Расчёт и подбор центробежного насоса по параметрам

Устройство насоса

Циркуляционный насос в разрезеУстройство насоса «сухого» типа

Посмотрим на разрез насоса. Он состоит из самого насоса и электромотора с блоком управления. Материал корпуса может быть: нержавеющая сталь, бронза, алюминий, чугун. Крыльчатка из нержавеющей стали или технополимера, закрепленная на валу двигателя, своим вращением создает принудительное движение жидкости через насос. Оси входного патрубка и ось выходного обычно расположены вдоль одной линии.Подшипники и вал циркуляционных современных насосов — из керамики, что благоприятно влияет на уровень шума и долговечность устройства.

Технические параметры

• Максимальный объем перекачиваемой воды за каждый час функционирования (м3/час).
• Напор – высота, на которую это устройство в состоянии поднять теплоноситель.
• Максимальная температура – рабочая температура является 110 С.
• Рабочая скорость – в простейших бюджетных моделях только одна, но есть и с электронным управлением и несколькими переключаемыми скоростями.

Все эти показатели указываются в техпаспорте на каждый насос, и подбирать его нужно ориентируясь на них и на потребности конкретного жилища.

Модели циркуляционных насосов также различаются по ротору, который может быть:

• «сухим»;
• «мокрым».

В первом варианте ротор в рабочем режиме только частично погружается в воду, а во втором наоборот – полностью. «Мокрые» модели являются менее шумными при функционировании, поэтому их гораздо чаще приобретают для частных коттеджей.

Как подобрать циркуляционный насос для отопления дома? Во-первых, нужно оценить тепловую потребность всех отапливаемых помещений в доме (Q). Расчет должен производиться для самого холодного период в отопительном сезоне. И хотя есть специальные методики, самостоятельно все правильно рассчитать достаточно проблематично. Делать это должен знающий и опытный теплотехник.

Для всего дома нужно умножить соответствующую цифру на квадратуру жилища. Получившийся параметр нужен для оценки необходимой производительности насоса, которая рассчитывают по следующей формуле G = Q/(1,16 х T). Где T является разницей между температурами воды в подающей и обратной трубах. В системе с наиболее распространенной двухтрубной разводкой он, как правило, равен 20 С, а для «теплого пола» – 5 С.

Во-вторых, подбор циркуляционного насоса для системы отопления производится по показателю создаваемого напора. Он должен быть достаточным, чтобы преодолеть возникающее в системе гидравлическое сопротивление.

В идеале, прежде чем укладывать трубы, а также монтировать различные фитинги и радиаторы необходимо рассчитать это общее гидравлическое сопротивление. На все комплектующие в техпаспортах указываются соответствующие значения. Но на практике приходится выполнять приближенную оценку.

По опыту иных расчетов считается, что:

• потери на горизонтальном участке любой трубы полагают в 0,01-0,015 метра;
• на фитингах же оцениваются как треть от потерь на прямой;
• краны прибавляют около 20%;
• терморегулирующие клапаны на входе радиатора увеличивают общую цифру еще на 70%.

Как сделать правильный выбор?

Подбор циркуляционного насоса для системы отопления делается на основе именно двух выше рассчитанных параметров. К каждому продаваемому устройству прилагается инструкция, где есть график с расходно-напорной характеристикой. Выглядит он как две пересекающиеся кривые линии. Пересечение их называется рабочей точкой.

Но для правильного выбора стоит учитывать еще пять простых рекомендаций:

1. Чем ближе показатели к рабочей точке на графике, тем лучше.
2. Не стоит брать устройство с «запасом». Работать он будет исправно, но при этом и без толку будет тратиться электричество. А шум от работы слишком мощного устройства вряд способен кого-либо обрадовать.
3. Все расчеты выполняются для условий работы на нагрузке по максимуму, которая может быть только при сильных заморозках. За зиму же таких дней бывает всего несколько. Поэтому насос стоит подбирать с мощностью немного ниже расчетной.
4. В большинстве моделей имеются три рабочих скорости, что позволяет хоть немного оптимизировать их работу. Переключение производится вручную, но есть и автоматизированные модели, которые позволяют довольно существенно экономить электроэнергию.
5. Корпуса высококачественных моделей выполняются из нержавейки, латуни либо бронзы. Чугунные экземпляры в таких тяжелых эксплуатационных условиях слишком быстро разрушаются.

Если во время работы появился лишний шум, то не стоит сразу же менять насос. Часто причиной является воздух, который не стравили из системы. Нужно выключить устройство и воспользоваться специальными клапанами на батареях.Вот так следует производить выбор циркуляционного насоса для системы отопления.

Какой лучше выбрать?

Перед тем как выбрать водяной насос для дома, следует сравнить преимущества и недостатки двух их основных видов:

Поверхностные насосы	Погружные
Устанавливаются стационарно. Проще в обслуживании.	Для ремонтно‑профилактических работ требуют подъема из скважины или колодца на поверхность.
Нуждаются в двух трубопроводах: всасывающем и нагнетания.	Работают только на нагнетание.
Максимальная высота всасывания — 10 м. Реальная, с учетом потерь в трубопроводе и запаса на понижение уровня воды в колодце — не более 7~8 м.	Подъем с глубины ниже 10 м.
Нуждаются в заполнении жидкостью перед первым пуском или после ремонтных работ.	Готовы к работе сразу после погружения.
Существует опасность перегрева мотора при длительной работе.	Погруженный в воду насос охлаждается как наружной водой извне, так и прокачиваемой изнутри.
Необходимость консервации на зиму для летнего варианта водопровода.	На зиму достаточно слить воду из системы.
Работа сопровождается шумом.	Бесшумны.

Таким образом, для подъема воды из колодца проще использовать поверхностный насос или насосную станцию, а из скважины — погружной роторный либо центробежный.

Регулировка скоростей циркуляционного насоса

У большинства моделей циркуляционного насоса имеется функция регулировки скорости работы прибора. Как правило, это трехскоростные устройства, позволяющие управлять количеством теплоты, которое направляется на обогрев помещения. В случае резкого похолодания увеличивают скорость работы прибора, а при потеплении ее уменьшают, притом, что температурный режим в комнатах остается комфортным для пребывания в доме.

Чтобы переключать скорость, имеется специальный рычаг, расположенный на корпусе насоса. Очень востребованы модели циркуляционных устройств с автоматической системой регулирования данного параметра в зависимости от температуры снаружи здания.

Особенности подбора циркуляционного насоса

Подбирается насос по двум критериям:

1. Количеству перекаченной жидкости, выраженной в метрах кубических за час (м³/ч).
2. Напору, выраженному в метрах (м).

С напором, все более или менее понятно,- это высота, на которую должна быть поднята жидкость и измеряется с самой низкой до самой высокой точки или до следующего насоса, в том случае, если в проекте, он предусмотрен не один.

Объем расширительного бака

Всем известно, что жидкость при нагревании имеет свойство увеличиваться в объеме. Чтобы отопительная система не была похожа на бомбу и не текла по всем швам, существует расширительный бак, в который собирается вытесненная вода из системы.

Какого объема следует приобрести или изготовить бак?

Все просто, зная физические характеристики воды.

Рассчитанный объем теплоносителя в системе умножаем на 0,08. Например, для теплоносителя на 100 л, расширительный бачок будет объемом 8 л.

О количестве перекаченной жидкости поговорим подробней

Расход воды в системе отопления считается по формуле:

G = Q / (c * (t2 — t1)), где:

• G – расход воды в системе отопления, кг/сек;
• Q – количество тепла, компенсирующее теплопотери, Вт;
• с – удельная теплоемкость воды, эта величина известна и равна 4200 Дж/кг*ᵒС (учтите, что любые другие теплоносители имеют худшие показатели по сравнению с водой);
• t2 – температура теплоносителя поступающего в систему, ᵒС;
• t1 – температура теплоносителя на выходе из системы, ᵒС;

Рекомендация! Для комфортного проживания дельта температуры носителя тепла на входе должна составлять 7-15 градусов. Температура пола в системе «теплый пол» не должна быть более 29ᵒ С. Поэтому придется для себя уяснить, какой вид отопления будет монтироваться в доме: будут ли стоять батареи, «теплый пол» или комбинация из нескольких видов.

Результат этой формулы даст расход теплоносителя за секунду времени для восполнения теплопотерь, далее этот показатель переводится в часы.

Совет! Скорее всего, температура в процессе эксплуатации в зависимости от обстоятельств и сезона будет разниться, поэтому лучше сразу к этому показателю добавить 30% запаса.

Рассмотрим показатель расчетное количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь.

Пожалуй, это самый сложный и важный критерий, требующий инженерных знаний, к которому надо подойти ответственно.

Если это частный дом, то показатель может варьироваться от 10-15 Вт/м² (такие показатели характерны для «пассивных домов») до 200 Вт/м² и более (если это тонкая стена с отсутствующим или недостаточным утеплением).

На практике строительные и торговые организации за основу принимают показатель теплопотерь — 100 Вт/м².

Рекомендация: просчитайте этот показатель для конкретного дома, в котором будет устанавливаться или реконструироваться система отопления. Для этого используются калькуляторы теплопотерь, при этом отдельно считаются потери для стен, крыш, окон, пола. Эти данные дадут возможность узнать, сколько физически отдается тепла домом в окружающую среду в конкретном регионе со своими климатическими режимами.

Рассчитанную цифру потерь умножаем на площадь дома и затем подставляем в формулу расхода воды.

Теперь следует разобраться с таким вопросом, как расход воды в системе отопления многоквартирного дома.

Рекомендации по установке насосов

При установке насосов в магистраль отопления необходимо соблюдать следующие правила:

• Агрегат устанавливается таким образом, чтобы его вал занимал горизонтальное положение, направление перемещения теплоносителя должно соответствовать стрелке на корпусе прибора.
• Крепление подобранного устройства производится разводным сантехническим ключом при помощи резьбового крепежа (накидные гайки от фитингов американка) с прокладками.
• Подсоединение к системе электроснабжения производится согласно электрической схеме включения, при этом используют три провода сечением не менее 0,75 мм. кв. и внешним диаметром, рассчитанным на уплотнительную муфту в коробке.

Перед первым включением проверяют трубопровод на отсутствие посторонних предметов, герметичность резьбовых соединений, правильность подключения проводов и параметры питающей электросети, убеждаются в том, что краны запорной арматуры открыты.

Подключение и монтаж циркулярника Grundfos с байпасной веткой

Особенности оформления интерьера с декоративной плиткой

Общие расчеты

Определять общую емкость отопления необходимо, чтобы мощности отопительного котла хватило для качественного обогрева всех помещений. Превышение показателей допустимого объема может привести к повышению износа отопительного прибора, а также значительному расходу электроэнергии.

Необходимое количество теплоносителя рассчитывается согласно следующей формуле: Общий объем = V котла + V радиаторов + V труб + V расширительного бачка

Отопительный котел

Определиться с показателем емкости котла позволяет вычисление мощности нагревательного агрегата. Для этого достаточно взять за основу соотношение, при котором 1 кВт тепловой энергии достаточно для эффективного обогрева 10 м2 жилплощади. Данное соотношение является справедливым при наличии потолков, высота которых составляет не более 3-х метров.

Как только станет известен показатель мощности котла, достаточно отыскать подходящий агрегат в специализированном магазине. Объем оборудования каждый производитель указывает в паспортных данных.

Поэтому в случае выполнения правильного расчета мощности проблем с определением нужного объема не возникнет.

Чтобы определить достаточный объем воды в трубах, необходимо вычислить поперечное сечение трубопровода согласно формуле – S = π × R2, где:

• S – поперечное сечение;
• π – постоянная константа, равная 3,14;
• R – внутренний радиус труб.

Рассчитав значение площади поперечного сечения труб достаточно умножить его на общую длину всего трубопровода в системе отопления.

Расширительный бак

Определить, какой емкостью должен обладать расширительный бак, можно, располагая данными о коэффициенте температурного расширения теплоносителя. У воды этот показатель составляет 0,034 при подогреве до 85 оС.

Выполняя расчет достаточно воспользоваться формулой: V-бака = (V сист × K) / D, где:

• V-бака – необходимый объем расширительного бачка;
• V-сист – общий объем жидкости в остальных элементах системы отопления;
• K – коэффициент расширения;
• D – эффективность расширительного бачка (указывается в технической документации).

В настоящее время существует широкое разнообразие отдельных типов радиаторов для отопительных систем. Помимо функциональных различий все они имеют разную высоту.

Чтобы рассчитать объем рабочей жидкости в радиаторах, необходимо для начала подсчитать их количество. После чего умножить данную сумму на объем одной секции.

Узнать объем одного радиатора можно, воспользовавшись данными из технического паспорта изделия. При отсутствии такой информации можно сориентироваться согласно усредненным параметрам:

• чугунные – 1,5 л на секцию;
• биметаллические – 0,2-0,3 л на секцию;
• алюминиевые – 0,4 л на секцию.

Понять, как правильно рассчитать значение позволит следующий пример. Допустим, имеется 5 радиаторов, изготовленных из алюминия. Каждый обогревательный элемент содержит по 6 секций. Производим расчет: 5×6×0,4 = 12 л.

Как видно, расчет емкости отопления сводится к вычислению суммарного значения четырех вышеуказанных элементов.

Определить необходимую емкость рабочей жидкости в системе с математической точностью удается не каждому. Поэтому, не желая выполнять расчет, некоторые пользователи действуют следующим образом. Для начала заполняют систему примерно на 90%, после чего проверяют работоспособность. Далее стравливают скопившийся воздух и продолжают заполнение.

В процессе эксплуатации отопительной системы происходит естественный спад уровня теплоносителя в результате конвекционных процессов. При этом происходит потеря мощности и производительности котла. Отсюда вытекает необходимость наличия резервной емкости с рабочей жидкостью, откуда можно будет отслеживать убыток теплоносителя и при необходимости производить его пополнение.

Напор погружного насоса

Скважинный насос находится внутри перекачиваемой жидкости. Поэтому для этих условий не учитывается разница высот между оборудованием, зеркалом воды. При выборе поверхностных модификаций (обычно, насосная станция) этот параметр присутствует в вычислениях в обязательном порядке.

Расчет насоса по напору производится сложением трех величин:

• изливный напор – принимается 15-20 м;
• потери в трубопроводе – данные сведены в таблицы;
• перепад высот между сантехническими приборами, зеркалом воды.

Таблица потерь давления учитывает трение в трубах из различного материала, фитингах, запорной арматуре, клапанах. Учитывается скорость потока, на которую в большей степени влияет внутреннее сечение труб. Поэтому для вычислений потребуется схема внутренней разводки, наружного водопровода.

Скважина

Для каждой модели насоса устанавливаются допустимые значения посторонних включений в воде (песка и пр.). Несоблюдение требований приводит к быстрому износу прибора и снятию его с гарантии.  Поэтому прежде чем подбирать или покупать скважинный насос, необходимо прокачать скважину и сделать анализ воды.

Скважина – круглая глубокая яма малого диаметр с трубой внутри, образующей стенки. На определенной высоте стенки трубы имеют отверстия, так называемый фильтр. В скважине столбом стоит вода.

Перед выбором насоса узнайте:

• Статический уровень воды • Динамический уровень воды • Дебит скважины

Эти характеристики играют ключевую роль при выборе скважинного насоса. Следует определить, на какой глубине находится зеркало воды, или тот самый статический уровень. Он называется так потому что вода в момент замера находится в спокойном положении.

В момент включения насоса статический уровень будет уменьшаться до динамического: ниже динамического уровня вода опуститься не может. Разница между статистическим и динамическим объемами скважины называется дебитом.

Важно: насос не должен выкачивать больше, чем может дать скважина. Так, мощность насоса в 3 м3/час категорически не подойдет для скважины с дебитом 1,5 м3

В идеале насос должен быть немного слабее дебита скважины, примерно на 20-30%.

Выясните, на какой глубине находится фильтр скважины. Насос должен занимать положение на 1 м ниже динамического уровня воды и на 1 метр выше фильтра скважины. Эти данные обычно указаны в паспорте скважины.

Итак

• Статический уровень – глубина зеркала воды в состоянии покоя; • Динамический уровень – минимальная глубина зеркала воды; • Дебит – объём воды (измеряется в литрах в минуту или кубометрах в час) 

Подбор циркуляционного насоса для системы отопления

Иногда перед человеком, уже посадившим дерево и вырастившим сына, встает вопрос – а как подобрать циркуляционный насос для отопительной системы возводимого дома? И от ответа на этот вопрос зависит многое – будут ли равномерно прогреты все радиаторы, будет ли скорость потока теплоносителя в

отопительной системе достаточной, и в то же время не превышенной, не будет ли гула в трубопроводах, не будет ли насос потреблять лишнюю электроэнергию, правильно ли будут работать термостатические вентили отопительных приборов и так далее и тому подобное. Ведь насос – это сердце отопительной системы, которое неустанно качает теплоноситель – кровь дома, наполняющую дом теплом.

Подобрать циркуляционный насос для отопительной системы небольшого здания, проверить, правильно ли насос подобран продавцами в магазине, или убедиться в правильности подбора насоса, стоящего в существующей системе отопления, достаточно просто, если воспользоваться укрупненным методом расчета. Основной параметр подбора циркуляционного насоса – это его производительность, которая должна соответствовать тепловой мощности обслуживаемой им отопительной системы.

Необходимую производительность циркуляционного насоса с достаточной точностью можно рассчитать по простой формуле:

где Q – необходимая производительность насоса в кубометрах в час, Р – тепловая мощность системы в киловаттах, dt – дельта температур – разница температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе. Обычно принимается равной 20 градусам.

Итак, пробуем. Возьмем, для примера, дом общей площадью 200 квадратных метров, в доме есть подвал, 1 этаж и мансарда. Система отопления двухтрубная. Необходимую тепловую мощность, требуемую для обогрева такого дома, примем 20 киловатт. Производим несложные вычисления, получаем – 0,86 кубометра в час. Округляем, и принимаем производительность необходимого циркуляционного насоса – 0,9 кубических метра в час. Запомним ее и идем дальше. Второй важнейшей характеристикой циркуляционного насоса является напор. Каждая гидравлическая система имеет сопротивление пропускаемому по ней потоку воды. Каждый угол, тройник, редуцирующий переход, каждый подъем – все это местные гидравлические сопротивления, сумма которых и составляет гидравлическое сопротивление отопительной системы. Циркуляционный насос должен преодолеть это сопротивление, с сохранением расчетной производительности.

Точный расчет гидравлического сопротивления сложен и требует определенной подготовки. Чтобы примерно рассчитать необходимый напор циркуляционного насоса используется формула:

где N – количество этажей здания, включая подвал, K – усредненные гидравлические потери на один этаж здания. Коэффициент К принимается 0,7 – 1,1 метра водяного столба для двухтрубных систем отопления и 1,16-1,85 для коллекторно-лучевых систем. В нашем доме три уровня, с двухтрубной отопительной системой. Коэффициент К принимаем 1,1 м.в.с. Считаем, 3 х 1,1 = 3,3 метра водяного столба.

Обратите внимание – общая физическая высота отопительной системы, от нижней до верхней точки, в таком доме составляет порядка 8 метров, а напор необходимого циркуляционного насоса только 3,3 метра. Каждая отопительная система является равновесной, насосу не нужно поднимать воду, он только преодолевает сопротивление системы, поэтому увлекаться большими напорами никакого смысла нет

Итак, мы получили два параметра циркуляционного насоса, производительность Q, m/h = 0,9 и напор, Н, м = 3,3. Точка пересечения линий от этих величин, на графике гидравлической кривой циркуляционного насоса, является рабочей точкой необходимого циркуляционного насоса.

Допустим, Вы решили остановиться на отличных насосах DAB, итальянских насосах великолепного качества по совершенно адекватной цене. Пользуясь каталогом, или менеджерами нашей компании, определяете группу насосов, в параметры которых попадает необходимая рабочая точка. Решаем, что этой группой будет группа VA. Выбираем наиболее подходящий график гидравлической кривой, лучше всего подходит кривая насоса VA 55/180 X.

Рабочая точка насоса должна находиться в средней трети графика – эта зона является зоной максимального КПД насоса. Для подбора выбирайте график второй скорости, в этом случае Вы страхуете себя от недостаточной точности укрупненного расчета – у Вас останется резерв для увеличения производительности на третьей скорости и возможность ее уменьшения на первой.

Что касается напора

Этот немаловажный фактор, от которого зависит возможность скважинного насоса поднимать воду на заданную высоту от точки забора и транспортировать её без перебоев по всей длине трубопровода.

Для того чтобы провести расчёт напора для центробежного или вибрационного скважинного насоса, необходимо выяснить глубину расположения насоса (глубину водозабора). Она определяется от поверхности земли (горизонтального трубопровода) до точки погружения/расположения агрегата

Кроме того, необходимо принимать во внимание и длину всего трубопровода от начальной горизонтальной точки до распределителя системы водоснабжения

Для чего нужен насос в системе отопления?

Большинству жителей верхних этажей в многоквартирных домах хорошо знакомо такое явление как холодные батареи. Это результат отсутствия в системе давления, необходимого для ее нормальной работы. Теплоноситель перемещается по трубам медленно и остывает уже на нижних этажах. С такой же ситуацией могут столкнуться и владельцы частного дома: в самой дальней точке отопительной системы трубы и радиаторы слишком холодные. Эффективно решить проблему поможет циркуляционный насос

Обратите внимание, что системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя могут быть вполне эффективны в небольших частных домах, но даже в этом случае имеет смысл подумать о принудительной циркуляции, поскольку при правильной настройке системы это позволит снизить общие расходы на отопление

Упрощенно такой насос представляет собой мотор с ротором, который погружен в теплоноситель. Ротор вращается, заставляя воду или другую нагретую жидкость перемещаться по системе с заданной скоростью, создавая необходимое давление. Насос может работать в различных режимах. Например, установив устройство на максимум, можно быстро прогреть остывший в отсутствие хозяев дом. Затем восстанавливают настройки, которые позволяют получить наибольшее количество тепла при минимальных расходах. Различают модели циркуляционных насосов с «сухим» и «мокрым» ротором. В первом случае ротор насоса погружен в жидкость только частично, а во втором случае — полностью. Насосы с «мокрым» ротором издают при работе меньше шума.

Для чего необходимо выполнять расчет

Циркуляционный насос, установленный в системе отопления, должен эффективно решать две основные задачи:

1. создавать в трубопроводе такой напор жидкости, который будет в состоянии преодолеть гидравлическое сопротивление в элементах отопительной системы;
2. обеспечивать постоянное движение требуемого количества теплоносителя через все элементы отопительной системы.

При выполнении такого расчета учитывают два основных параметра:

• общую потребность здания в тепловой энергии;
• суммарное гидравлическое сопротивление всех элементов создаваемой отопительной системы.

Таблица 1. Тепловая мощность для различных помещений

После определения данных параметров уже можно выполнить расчет центробежного насоса и, основываясь на полученных значениях, выбрать циркуляционный насос с соответствующими техническими характеристиками. Подобранный таким образом насос будет не только обеспечивать требуемое давление теплоносителя и его постоянную циркуляцию, но и работать без чрезмерных нагрузок, которые могут стать причиной быстрого выхода устройства из строя.

Пример проведения расчета мощности насоса для скважин на воду.

В данном примере будет показано, как рассчитать насос для скважины. Допустим в семье 4 человека. Живут они за городом, в частном доме с садом и огородом. Для расчета возьмем насос мощностью 1,7 м3/час.

Нужно определить достаточно ли будет напора этого насоса, что бы доставить воду к ванной комнате, которая расположена на втором этаже дома.

Совет: не забудьте учесть дебит скважины и сравнить с ним мощность помпы.

Что бы рассчитать минимальный напор насоса применяют такую формулу: Н = ∆H + 10,2хP + ∑∆P, где:

•      Н — минимальный напор, м;

•      P – стандартная величина и равна 2,5-3 атм;

•      ∆H – это разница между максимальной точкой водоразбора и динамическим уровнем воды, м. Если используется всасывающий насос, то тогда в качестве данной величины берется расстояние между наивысшей точкой водоразбора и самим оборудованием насоса;

•      ∑∆P – величина характеризующая гидравлические потери на трубопроводе (примерно 10% от его длинны), фильтрах, углах, тройниках (15-20%).

После проведения расчетов нужно подобрать модель насоса, который по своим характеристикам наиболее близко подходит к рассчитанным ранее показателям. Далее необходимо сравнить диаметры скважины и помпы. В случае использования погружной помпы, ее диаметр должен быть меньше. Если в инструкции предусмотрена установка скважинного адаптера, то нужно сделать так, что бы насос проходил там, где расположена его статическая составляющая.