Исходные данные:
- Центробежный самовсасывающий насос для водоснабжения из колодца.
- Максимальный потребный расход на дом, баню и полив составляет 2,4 м³/ч.
- На входе в насос предусмотрена труба ПНД 32 мм, SDR 13,6 (толщина стенки 2,4 мм).
- Длина трубы по горизонтали — 10 метров.
- Геодезический перепад высот — 4 метра.
Цель расчета – удостовериться, сможет ли насос при заданных условиях засасывать воду без кавитации.
Не пугайтесь, основ школьной математики и умения пользоваться калькулятором будет достаточно для решения задачи.
Расчет:
Геодезический перепад высот нам известен и составляет 4 метра.
Это расстояние по вертикали от оси насоса до зеркала воды в источнике водоснабжения (скважине, колодце, реке и т.п.). Для упрощения задачи мы приняли допущение, что уровень воды в колодце во время работы насоса не изменяется. Если вам известно насколько понижается уровень воды в вашем колодце во время длительной работы насоса, то берите для расчета это новое значение.
Определение потерь на трение по длине трубы:
Нет необходимости вести расчет по сложным формулам для разных значений расхода жидкости, диаметра и материал трубы. Этот труд уже давным-давно выполнен специалистами, результаты измерений которых сведены в соответствующие справочные таблицы. Промышленность выпускает трубы из различных материалов. Есть таблицы для стальных, чугунных, пластиковых, стеклянных, цементных и других труб. Но важно не только найти корректную таблицу по материалу, но и правильно ей воспользоваться и понять результат. Ведь одни трубы маркируются по внешнему диаметру, другие по внутреннему, третьи маркируются по условному диаметру в дюймах, в некоторых таблицах результаты приводятся в сантиметрах, в других в метрах, в третьих в метрах на 100 метров прямого участка. Более того в одних таблицах потери зависят от расхода жидкости и диаметра трубы, в то время как в других потери могут быть приведены для различных скоростей протекания жидкости (ведь скорость жидкости есть не то иное как функция расхода жидкости и диаметра трубы). Будьте внимательны. В данной статье мы намеренно привели примеры двух разных типов справочных таблиц.
Для определения значений потерь на трение в нашей трубе ПНД воспользуемся таблицей №1.
| Потери напора в метрах, на 100 метров прямого участка трубопровода | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Расход жидкости | Внешний диаметр пластикового трубопровода, мм | ||||||||||
| м³/ч | л/мин | л/с | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 75 | 90 | 110 | 125 |
| 0,6 | 10 | 0,16 | 1,8 | 0,66 | 0,27 | 0,085 | |||||
| 0,9 | 15 | 0,25 | 4 | 1,14 | 0,6 | 0,18 | 0,63 | ||||
| 1,2 | 20 | 0,33 | 6,4 | 2,2 | 0,9 | 0,28 | 0,22 | ||||
| 1,5 | 22 | 0,42 | 10 | 3,5 | 1,4 | 0,43 | 0,17 | 0,074 | |||
| 1,8 | 30 | 0,5 | 13 | 4,6 | 1,9 | 0,57 | 0,22 | 0,092 | |||
| 2,1 | 35 | 0,58 | 16 | 6 | 2 | 0,7 | 0,27 | 0,12 | |||
| 2,4 | 40 | 0,67 | 22 | 7,5 | 3,3 | 0,93 | 0,35 | 0,16 | 0,063 | ||
| 3 | 50 | 0,83 | 37 | 11 | 4,8 | 1,4 | 0,5 | 0,22 | 0,09 | ||
| 3,6 | 60 | 1 | 43 | 15 | 6,5 | 1,9 | 0,7 | 0,32 | 0,13 | 0,05 | |
| 4,2 | 70 | 1,12 | 50 | 18 | 8 | 2,5 | 0,83 | 0,38 | 0,17 | 0,068 | |
| 4,8 | 80 | 1,33 | 25 | 10,5 | 3 | 1,2 | 0,5 | 0,22 | 0,084 | ||
| 5,4 | 90 | 1,5 | 30 | 12 | 3,5 | 1,3 | 0,57 | 0,26 | 0,092 | 0,05 | |
| 6 | 100 | 1,67 | 39 | 16 | 4,6 | 1,8 | 0,73 | 0,3 | 0,12 | 0,07 | |
При известном максимальном расходе 2,4 м³/ч потери в трубе ПНД 32 мм составят 7,5 м / на 100 метров трубы.
Таким образом, на длине 14 метров (10 по горизонтали + 4 по вертикали) потери составят 14 * 7,5/100 = 1,05 м.
Определение местных потерь:
Для определения местных потерь воспользуемся таблицей №2
| Потери напора в коленах, задвижках, приемных и обратных клапанах, в см | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скорость жидкости, м/с | Колено с углом, град | Задвижка | Обратный клапан | Тройник | Приемный клапан | ||||
| 30 | 40 | 60 | 80 | 90 | |||||
| 0,4 | 0,43 | 0,52 | 0,71 | 1 | 1,2 | 0,23 | 31 | 16 | 32 |
| 0,5 | 0,67 | 0,83 | 1,1 | 1,6 | 1,9 | 0,37 | 32 | 16 | 33 |
| 0,6 | 0,97 | 1,2 | 1,6 | 2,3 | 2,8 | 0,52 | 32 | 17 | 34 |
| 0,7 | 1,35 | 1,65 | 2,2 | 3,2 | 3,9 | 0,7 | 32 | 17 | 35 |
| 0,8 | 1,7 | 2,1 | 2,8 | 4 | 4,8 | 0,95 | 33 | 18 | 36 |
| 0,9 | 2,2 | 2,7 | 3,6 | 5,2 | 6,2 | 1,2 | 34 | 18 | 37 |
| 1 | 2,7 | 3,3 | 4,5 | 6,4 | 7,6 | 1,45 | 35 | 19 | 38 |
| 1,5 | 6 | 7,3 | 10 | 14 | 17 | 3,3 | 40 | 24 | 47 |
| 2 | 11 | 14 | 18 | 26 | 31 | 5,8 | 48 | 30 | 61 |
| 2,5 | 17 | 21 | 28 | 40 | 48 | 9,1 | 58 | 39 | 78 |
| 3 | 25 | 30 | 41 | 60 | 70 | 13 | 71 | 50 | 100 |
Как видно, в данной таблице результат указан в сантиметрах и зависит он только от скорости протекания жидкости в трубе.
Скорость можно легко вычислить: V (м/с) = Q (м³/с) / S (м²)
Q – известный расход насоса (2,4 м³/ч)
Переведем м³/ч в м/с, помня, что 1 час это 3600 секунд. Получим: 2,4 м³/ч = 0,00066 м³/с
S – площадь трубы по внутреннему диаметру
Внутренний диаметр трубы ПНД 32 мм = 32 мм (внешний диаметр трубы) – 2,4 мм * 2 (две толщины стенки) = 27,2 мм = 0,0272 м
2,4 мм – известная толщина стенки (см. характеристики конкретной трубы).
Как известно S = ¶ * d² / 4 = 3,1415 * (0,018)² / 4 = 0,000254 м²
Искомая скорость жидкости: V = 0,00066 / 0,000581 = 1,14 м/с
К сожалению, в таблице №2 нет строки соответствующей именно 1,14 м/с, поэтому необходимо произвести интерполяцию от соседних значений.
Потери напора в приемном клапане составят 42 см (0,42 м).
Потери напора в повороте трубы на 90 град составят 11 см (0,11 м).
Суммарные потери на всасывании составят: 4 м (геодезический перепад высоты) + 1,58 м (потери давления) = 5,58 м.
Со временем в приемном клапане и трубе может возникнуть дополнительное сопротивление, поэтому есть смысл прикинуть, что же будет при увеличении потерь во всасывающей трубе на 10%. В нашем случае потери с учетом такого 10% запаса составят 1,58 м +10% = 1,74 м. Общие потери будут составлять 4 м + 1,74 м = 5,74 м, что все равно существенно ниже порогового значения в 8 м.
Вывод:
При указанных исходных данных насос будет способен засасывать воду без кавитации, так как общие потери во всасывающей трубе ниже гарантированной высоты подъема самовсасывающего насоса.
