Высота всасывания насоса: основные понятия и способы расчета

Автономная система водоснабжения – это совокупность сопоставимых технических параметров и грамотно просчитанные запасы. Одна из ключевых характеристик оборудования – высота всасывания насоса. Рассмотрим, что это такое, как параметр связан с кавитацией, что может влиять на снижение заданного значения. Читайте – и вы узнаете про расчеты и способы повышения заявленного параметра.

Необходимость расчета высоты всасывания

Допустимая высота всасывания – это предельная глубина, с которой насос может без снижения производительности поднимать воду по магистрали. Параметр имеет ограничения из-за атмосферного давления, сопротивления в трубопроводе и прочих факторов, объясняющих снижение максимального напора.

При более детальном рассмотрении следует выделить следующие моменты, от которых зависит итоговое значение:

• плотность и вязкость рабочей среды – чем больше, тем меньше высота;
• температура – чем теплее, тем слабее напор;
• длина и поперечное сечение трубопровода – влияет на суммарное сопротивление, преодолеваемое потоком в контуре.

Рассмотрим несколько наглядных примеров:

• атмосферное давление – в горах нужны более мощные установки, у моря подъем будет соответствовать заданным характеристикам;
• состав – с песком воду невозможно поднять с ожидаемым напором на заявленную высоту;
• температура – при нагревании воды на 40-50 ℃ высота всасывания может значительно уменьшиться из-за увеличения давления насыщенных паров (иногда в несколько раз по сравнению с расчетным значением);
• магистраль – особенно много потерь приходится на повороты и фитинги.

Выполнение расчетов высоты всасывания позволяет решить несколько технически важных задач. Например, если у имеющегося насоса заданный параметр совпадает с фактическим уровнем воды в источнике, то вероятность снижения напора или его отсутствия будет близка к 50-100%. В таком случае придется заменить устройство на более мощную модель.

Причина простая: на практике лабораторные условия соблюсти невозможно, так как сопротивление магистрали и состав воды всегда отличаются от испытательных в «большую​​» сторону.

Выделяют следующие высоты подъема исходя из работы насоса и прочих факторов:

• геометрическая – вертикальный параметр или «прямое» расстояние между уровнем воды в источнике и крайней верхней точкой системы;
• полная – общая протяженность контуров со всеми отрезками и фитингами.

Для расчета геометрического значения просто определяют разницу между точками забора и подачи жидкости (например, глубина скважины будет соответствовать искомой величине). Чтобы выяснить полную высоту всасывания, нужно использовать формулу, где суммируют геометрическое значение, потери напора в рабочей магистрали и необходимое давление на выходе (если оно предусмотрено проектом).

Пример №1: есть скважина глубиной 20 м, линия протяженностью 35 м, диаметр труб равен 25 мм и условные потери (10%) на 3,5 м. Тогда мы получим 58,5 метров из расчета на 2 бара на выходе.

Пример №2: есть колодец на 6 м, точка подачи находится в 2-х метрах над ним, тогда искомая величина будет равна 8 м.

Пример №3: известна высота напора и потери в 2 м (близко для 20 м контура сечением 25 мм). Тогда нужно оборудование с высотой всасывания воды на 10 м. Плюс технический запас в 10-15% – получим рабочие 11-11,5 м.

Обратите внимание: 10% – это не точное значение. Существуют готовые таблицы, в которых указаны фактические потери для различных по составу и диаметру труб.

Вычисления производят с учетом конкретных условий, в которых запланирована эксплуатация насоса. А это атмосферное давление, состояние рабочей среды и технические особенности магистрали. Как результат, будет получено точное значение. А ближайший запас по высоте перекроет возможные отклонения от расчетных параметров.

Высота всасывания и кавитация насоса

Кавитация – это образование пузырьков в жидкости, наполненных паром или газом. При этом, если вода находится в движении, явление сопровождается практически мгновенным схлопыванием этих пузырьков из-за столкновения с препятствиями в трубопроводе. Протекание кавитационного процесса происходит, когда давление в насосе становится ниже давления насыщенных паров.

Как результат:

• производительность – можно одновременно наблюдать снижение напора и КПД, а также повышение расхода энергии и нагрузки на насос;
• шум и вибрация – их создают микровзрывы;
• эрозия – взрывная энергия провоцирует механическое разрушение внутренних элементов оборудования, что проявляется в износе и повреждении комплектующих.

Чтобы предупредить кавитацию, необходимо подобрать насос, предельно допустимая высота всасывания которого не будет превышена в процессе его эксплуатации. Рекомендуемый режим работы – 75-80% от предела. Для определения этого порога можно использовать формулу: h = P/(p*g).

Здесь:

• P – давление, создаваемое оборудованием;
• p – плотность рабочей среды;
• g – ускорение свободного падения.

Пример: возможное давление составляет 390 000 Па, плотность воды принимаем ≈1000 кг/м³, g = 9,81 м/с². Тогда расчетная высота всасывания составит около 39,7 м.

Обратите внимание: метраж включает глубину погружения насоса и горизонтальную часть магистрали, где 10 метров соответствует 1 метру вертикального контура.

Есть такое понятие, как кавитационный запас насоса. Простыми словами, это обеспечение давления в зоне всасывания, необходимого для поддержания воды в жидкой фазе. При этом не должно быть зависимости от разряжения внутри рабочего колеса. Параметр обычно прописывают в паспорте с идентификатором NPSHr. Измеряется он в метрах.

Способы увеличения высоты подъема

Рассмотрим вопрос относительно уже организованного, рабочего автономного водоснабжения. Если возникла необходимость в повышении обозначенного параметра, то проще всего заменить имеющийся насос на более мощную модель. Но это не единственный вариант, так как его характеристик может быть вполне достаточно даже с учетом внесенных изменений в трубопроводную систему.

Вот что еще можно предпринять:

• проверить насосную станцию на герметичность;
• снизить сопротивление в водопроводной системе;
• добавить внешний эжектор или еще один насос.

Если установлен поверхностный насос, то следует удостовериться в отсутствии протечек через прокладки и уплотнения, так как это самые слабые места оборудования. Они чаще всего становятся причиной падения напора в системе. Также проблема может заключаться в поврежденном рабочем колесе. Если все в порядке, то переходим ко второму или третьему пункту.

Резюмируем

Высота подъема насоса – это одна из ключевых характеристик оборудования.

Выбирая его для системы водоснабжения, необходимо грамотно подойти к соотнесению водопровода и заданного давления с напором, максимальной высотой подъема и кавитационным запасом насоса.