследовать отдельные компоненты трубопроводных систем и определить, какие свойства жидкости изменяются и как это влияет на энергетический баланс.

Если труба, содержащая идеальную жидкость, подвергается постепенному расширению в диаметре, уравнение неразрывности говорит нам, что по мере увеличения диаметра и площади проходного сечения скорость потока должна уменьшаться, чтобы поддерживать тот же массовый расход. Поскольку скорость на выходе меньше скорости на входе, скоростной напор потока должен уменьшаться от входа к выходу.Если труба лежит горизонтально, напор не меняется; следовательно, уменьшение скоростного напора должно быть компенсировано увеличением напора. Поскольку мы рассматриваем идеальную несжимаемую жидкость, удельный объем жидкости не изменится. Единственный способ увеличения напора несжимаемой жидкости — это увеличение давления. Таким образом, уравнение Бернулли показывает, что уменьшение скорости потока в горизонтальной трубе приведет к увеличению давления.

Если труба постоянного диаметра, содержащая идеальную жидкость, подвергается уменьшению отметки, результат будет таким же, но по разным причинам. В этом случае скорость потока и скоростной напор должны быть постоянными, чтобы удовлетворять уравнению неразрывности массы.

Таким образом, уменьшение напора можно компенсировать только увеличением напора. Опять же, жидкость несжимаема, поэтому увеличение напора должно приводить к увеличению давления.

Несмотря на то, что уравнение Бернулли имеет несколько ограничений, существует множество задач с физической жидкостью, к которым оно применяется.Как и в случае сохранения массы, уравнение Бернулли может применяться к задачам, в которых более одного потока могут одновременно входить в систему или выходить из нее. Особо следует отметить тот факт, что задачи последовательной и параллельной системы трубопроводов решаются с помощью уравнения Бернулли.

Пример: уравнение Бернулли

Предположим, что поток без трения в длинной горизонтальной конической трубе. Диаметр составляет 2,0 фута на одном конце и 4,0 фута на другом. Напор на меньшем конце составляет 16 футов водяного столба.Если вода течет через этот конус со скоростью 125,6 фут3 / сек, найдите скорости на двух концах и напор на большем конце.

Решение:

1 = A 1 v 1

v 1 = 1 / A 1 v 2 = = 2 / A 2

v 1 = 125.6 футов 3 / сек / π (1 фут) 2 v 2 = 125,6 футов 3 / сек / π (2 фута) 2

v 1 = 40 футов / с v 2 = 10 футов / с

z 1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g

P 2 ν 2 g c / g = P 1 ν 1 g c / g + (z 1 — z 2 ) + (v 1 2 — v 2 2 ) / 2g

= 16 футов + 0 футов + [(40 футов / сек) 2 — (10 футов / сек) 2 /2 (32. 17 фут-фунт-сила / фунт-сила — сек 2 )]

= 39,3 фута

Ограничения упрощенного уравнения Бернулли

Практическое применение упрощенного уравнения Бернулли к реальным трубопроводным системам невозможно из-за двух ограничений. Одно серьезное ограничение уравнения Бернулли в его нынешней форме состоит в том, что при решении проблем трубопроводов недопустимо жидкостное трение. Следовательно, уравнение 3-10 применимо только к идеальным жидкостям. Однако в действительности общий напор жидкости не может быть полностью перенесен из одной точки в другую из-за трения.Учет этих потерь напора даст гораздо более точное описание того, что происходит физически. Это особенно верно, потому что одна из задач насоса в гидравлической системе — преодоление потерь давления из-за трения трубы.

Второе ограничение в уравнении Бернулли состоит в том, что нельзя выполнять какую-либо работу с жидкостью или с ней. Это ограничение предотвращает анализ двух точек в потоке жидкости, если между двумя точками существует насос. Поскольку большинство проточных систем включает насосы, это существенное ограничение.К счастью, упрощенное уравнение Бернулли можно модифицировать таким образом, чтобы удовлетворительно учитывать потери напора и работу насоса.

Расширенное Бернулли

Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть прибыли и убытки напора. Полученное уравнение, называемое расширенным уравнением Бернулли, очень полезно при решении большинства задач потока жидкости. Фактически, расширенное уравнение Бернулли, вероятно, используется больше, чем любое другое уравнение потока жидкости. Уравнение 3-12 является одной из форм расширенного уравнения Бернулли.

z

1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g + H p = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g + H f (3-12)

где:

z = высота над исходным уровнем (футы)

v = средняя скорость жидкости ( фут / сек)

P = давление жидкости (фунт-сила / фут 2 )

ν = удельный объем жидкости (фут 3 / фунт)

л. с. = напор, добавляемый насосом (футы)

Hf = потеря напора из-за гидравлического трения (футы)

g = ускорение свободного падения (фут / сек 2 )

Потеря напора из-за гидравлического трения (Hf) представляет собой энергию, используемую для преодоления трения, вызванного стенками трубка.Хотя это представляет собой потерю энергии с точки зрения потока текучей среды, обычно это не означает значительную потерю общей энергии текучей среды. Это также не нарушает закон сохранения энергии, поскольку потеря напора из-за трения приводит к эквивалентному увеличению внутренней энергии (u) жидкости. Эти потери являются наибольшими, когда жидкость протекает через входы, выходы, насосы, клапаны, фитинги и любые другие трубопроводы с шероховатой внутренней поверхностью.

Большинство методов оценки потери напора из-за трения являются эмпирическими (основанными почти исключительно на экспериментальных данных) и основаны на константе пропорциональности, называемой коэффициентом трения (f), который будет обсуждаться в следующем разделе.

Пример: Extended Bernoulli

Вода перекачивается из большого резервуара в точку на 65 футов выше резервуара. Сколько футов напора должно быть добавлено насосом, если через 6-дюймовую трубу течет 8000 фунтов / час, а потеря напора на трение составляет 2 фута? Плотность жидкости составляет 62,4 фунта / фут3, а площадь поперечного сечения 6-дюймовой трубы составляет 0,2006 фута 2 .

Решение:

Чтобы использовать модифицированную форму уравнения Бернулли, ориентиры выбираются на поверхности резервуара (точка 1) и на выходе из трубы (точка 2).Давление на поверхности резервуара такое же, как давление на выходе из трубы, то есть атмосферное давление. Скорость в точке 1 будет практически равна нулю.

Использование уравнения массового расхода для определения скорости в точке 2:

м˙ 2 = ρ A 2 v 2

v 2 = m˙ 2 / ρ A

v 2 = 0.178 фут / с

z 1 + v 1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g + H p = z 2 + v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g + H f

H p = (z 2- z 1 ) + (v 2 2 v 1 2 ) / 2g + (P 2 — P 1 ) ν (g c / g) + H f

H p = 65 футов + [(0. 178 фут / сек) 2 (o фут / сек) 2 ] / [2 (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-сек 2 )] + 0 футов + 2 фута

H p = 67 футов [/ box]

Следует отметить, что решение этой примерной задачи имеет числовое значение, которое «имеет смысл» из данных, приведенных в задаче. Общее увеличение напора на 67 футов в основном связано с увеличением оценки на 65 футов и увеличением напора трения на 2 фута.

Применение уравнения Бернулли к трубке Вентури

Многие компоненты установки, такие как трубка Вентури, могут быть проанализированы с использованием уравнения Бернулли и уравнения неразрывности.Вентури — это устройство для измерения расхода, которое состоит из постепенного сжатия с последующим постепенным расширением. Пример трубки Вентури показан на рисунке 6. Измеряя перепад давления между входом трубки Вентури (точка 1) и горловиной трубки Вентури (точка 2), скорость потока и массовый расход могут быть определены на основе уравнения Бернулли. уравнение.

Рис. 6. Измеритель Вентури

Уравнение Бернулли утверждает, что общий напор потока должен быть постоянным. Так как высота не изменяется значительно, если вообще не изменяется между точками 1 и 2, высота напора в этих двух точках будет по существу одинакова и будет исключена из уравнения.Таким образом, уравнение Бернулли упрощается до уравнения 3-13 для трубки Вентури.

v

1 2 / 2g + P 1 ν 1 g c / g = v 2 2 / 2g + P 2 ν 2 g c / g (3-13)

Применение уравнения неразрывности к точкам 1 и 2 позволяет нам выразить скорость потока в точке 1 как функцию скорости потока в точке 2 и отношения двух областей потока.

ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

v 1 = ρ 2 A 2 v / A 1

v 1 = v 2 A 2 / A 1

Использование алгебры для преобразования уравнения 3-13 и замена полученного выше результата на v 1 позволяет нам решить для v 2 .

v 2 2 — v 1 2 / 2g = (P 1 –P 2 ) ν g c / g

v 2 2 — (v 2 A 2 / A 1 ) 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c

v 2 2 (1 — (A 2 / A 1 ) 2 ) = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c

v 2 2 = (P 1 — P 2 ) 2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )

v 2 = √ [(P 1 — P 2 ) 2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )]

v 2 = √ (P 1 — P 2 ) √ [2 ν g c / (1 — (A2 / A1) 2 )]

Следовательно, скорость потока в горловине трубки Вентури и объемный расход являются прямыми y пропорционально квадратному корню из перепада давления.

Давления на участке выше по потоку и в горловине являются фактическими давлениями, а скорости из уравнения Бернулли без потерь являются теоретическими скоростями. Когда потери учитываются в уравнении энергии, скорости являются фактическими скоростями. Во-первых, с помощью уравнения Бернулли (то есть без члена потери напора) получается теоретическая скорость в горловине. Затем умножив это на коэффициент Вентури (C v ), который учитывает потери на трение и равен 0.98 для большинства Вентури получается фактическая скорость. Фактическая скорость, умноженная на фактическую площадь горловины, определяет фактический объемный расход нагнетания.

Падение давления P 1 — P 2 на трубке Вентури можно использовать для измерения расхода с помощью U-образного манометра, как показано на рисунке 6. Показание R ‘манометра пропорционально падению давления и, следовательно, скорости жидкости.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Краткое изложение уравнения Бернулли

• Уравнение Бернулли представляет собой приложение Первого закона термодинамики.

• Уравнение Бернулли — это приложение общего уравнения энергии к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не совершается с жидкостью или жидкостью, тепло не передается к жидкости или от нее, и не происходит никаких изменений внутренней энергии жидкости.

• Напор — это термин, используемый для описания давления, оказываемого на жидкость или со стороны жидкости.

• Поскольку жидкость течет в системе трубопроводов, изменения высоты, скорости и напора должны быть согласованными, чтобы удовлетворялось уравнение Бернулли.

• Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть потери на трение и работу насоса.

• Вентури можно использовать для определения массового расхода из-за изменений давления и скорости жидкости.

• Объемный расход через трубку Вентури прямо пропорционален квадратному корню из перепада давления между входом трубки Вентури и ее горловиной.

Потеря напора

Потеря напора — это мера уменьшения общего напора (сумма подъемного напора, скоростного напора и напора) жидкости при ее движении через жидкостную систему. В реальных жидкостях потеря напора неизбежна. Это происходит из-за: трения между жидкостью и стенками трубы; трение между соседними частицами жидкости при их движении относительно друг друга; и турбулентность, вызываемая всякий раз, когда поток перенаправляется или каким-либо образом влияет на такие компоненты, как входы и выходы трубопроводов, насосы, клапаны, редукторы потока и фитинги.

Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет по прямым трубам. Потеря напора для потока жидкости прямо пропорциональна длине трубы, квадрату скорости жидкости и члену, учитывающему трение жидкости, называемому коэффициентом трения. Потеря напора обратно пропорциональна диаметру трубы.

Потеря напора ∝ f Lv 2 / D

Коэффициент трения

Коэффициент трения, как было установлено, зависит от числа Рейнольдса для потока и степени шероховатости внутренней поверхности трубы.

Величина, используемая для измерения шероховатости трубы, называется относительной шероховатостью, которая равна средней высоте неровностей поверхности (ε), деленной на диаметр трубы (D).

Относительная шероховатость = ε / D

Значение коэффициента трения обычно получают из диаграммы Moody Chart (Рисунок A). Диаграмму Moody Chart можно использовать для определения коэффициента трения на основе числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Рисунок A: Moody Chart Пример:

Определите коэффициент трения (f) для потока жидкости в трубе, имеющей число Рейнольдса 40 000 и относительную шероховатость 0.01.

Решение:

Используя диаграмму Moody Chart, число Рейнольдса 40 000 пересекает кривую, соответствующую относительной шероховатости 0,01 при коэффициенте трения 0,04.

Уравнение Дарси

Потеря напора на трение может быть рассчитана с использованием математической зависимости, известной как уравнение Дарси для потери напора. Уравнение принимает две различные формы. Первая форма уравнения Дарси определяет потери в системе, связанные с длиной трубы.

H

r = f L v 2 / D 2 g (3-14)

где:

f = коэффициент трения (без единицы измерения)

L = длина трубы (футы)

D = диаметр длины трубы (футы)

v = скорость жидкости (фут / сек)

g = ускорение свободного падения (фут / сек 2 )

Пример:

Уравнение потери напора Дарси Труба длиной 100 футов и диаметром 20 дюймов содержит воду при температуре 200 ° F, текущую с массовым расходом 700 фунтов / м3.Вода имеет плотность 60 фунтов / фут 3 и вязкость 1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек / фут 2 . Относительная шероховатость трубы 0,00008. Рассчитайте потерю напора для трубы.

Решение:

Для решения этой проблемы необходимо сначала определить скорость потока. Во-вторых, используя скорость потока и заданные свойства жидкости, вычислите число Рейнольдса. В-третьих, определите коэффициент трения по числу Рейнольдса и относительной шероховатости.Наконец, используйте уравнение Дарси, чтобы определить потерю напора.

м˙ = ρ A v

v = м˙ / ρ A

= (700 фунт / сек) / (60 фунт / фут 3 ) π (10 дюймов) 2 (1 фут 2 / 144 дюйма 2)

v = 5,35 фут / сек

N R = ρ v D / мкг c

N R = (60 фунтов / фут 3 ) (5,35 футов / сек) (20 дюймов) (1 фут / 12 дюймов) / (1,978 x 10 -7 фунт-сила-сек / фут 2 ) (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-фут-сек 2) =

N R = 8.4 x 10 7

Используйте диаграмму Moody для числа Рейнольдса 8,4 x 10 7 и относительной шероховатости 0,00008.

f = 0,012

H f = f (L / D) (v 2 / 2g)

H f = (o.o12) [100 футов / (20 дюймов) (1 фут / 12 дюймов) )] * (5,35 фут / сек) 2 /(2)(32,17 фут / сек 2 )

H f = 0,32 фута

Незначительные потери

Потери, возникающие в трубопроводах из-за изгибов, локти, суставы, клапаны и т. д.иногда называют незначительными потерями. Это неправильное название, потому что во многих случаях эти потери более важны, чем потери из-за трения трубы, рассмотренные в предыдущем разделе. Для всех незначительных потерь в турбулентном потоке потеря напора изменяется пропорционально квадрату скорости. Таким образом, удобный метод выражения незначительных потерь потока — это коэффициент потерь (k). Значения коэффициента потерь (k) для типовых ситуаций и арматуры можно найти в стандартных справочниках. Форма уравнения Дарси, используемого для расчета малых потерь отдельных компонентов жидкостной системы, выражается уравнением 3-15.

H

f = kv 2 / 2g (3-15)

Эквивалентная длина трубопровода

Незначительные потери могут быть выражены через эквивалентную длину (Leq) трубы, которая будет иметь такую ​​же потерю напора для такая же скорость нагнетаемого потока. Эту взаимосвязь можно найти, установив две формы уравнения Дарси равными друг другу.

f L v 2 / D 2g = kv 2 / 2g

Это дает два полезных соотношения

L

eq = k D / f (3-16)

k = f L

eq / D (3-17)

Типичные значения L eq / D для общих компонентов трубопроводной системы перечислены в таблице 1.Эквивалентная длина трубопровода, которая вызовет такую ​​же потерю напора, как и конкретный компонент, может быть определена путем умножения значения L экв. / D для этого компонента на диаметр трубы. Чем выше значение L eq / D, тем длиннее эквивалентная длина трубы.

Таблица 1: Типичные значения Leq / D Пример:

Полностью открытая задвижка находится в трубе диаметром 10 дюймов. Труба какой эквивалентной длины вызовет такие же потери напора, как и задвижка?

Решение:

Из таблицы 1 мы находим, что значение L экв. / D для полностью открытой задвижки равно 10.

L eq = (L / D) D

= 10 (10 дюймов)

= 100 дюймов

Добавляя эквивалентные длины всех компонентов к фактической длине трубы в системе, мы можем получить L экв. значение для всей системы трубопроводов.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Потеря напора — это уменьшение общего напора (сумма потенциального напора, скоростного напора и напора) жидкости, вызванное трением, присутствующим при движении жидкости.

• Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет по прямым трубам.

• Незначительные потери — это потери напора, возникающие из-за изгибов, колен, соединений, клапанов и других компонентов. Каждый раз, когда поток изменяет направление или изменяется площадь поперечного сечения, он испытывает потерю напора.

• Коэффициент трения для потока жидкости можно определить с помощью диаграммы Moody Chart, если можно определить относительную шероховатость трубы и число Рейнольдса потока.

• Уравнение Дарси можно использовать для расчета потерь на трение.

• Для расчета незначительных потерь можно использовать специальную форму уравнения Дарси.

• Длину трубы, которая вызовет такие же потери напора, как у клапана или фитинга, можно определить, умножив значение L / D для компонента, указанного в справочниках или руководствах поставщиков, на диаметр трубы.

Принудительная и естественная циркуляция

В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, было объяснено, что каждый раз, когда жидкость течет, возникает некоторое трение, связанное с движением, которое вызывает потерю напора.Было указано, что эта потеря напора обычно компенсируется в трубопроводных системах насосами, которые действительно работают с жидкостью, компенсируя потерю напора из-за трения. Циркуляция жидкости в системах с помощью насосов обозначается как принудительная циркуляция .

Некоторые жидкостные системы можно спроектировать таким образом, чтобы не было необходимости в насосах для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и перепадами высоты.Поток, возникающий в этих условиях, называется естественной циркуляцией .

Тепловая приводная головка

Тепловая приводная головка — это сила, которая вызывает естественную циркуляцию. Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости.

Рассмотрим два равных объема жидкости одного и того же типа. Если два объема имеют разную температуру, тогда объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу.Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет оказываться меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, будет приводить к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная жидкость опускается.

Этот эффект наблюдается во многих местах. Один из примеров — воздушный шар. Сила, заставляющая воздушный шар подниматься вверх, является результатом разницы в плотности между горячим воздухом внутри воздушного шара и более холодным воздухом, окружающим его.

Тепло, добавляемое воздуху в воздушном шаре, добавляет энергию молекулам воздуха. Движение молекул воздуха увеличивается, и молекулы воздуха занимают больше места. Молекулы воздуха внутри воздушного шара занимают больше места, чем такое же количество молекул воздуха вне воздушного шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легкий, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, сила тяжести оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше окружающего воздуха.Гравитация втягивает более холодный воздух в пространство, занимаемое воздушным шаром. Движение более холодного воздуха вниз вытесняет воздушный шар из ранее занятого пространства, и воздушный шар поднимается.

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Естественная циркуляция будет иметь место только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественное кровообращение началось, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественного кровообращения. Условия естественной циркуляции следующие.

1. Существует разница температур (имеется источник тепла и радиатор).

2. Источник тепла находится ниже радиатора.

3. Жидкости должны контактировать друг с другом.

Должны быть два тела жидкости с разными температурами. Это также может быть одно жидкое тело с участками с разной температурой. Разница в температуре необходима для разницы в плотности жидкости. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока.

Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно происходить в зоне с высокой температурой. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры в конечном итоге сравнялись бы, и дальнейшая циркуляция прекратилась.

Источник тепла должен располагаться ниже радиатора. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотна и имеет тенденцию подниматься, а более холодная жидкость более плотная и имеет тенденцию опускаться. Чтобы воспользоваться преимуществом естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны располагаться на соответствующей высоте.

Две области должны соприкасаться, чтобы был возможен поток между ними. Если путь потока заблокирован или заблокирован, естественная циркуляция невозможна.

Пример охлаждения с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция часто является основным средством охлаждения реакторов бассейнового типа и облученных тепловыделяющих сборок, хранящихся в бассейнах с водой после извлечения из реактора.Источником тепла является тепловыделяющая сборка. Радиатор — это основная часть воды в бассейне.

Вода в нижней части тепловыделяющей сборки поглощает энергию, генерируемую сборкой. Температура воды повышается, а плотность уменьшается. Сила тяжести втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть узла, вытесняя более теплую воду. Более теплая (более легкая) вода вынуждена уступить свое место более холодной (более тяжелой) воде. Более теплая (более легкая) вода поднимается выше в сборке. По мере продвижения воды по длине сборки она поглощает больше энергии.Вода становится все светлее и светлее, постоянно выталкиваясь вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию из узла и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части топливной сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с большей частью воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается путем циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.

Расход и разница температур

Тепловая приводная головка, которая вызывает естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разницей температур.Как правило, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловая приводная головка и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. Можно иметь естественную циркуляцию в двухфазном потоке, но, как правило, поддерживать поток труднее.

Для индикации или проверки естественной циркуляции могут использоваться различные параметры. Это зависит от типа растения.Например, для реактора с водой под давлением (PWR) выбранные параметры системы охлаждения реактора (RCS), которые будут использоваться, следующие.

1. RCS ∆T (T Hot — T Cold ) должен составлять 25-80% от значения полной мощности и должен быть постоянным или медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло удаляется из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения внутренней температуры.

2. RCS Температура горячих и холодных ног должна быть постоянной или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло удаляется, а тепловая нагрузка распада, как и ожидалось, уменьшается.

3. Давление пара парогенератора (давление вторичного контура) должно соответствовать температуре RCS. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от охлаждающей жидкости RCS.

Если естественная циркуляция для PWR происходит или неизбежна, можно выполнить несколько действий, чтобы обеспечить или улучшить возможности охлаждения активной зоны. Во-первых, уровень в компенсаторе давления может поддерживаться выше 50%. Во-вторых, поддерживайте переохлаждение RCS на уровне 15 o F или выше.

Оба эти действия помогут предотвратить образование паровых карманов в RCS, где они могут ограничить поток RCS.В-третьих, поддерживайте уровень воды в парогенераторе ≥ нормального диапазона. Это обеспечивает соответствующий теплоотвод, чтобы гарантировать, что отвод тепла будет достаточным для предотвращения закипания RCS.

Основные положения этой главы перечислены ниже.

• Естественный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости без использования механических устройств.

• Принудительный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости в системе с помощью насосов.

• Тепловая приводная головка является движущей силой для естественной циркуляции, вызванной разницей в плотности между двумя областями жидкости.

• Три элемента необходимы для поддержки естественной циркуляции:

  • Должны быть теплоотвод и источник тепла.
  • Источник тепла должен располагаться под радиатором.
  • Между теплой и холодной жидкостью должны существовать пути потока.

• Как правило, чем больше разница температур, тем выше расход естественной циркуляции.

• Естественная циркуляция в PWR может быть проверена путем мониторинга:

  • RCS ∆T — 25% -80% значение полной мощности
  • T Hot / T Cold — постоянно или медленно снижение
  • Давление пара S / G — отслеживание температуры RCS

• Естественная циркуляция в PWR может быть увеличена за счет:

  • поддерживать уровень компенсатора давления> 50%
  • поддерживать RCS ≥ 15o F переохлаждение
  • поддерживать соответствующий теплоотвод, уровень S / G ≥ нормальный диапазон

Двухфазный поток жидкости

Все отношения потоков жидкости, обсуждавшиеся ранее, относятся к потоку одной фазы жидкости, будь то жидкость или пар . В некоторых важных местах в системах потока жидкости происходит одновременный поток жидкой воды и пара, известный как двухфазный поток. Этих простых соотношений, используемых для анализа однофазного потока, недостаточно для анализа двухфазного потока.

Существует несколько методов, используемых для прогнозирования потери напора из-за трения жидкости для двухфазного потока. Трение двухфазного потока больше, чем трение однофазного потока при тех же размерах трубопровода и массовом расходе. Разница, по-видимому, зависит от типа потока и является результатом увеличения скорости потока.Потери на двухфазное трение экспериментально определяются путем измерения перепада давления на различных элементах трубопровода.

Двухфазные потери обычно связаны с однофазными потерями через те же элементы. Один принятый метод определения потерь на двухфазное трение на основе однофазных потерь включает множитель двухфазного трения (R), который определяется как отношение двухфазных потерь напора к потерям напора, оцененным с использованием насыщенного жидкие свойства.

R = H

f, двухфазный / H f, насыщенная жидкость (3-18)

где:

R = двухфазный множитель трения (без единиц)

H f, два -фаза = двухфазная потеря напора из-за трения (футы)

H f, насыщенная жидкость = однофазная потеря напора из-за трения (футы)

Множитель трения (R) оказался намного выше при более низких давлениях, чем при более высоких давлениях.Двухфазная потеря напора может быть во много раз больше, чем однофазная потеря напора.

Хотя для моделей двухфазного потока использовалось множество названий, мы определим только три типа потока. Используемые схемы потока определены следующим образом:

1. Пузырьковый поток: происходит рассеяние пузырьков пара в непрерывном потоке жидкости.

2. Пробковый поток: в пузырьковом потоке пузырьки растут за счет коалесценции и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба. При этом образуются типичные пузыри пулевидной формы, характерные для снарядного режима.

3. Кольцевой поток: теперь жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущих в паровом ядре потока.

Нестабильность потока

Нестабильный поток может возникать в виде колебаний потока или его реверсирования. Колебания потока — это изменения потока из-за образования пустот или механических препятствий при проектировании и производстве. Колебания потока в одном канале теплоносителя реактора иногда вызывают колебания потока в окружающих каналах теплоносителя из-за перераспределения потока.Колебания потока нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, устойчивые колебания потока могут вызвать нежелательную вынужденную механическую вибрацию компонентов. Это может привести к выходу этих компонентов из строя из-за усталости. Во-вторых, колебания потока могут вызвать проблемы управления системой, имеющие особое значение в ядерных реакторах с жидкостным охлаждением, поскольку теплоноситель также используется в качестве замедлителя. В-третьих, колебания потока влияют на характеристики местного теплообмена и кипения. В ходе испытаний было обнаружено, что критический тепловой поток (CHF), необходимый для отклонения от пузырькового кипения (DNB), может быть снижен на целых 40%, когда поток колеблется.Это сильно снижает тепловой предел и плотность мощности по длине активной зоны реактора. Опять же, посредством испытаний было обнаружено, что колебания потока не являются значительной проблемой для некоторых реакторов с водой под давлением, если мощность не превышает 150% для нормальных условий потока. Колебания потока могут быть проблемой во время операций с естественной циркуляцией из-за присутствующих низких скоростей потока.

Во время естественной циркуляции пузырьки пара, образующиеся во время колебания потока, могут иметь достаточно влияния, чтобы фактически вызвать полное реверсирование потока в затронутом канале.

И колебания потока, и реверсирование потока приводят к очень нестабильному состоянию, поскольку паровые покровы, образующиеся на нагретых поверхностях, напрямую влияют на способность отводить тепло от этих поверхностей.

Штыревой патрубок

В случае разрыва трубы сила реакции, создаваемая высокоскоростной струей жидкости, может вызвать смещение трубопровода и серьезное повреждение компонентов, контрольно-измерительных приборов и оборудования в зоне разрыва. Эта характеристика аналогична необслуживаемому садовому шлангу или пожарному шлангу, который непредсказуемо «хлестает».Этот тип отказа анализируется, чтобы свести к минимуму повреждение, если бы труба изгибалась поблизости от оборудования, связанного с безопасностью.

Гидравлический удар

Гидравлический удар — это ударная волна жидкости, возникающая в результате внезапного начала или остановки потока. На него влияют начальное давление в системе, плотность жидкости, скорость звука в жидкости, эластичность жидкости и трубы, изменение скорости жидкости, диаметр и толщина трубы, а также клапан. время работы.

Во время закрытия клапана кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в потенциальную энергию. Эластичность жидкости и стенки трубы создает волну положительного давления, направленную обратно к источнику жидкости. Когда эта волна достигнет источника, масса жидкости будет в покое, но под огромным давлением. Сжатая жидкость и растянутые стенки трубы теперь начнут выпускать жидкость из трубы обратно к источнику и вернуться к статическому давлению источника. Это высвобождение энергии сформирует еще одну волну давления, возвращающуюся к клапану.Когда эта ударная волна достигает клапана, из-за импульса жидкости стенка трубы начинает сокращаться. Это сжатие передается обратно источнику, что снижает давление в трубопроводе ниже статического давления источника. Эти волны давления будут перемещаться вперед и назад несколько раз, пока трение жидкости не демпфирует переменные волны давления до статического давления источника. Обычно весь процесс молота занимает менее одной секунды.

Первоначальный толчок внезапной остановки потока может вызвать переходные изменения давления, превышающие статическое давление.Если клапан закрывается медленно, потеря кинетической энергии будет постепенной. Если его закрыть быстро, потеря кинетической энергии будет очень быстрой. Из-за быстрой потери кинетической энергии возникает ударная волна. Ударная волна, вызванная гидравлическим ударом, может быть достаточной силы, чтобы вызвать физическое повреждение трубопроводов, оборудования и персонала. Гидравлический удар в трубах, как известно, выдергивает опоры труб из их креплений, разрывает трубопроводы и вызывает биение труб.

Скачок давления

Скачок давления — это результирующий быстрый рост давления выше статического, вызванный гидравлическим ударом.Максимальный всплеск давления будет достигнут в момент изменения расхода и определяется следующим уравнением.

∆P = ρ c ∆v / g c

где:

∆P = скачок давления (фунт-сила / фут 2 )

ρ = плотность жидкости (фунт / фут 3 )

c = Скорость волны давления (фут / сек) (Скорость звука в жидкости)

∆v = Изменение скорости жидкости (фут / сек)

gc = Гравитационная постоянная 32.17 (фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

Пример:

Скачок давления Вода плотностью 62,4 фунт / фут 3 и давлением 120 фунтов на квадратный дюйм течет по трубе со скоростью 10 футов / сек. Скорость звука в воде 4780 футов / сек. Внезапно закрылся обратный клапан. Какое максимальное давление жидкости в фунтах на квадратный дюйм?

Раствор

P Макс. = P статический + ΔP Пик

P Макс. = 120 фунт-сила / дюйм 2 + (62.4 фунта / фут 3 ) (4780 фут / сек) (10 фут / сек) / (32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек) / (32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек 2 )

P Макс. в 2

P Макс. = 76,3 фунтов на кв. дюйм

Паровой молот

Паровой молот похож на гидравлический молот, за исключением того, что он предназначен для паровой системы. Паровой молот — это газовая ударная волна, возникающая в результате внезапного запуска или остановки потока. Паровой молот не так силен, как гидравлический, по трем причинам:

1.Сжимаемость пара гасит ударную волну

2. Скорость звука в паре составляет примерно одну треть скорости звука в воде.

3. Плотность пара примерно в 1600 раз меньше плотности воды.

Проблемы, связанные с паропроводом, включают термический удар и водяные пробки (то есть конденсацию в паровой системе) в результате неправильного нагрева.

Операционные соображения

Гидравлический и паровой молот — не редкость на промышленных предприятиях.Изменения расхода в трубопроводных системах должны производиться медленно, что является частью надлежащей практики оператора. Чтобы предотвратить гидравлический и паровой удар, операторы должны обеспечить надлежащую вентиляцию жидкостных систем и обеспечить надлежащий слив газовых или паровых систем во время запуска. Если возможно, инициируйте запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане и медленно откройте нагнетательный клапан, чтобы запустить поток в системе. Если возможно, запускайте насосы меньшей производительности перед насосами большей производительности. По возможности используйте клапаны разогрева вокруг запорных клапанов основного потока.Если возможно, закройте нагнетательные клапаны насоса перед остановкой насосов. Периодически проверяйте правильность работы влагоуловителей и воздухоотводчиков во время работы.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

Комбинация жидкости и пара, протекающей по трубе, называется двухфазным потоком.

Типы двухфазного потока включают:

• Пузырьковый поток: происходит диспергирование пузырьков пара в континууме жидкости.

• Пробковый поток: пузырьки растут за счет слияния и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба, образуя пузырьки в форме пули.

• Кольцевой поток: жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущей в паровой сердцевине потока.

Колебания и нестабильность основного потока могут вызвать:

• нежелательную механическую вибрацию компонентов.

• уменьшение теплового потока, необходимого для возникновения DNB.

• прерывание фактического циркуляционного потока.

Колебания и нестабильность потока могут возникать в следующих условиях:

• сердечник вне проектных условий, мощность> 150%

• механический отказ, вызывающий закупорку потока

• недостаточное охлаждение активной зоны во время естественная циркуляция, при которой происходит кипение.

Изгиб трубы — это смещение трубопровода, создаваемое реакционными силами высокоскоростной струи жидкости после разрыва трубы.

Гидравлический удар — это ударная волна жидкости, возникающая в результате внезапного начала или остановки потока.

Преобразование энергии в центробежном насосе

Жидкость, поступающая в центробежный насос, сразу же направляется в зону низкого давления в центре или на проушине рабочего колеса. При вращении крыльчатки и лопастей они передают импульс поступающей жидкости. Передача количества движения движущейся жидкости увеличивает скорость жидкости. По мере увеличения скорости жидкости увеличивается ее кинетическая энергия.Жидкость с высокой кинетической энергией вытесняется из области рабочего колеса и попадает в улитку.

Улитка — это область с постоянно увеличивающейся площадью поперечного сечения, предназначенная для преобразования кинетической энергии жидкости в давление жидкости. Механизм этого преобразования энергии такой же, как и для дозвукового потока через расширяющуюся часть сопла. Математический анализ потока через улитку основан на общем уравнении энергии, уравнении неразрывности и уравнении, связывающем внутренние свойства системы.Ключевыми параметрами, влияющими на преобразование энергии, являются увеличивающаяся площадь поперечного сечения улитки, более высокое противодавление системы на выходе улитки и несжимаемый дозвуковой поток жидкости. В результате взаимозависимости этих параметров поток жидкости в улитке, аналогичный дозвуковому потоку в расширяющемся сопле, испытывает уменьшение скорости и повышение давления.

Рабочие характеристики центробежного насоса

Рис. 7: Типичные характеристики центробежного насоса Кривая

Обычно центробежный насос создает относительно небольшое повышение давления в жидкости.Это повышение давления может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм в центробежном насосе с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (фунт-сила на квадратный дюйм дифференциала) эквивалентен ∆P. В данном контексте это разница давлений на всасывании и нагнетании насоса. PSID также можно использовать для описания перепада давления в компоненте системы (сетчатые фильтры, фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы и т. Д.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение противодавления системы на текущий поток вызывает уменьшение величины объемной скорости потока, которую центробежный насос может поддерживать.

Анализ взаимосвязи между объемным расходом (), который центробежный насос V˙ может поддерживать, и перепадом давления в насосе (∆Ppump) основан на различных физических характеристиках насоса и жидкости в системе. Переменные, оцениваемые инженерами-конструкторами для определения этой взаимосвязи, включают эффективность насоса, мощность, подаваемую на насос, скорость вращения, диаметр рабочего колеса и лопастей, плотность жидкости и вязкость жидкости. Результат этого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего на одной конкретной скорости, показан на графике на Рисунке 7.

Напор насоса по вертикальной оси — это разница между противодавлением в системе и давлением на входе насоса (∆Ppump). Объемный расход (V) по горизонтальной оси — это скорость, с которой жидкость протекает через насос. График предполагает одну конкретную скорость (N) для рабочего колеса насоса.

Кавитация

Когда перекачиваемая жидкость попадает в проушину центробежного насоса, давление значительно снижается. Чем больше скорость потока через насос, тем больше падение давления.Если перепад давления достаточно велик или если температура жидкости достаточно высока, перепад давления может быть достаточным, чтобы жидкость превратилась в пар, когда местное давление упадет ниже давления насыщения для перекачиваемой жидкости. Эти пузырьки пара перемещаются вдоль рабочего колеса насоса вместе с жидкостью. По мере уменьшения скорости потока давление жидкости увеличивается. Это вызывает внезапное схлопывание пузырьков пара на внешних частях крыльчатки. Образование этих пузырьков пара и их последующее схлопывание — кавитация.

Кавитация может быть очень серьезной проблемой для центробежных насосов. Некоторые насосы могут быть рассчитаны на работу с ограниченным количеством кавитации. Большинство центробежных насосов не могут выдерживать кавитацию в течение значительных периодов времени; они повреждаются из-за эрозии рабочего колеса, вибрации или других проблем, вызванных кавитацией.

Чистый положительный напор на всасывании

Чтобы избежать кавитации во время работы насоса, можно контролировать чистый положительный напор на всасывании насоса.Чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насоса — это разница между давлением всасывания и давлением насыщения перекачиваемой жидкости. NPSH используется для измерения того, насколько близка жидкость к условиям насыщения. Уравнение 3-19 можно использовать для расчета чистой положительной высоты всасывания, доступной для насоса. Единицы измерения NPSH — футы водяного столба.

NPSH = P

всасывание — P насыщение (3-19)

где:

P всасывание = давление всасывания насоса

P насыщение = давление насыщения для жидкости

Путем поддержания доступный NPSH на уровне больше, чем NPSH, требуемый производителем насоса, кавитации можно избежать.

Законы о насосах

Центробежные насосы обычно подчиняются так называемым законам о насосах. Эти законы гласят, что скорость потока или производительность прямо пропорциональны скорости насоса; напор прямо пропорционален квадрату скорости насоса; а мощность, требуемая двигателем насоса, прямо пропорциональна кубу скорости насоса. Эти законы суммированы в следующих уравнениях.

V˙ ∝ n (3-20)

H

P ∝ n 2 (3-21)

P ∝ n

3 (3-22)

где:

n = скорость рабочее колесо насоса (об / мин)

V = объемный расход насоса (галлоны в минуту или фут3 / час)

H p = напор, развиваемый насосом (фунты на квадратный дюйм или футы)

p = мощность насоса (кВт)

Используя эти пропорциональности, можно разработать уравнения, связывающие условия на одной скорости с условиями на другой скорости.

1 (n 2 / n 1 ) = V 2 (3-23)

H

p1 (n 2 / n 1 ) 2 = H p2 (3-24)

P

1 (n 2 / n 1 ) 3 = P 2 (3-25) Пример: законы о насосах

Насос охлаждающей воды работает со скоростью 1800 об / мин. Его расход составляет 400 галлонов в минуту при напоре 48 футов. Мощность насоса составляет 45 кВт.Определите расход, напор и потребляемую мощность насоса, если скорость насоса увеличится до 3600 об / мин.

Решение:

Расход

2 = V˙ 1 (n 2 / n 1 )

= (400 галлонов в минуту) (3600 об / мин / 1800 об / мин)

= 800 галлонов в минуту

Напор

H p2 = H p1 (n 2 / n 1 ) 2

= 48 футов (3600 об / мин / 1800 об / мин) 2

= 192 футов

Мощность

P 2 = P 1 (n 2 / n 1 ) 3

= 45 кВт (3600 об / 1800 об / мин) 3

= 360 кВт

Рисунок 8 : Изменение скоростей центробежного насоса

Можно построить характеристическую кривую для новой скорости насоса на основе кривой для его исходной скорости.Метод состоит в том, чтобы взять несколько точек на исходной кривой и применить законы насоса для определения нового напора и расхода при новой скорости. Кривая зависимости напора насоса от расхода, которая возникает в результате изменения скорости насоса, графически проиллюстрирована на Рисунке 8.

Кривая характеристик системы

Рисунок 9: Типичная кривая потери напора в системе

В главе, посвященной потере напора, было определено, что оба типа фрикционных потери и незначительные потери в трубопроводных системах были пропорциональны квадрату скорости потока.Поскольку скорость потока прямо пропорциональна объемному расходу, потеря напора в системе должна быть прямо пропорциональна квадрату объемного расхода. Исходя из этого соотношения, можно построить кривую потери напора в системе в зависимости от объемного расхода. Кривая потери напора для типичной системы трубопроводов имеет форму параболы, как показано на Рисунке 9.

Рабочая точка системы

Рисунок 10: Рабочая точка для центробежного насоса

Точка, в которой насос работает в данной системе трубопроводов, зависит от от расхода и потери напора этой системы.Для данной системы объемный расход сравнивается с потерями напора в системе на характеристической кривой. Построив график характеристической кривой системы и характеристической кривой насоса в одной и той же системе координат, можно определить точку, в которой насос должен работать. Например, на рисунке 10 рабочая точка центробежного насоса в исходной системе обозначена пересечением кривой насоса и кривой системы (h Lo ).

Система имеет расход, равный V˙ 0 , и полную потерю напора в системе, равную ∆P 0 .Для поддержания расхода V˙ 0 напор насоса должен быть равен ∆P o . В системе, описанной системной кривой (h L1 ), в системе был открыт клапан, чтобы уменьшить сопротивление системы потоку. В этой системе насос поддерживает большой расход (V˙ 1 ) при меньшем напоре насоса (∆P 1 ).

Использование в системе нескольких центробежных насосов

Типичный центробежный насос имеет относительно небольшое количество движущихся частей и может быть легко адаптирован к различным первичным двигателям.Эти первичные двигатели включают электродвигатели переменного и постоянного тока, дизельные двигатели, паровые турбины и пневмодвигатели. Центробежные насосы обычно имеют небольшие размеры и могут быть изготовлены с относительно низкими затратами. Кроме того, центробежные насосы обеспечивают высокий объемный расход при относительно низком давлении.

Для увеличения объемного расхода в системе или для компенсации больших сопротивлений потоку центробежные насосы часто используются параллельно или последовательно. На рисунке 11 изображены два идентичных центробежных насоса, работающих параллельно с одинаковой скоростью.

Рисунок 11: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в параллельном соединении

Центробежные насосы, подключенные параллельно

Так как вход и выход каждого насоса, показанные на рисунке 11, находятся в идентичных точках в системе, каждый насос должен производить один и тот же насос голова. Однако общий расход в системе является суммой индивидуальных расходов каждого насоса.

Когда характеристическая кривая системы рассматривается с кривой для параллельных насосов, рабочая точка на пересечении двух кривых представляет более высокий объемный расход, чем для одиночного насоса, и большую потерю напора в системе.Как показано на Рисунке 12, большая потеря напора в системе происходит с увеличением скорости жидкости в результате увеличения объемного расхода. Из-за большего напора системы объемный расход фактически в два раза меньше расхода, достигаемого при использовании одного насоса.

Рис. 12: Рабочая точка для двух параллельных центробежных насосов

Центробежные насосы серии

Центробежные насосы используются последовательно для преодоления больших потерь напора в системе, чем один насос может компенсировать по отдельности.Как показано на Рисунке 13, два идентичных центробежных насоса, работающих с одинаковой скоростью и одинаковым объемным расходом, создают одинаковый напор. Поскольку вход второго насоса является выходом первого насоса, напор, создаваемый обоими насосами, является суммой отдельных напоров. Объемный расход от входа первого насоса до выхода второго остается прежним.

Рис. 13: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в серии

Как показано на Рис. 14, использование двух насосов последовательно не увеличивает сопротивление потоку в системе вдвое.Два насоса обеспечивают достаточный напор для новой системы, а также поддерживают немного более высокий объемный расход.

Рис. 14: Рабочая точка для двух центробежных насосов серии

Основные моменты этой главы кратко изложены ниже.

• Чистый положительный напор на всасывании — это разница между давлением всасывания насоса и давлением насыщения жидкости.

• Кавитация — это образование и последующее схлопывание пузырьков пара на рабочем колесе насоса, когда местное давление падает ниже, а затем поднимается выше давления насыщения перекачиваемой жидкости.

• Законы насоса можно использовать для определения влияния изменения скорости центробежного насоса на расход, напор и мощность.

1 (n 2 / n 1 ) = V˙ 2

H p1 (n 2 / n 1 ) 2 = H p2

P 1 (n 2 / n 1 ) 3 = P 2

• Кривая комбинированного насоса для двух центробежных насосов, подключенных параллельно, может быть определена путем сложения индивидуальные потоки для любой данной головы.

• Комбинированная характеристика насосов для двух последовательно включенных центробежных насосов может быть определена путем добавления отдельных напоров для любого заданного расхода.

• Рабочая точка (напор и расход) системы может быть определена путем построения кривой насоса и кривой потери напора системы на одних и тех же осях. Система будет работать на пересечении двух кривых.

Перекачка воды — Требуемая мощность в лошадиных силах

Энергия, передаваемая воде насосом, называется водяных лошадиных сил — и может быть рассчитана как

P whp = qh SG / (3960 μ) (1)

, где

P whp = водяная мощность (л.с.)

q = расход (галлон / мин)

h = напор (футы)

SG = 1 для воды Удельный вес

μ = КПД насоса (десятичное значение)

Мощность в лошадиных силах также может быть рассчитана как:

P whp = q dp / (1715 μ) (2)

где

P whp = водяная мощность (л. 20 галлонов воды в минуту поднимается на высоту 20 футов .Требуемая мощность (например, потери на трение в трубопроводе и КПД = 1,0) может быть рассчитана как

P whp = (20 галлонов в минуту) (20 футов) (1) / (3960 (1,0))

= 0,10 л.с.

Мощность, необходимая для перекачивания воды при 60 o F с идеальным КПД насоса 1.0:

Примечание! Для точных расчетов всегда следует использовать индивидуальные кривые насоса.

Потребляемая мощность в метрических единицах

Энергопотребление для перекачивания воды может быть выражено в метрических единицах как

P = qh ρ / (6116 10 3 μ) (3)

где

P = мощность (кВт)

q = расход (л / мин)

h = напор (м)

ρ = плотность (кг / м 3 ) (вода 1000 кг / м 3 )

μ = КПД насоса (десятичное значение)

Пример — мощность, необходимая для перекачивания воды

Мощность, необходимая для перекачивания 100 л / мин воды на высоте 10 м (бывш.потери на трение в трубопроводе и КПД = 1,0 ) можно рассчитать как

P = (100 л / мин) (10 м) (1000 кг / м 3 ) / (6116 10 3 (1,0))

= 0,16 кВт

Guard — Руководство по покупке водяных насосов

Проблемы с водой в Индии всегда вызывали беспокойство как в сельских, так и в городских районах. Независимо от того, выпало ли количество осадков достаточно, а озера, которые снабжают водой, были наполнены или нет, мы часто сталкиваемся с гневом нехватки воды.Чтобы нанести ответный удар, человечество придумало умное устройство под названием «Водяные насосы».

Эти водяные насосы с простым механизмом и инновационной технологией забирают воду из подземных источников и подают ее в наши дома. В большинстве сельских и промышленных районов эти водяные насосы решают проблему нехватки воды и доказали свою эффективность.

Сейчас на рынке доступно множество опций; вы можете не понимать, в какой из них инвестировать.Итак, вот простое руководство, которое поможет вам сделать правильный выбор.

КАКИЕ НАСОСЫ ДОСТУПНЫ НА РЫНКЕ?
В зависимости от ваших потребностей и потребностей на рынке доступны два основных типа насосов, а именно — бытовые и сельскохозяйственные насосы. Они сконструированы таким образом, чтобы сделать прибор идеальным выбором. В широком разделе этих двух типов насосов имеется несколько различных типов, которые имеют свои основные особенности.Прочтите, чтобы лучше понять это.

A. Бытовые насосы
Как следует из названия, бытовые насосы используются в домах для ежедневного потребления воды. Эти насосы имеют меньший расход и меньшую мощность по сравнению с насосами, используемыми для сельскохозяйственных целей, поскольку их приходится перекачивать на небольшие площади. К различным бытовым насосам относятся:

1.Регенерационные насосы с самовсасыванием
Регенеративный насос имеет лопатки, установленные с обеих сторон обода, которые вращаются в кольцевом канале в корпусе насоса. Жидкость не выходит из конца рабочего колеса, а возвращается обратно в нижнюю часть рабочего колеса. Эта рециркуляция или регенерация — это то, как насос самовосстанавливается.

Эти насосы подходят для перекачки чистой холодной пресной воды, не содержащей абразивных частиц и химически агрессивных веществ.Подходит для бытового водоснабжения, оросителей газонов, садов и т. Д. Эти насосы благодаря своей способности к самовсасыванию могут удалять воздух и, следовательно, подходят для всасывания воды из трубопроводов и, следовательно, не требуют обратного клапана.

2. Центробежные насосы
Центробежные насосы служат для циркуляции воды путем преобразования кинетической энергии вращения в гидродинамическую энергию потока воды. Энергия вращения получена от электродвигателя.Другой тип центробежных насосов с аналогичным механизмом — это струйный центробежный насос, который использует поток всасываемой воды для создания струи для улучшения способности извлечения из подземных ресурсов.

Эти насосы подходят для перекачки чистой холодной пресной воды, не содержащей абразивных частиц и химически агрессивных веществ. Подходит для бытового водоснабжения, оросителей газонов, садов, небольших ферм, орошения, сельского хозяйства, осушения колодцев и резервуаров, наполнения водой плавательных бассейнов и т. Д.Эти насосы имеют более высокий напор по сравнению с регенеративными насосами. Насос должен быть установлен с обратным клапаном ISI хорошего качества. Превосходные гидравлические характеристики и более высокий КПД по сравнению с регенеративными насосами при более низких затратах на техническое обслуживание.

3. Насосы погружные
Погружной насос — это устройство с герметичным двигателем, которое полностью погружается в водоемы, особенно в открытые скважины и скважины.Это эффективный и разумный выбор, поскольку они не требуют грунтования, так как уже погружены в воду. Далее они делятся на два типа:

  • Погружные насосы для открытых скважин (с водяным / масляным охлаждением) (для открытых скважин)
  • Погружные насосы для трубных скважин (с водяным / масляным охлаждением) (для скважинных скважин)

Эти насосы подходят для перекачки чистой холодной пресной воды, не содержащей абразивных частиц и химически агрессивных веществ.Погружные насосы для трубных скважин подходят для скважин диаметром 3, 3,5 и 4 дюйма.

4. Скважинные компрессорные насосы
Компрессорные насосы для скважинных скважин специально разработаны для забора воды из глубоких скважин определенного диаметра. В этой машине используется давление воздуха для подъема воды из глубоких отверстий.

Эти насосы лучше всего подходят для скважин с относительно меньшим дебитом и глубиной до 600 футов.Компрессорные насосы могут использоваться в скважинах, содержащих мутную воду, где насосы для трубчатых скважин не подходят. Есть два типа компрессорных насосов: моноблочные и с ременным приводом. Нагнетание компрессорных насосов зависит от дебита ствола скважины.

5. Подкачивающие насосы
Бустерный насос давления — это качественное устройство, которое вам следует выбрать, если вы хотите, чтобы в вашем доме была бесперебойная подача воды под давлением. Они специально разработаны для подачи воды под давлением в соответствии с вашими потребностями.

Автоматическая насосная система поставляется с напорным баком для постоянного давления воды во всех отверстиях, подключенных к системе трубопроводов, что делает ее идеальным выбором для использования в жилых домах. Когда давление воды падает до установленного уровня, насос автоматически начинает перекачивать воду, а когда потребление падает, насос автоматически останавливается, когда выходное давление повышается до предварительно установленного давления остановки.

6.Насосы для неглубоких скважин
Насосы для неглубоких скважин — это новаторский выбор для неглубоких скважин. Причина в том, что они обладают большой мощностью всасывания и являются хорошим выбором для сельской местности.

Насосы для неглубоких скважин с высотой всасывания до 8 метров и, следовательно, могут быть выбраны в качестве альтернативы, если высота всасывания превышает 6 метров, что соответствует производительности обычных самовсасывающих насосов.

B. Сельскохозяйственные насосы
Сельскохозяйственные насосы — это средство экономии в сельской местности, поскольку водяные насосы необходимы для получения хорошего урожая.Также очень важно выбрать правильный насос и помочь вам принять это осознанное решение, вот различные типы сельскохозяйственных насосов:

1. Центробежные моноблочные насосы
Как и обычные центробежные насосы, моноблочные насосы также обеспечивают циркуляцию воды путем преобразования кинетической энергии вращения в гидродинамическую энергию потока воды. Однако, поскольку они должны охватывать большую площадь, эти насосы более эффективны и имеют более высокий расход (прибл.25LPS).

2. Насосы погружные
Погружные насосы предотвращают возникновение проблемы и являются лучшим вариантом в сельском хозяйстве. Погружные насосы для сельского хозяйства также работают таким же образом, но в этой категории доступен более широкий ассортимент.

Существуют и обычные насосы для открытых скважин, но мы также предлагаем варианты для скважин с диаметром ствола 4, 6 и 8 дюймов. Эти насосы имеют более высокую мощность — 60 л.с., максимальную рабочую глубину 1640 футов и обеспечивают скорость потока до до 38LPS.

Что искать в водяном насосе?

Это расстояние, на которое вода должна всасываться из источника, чтобы достичь насоса. Если ваш насос установлен наверху колодца, то расстояние от уровня воды до положения насоса соответствует вертикальному всасыванию. Перед покупкой этот параметр необходимо сравнить с высотой всасывания насоса.

Вертикальное расстояние между насосом и напорным баком называется вертикальным напором.Эта высота должна соответствовать напору насоса, чтобы выбранный насос подходил для вашего применения.

Список литературы

У вас могут возникнуть дополнительные вопросы о приобретении подходящего водяного насоса для вашего дома. Пожалуйста, посетите наш раздел часто задаваемых вопросов на сайте V-Guard, чтобы узнать больше. Если у вас возникнут дополнительные вопросы, напишите в нашу Службу поддержки клиентов.

Вот и все! Наше полное руководство по покупке водяного насоса.Мы уверены, что с его помощью вы сможете принять мудрое решение о покупке водяного насоса, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

.