Как подобрать скважинный насос и гидроаккумулятор?

Для подъема воды со значительной глубины и создания в системе водоснабжения рабочего давления могут быть использованы насосы разных типов. Так, например, это могут быть ручные и самовсасывающие поверхностные насосы, насосные станции эжекторного и инжекторного типа, погружные насосы.

Наибольшее распространение получили погружные насосы центробежного типа. Эти насосы создают рабочее давление с помощью лопаток рабочего колеса, приводимых в движение электродвигателем. Вращение рабочего колеса отбрасывает поток жидкости от центра рабочей камеры к её стенкам, где возникает область повышенного давления и откуда отводится часть жидкости. В свою очередь, в центральной части рабочей камеры возникает пониженное давление, всасывающее в рабочую камеру новый объем жидкости.

Объём воды, перекачиваемой центробежными насосами, определяется размерами рабочей камеры и скоростью вращения рабочего колеса. Габариты погружных насосов, монтируемых в скважине, определяются диаметром скважины, поэтому для повышения их производительности приходится увеличивать не диаметр, а длину рабочей камеры (например, на вал двигателя устанавливают несколько рабочих колёс). Скорость вращения рабочего колеса ограничена по технико-экономическим причинам (стоимость насоса при заданной надёжности).

Как правило, погружные скважинные насосы эксплуатируются в умеренно агрессивной среде, поэтому особых требований к их исполнению нет. В тоже время, качество применяемых материалов является одним из важных факторов, влияющих на срок эксплуатации насоса. Обычно, корпус насоса изготавливают из нержавеющей стали, электрические компоненты при этом герметизируют.

Исходные данные, которые надо знать для правильного подбора скважинного насоса:

1) Параметры скважины

дебит (производительность скважины в м³/ч);

статический уровень воды (измеряется через 1 час после бурения без откачки воды из скважины);

динамический уровень воды (измеряется после откачки, когда приток воды равен её оттоку, т.е. вода перестаёт убывать);

размеры и глубина фильтровальной части скважины;

(Все эти параметры указываются в паспорте скважины, который выдает организация, занимающаяся бурением.)

2) Суммарный максимальный расход воды

Расход воды зависит от количества и типа используемых санитарно-технических приборов. В следующей таблице приведён нормативный расход воды для разных типов оборудования.

Напор рассчитывается по формуле:

где:

P_tap – давление, которое необходимо создать в системе. Напор в бытовой сети водоснабжения, как правило, составляет 20-25 м водяного столба или 2,0-2,5 бар (стандартное давление в городской сети);

H_geo — геодезический напор, который исчисляется как разность высот от динамического уровня до самой высокой точки водоразбора в метрах водного столба;

EH_f — сумма линейных потерь напора, которые возникают при трении воды о стенки трубопровода и местных потерь (потери напора на поворотах, тройниках, задвижках и т.д.). Линейные потери зависят от материала, из которого изготовлен трубопровод, его диаметра и расхода воды. Для более точного расчета применяются специальные диаграммы. Суммарные местные потери обычно принимают равными 15-20% от величины линейных потерь напора.

Дополнительное оборудование в системе водоснабжения.

Для того что бы обеспечить оптимальный режим работы скважинного насоса в системе водоснабжения рекомендуется установить гидроаккумулятор (мембранный бак). Он защищает систему водоснабжения от резких перепадов давления в системе (гидравлических ударов), оптимизирует частоту включений насоса при наличии утечек в системе и малом расходе воды. Расчёт объема мембранного бака производится по формуле:

• где Q_max — максимальный расход воды, м 3 /ч;
• P_set — давление включения насоса, бар;
• ∆Р — разница между давлением включения/выключения, бар;
• N_max — допустимое число включений/выключений в час;
• k – 0,9.

Для монтажа выбранного насосного оборудования так же понадобятся следующие материалы и оборудование:

электронный блок управления;

термоусадочная кабельная муфта;

трос из нержавеющей стали (для подвешивания насоса в скважине);

зажимы из нержавеющей стали;

хомуты для крепления кабеля к напорной трубе;

фасонные части для соединения насоса с напорным трубопроводом.

Для подвода электрического питания к насосному агрегату необходимо использовать кабель, характеристики которого будут обеспечивать нормальное энергоснабжение в зависимости от потребляемой мощности насоса и его удаленности от источника электропитания.

Примерная максимальная длина электрического кабеля (в метрах) в зависимости от сечения его жилы и мощности однофазного электродвигателя насоса приведена в таблице:



В 2х-этажном доме установлены следующие санитарно-технические приборы:

унитаз, два умывальника, душ на первом этаже,

унитаз и раковина на втором этаже.

фильтр для очистки всей воды, поступающей в дом.

(Потери напора для фильтра указаны в его паспорте и составляют 1 Бар (10м)).

Для водоснабжения используется скважина со следующими паспортными характеристиками:

• дебит – 5 м 3 /ч;
• статический уровень – 25 м;
• динамический уровень – 30 м;
• верхняя отметка фильтровальной зоны – 45 м;
• нижняя отметка – 50 м;
• глубина скважины – 60 м;
• глубина монтажа насоса – 40 м;
• диаметр скважины – 121 мм.

Параметры напорного трубопровода:

• диаметр напорного трубопровода в скважине – 40 мм;
• длина напорного трубопровода в скважине – 40 м;
• диаметр напорного трубопровода от скважины до дома – 32 мм;
• длина напорного трубопровода от скважины до дома – 20 м, отметка наивысшей точки водоразбора – 3 м;
• материал труб – полиэтилен.

Проведем соответствующие расчеты:

1. Максимальный расход воды в скважине:



2. Необходимый напор насоса:



Н_д – потери напора по длине трубопровода (величина линейных потерь указывается в расчете на 100 м трубопровода),

Н_мес — потери напора на местных сопротивлениях,

Н_ф — потери напора на фильтре.

Рассчитаем потери по длине:



Принимаем потери на местных сопротивлениях равными 15% от потерь по длине, тогда:



Потери на фильтре Н_ф = 10 м, так как 1 бар составляет10 м водного столба.

Сумма линейных потерь напора составит:



Таким образом, общий напор будет равен:



Следующий этап – определение объёма и типа бака гидроаккумулятора.

В зависимости от типа корпуса баки бывают вертикальные и горизонтальные. Баки объёмом более 50 литров имеют автоматический воздухоотводчик, в баках меньшего объема, как правило, такие устройства не устанавливаются. Обычно, выбор компоновки бака осуществляется исходя из габаритных размеров помещения, в котором он будет установлен.

Для расчета объёма гидроаккумулятора необходимо определить число включений насоса в единицу времени (принято считать за один час) при максимальном расходе воды. Оптимальным значением является частота 10-15 раз в час. Увеличение значения частоты включений насоса приводит к чрезмерной нагрузке на мембрану гидроаккумулятора (повышается частота циклов растяжение-сжатие), что снижает рабочий ресурс мембраны. Кроме того, если принять число включений равным, например, 45 раз в час, то насос будет включаться на очень короткое время (всего около минуты) и не будет работать в оптимальном режиме (производительность бытовых насосов системы индивидуального водоснабжения, как правило, небольшая, и за это время просто невозможно даже заполнить бак гидроаккумулятора).

На практике, частоту включений насоса принимают равной 10 раз в час, оставляя запас в сторону увеличения до 15 раз в час на случай, когда в доме добавляется новый источник потребления воды (при использовании уже существующего гидроаккумулятора).

Также требуется выбрать максимальную и минимальную величины давления, при которых будет срабатывать реле давления станции водоснабжения

Для двухэтажных домов обычно принимают:



Объём гидроаккумулятора определяется следующей формулой:



16,5 – постоянная величина;



С учетом полученных характеристик подбираем насос и производим расчет объема мембранного бака:

Как подобрать гидроаккумулятор для систем водоснабжения, какие параметры особенно важны



Гидроаккумуляторы для внутридомовых водопроводных систем

Гидробаки в системах индивидуального водоснабжения выполняют сразу несколько важных функций. Чтобы все они нормально работали, важно правильно подобрать этот агрегат, учитывая множество исходных данных. Например, максимальный расход воды при одновременном пользовании несколькими приборами, рекомендованное количество включений насоса в час и других.

Поэтому знать, какой гидроаккумулятор для систем водоснабжения лучше выбрать, должен каждый владелец загородного дома. О параметрах выбора, основанных на конструкции и принципе действия этого устройства, и поговорим ниже.

Зачем нужен гидроаккумулятор

Есть несколько причин, которые заставляют нас использовать гидроаккумулятор для снабжения водой загородного дома из автономного источника с помощью насоса. Вернее, заставить вас никто не может, но преимуществ это устройство дает немало, и не воспользоваться ими было бы глупо.

• Возможность поддержания давления воды в системе на определенном уровне даже при неработающем насосе;
• Возможность накапливать некий объем жидкости, и использовать её при отключении электроэнергии или поломке насоса;
• Возможность гасить избыточное давление в водопроводной системе и предотвращать разрушительные последствия гидроударов (см. Гидроудар в системе водоснабжения: отчего возникает и как избежать);
• Возможность не давать насосу включаться при каждом открытии водоразборного крана.



Фото гидроаккумулятора, включенного в систему водоснабжения

Обратите внимание. Любой насос рассчитан на определенное количество циклов включений и отключений в единицу времени. Если таких циклов будет больше, техника быстро исчерпает свой ресурс и выйдет из строя. А гидробак сокращает количество циклов, продлевая тем самым срок службы насоса.

Что нужно знать об особенностях гидроаккумулятора

Чтобы нормально и стабильно работало водоснабжение, рассчитать объем гидроаккумулятора – одна из первых задач. Решить её правильно помогают знания о том, что представляет собой этот агрегат, как он функционирует и как его настроить на оптимальный режим.

Конструкция

Это металлический бак, внутри которого находится резиновый баллон (груша), в котором аккумулируется вода. Между стенками бака и баллона закачан воздух.

Обратите внимание. В некоторых моделях, баллон заменяет диафрагма (мембрана), разделяющая внутренний объем бака на две полости – воздушную и водяную.

Гидробак оснащается фильтром и выводами для воды и воздуха. Как правило, штуцер для подключения к водопроводу ставится в нижней части емкости, а золотник с ниппелем для накачивания или стравливания воздуха в верхней. Но возможны и другие варианты конструкции.

Принципиальной разницы между двумя этими конструкциями нет. Единственное, на что стоит обратить внимание при выборе – на возможность замены внутренней мембраны своими руками в случае её износа.

В этом отношении, бак с резиновой грушей предпочтительнее. Чтобы сменить её, достаточно снять фланец, удерживающий баллон в металлическом корпусе.

Назначение

Подобные резервуары устанавливают не только в системах водоснабжения. Используются они и в автономном теплоснабжении от котла с насосом (см. Твердотопливный котел на отопление и водоснабжение в вашем доме).

Важно знать, что баки для тепловых систем окрашиваются в красный цвет, а для водяных преимущественно в синий, но могут быть и другие варианты – зеленый, хромированный.



Гидроаккумуляторы для систем тепло- и водоснабжения отличаются цветом

В чем разница между ними:

• В расширительном баке для тепломагистралей, установлена мембрана, изготовленная из технической резины, способной выдерживать высокие температуры. Конструкция обычно неразборная, поэтому при повреждении внутреннего резервуара менять приходится бак целиком.
• Баллон в водяных гидробаках, сделан из пищевой резины, не оказывающей негативного влияния на вкус и свойства питьевой воды. Конструкция может быть как со съемной, так и с фиксированной мембраной.

Для справки. Баки с фиксированной мембраной стоят дешевле и обладают большим запасом прочности, но, в случае появления дефектов на резине, они подлежат замене. Тогда как гидроаккумуляторы со сменной мембраной или баллоном дороже, но при их повреждении достаточно поменять только внутренний резервуар.

Материал внутреннего резервуара

Пищевая резина, как материал для изготовления мембраны, тоже может быть разной и отличаться составом, устойчивостью к высокой или низкой температуре, долговечностью.

• Натуральная каучуковая резина очень эластична, но обладает низкой стойкостью к диффузии воды. Она выдерживает температуру от 0 до +50 градусов.
• Искусственная бутиловая резина менее эластична, но более долговечна. Рабочий диапазон температур от -10 до +100 градусов.
• Искусственная этилен-пропиленовая резина самая долговечная и надежная. Если инструкция к гидроаккумулятору содержит сведения о том, что мембрана изготовлена из пищевой резины EPDM, то можете быть уверены, что прослужит она долго даже при очень интенсивной эксплуатации. Критические рабочие температуры -50 и +130 градусов.

Объем бака – основной критерий выбора

Самый важный вопрос – как выбрать объем гидроаккумулятора для систем водоснабжения. Чтобы ответить на него, нужно свести воедино множество данных. Это и производительность насоса, и оснащенность дома водопотребляющим оборудованием, и количество постоянно живущих в доме людей, и многое другое.

Но в первую очередь, нужно определиться, нужен ли вам этот резервуар только для стабилизации работы системы в целом, или есть необходимость в запасе воды на случай отключения электроснабжения.



Внутренние баллоны разного объема

Если дом небольшой и оборудован только умывальником, унитазом, душем и поливочным краном, а живете вы в нем не постоянно, сложных расчетов можно не производить. Достаточно купить бак объемом 24-50 литров, его хватит для того, чтобы система работала нормально и была защищена от гидроударов.

В случае же с загородным домом для постоянного проживания семьи, оборудованным всем необходимым для комфортного быта, желательно подойти к вопросу более ответственно. Вот несколько способов, с помощью которых вы сможете определиться с размером гидроаккумулятора.

По характеристикам насоса

Параметры, влияющие на выбор объема бака, это производительность и мощность насоса, а так же рекомендованное количество циклов его включения/выключения.

• Чем выше мощность агрегата, тем больше должен быть объем гидробака.
• Мощный насос накачивает воду быстро и быстро выключается, если объем резервуара небольшой.
• Достаточный объем позволит сократить количество повторно-кратковременных включений, тем самым продлив срок службы электродвигателя.

Для расчета вам потребуется определить примерный расход воды в час. Для этого составляется таблица, в которой перечисляются все потребляющие воду приборы, их количество и нормы расхода. Например:



Таблица определения максимального расхода воды

Так как одновременно воспользоваться всеми приборами практически невозможно, для определения реального расхода применяется поправочный коэффициент 0,5. В итоге получим, что в минуту вы в среднем тратите 75 литров воды.

Как рассчитать объем гидроаккумулятора для водоснабжения, зная эту цифру, производительность насоса и учитывая, что включаться он должен не чаще 30 раз в час?

• Допустим, производительность равна 80 л/мин или 4800 л/час.
• А в пиковые часы вам нужно 4500 л/час.
• При безостановочной работе насоса его мощности вполне хватает, но вряд ли он проработает долго в таких экстремальных условиях. А если он будет включаться чаще 20-30 раз в час, то ресурс его иссякнет ещё быстрее.
• Поэтому и нужен гидробак, объем которого позволит отключать оборудование и давать ему передохнуть. При указанной частоте циклов, запас воды должен быть минимум 70-80 литров. Это позволит насосу одну минуту из каждых двух не работать, предварительно заполнив резервуар.

Это важно! Имейте в виду, что общий объем гидроаккумулятора и максимальный объем воды в нем далеко не равны. Вода занимает только примерно треть внутреннего пространства резервуара.

По формуле минимального рекомендуемого объема

Чтобы воспользоваться этой формулой, нужно знать установки реле давления, которое включает и выключает насос. Разобраться поможет следующая картинка:



Изменения давления в гидроаккумуляторе при включении и отключении насоса

• 1 – начальное давление Pвозд (при выключенном насосе);
• 2 – поступление воды в резервуар при включении насоса;
• 3 – достижение максимального давления Pmax и отключение насоса;
• 4 – расход воды при отключенном насосе. Когда давление достигает минимума Pmin, насос включается.

Формула же выглядит так:

• V = K x A x ((Pmax+1) x (Pmin +1)) / (Pmax — Pmin) x (Pвозд. + 1), где
• А – это расчетный расход воды (л/мин);
• К – поправочный коэффициент из таблицы, определяемый в зависимости от мощности насоса.



Таблица для определения поправочного коэффициента

Значения минимального (пускового) и максимального (выключающего) давления на реле, вы должны установить сами, в зависимости от того, какой напор в системе вам нужен. Он определяется по самой дальней от гидроаккумулятора, и высоко расположенной точке водоразбора.

Совет. Перепад между максимальным и минимальным значениями должен составлять 1-1,5 атм. А начальное давление Pвозд должно быть на 10-20% меньше, чем Pmin.



Примерные соотношения установок реле давления

Чтобы выполнить регулировку реле давления, необходимо знать, как накачать гидроаккумулятор для систем водоснабжения воздухом, или стравить лишний. Для этого потребуется автомобильный насос, который подключается к баку через золотник.

Теперь можно вычислить объем. Для примера возьмем:

• А = 75 л/мин;
• Мощность насоса 1,5 кВт, соответственно К = 0,25;
• Pmax = 4,0 бар;
• Pmin = 2,5 бар;
• Pвозд. = 2,3 бар.

Получаем V = 66,3 литра. Ближайшие по объему стандартные гидроаккумуляторы, имеют объем 60 и 80 литров. Выбираем тот, что больше.

Форма, габариты

Возможно, для вас может иметь значение форма бака – вертикальная или горизонтальная. Например, если место для его установки ограничено по площади или высоте.

Кроме того при использовании резервуара большого объема убедитесь заранее, что по своим габаритам он элементарно пройдет в дверной проем или выберите другую модель. Сделать это несложно, так как выбор гидроаккумуляторов от разных производителей на нашем рынке довольно большой.

Заключение

Теперь вы имеете представление, как выбрать гидроаккумулятор для систем водоснабжения. Видео в этой статье тоже поможет произвести нужные расчеты и определиться. Если же вам не хочется глубоко вникать в этот вопрос, или вы не надеетесь на собственные знания, обратитесь к специалисту по водоснабжению.

Читайте также:  Котлы отопления с водяным контуром теплодар