Насос для скважины потребляемая мощность. Выбираем насос для скважины
Если колодец вполне можно использовать без насоса, то при эксплуатации скважины без него не обойтись. Но скважина скважине – рознь. И встает вполне закономерный вопрос, а как выбрать насос для скважины? Это обусловлено и огромным ассортиментом данного вида продукции на прилавках магазинов. Если покупатель не владеет специальными знаниями, то это достаточно непростое дело, поскольку именно насос будет обеспечивать бесперебойное снабжение домохозяйства водой.
Параметры скважины
Перед тем, как отправиться в магазин или сделать заказ по Интернету, необходимо точно определить следующие параметры, чтобы произвести правильный расчет насоса для скважины:
- глубина скважины (эти данные внесены в ее паспорт, который выдают на руки владельцу после окончания работ);
- качество воды в скважине (количество примесей на 1 литр воды, данные можно получить в профильной лаборатории);
- дебет скважины - объем воды, перекаченный за час работы. (этот параметр необходим для выбора мощности насоса – он не должен превышать дебет);
- расстояние от уровня воды в скважине до поверхности грунта (замеряется самостоятельно с помощью грузика на веревочке);
- расстояние от точки разлива воды до поверхности земли (этот параметр необходим для выбора насоса по мощности);
- диаметр трубы скважины (эти данные внесены в паспорт скважины, который выдают на руки владельцу после окончания работ);
- объем воды, необходимый ежедневно для нужд домохозяйства.
Расчет насоса для скважины
Подобрать насос или иное оборудование для конкретной скважины – очень непростое занятие. Оно требует точных инженерных подсчетов, основанных как на параметрах самой скважины и объемах водопотребления домохозяйством, так и проделанных с помощью диаграмм, формул и таблиц. Только отобранная таким способом и смонтированная специалистами система автономного водоснабжения будет гарантировано функционировать даже во время максимального водопотребления. Точный инженерный расчет поможет произвести выбор типа насоса для скважины. Компании, специализирующиеся на обустройстве скважин, как правило, имеют в своем штате данных специалистов.
Возможен и приблизительный самостоятельный подсчет. Его производят по двум основным параметрам: напор и расход. Расход, или производительность – это показатель объема воды, который насос может перекачивать за единицу времени. Напор – это высота в метрах, на которую прибор способен подавать воду. Есть средние показатели нормы воды на человека в сутки – это 1 кубометр (умывание, принятие ванны, мытье посуды, приготовление пищи и другое). Для расчета потребностей одного домохозяйства в воде, 1 м3 умножают на количество проживающих в нем человек. Например, для 3-х человек в сутки будет достаточно 3 м3 воды. Но необходим и максимальный показатель, то есть, если все домочадцы одновременно пользуются водой: первый пользуется душем (10 л/мин), второй моет посуду на кухне (6 л/мин), третий спускает унитаз (6 л/мин). Итого – 22 л/мин.
Итак, семья из трех человек имеет 3 м3 расхода воды в сутки и максимальный расход – 22 л/мин. Но это лишь часть расхода, поскольку в летнее время необходим полив растений на участке, наполнение бассейна, мытье машины и другое. Есть некий средний показатель – 2 м3 в сутки. Итого получается: 5 м3 - ежедневный расход воды. Для того чтобы определить максимальную характеристику напора насоса, необходимо высоту конкретного дома в метрах увеличить на 6 метров и умножить на коэффициент потери напора в автономной системе водопровода, равный 1,15.
Предположим, что расчет ведется для 9-метрового дома: (9+6)*1.15=17,25. Это минимальная напорная характеристика, которой должен обладать насос, обеспечивающий водоснабжение дома. И этот насос, умеющий давать напор не менее 17,25, должен обеспечивать при этом производительность 1320 л/час (22 л/мин). Но и это еще не все. Необходимо к расчетному напору прибавить расстояние от зеркала воды в скважине до поверхности земли. Предположим, что эта цифра равна 40 метрам. Следовательно, для данной системы автономного водоснабжения необходимо устанавливать насос с напором 40+17,25=57,25, умеющий выдавать производительность не менее 1320 л/час.
Если скважина находится не рядом с домом, а на некотором расстоянии от него, в этом случае нужно понимать, что на каждых 10 метрах водопровода, идущего по горизонтали, теряется примерно 1 метр напора прибора. То есть, если источник водоснабжения удален от дома на 50 метров, то насос должен обладать силой напора: 57,25+5=62,25 метров. Правильно рассчитать напорную характеристику крайне важно, а вот производительность может быть и несколько меньшей, поскольку одновременное пользование водой всеми домочадцами бывает крайне редко. А максимальный расход на такой случай сможет обеспечить гидроаккумулятор.
Типы насосов
В зависимости от определенных условий эксплуатации, необходимо выбирать насосы соответствующего им типа:
- погружные;
- поверхностные;
- насосные станции.
Как выбрать насос для скважины из предлагаемого многообразия типов?
Насосы поверхностные
Поверхностные насосы привлекательны тем, что имеют невысокую стоимость. Данный тип устройств рассчитан на работу без погружения в жидкость. Они не рассчитаны на поднятие воды с больших глубин – оптимальная составляет 7 метров. Для того чтобы увеличить мощность всасывания, умельцы прибегают к различного рода ухищрениям, например, применяют внешний эжектор. В любом случае с увеличением глубины производительность поверхностного насоса падает. А на глубине от 25 метров цены на поверхностные насосы уже не отличаются от более дорогих типов. Но для работы на глубине до 7 метров рекомендуются именно такие модели, в противном случае вода будет грязной.
Насосы погружные
Эти насосы работают при полном или частичном погружении в воду, которую перекачивают. В связи с этим на их производство используют материалы, неподверженные коррозии: нержавеющая сталь, водостойкие композиты, пластик и другое. Однозначно нельзя сказать, что именно их необходимо использовать в скважинах, но чем больше глубина, тем предпочтительнее пользоваться именно этим типом устройств. Принципиально данный тип подразделяется на три большие группы по способу перекачки воды: центробежные, вихревые и винтовые.
- Центробежные устройства. Применяются в случаях, если вода в скважине содержит много песка (до 180 гр/м3). Насосы обустроены специальной защитой от серьезных поломок на тот случай, если выходят из строя. Предназначены для перекачки воды из очень глубоких скважин. Напор жидкости в центробежных насосах превышает 100 метров. Главные преимущества: надежность и производительность. Эти насосы универсальны и на сегодняшний день являются наиболее популярными.
- Вихревые устройства. Предназначены для поднимания воды с глубины не более 30 метров, но на высоту до 100 метров. Насосы могут перекачивать жидкость с невысокой примесью песка (до 40 гр/м3). Принцип действия вихревых насосов заключается в том, что функциональное колесо вызывает завихрения воды и таким образом осуществляет ее перекачку. Этот тип рекомендуется использовать в скважинах с небольшим дебетом воды, поскольку они способны создавать достаточное давление при небольшом поступлении жидкости. Но производительность (расход) вихревых насосов гораздо ниже, нежели центробежных.
- Винтовые устройства. Предназначены для поднимания воды с глубины не более 15 метров на высоту до 90 метров. Могут работать с водой, имеющей невысокую примесь песка (до 40 гр/м3). Отличаются низкой стоимостью и способностью работать не только в скважинах, но в открытых водоемах.
Трубы для системы водоснабжения
Для нормальной работы системы необходимо обеспечить качественную систему труб, способную адекватно пропускать воду при определенном напоре, который создает конкретная модель насоса. На сегодняшний день используются металлические и полипропиленовые трубы. Последние гораздо легче, экологичнее, просты в транспортировке и монтаже, их соединения характеризует большая прочность. Недостатками полипропиленовых труб являются: хрупкость при низких температурах и возможность работы только с номинальным давлением (его указывает производитель в паспорте).
Какие факторы необходимо избегать при эксплуатации насосов
- Работа в отсутствии воды (так называемый «сухой ход») приводит к перегреву насосного двигателя, поскольку перекачиваемая жидкость служит и охладителем. Этот же момент вреден и для уплотнителя, который пересыхает без прохождения через него жидкости.
- При включении «сухого насоса» происходит гидравлический удар. Остатки жидкости сильно бьют по лопастям и могут их повредить.
- При работе «сухого насоса» в шланг водозабора может попасть воздушный пузырь, что также сопровождается гидравлическим ударом.
- Недопустимо замерзание жидкостей, это влечет за собой серьезную поломку прибора. Если насос хранится в неотапливаемом помещении при температуре ниже 0 градусов, всю воду нужно слить, а прибор предварительно высушить.
- Превышение допустимой температуры влечет за собой перегрев двигателя.
- Ни в коем случае нельзя экономить на мощности насоса. Иначе автономная система водоснабжения домохозяйства не сможет промывать фильтры очистки во время регенерации.
- Также стоит помнить, что некоторые производители в инструкциях указывают максимальные параметры устройств вместо рабочих – номинальных, что обуславливает низкую производительность при эксплуатации.
К сожалению, ни с одним видом насосов не происходит столько отказов и выходов из строя, как с бытовыми погружными скважинными насосами. Причина не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не профессиональные проектировщики, а сами владельцы частных домов или недостаточно квалифицированный персонал монтажных организаций.
Откуда, например, не специалисту знать, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в рабочий диапазон.
Надеемся, что данная статья поможет читателям избежать подобных ошибок.
Определение параметров
Во всех случаях для правильного выбора насоса, прежде всего, необходимо определить его рабочие параметры -- расход (Q) и напор (H).Требуемый расход воды определяется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта, с учетом вероятности их одновременного использования.
В упрощенном расчете можно пользоваться следующими нормами водопотребления для сантехнических приборов:
- умывальник - 60 л/ч,
- смывной бачок унитаза - 83 л/ч,
- кухонная мойка - 500 л/ч,
- душ - 500 л/ч,
- ванная - 300 л/ч,
- поливочный кран - 1080 л/ч.
Полив газонов и цветников требует 3-6 м3 воды на один м2, расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива. Сауна или баня потребует около 1000 л/ч.
Для расчета требуемого напора используется формула:
Нтр = Нгео + S + Нсвоб, где
Нгео - высота ввода трубопровода в здании относительно динамического уровня воды в скважине (численное выражение динамического уровня должно обязательно присутствовать в паспорте скважины);
S - сумма потерь напора на трение в трубопроводе и местные сопротивления (арматура, фасонные детали, фильтры и т.д.);
Нсвоб - напор, который необходимо создать на вводе в здание, с расчетом обеспечения на самой удаленной и высоко расположенной водоразборной точке давления 0,5 атм.
Параметры скважины принципиально важны для пользователя, так как используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины буровиками должны быть указаны такие параметры как статический уровень, динамический уровень, дебит скважины. Эти данные определяются экспериментально организацией, проводившей буровые работы. Очевидно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины использовался насос заведомо меньшей мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта в соответствии запросам потребителя. И хотя на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать сложно (это государственный документ, требующий множества разрешений и согласований), необходимо требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробные данные по скважине, в том числе - осведомиться и о мощности насоса, которым проводилась откачка воды при определении динамического уровня. Заключая договор на буровые работы, следует обращать внимание на наличие лицензии у подрядчика. Только серьезные фирмы всегда по окончанию работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, где четко прописаны все упомянутые характеристики, а также диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и т.д. - вплоть до рекомендованной марки насоса и глубины его установки.
Параметры требуемых Q и Н для дополнительного оборудования (джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, "дождевалки" и т.д.) указываются производителями. При установке водоочистных фильтров учитываются потери напора (обычно около 2 атм) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.
Пример расчета
Исходные данные:Требуется обеспечить водоснабжение загородного участка с двухэтажным коттеджем (кухня, два санузла и душ с гидромассажем требуют расхода 1 м3/ч и напора 4-5 атм.), гаражом, домом для обслуживающего персонала (содержит санузел), баней, бассейном на 45 м3, поливом территории, системой водоочистки. На участке постоянно проживает семья из четырех человек и два человека из числа персонала. Для водоснабжения участка пробурена скважина глубиной 80 м; диаметр обсадной колонны - 150 мм; статический уровень - 46 м; динамический уровень - 50 м; расход, измеренный при откачке - 3,5 м3/ч.
Расчет:
С учетом норм расхода воды (см. в начале статьи) получаем суммарный расход и напор потребителей:
Qсум = 500 + 3 ґ (60 + 83 + 500) + 1000 + 1000 + 2 ґ 1060 = 6500 л/ч = 6,5 м3/ч
Нтр = 50 + 8 + 20 + 2 + 30 = 110 м
Ввиду невозможности и нецелесообразности использовать все водоразборные точки сразу, можно определить требуемый расход как 5 м3/ч.
Расчетным данным удовлетворяет насос с (Q = 5 м3/ч, H = 120 м); его характеристика показана на рис. 1.
Этим обеспечивается достаточный расход для кухни, одного санузла и полива. (Подразумевается, что хозяева не будут одновременно с поливом территории из обоих кранов использовать баню и принимать ванную, мыться в душе и наполнять бассейн.) Для обеспечения давления на поливочные установки и гидромассаж дешевле использовать отдельные насосы - это позволит не держать под высоким давлением весь водопровод и сделает работу погружного насоса более стабильной, а систему гибкой и независимой (с помощью дополнительного насоса всегда можно получить высокое давление в любой точке разбора). Бассейн будет наполняться ночью. При этом с помощью задвижки на оголовке следует "задросселировать" насос (создать дополнительное сопротивление), чтобы при работе по заполнению бассейна подача не превышала допустимой - 6,5 м3/ч.
Если мощность завышена
Рис.1. Рабочие характеристики правильно подобранного насоса.
Самостоятельный выбор насоса заказчиком, предъявляющим завышенные требования по расходу и напору, часто приводит к выбору насоса слишком большой мощности. Как уже говорилось, при установке модели завышенной мощности возможны осложнения.
Во-первых, так как при подобном выборе номинальная подача значительно превышает средние потребности по воде, насос будет работать в режиме частых включений/отключений. Фирмы-изготовители допускают до 30 включений насоса в час, но только в течение одного часа в сутки, при общем ограничении - 60 циклов за день. В любом случае частые включения негативно сказываются на ресурсе работы электродвигателя и пусковой автоматики. Для избежания этого потребуется установка мембранного бака большого объема.
Во-вторых, при завышенной мощности насоса, как следствие будет завышено и давление воды на вводе в дом. В момент пуска такого насоса неминуемо будут возникать сильные гидравлические удары. Некоторая арматура может быть просто не рассчитана на такое давление (посудомоечные и стиральные машины, смесители), потребуется дополнительная установка редукторов давления для снижения напора.
Рис.2. Насос подобран не правильно: рабочая точка смещена вправо.
В третьих, во время наполнения бассейна, насос будет работать на "открытую трубу", не создавая при этом давления. В таких условиях наблюдается большой расход воды при минимальном давлении. Рабочая точка насоса смещается на кривой характеристики вправо, в область, несоответствующую рабочей зоне насоса (рис.2). Мощность на валу будет максимальной, и при длительной работе в таком режиме двигатель выйдет из строя.
Следствием применения насоса с завышенной мощностью будет общее удорожание всей системы, вызванное применением более мощной электротехнической аппаратуры, материалов и арматуры с большим допустимым рабочим давлением, увеличением диаметров трубопровода и скважины, а также удорожанием водоочистки.
Если номинальная подача насоса превышает дебит скважины, необходима установка дополнительной защиты по "сухому ходу". Дросселирование и настройка насоса приведут к перерасходу электроэнергии.
Иначе говоря, при обеспечении возможности одновременного использования всех водоразборных точек посредством установки насоса завышенной мощности, стоимость системы водоснабжения возрастает. При этом реальное водопотребление будет значительно меньшим.
Поэтому, хотя конечный выбор всегда останется за заказчиком, дешевле и правильнее выбирать насос с учетом реальных потребностей и при помощи специалистов. Удовлетворить требования пользователя к системе водоснабжения при соблюдении правил ее монтажа и эксплуатации можно, избрав оптимальный в данной ситуации насос с пологой рабочей характеристикой.
Для системы водоснабжения из рассмотренного выше примера может быть выбран насос (рис.1). В зоне возможных подач (от 4 до 8 м3/ч) у этой модели кривая зависимости напора от расхода имеет пологий вид, то есть при малых расходах воды не случится слишком большого повышения напора. В то же время некоторый допустимый запас при расчете водопотребления исключит возможность нехватки воды.
Монтаж насоса и ввод в эксплуатацию
В любом случае, какой бы насос не был выбран, при монтаже необходимо выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. При вводе в эксплуатацию следует замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения любой емкости известного объема, например бочки), создаваемое давление (по показанию манометра на оголовке) и потребляемый при этом ток (замеряется токовыми щипцами).Полученные характеристики сверяются с паспортными данными насоса по каталогу. При превышении рабочих параметров (как правило, некоторый запас мощности предусматривается, например, для последующей установки фильтров) необходимо прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установления правильной рабочей точки - середина характеристики Q (Н).
Монтаж, как и выбор насоса, должны осуществлять подготовленные специалисты, монтажная компания должна иметь лицензию на установку данного оборудования.
Защита скважинного насоса
Еще до выбора и приобретения насоса необходимо получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Это особенно важно при выборе импортного насоса. Все поставляемое из-за рубежа оборудование соответствует в первую очередь промышленным нормам страны-производителя. Так для всех немецких насосов допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет от +6 до -10%. Несмотря на все встроенные защиты, насос не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, все возможные просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электродвигателя. Здесь следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов также от неполнофазных режимов работы. Не рекомендуется устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт может превышать номинальный в 4,4 раза! Для стабилизации напряжения в пределах рабочего диапазона при таких скачках потребуется стабилизатор с пятикратным запасом мощности (точнее выбор проведут производители стабилизаторов). Иногда для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, чем корректную работу однофазного насоса.По статистике около 85% отказов происходит именно с электрической частью насоса. Основной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора вследствие перегрева из-за гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. И того и другого можно избежать, установив надлежащую токовую защиту. Обычный пускатель с токовой защитой вполне справляется с этой задачей, однако некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. Итог такой халатности несложно подсчитать: придется заплатить за подъем насоса из скважины, его ремонт (цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Сумма может превысить стоимость нового насоса.
Словарь терминов
Водопроводная система индивидуального строения, функционирующая от скважины на участке, является оптимальным вариантом. С ее помощью можно добиться полной независимости от специализированных служб, снабдив жилище необходимым объемом воды. Однако перед устройством понадобится приобрести определенное оборудование, которое должно соответствовать поставленным задачам.
Система может быть организована по-разному. Наиболее простым, но не самым удачным, является вариант, при котором вода подается из скважины к местам потребления без дополнительных приспособлений. Данная схема подразумевает частое включение и выключение насоса при эксплуатации. Даже при кратковременном открытии крана будет совершен запуск насосного устройства.
Вариант с прямой подачей воды может использоваться в системах с минимальным разветвлением трубопроводов, если при этом в строении не планируется проживать постоянно. При расчетах основных параметров должны учитываться некоторые особенности. В первую очередь это касается создаваемого напора. С помощью специального калькулятора можно быстро произвести вычисления для определения давления на выходе.
Калькулятор расчета напора скважинного насоса для систем с прямой подачей воды
Об основных особенностях проведения расчетов
При постоянном проживании и наличии большого количества точек разбора воды в строении лучше всего устраивать систему с наличием гидроаккумулятора, позволяющего уменьшить количество рабочих циклов. Это положительно скажется на сроке службы насоса. Однако подобная схема сложна в устройстве и требует установки дополнительной емкости, поэтому иногда ее применение нецелесообразно.
При упрощенном варианте гидроаккумулятор не монтируется. Управляющее реле регулируется так, чтобы включение всасывающего устройства осуществлялось при открытии крана, а выключение – при его закрытии. Из-за отсутствия дополнительного оборудования система является более экономичной.
В подобной схеме насос для скважины должен:
- обеспечить качественный подъем воды непосредственно до наиболее высокой точки без каких-либо перебоев;
- преодолеть без лишних сложностей сопротивление внутри труб, которые проходят от скважины до основных точек потребления;
- создать в местах водоразбора давление, предоставляющее возможность применять различные сантехнические приборы;
- обеспечить хотя бы небольшой эксплуатационный резерв, чтобы скважинный насос не работал на пределе своих возможностей.
При правильном проведении расчетов приобретенное оборудование позволит создать надежную систему, обеспечивающую подачу воды к местам водоразбора напрямую. Конечный результат выдается сразу в трех величинах, так как в технической документации может быть указана любая из них.