От чего зависит напор. Насосное оборудование и все, что с ним связано.

Определение напора насоса.

Следующим важным параметром, по которому подбирается циркуляционный насос, является напор .

Как мы уже отмечали в предыдущей статье, насос "заставляет" теплоноситель "бегать" по замкнутому контуру, разнося тепло по комнатам дома.

На своем пути вода встречает повороты, ответвления, сужения и расширения участков трубопровода. Кроме того, ей приходится проходить целый ряд важных элементов системы отопления: фильтр грубой очистки, запорную и регулировочную арматуры, теплообменник котла и т.д.

Все перечисленные участки пути, по которым бежит вода, оказывают сопротивление ее движению. Чтобы преодолеть это сопротивление и вовремя доставить тепло нуждающимся в этом помещениям, воде нужно передать определенную побуждающую силу.

Вот этой силой и является т акая важная характеристика, как напор, который измеряется в метрах водяного столба. Этот параметр, по сути, показывает: на какую высоту данный насос может поднять воду. Если он может поднять воду на эту высоту, то, соответственно, передаст воде такую же силу для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода и элементов системы отопления на всем пути ее следования.

Спешим, однако, сказать, что в системе отопления сама геодезическая составляющая (количество этажей в здании, этаж, на котором стоит циркуляционный насос, а также этаж, на котором находится самый последний по высоте отопительный прибор и т.д.) не имеет никакого значения. В отличие от системы водоснабжения, где насосу приходится поднимать воду от одной точки до другой и создавать избыточное давление, система отопления является замкнутой. Теплоноситель в контуре течет за счет перепада давления, которое создает насос.

Отталкиваться нужно от потерь давления в самой системе отопления.

Представьте, что вам нужно перевезти мебель из одного места в другое.

С чего вы начнете решение этой задачи?

Вы станете заказывать машину или сначала посмотрите объем мебели?

Конечно же, прежде чем заказывать машину, вам нужно увидеть объем перевозимого груза. Это поможет определиться с маркой машины, ее грузоподъемностью и вместимостью.

Также обстоит дело и при выборе напора насоса.

Чтобы понять, какой нужен напор, необходимо посчитать каким гидравлическим сопротивлением обладает сама система отопления, и какое препятствие она будет создавать движению воды.

Для этого расчета используют формулу:

ΔP = 1,3 * Σ + ΣZ, где

ΔP - потеря давления в системе, Па (измеряется в Паскалях);

Как мы уже говорили, напор насоса измеряется в метрах, а систему считаем в Паскалях. Как соизмерить эти единицы, поговорим чуть дальше.

R - потери давления в трубах, Па/м;

L - длина труб в метрах всего контура отопления (подача и обратка), по которому циркулирует теплоноситель. Расчет ведется по самому длинному и нагруженному контуру (если контуров несколько). Также следует учитывать изменение диаметра трубопровода на разных участках. Поэтому длина конкретного участка считается отдельно.

Z - потери в других элементах системы, Па;

Σ - сумма (символ не несет конкретной цифры, а обозначает сумму тех чисел или параметров, который следуют за ним).

Применение формулы на практике.

По нанесенной на план схеме отопления, где уже проставлена тепловая нагрузка на каждый участок системы (нагрузку считаем, используя методику, приведенную в предыдущей статье), находим самое длинное циркуляционное кольцо. Если диаметр трубопровода на протяжении всего кольца не меняется, то просто записываем его длину. Если кольцо имеет трубы разного диаметра, то считаем общую длину труб каждого диаметра, включая подачу и обратку.

1. сопротивление, заложенное в проекте (от 100 до 150 Па/м);
2. сопротивление, создаваемое величиной расхода в зависимости от выбранной скорости движения теплоносителя - оптимальной считается скорость равная 0,3 - 0,7 м/c (по принципу: чем больше расход теплоносителя протекает через одно и то же сечение трубы, тем больше сопротивление движению теплоносителя оказывают внутренние стенки трубы и других элементов системы).

Первый способ - самый легкий для расчета. Сопротивление участков трубы закладывается на стадии проекта по показателям, выверенным на практике и прошедших апробацию в течение продолжительного времени.

Что это за показатели?

Это закладываемое сопротивление участка трубы вне зависимости от ее внутреннего диаметра, равное 100 - 150 Па/м.

Как это делается?

Практикой установлено, что гидравлическое сопротивление трубопровода, равное 100 - 150 Па/м, является наиболее приемлемым с точки зрения оптимизации по: стоимости материала, трудозатратам, выполнению требований СНиП, а также будущим энергозатратам, связанным с работой циркуляционного насоса и других устройств.

Поэтому, заложив, к примеру, сопротивление, равное 100 Па/м, проектировщик приступает к расчету расхода теплоносителя на магистралях, ветках, стояках и т.д., по которым тепло движется в отапливаемые помещения.

Рассчитав тепловые нагрузки и пользуясь заложенными в проект сопротивлением (100 Па/м), проектировщик увеличивает или уменьшает внутренний диаметр трубопровода.

А чем пользуется проектировщик, чтобы понять: когда сопротивление трубопровода при расчетной величине лежит в пределах заложенного сопротивления, а когда выходит за этот предел?

Хотя для этого есть специальные формулы, в большинстве случаев пользуются готовым таблицами, взятыми у производителя трубопровода или из приложений справочников. Пример такой таблицы вы можете посмотреть ниже (для увеличения картинки кликните левой кнопкой мышки по изображению).

Итак, чем же прост этот способ расчета сопротивления отопительной системы дома?

Тем, что измерив длину труб самого протяженного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку), вы умножаете ее на 100 Па/м и получаете гидравлическое сопротивление основного циркуляционного кольца.

Затем полученную цифру увеличиваете на 30% (в большинстве случаев этого достаточно, чтобы учесть потери давления на угольниках, тройниках, не считая их количество и их КМС - коэффициент местного сопротивления).

Далее к полученной цифре вы прибавляете потери давления на фильтре грубой очистки в чистом состоянии (данные берутся в каталоге конкретного производителя), потери давления в котле и потери давления на запорной и регулировочной арматуре. Все перечисленные данные берутся из паспортов или каталогов конкретного производителя.

Выполнив все действия, вы рассчитали потери давления в основном циркуляционном кольце системы отопления.

"Очень долго и сложно", - скажете вы.

Нет! На самом деле, на практике все происходит гораздо быстрее. И пример, рассмотренный ниже, доказательство этому.

Давайте посчитаем потери давления в системе отопления жилого дома, для которого мы рассчитывали расход теплоносителя.

Напомним, площадь дома равна 490 м 2 .

Предположим, что дом четырехуровневый с цокольным этажом, где находится котел и насос. В результате замера, учитывая выбранную схему системы отопления, длина всех труб самого длинного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку) у вас получилась 90 м.

В проекте вы решили заложить потери давления в трубопроводе, равные 150 Па/м. В системе у вас заложен фильтр грубой очистки с потерями давления 5000 Па (из каталога производителя). Также установлен котел, потери давления в котором составляют 1770 Па. И не забудем добавить 30% потерь давления от потерь трубопровода на повороты, сужения и ответвления.

Подставляем полученные значения в формулу и получаем:

1,3 * (90 * 150) + 1770 + 5000 = 24320 Па.

Таковы потери давления в нашей системе.

Чтобы подобрать насос, переведем Паскали в метры.

1 м = 9807 Па (или приблизительно в 1 м - 10000 Па).

В нашем случае мы получили потерю давления в системе отопления, равную

24320 / 9807 = 2,48 м.

А теперь будем подбирать насос, но сначала поговорим о таких понятиях как:

• кривая работы насоса;
• рабочая точка насоса;

Наличие в системе отопления циркуляционного насоса – несомненный плюс. Оборудование повышает КПД сети, способствует оптимизации расходов на энергоносители. Есть немаловажное условие достижения такого результата. Важно знать, какое давление циркуляционного насоса, как подобрать прибор, на что стоит обратить внимание при монтаже в действующую сеть. Иначе не миновать неприятных сюрпризов: вместо повышения КПД – увеличение цифр в платежных квитанциях.

Роль циркуляционного насоса в системе отопления

Часто потребители путают насосы для повышения давления с циркуляционным оборудованием. Задача устройств первого типа – увеличить напор в водопроводных и других коммуникациях, обеспечить вертикальный подъем жидкости.

У циркуляционного прибора приоритеты иные – он обеспечивает скорость тока теплоносителя в системе отопления. Существуют два типа внутридомовых сетей:

• с естественным обращением воды по замкнутой цепи;
• с принудительной циркуляцией.

Поэтому уместнее говорить не о том, какое давление выдает циркуляционный насос, а о скорости движения жидкости. При естественной циркуляции теплоноситель движется по трубам за счет давления, создаваемого в системе из-за разницы уровней начала цепи и верхней точки. Схематично сеть выглядит так:

Все трубы расположены с небольшим уклоном для создания давления в контуре. Иначе теплоноситель будет продвигаться крайне медленно, и вода остынет в первом радиаторе. В определенной мере это относится к любой гравитационной системе: чем длиннее отопительный контур, тем сильнее остывает теплоноситель.

Поэтому в теплосеть встраивают циркуляционный насос. Обычно прибор рассчитан на работу в трех скоростных режимах. Роторный двигатель разгоняет теплоноситель, жидкость быстрее перетекает по трубам и радиаторам. Для цепи длиной 80 м вполне достаточно скорости в 1,5 м/с. Как правило, это второй режим работы.

ВАЖНО ЗНАТЬ: В двухэтажных домах целесообразно устанавливать насосы на каждом уровне, особенно если сеть начинается в цоколе, а заканчивается в мансарде.

Пример системы отопления с двумя циркуляционными насосами

Как рассчитать давление в циркуляционном насосе

Однако некорректно полагать, что понятие давление неприменимо к циркуляционному оборудованию. Увеличение скорости теплоносителя невозможно без повышения данного параметра. Это взаимосвязанные показатели, напрямую влияющие на производительность.

Определение производительности

Для циркуляционного оборудования производительность – объем перекачиваемого теплоносителя. При этом учитывают нагрузку на прибор. Чем ниже скорость и выше отдача, тем лучше КПД. Для устройств с мокрым ротором, которые используются в бытовых сетях, КПД составляет порядка 60%. На его поддержание и направлены усилия по обеспечению производительности.

Формальные подсчеты свидетельствуют, что продуктивность насоса должна составлять порядка 0,6 м напора насоса на 10 м теплоносителя. Одновременно принимают во внимание нормативы по поддержанию тепла, которые рассчитывают следующим образом: для отопления 10 кв. м необходим 1 кВт мощности отопительного оборудования.

Исходя из полученных данных, вычисляют нужное количество радиаторов и объем перекачиваемой жидкости. Насос выбирают немного большей мощности, т.к. неизбежны эксплуатационные потери.

Основная информация относительно эксплуатационных характеристик обычно указана прямо на корпусе насоса

Параметры давления

Применительно к насосному оборудованию параметр «давление» подразумевает уровень вертикального подъема воды на определенную высоту. Многие производители выносят этот показатель в маркировку моделей и обязательно указывают в паспорте. Например, сочетание цифр 25-40 означает:

• 25 – сечение труб в системе отопления (в мм). Параметр может быть указан в дюймах: 1″ или 1¼” (1,25″ = 32 мм);
• 40 – высота подъема жидкости. Максимальная – 4 м, а давление – 0,4 атмосферы.

Какое давление создает циркуляционный насос, зависит не только от движения теплоносителя по вертикали. При циркуляции воды по горизонтали происходит потеря производительности.

Номинальный подъем на 4 м не означает, что насос используют «на полную катушку». Производитель закладывает параметры, учитывающие движение по сети, в которой жидкость поднимается в верхнюю точку сначала радиатора, а затем и всей системы (например, при разводке обратки по верху).

ВАЖНО ЗНАТЬ: Предельная скорость движения теплоносителя в бытовых сетях составляет 1,8-2 м.

При многоконтурной системе отопления на каждую «ветку» устанавливают отдельный прибор для циркуляции теплоносителя

Что влияет на работу циркуляционного оборудования

Паспортные расчеты и параметры не учитывают индивидуальные условия эксплуатации. Это стоит принять во внимание при выборе оборудования и затем в процессе работы. Производительность во многом зависит от внешних условий, среди которых выделяют:

• температура окружающей среды. Например, запуск системы отопления после длительного простоя, особенно в зимний период, влечет повышение нагрузки на прибор, пока не прогреется помещение, и не разгонится сам насос;
• диаметр труб – мощность напрямую зависит от сечения коммуникаций. Чем больше Ø, тем мощнее должно быть оборудование. Иначе устройство не справится с повышенной нагрузкой;
• встраивать в систему насос с диаметром труб, превышающим или меньше Ø теплосети, не рекомендуется. Несоответствие отразится на производительности.

Чтобы не ошибиться в выборе устройства необходимой мощности, лучше всего обратиться к специалистам. Профессионалы выполнят расчеты, посоветуют оптимальную модель. На них можно рассчитывать при установке насоса, а практические советы и рекомендации поспособствуют грамотной и рациональной эксплуатации прибора.

Видео: циркуляционный насос как повышающий

Подбор насоса по техническим параметрам

В этой статье Вы узнаете в целом как определить параметры необходимые в любом конкретном случае. Рассмотрим задачи с их решением. Вам не придется брать консультацию у продавцов тех или иных насосов. А если Вы начинающий профессионал по системам и , то данная статья будет служить хорошим путеводителем по насосам.

Это универсальная методика подбора насоса . Марок и типов насосов огромное количество, а параметров в десятки раз больше.

По моей методике подбора насоса, Вы узнаете:

Какие бывают параметры насосов

Для систем водоснабжения и отопления необходимы основные два параметра:

Напор насоса – это сила давления, создаваемая лопастями или поршнем насоса, приложенная к тому, чтобы протолкнуть воду. Обычно указывается в метрах.

Расход насоса - Это количество проходящей жидкости в единицу времени. То есть это способность насоса качать какое-либо количество литров в минуту. Обычно указывается в литрах в час. Или универсальная единица: - это кубометр в час [м 3 /ч]

Так же немало важным является тип , о них поговорим позже, скажу лишь то, что существуют такие типы как: Циркуляционный насос, погружной насос, поршневой и роторные насосы и прочее. Это зависит от вида применения.

Что касается напора. Для примера рассмотрим рисунок:

На рисунке изображена емкость, в которой находится вода, и в нее помещен насос. Насос соединен с трубой определенной длины. Конец назовем точкой потребления воды.

Приведем пример или задачу: Длина трубы 20 метров в высоту от уровня воды до точки потребления. Какой нам нужен , чтобы вода достигла точки потребления?

Решение очень простое! Нам нужен напор 20 метров! Ровно высоте от уровня воды до точки потребления.

Обратите внимание! В задаче указано, что вода должна достигнуть точки потребления, а не литься из трубы фонтаном!

Если Вы хотите понять, как найти напор, чтобы на выходе в точке потребления вода выходила фонтаном. Решим следующую задачу:

Что касается расхода , то тут расчет идет по двум основным значениям:

Что касается расхода потребления воды, то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт. Возьмем к примеру смеситель в ванной. Я опытным путем проверил, что для комфортного потока воды на выходе примерно равно: 0,25 литров в секунду. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору диаметра для водного потока.

Но, если у нас один насос на всю систему водоснабжения. То необходимо рассчитать общий поток для всех точек потребления. Желательно найти средний показатель, когда возможно максимальное включение всех приборов потребления воды. Все расходы суммировать и найти некоторый примерный средний показатель расхода.

Предположим у нас имеется две ванны и кухня. И представим к примеру, что максимум всех потреблений равно две ванны и кухня, включая и горячий поток, находим: Максимум 6 точек потребления в один прием. Это значит, умножаем средний показатель 0,25 литров в секунду на 6 точек и получаем: 1,5 литра в секунду, это равно: 90 литров в минуту.

Вот примерно от такого расчета и подбираете необходимый расход насоса.

Важно соблюдать необходимый при определенных скоростях в трубопроводе. Об этом в статье: Выбор диаметра трубы для водоснабжения .

Также имейте в виду, что в редких случаях желательно , при движении воды в трубопроводе при определенных скоростях. Если это для кого-то принципиально, то включайте в расчет напора и потери напора при определенных скоростях воды в трубопроводе. Так как чем выше скорость движения воды в трубопроводе, тем сильнее вода сопротивляется движению в трубопроводе. Об этом в статье: Гидравлический расчет на потерю напора .

Посмотреть видео:

Что касается типов насосов.

Циркуляционный насос – насос предназначен для систем отопления, для постоянного непрерывного движения воды. Обычно такой насос не предназначен для большого напора, так как он предназначен не поднять воду на определенную высоту, а лишь циркулировать ее. Так что если ваш дом высокий и последняя цепь в системе равна по высоте больше 40 метров от самого насоса, то насос имеющий напор всего лишь 2 метра способен делать циркуляцию, но при условии, что в системе отопления отсутствует воздух, который способен помешать циркуляции. Но тут есть один нюанс! Необходимо учитывать при циркуляции, и уже потом подбирать, какой напор необходим для системы. Скажу, что напор здесь подбирается тоже элементарно. Необходимо знать скорости потока в системе, при котором необходимо проталкивать воду и высчитать потери напора. И напор насоса должен быть равен потери напора. О том, как считать скорости и в замкнутых системах отопления будет рассказано в других статьях.

Насосы для водоснабжения.

Часто возникает проблема неправильного понимания термина «напор насоса».
Постараюсь объяснить что да как.
Напор насоса измеряется в метрах (м). Из-за этого часто возникает путаница. Хотя он и измеряется в метрах, напор – не геометрическая величина. Напором называется полная удельная энергия, создаваемая насосом. Удельная потому что это энергия, отнесенная к единице веса. Если отнести значение энергии к единице веса, то получим размерность метры. Не будем вдаваться в детали, но так оно и есть. Поэтому понимать, что напор – это высота, на которую насос сможет поднять жидкость, нельзя. Гидравлическая энергия, создаваемая (вернее, полученная преобразованием механической энергии) насосом, требуется для обеспечения следующих процессов:

1) Изменение скорости потока.
Расход есть
V (скорость)/S (площадь поперечного сечения)
Поэтому, если труба на входе в насос больше трубы на выходе из насоса, то изменение скорости потока изменяется обратно пропорционально. Подача не изменяется соответственно, чем больше диаметр, тем больше площадь поперечного сечения, тем меньше скорость потока и наоборот. Если скорость потока увеличивается, то на это увеличение требуется затратить энергию.
Такая ситуация встречается довольно часто. Из теории известно, что с увеличением скорости падает давление, поэтому всасывающий патрубок насоса (и, соответственно, трубопровод) делают больше нагнетательного. Если давление в насосе опустится ниже давления насыщенных паров, то возникнет кавитация, что недопустимо. Поэтому давление на входе всеми силами стараются сделать как можно выше.

2) Создание перепада давлений
Жидкость в трубопроводе, находящаяся в состоянии покоя, может быть сдвинута с места только если вывести ее из состояния равновесия. Сделать это можно, изменив значения давлений на входе и выходе из трубопровода. Тогда жидкость будет двигаться от большего давления к меньшему. К тому же, иногда на выходе требуется иметь высокое давление (например, при закачивании воды в резервуар с высоким давлением воздуха). Изменение поля давлений также требует затрат энергии.

3) Изменение уровня расположения жидкости
Если надо перекачать воду из верхнего резервуара в нижний, то никакой насос не нужен. Под действием силы тяжести вода сама потечет вниз.
Однако при необходимости перекачать воду из нижнего резервуара в верхний требуется затратить энергию.

4) Преодоление потерь
Многие забывают об этом пункте, многие о нем даже не слышали.
Существует два вида потерь: потери по длине (их еще называют потери на гидравлическое трение) и потери на местные сопротивления. Все потери зависят от скорости потока (от расхода).
Потери по длине возникают по всей длине трубопровода и зависят от его длины, диаметра и коэффициента гидравлического трения материала.
Потери на местные сопротивления возникают везде, где имеется изменение режима течения потока, а именно:
- при изменении направления движения потока (колено, разворот трубы)
- при изменении размеров трубопровода (внезапное или постепенное расширение или сужение трубопровода)
- на запорно-регулирующей арматуре (задвижки, краны, клапана)
Потери на местные сопротивления имеют коэффициент сопротивления в зависимости от типа сопротвления.

Таким образом, знание высоты, на которую нужно поднять жидкость, не является достаточным для выбора насоса по напору.
Более того, напор, который должен создавать насос для данной системы , зависит от подачи. Более подробно алгоритм подбора насоса будет рассмотрен в следующих конференциях.

Работа насоса в системе вызывает приращение удельной энергии жидкости, т. е. энергии, отнесенной к 1 кг массы жидкости. Полная удельная энергия перекачиваемой жидкости при входе в насос (сечение l— l на рис. 2.8)

где z1 — расстояние центра тяжести сечения 1—1 от плоскости сравнения, м; р1 и v1 — соответственно давление, Па, и скорость жидкости, м/с, на входе в насос.

Схема работы центробежного насоса рис. 2.8

Полная удельная энергия при выходе из насоса (см. сечение 2—2 на рис. 2.8)

где Z 2 - расстояние центра тяжести сечения 2—2 от плоскости сравнения, м; P 2 и v 2 — соответственно давление, Па. и скорость жидкости, м/с, на выходе из насоса.
Приращение удельной энергии или полезная удельная работа составит

откуда давление, развиваемое насосом,
Для гидравлических расчетов применяется понятие напора, представляющего собой удельную энергию жидкости, отнесенную к единице ее веса и выраженную в метрах столба этой жидкости H=p/pq.
Из соотношения (2.19) следует, что напор, развиваемый насосом, равен

Манометрическим напором называют сумму первых двух членов соотношения (2.20)

т.е. напор насоса равен манометрическому напору плюс разность скоростных напоров во всасывающем и напорном патрубках насоса. В действующих насосных установках манометрический напор

где Км и Кв— коэффициенты пересчета; Вя и Вв — показания соответственно манометра и вакуумметра; Дг—расстояние между цапфами манометра и вакуумметра, м.

Если манометр и вакуумметр имеют шкалу, градуированную в кгс/см2, то Км=Kв = 10; если вакуумметр градуирован в мм рт. ст., то Кв = 0,0136; если же манометр градуирован в МПа, а вакуумметр в кПа, то Км=98,1 (приближенно 100), Кв = 0,0981 (приближенно 0,1).
В случае расположения осп насоса ниже уровня жидкости в приемном резервуаре манометрический напор определяют по соотношению

где Вм1 и Вм2 —показания манометров соответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса.
При проектировании насосных установок напор, который должен развивать насос, определяют по формуле

где Нг.в и Нгг.н — геометрическая высота соответственно всасывания и нагнетания; hn.B и hп.н — потери напора соответственно во всасывающем и напорном (нагнетательном) трубопроводе.
Следовательно, напор, развиваемый насосом, равен сумме геометрических высот всасывания и нагнетания плюс сумма потерь напора при движении жидкости от приемного резервуара (камеры) до излива из напорного трубопровода.