Как рассчитать расход и напор для погружного канализационного насоса

Выбор погружного насоса для сточных вод значительно упрощается, если известны два параметра: объем перекачиваемых сточных вод и напор, который должен преодолевать насос . Обычно они указываются в единицах расхода (м³/ч) и напора (метры). Сложность заключается в том, что ни один из этих параметров не следует угадывать по мощности двигателя, диаметру напорного трубопровода или максимальным значениям, указанным в каталоге.

Для канализационной насосной системы требуемый расход зависит от скорости поступления сточных вод в колодец или насосную станцию ​​и от предполагаемого режима работы системы. Требуемый напор зависит от разницы уровней жидкости между всасывающей и нагнетательной сторонами, а также от сопротивления, создаваемого нагнетательным трубопроводом, клапанами и фитингами. После расчета этих значений определяется фактическая рабочая точка насоса. Если вы все еще решаете, какой тип насоса подходит для данной сточной воды, ознакомьтесь с нашей информацией. руководство по выбору погружного канализационного насоса Во-первых, потому что твердые частицы, волокна, коррозия и конструкция рабочего колеса также влияют на окончательный выбор.

1. Начните с определения объема сточных вод, которые вам действительно необходимо перекачивать.

Требуемый расход насоса должен определяться объемом сточных вод, поступающих в систему, а не максимальным расходом насосной модели, подходящей к трубе. В канализационных системах жилых или коммерческих зданий приток может меняться в течение дня. На промышленных предприятиях сброс сточных вод может зависеть от производственных смен, циклов мойки или пакетных процессов. В системах ливневой канализации и водоотведения могут наблюдаться еще большие колебания между нормальными и пиковыми условиями. Именно поэтому при проектировании следует учитывать максимальный реалистичный приток, который, как ожидается, сможет обработать насосная система , а также полезный объем резервуара для сточных вод и способ управления насосами.

Например, если в резервуар для сточных вод обычно поступает 25 м³/ч, но в пиковый период работы этот показатель достигает 60 м³/ч, то выбор насоса, работающего только на уровне, близком к среднему значению в 25 м³/ч, может привести к дальнейшему повышению уровня жидкости, когда приток достигнет своего пика. В то же время, простая установка насоса производительностью 150 м³/ч не гарантирует автоматического улучшения. Излишний насос может очень быстро опорожнить небольшой резервуар, а затем снова запуститься, как только уровень снова поднимется, создавая частые циклы запуска и остановки. В хорошо спроектированной системе производительность насоса, объем резервуара для сточных вод, уровни запуска и остановки, а также ожидаемый приток учитываются совместно. Для более крупных муниципальных или промышленных установок несколько насосов могут также работать попеременно или параллельно, вместо того чтобы полагаться на один избыточно мощный агрегат.

2. Разберитесь, что на самом деле означает «насосная головка для сточных вод».

После определения требуемого расхода следующим шагом является расчет напора. Для большинства систем перекачки сточных вод общий напор состоит в основном из статического напора и напора трения . Статический напор создается разницей высот и давления между жидкостью в источнике и конечной точке сброса. Напор трения — это энергия, теряемая при движении сточных вод через трубы, отводы, клапаны, обратные клапаны и другие компоненты. Гидравлический институт описывает напор системы при заданном расходе как сочетание статических условий и потерь на трение, и этот напор изменяется с расходом, поскольку трение увеличивается с увеличением скорости.

Для многих канализационных насосных систем полезное упрощенное соотношение выглядит следующим образом:

Полный динамический напор = Статический напор + Потери на трение в трубах и фитингах + Требуемое давление на выходе (если таковое имеется)

Это означает, что глубина канализационного колодца не является автоматически напором насоса. Если насос расположен на глубине 6 метров ниже уровня жидкости, но сточные воды должны подняться всего на 8 метров от рабочего уровня жидкости до точки сброса, то статический напор рассчитывается на основе этой разницы уровней жидкости, а не просто с учетом глубины установки насоса. Тот же принцип применим независимо от того, используется ли насос в небольшом накопительном колодце или в составе более крупного. погружная канализационная насосная система .

3. Рассчитайте статический напор, исходя из фактического уровня жидкости.

В типичной системе подъема сточных вод статический напор — это вертикальная разница между уровнем жидкости на всасывающей стороне и уровнем жидкости или давлением в точке сброса. Представьте себе колодец, где нормальный уровень откачки составляет 2 метра ниже уровня земли, а напорная труба в конечном итоге входит в открытую приемную камеру на высоте 10 метров над уровнем земли. Таким образом, приблизительный статический напор составляет 12 метров. Тот факт, что сам насос может быть установлен еще на 2 или 3 метра ниже рабочего уровня воды, не означает, что эти метры следует автоматически добавлять снова.

При расчете также следует учитывать изменение уровня жидкости во время работы. Когда уровень в резервуаре падает между точками запуска и остановки насоса, статический напор немного увеличивается. Если изменяется также уровень воды в приемном резервуаре или ниже по потоку, система может иметь более одного режима работы. Для крупного проекта лучше рассчитывать как условия с низким, так и с высоким напором, а не выбирать насос по одному удобному значению. Если напор подключен к напорному трубопроводу, а не к открытой камере, то уже имеющееся в этом трубопроводе давление также необходимо перевести в напор и включить в расчет.

4. Добавьте потери давления в напорном трубопроводе.

Трение в трубах — это тот аспект выбора канализационного насоса, который чаще всего недооценивают. Каждый метр трубы создает определенное сопротивление потоку, а дополнительные потери возникают из-за отводов, тройников, переходников, обратных клапанов, запорных клапанов и других фитингов. Потери на трение увеличиваются с ростом скорости потока, поэтому для одного и того же трубопровода не существует единого фиксированного значения трения для всех условий эксплуатации. Гидравлический институт конкретно указывает, что диаметр трубы, фитинги и клапаны являются основными факторами, влияющими на напор на трение, при этом трение изменяется в зависимости от скорости потока в системе.

Это важно при выборе диаметра напорной трубы. Труба меньшего диаметра может показаться привлекательной из-за более низкой стоимости материала, но прохождение того же потока сточных вод через трубу меньшего внутреннего диаметра увеличивает скорость и может значительно повысить трение. В этом случае насосу придется создавать больший напор для того же полезного потока, что может увеличить потребление энергии и изменить фактическую рабочую точку. С другой стороны, размеры канализационных труб нельзя рассчитывать только для минимизации трения; конструкция также должна обеспечивать подходящие условия транспортировки твердых частиц, содержащихся в сточных водах. Поэтому для серьезных муниципальных и промышленных проектов диаметр трубы и насос следует рассматривать как единую гидравлическую систему, а не как отдельные приобретения.

Потери на трение можно рассчитать с помощью общепринятых гидравлических уравнений, таких как уравнение Дарси-Вайсбаха, или с помощью инженерного программного обеспечения и проверенных данных о потерях в трубе. Для получения достоверного результата расчет должен включать расчетный расход, фактический внутренний диаметр трубы, длину трубы, материал трубы, а также количество и тип основных фитингов. Утверждение типа «длина трубы составляет около 100 метров» недостаточно для точного выбора насоса, если диаметр трубы и рабочий расход неизвестны.

5. Сопоставьте расход и напор, чтобы найти рабочую точку насоса.

Рассмотрим простой пример перекачки сточных вод. Требуемая производительность насоса составляет 80 м³/ч . При расчетных условиях эксплуатации разница между уровнем сточных вод в колодце и приемной точкой составляет 14 метров . После расчета расхода на напорную трубу, обратный клапан, отводы и другие фитинги при производительности 80 м³/ч, общие потери на трение оцениваются в 6 метров . Сточные воды сбрасываются в открытую приемную систему, поэтому дополнительных требований к давлению нет.

Таким образом, требуемый суммарный динамический напор составляет:

TDH = 14 м статического напора + 6 м потерь на трение

TDH = 20 м

Расчетная рабочая точка:

80 м³/ч при напоре 20 м

Это не означает, что покупатель должен просто искать насос с максимальным расходом выше 80 м³/ч и максимальным напором выше 20 метров. Центробежный насос создает разный напор при разных расходах. Правильный погружной канализационный насос для перекачки сточных вод Насос должен иметь рабочую характеристику, которая фактически обеспечивает производительность приблизительно 80 м³/ч при напоре приблизительно 20 метров. Реальная рабочая точка определяется соотношением между характеристикой насоса и характеристикой системы; Гидравлический институт определяет ее как точку пересечения характеристик насоса и системы.

6. Не выбирайте канализационный насос, ориентируясь на максимальный расход или максимальный напор.

В каталогах насосов обычно указываются диапазон расхода и диапазон напора, но максимальный расход и максимальный напор, как правило, не достигаются в одной и той же рабочей точке. Насос может быть способен создавать высокий напор вблизи конца кривой с низким расходом и значительно больший расход, когда напор системы ниже. Если взять максимальный расход с одного конца кривой и максимальный напор с другого и рассматривать их как одну рабочую точку, то получится спецификация насоса, которая может никогда не быть достигнута на практике.

Именно поэтому кривая производительности должна быть одним из первых документов, которые следует проверять при сравнении канализационных насосов. Выбранная точка должна находиться в пределах рекомендованного производителем рабочего диапазона, а не на крайнем конце кривой. Работа далеко от предполагаемого диапазона может снизить эффективность и надежность, а избыточная мощность центробежного насоса может привести к чрезмерному потоку, ненужному дросселированию и большей механической нагрузке. Гидравлический институт отмечает, что насосы избыточной мощности, работающие вне соответствующего диапазона, могут способствовать увеличению нагрузок и преждевременному износу таких компонентов, как подшипники и уплотнения.

Гидравлическая характеристика — лишь один из факторов при выборе насоса для сточных вод. Сточные воды должны проходить через насос без неприемлемого засорения или износа. Насос, идеально подходящий для производительности 80 м³/ч на расстоянии 20 метров, но имеющий неподходящее рабочее колесо для длинных волокон, салфеток или абразивных твердых частиц, все равно будет неподходящим. Поэтому перед выбором окончательной модели необходимо учитывать рабочую точку в сочетании с оценкой характеристик сточных вод.

7. Расход и напор могут изменяться при работе более чем одного насоса.

На многих канализационных насосных станциях используются два или более насоса, чтобы можно было регулировать производительность в зависимости от изменения притока или чтобы иметь запасной насос на случай выхода одного из строя. Важно понимать, что два одинаковых насоса, работающих параллельно, не обязательно обеспечивают ровно вдвое больший расход, чем один насос. При увеличении суммарного расхода увеличивается и скорость потока в общем напорном трубопроводе, что повышает потери на трение и изменяет рабочую точку системы. Гидравлический институт особо отмечает, что увеличение расхода при параллельной работе насосов может увеличить напор на трение и привести к тому, что результирующий расход от каждого насоса будет отличаться от простого расчета удвоения.

Для небольших систем с резервным питанием, где обычно работает только один насос, определить рабочую точку для одного насоса может быть относительно просто. Для станции, где ожидается одновременная работа двух или трех насосов, поставщик должен проверить индивидуальные характеристики каждого насоса, комбинированную характеристику насоса и системную характеристику вместе. Также следует учитывать минимальный и максимальный уровни в резервуаре, поскольку они изменяют статический напор. Это особенно важно для очистки муниципальных сточных вод, перекачки промышленных стоков и других применений, где насосная станция должна надежно работать в широком диапазоне входящих потоков. решения для перекачки сточных вод Это охватывает подобные области применения, но выбор гидравлического оборудования по-прежнему должен основываться на фактических данных проекта, а не на стандартном сочетании расхода и напора.

8. Помните, что свойства сточных вод могут повлиять на окончательный выбор.

Приведенный выше расчет хорошо работает в качестве отправной точки для обычных сточных вод с гидравлическими свойствами, достаточно близкими к свойствам воды, но не каждая жидкость ведет себя одинаково. Сточные воды, содержащие высокую концентрацию осадка, жира или других вязких веществ, могут вести себя иначе, чем чистая вода, как в трубопроводе, так и в насосе. Гидравлический институт отмечает, что вязкость жидкости может изменять ротодинамические характеристики насоса и может потребовать корректировки данных о характеристиках насоса на основе воды.

Наличие твердых частиц также влияет на тип используемого насоса, даже если расчетный расход и напор остаются неизменными. Для бытовых сточных вод, содержащих волокна и салфетки, может потребоваться гидравлическая конструкция, предотвращающая засорение, в то время как для сточных вод с коррозионно-активными химическими веществами может потребоваться насос, предотвращающий засорение. коррозионностойкий погружной насос для сточных вод из нержавеющей стали Для сточных вод, содержащих большое количество тяжелых частиц или плотного абразивного осадка, лучше использовать насос для перекачки осадка или шлама, а не обычный канализационный насос. Также не следует оценивать устойчивость к засорению только по указанному диаметру проходного отверстия для твердых частиц; в опубликованных рекомендациях Xylem по работе со сточными водами отмечается, что гидравлический расчет является важной частью устойчивости к засорению и что размер входного отверстия сам по себе может вводить в заблуждение.

Какую информацию необходимо предоставить для выбора канализационного насоса?

Для составления достоверного коммерческого предложения необходимо указать ожидаемый нормальный и пиковый расход, минимальный и максимальный уровни жидкости в резервуаре, высоту точки конечного сброса, диаметр и длину напорной трубы, материал трубы, основные клапаны и фитинги, а также любое давление на выходе. Поставщик также должен знать состав сточных вод, включая приблизительный размер твердых частиц, волокна, песок, осадок, температуру и наличие коррозионно-активных веществ. Наконец, укажите доступное напряжение, частоту, способ установки и возможность одновременной работы одного или нескольких насосов.

Если точный расход еще неизвестен, объясните, откуда поступают сточные воды и как в настоящее время работает система, вместо того чтобы придумывать какое-либо число. Если потери на трение не были рассчитаны, предоставьте информацию о трубопроводе, чтобы ее можно было проверить. В технически обоснованном предложении по насосу следует указать четкую рабочую точку — например, 80 м³/ч при напоре 20 м — и показать эту точку на предлагаемой кривой производительности насоса.

Заключение

Расчет погружного насоса для сточных вод начинается с двух отдельных вопросов: какой объем сточных вод необходимо перекачать и какое сопротивление должен преодолеть насос при этом? Первый определяет требуемый расход. Второй определяет общий динамический напор.

Для многих систем перекачки сточных вод основное соотношение следующее:

Суммарный динамический напор = Статический напор + Потери на трение + Дополнительное давление на выходе

После определения требуемого расхода и напора их следует рассматривать как единую рабочую точку и сверять с кривой производительности насоса. Затем насос следует подобрать в соответствии с фактическими сточными водами, включая твердые частицы, волокна, абразивный износ и коррозию.

Выбор насоса в таком порядке гораздо надежнее, чем сравнение по отдельности мощности двигателя, диаметра выходного отверстия, максимального расхода или максимального напора. Если вы планируете проект по перекачке сточных вод, укажите расход или объем поступающих сточных вод, уровни жидкости, высоту напора, информацию о трубопроводе и характеристики сточных вод, чтобы насос можно было выбрать с учетом реальных условий эксплуатации.