Как рассчитать полный динамический напор для погружного насоса для глубоких скважин

При выборе погружного насоса для глубоких скважин один из самых распространенных вопросов: какой напор действительно необходим насосу? Многие покупатели просто используют общую глубину скважины в качестве требуемого напора. Например, если глубина скважины составляет 150 метров, они начинают искать насос с напором в 150 метров. В большинстве случаев это неверный способ расчета.

Насосу обычно не требуется поднимать воду с глубины, на которой он установлен. Важны уровень воды во время работы насоса, куда необходимо направить воду, какое давление требуется в пункте назначения и какие потери давления происходят в трубопроводе. Как только эти параметры будут поняты, расчет необходимого напора станет намного проще. Если вы все еще определяете полные технические характеристики насоса, наш Руководство по выбору погружного насоса для глубоких скважин В нем объясняются и другие факторы, которые следует проверять вместе с расходом и напором.

1. Что на самом деле означает «насосная головка»?

Напор насоса описывает, сколько энергии насос передает воде, и обычно выражается в метрах или футах жидкости. Его не следует путать с физической глубиной насоса. Глубоководный насос может быть установлен на глубине 120 метров под землей, но если уровень откачиваемой воды находится всего на 50 метров ниже уровня земли, насос не обязательно преодолевает вертикальный подъем в 120 метров. Вода, окружающая погруженный насос, уже обеспечивает давление на входе насоса, поэтому для типичной системы открытого колодца расчет высоты начинается с уровня откачиваемой воды, а не с самого насоса. Это различие важно при выборе насоса. Погружной скважинный насос QJ , потому что выбор насоса в зависимости от глубины установки может привести к значительно большему напору, чем фактически требуется системе.

Для большинства систем водоснабжения из глубоких скважин требуемый суммарный динамический напор (TDH) можно объяснить с помощью простой формулы:

Суммарный динамический напор = Вертикальный подъем + Требуемое давление на выходе + Потери на трение в трубе

Каждая деталь представляет собой реальное сопротивление, которое насос должен преодолеть, обеспечивая при этом необходимый расход.

2. Начинайте с уровня откачанной воды, а не с общей глубины скважины.

Перед расчетом напора важно знать разницу между общей глубиной скважины, статическим уровнем воды, уровнем воды при откачке и глубиной установки насоса. Общая глубина скважины показывает, насколько глубоко простирается скважина. Статический уровень воды — это уровень воды, когда насос остановлен и скважина осушена. Уровень воды при откачке — это самый низкий уровень воды, достигнутый при работе насоса с определенной скоростью потока. Глубина установки насоса показывает, где насос физически расположен внутри скважины.

Для расчета напора обычно важной отправной точкой является уровень воды, на которой осуществляется откачка. Представьте себе скважину глубиной 150 метров, где статический уровень воды находится на глубине 35 метров ниже уровня земли, уровень воды падает до 55 метров во время откачки, а сам насос установлен на глубине 90 метров. Если вода подается в точку на уровне земли, то базовый вертикальный подъем составляет приблизительно 55 метров, а не 90 метров и не 150 метров. Дополнительная глубина ниже уровня воды, на которой осуществляется откачка, в основном удерживает насос под водой и не просто создает дополнительный напор. Поэтому информация, полученная в ходе испытаний насоса, гораздо полезнее для выбора насоса, чем одна только общая глубина скважины.

3. Добавьте отметку высоты между скважиной и конечной точкой слива.

Следующий шаг — определить, куда уходит вода после выхода из скважины. Если уровень воды в насосе находится на глубине 55 метров ниже уровня земли, а вода сбрасывается в открытый резервуар, расположенный на высоте 15 метров над устьем скважины, то общий статический вертикальный подъем составляет приблизительно 70 метров. Если конечный резервуар находится ниже устья скважины, то эта разница высот, наоборот, уменьшает статический подъем. Именно поэтому для участка с одинаковой глубиной скважины может потребоваться совершенно разный насос в зависимости от рельефа местности и расположения приемного резервуара или распределительной системы.

Этот момент становится особенно важным в сельскохозяйственном орошении, водоснабжении склонов и проектах по переброске воды на большие расстояния. Скважина может быть не очень глубокой, но если воду необходимо подавать в расположенный на возвышении резервуар, требуемый напор все равно может быть высоким. И наоборот, очень глубокая скважина не обязательно требует насоса с очень высоким напором, если динамический уровень воды остается относительно близким к поверхности. По этой причине, Погружные скважинные насосы для орошения и водоснабжения Выбор параметра всегда должен основываться на фактической рабочей высоте, а не только на глубине скважины.

4. Создайте необходимое давление на выходе.

Не каждая система просто сбрасывает воду в открытый резервуар. Системы орошения, сосуды под давлением, промышленное оборудование, фильтрационные системы и сети прямого водоснабжения часто требуют поддержания давления после того, как вода достигнет поверхности. Это давление также должно создаваться насосом и, следовательно, должно учитываться в общем напоре.

Для чистой воды 1 бар приблизительно равен 10,2 метрам водяного напора. Это означает, что системе, требующей 2 бар на конечном выходе, необходимо примерно 20,4 метра дополнительного напора, а для 3 бар — примерно 30,6 метра. Если насос подает воду в открытый атмосферный резервуар, то на входе в резервуар может потребоваться незначительное или нулевое дополнительное давление. Однако если тот же насос питает систему орошения, требующую 3 бар, то эти дополнительные 30,6 метра нельзя игнорировать. Это одна из причин, почему для двух проектов с идентичными скважинами могут потребоваться разные насосы, даже если их потребности в расходе одинаковы.

5. Не забывайте о потерях на трение в трубах.

Вода теряет давление при движении по трубе. Величина потерь зависит главным образом от расхода, внутреннего диаметра трубы, общей длины трубы, шероховатости трубы, а также от установленных в системе клапанов и фитингов. Длинные трубопроводы, малый диаметр труб и высокая скорость потока, как правило, увеличивают потери на трение. Колена, обратные клапаны, фильтры, расходомеры и регулирующие клапаны также создают дополнительное сопротивление.

Потери на трение иногда недооцениваются, поскольку вертикальный подъем легче увидеть на чертеже объекта. В коротком трубопроводе разница может быть небольшой, но в ирригационном или водопроводном проекте большой протяженности она может стать значительной частью общего напора насоса. Труба меньшего диаметра напорного трубопровода может снизить первоначальную стоимость трубопровода, однако более высокое трение может заставить насос работать при большем напоре и потреблять больше энергии в течение всего срока службы. Потери в трубах можно рассчитать с использованием общепринятых гидравлических методов, таких как метод Дарси-Вайсбаха, или с помощью таблиц трения в трубах и инженерного программного обеспечения, используя фактический расход, материал трубы и внутренний диаметр. Важно отметить, что потери следует рассчитывать при расчетном расходе , поскольку трение изменяется по мере изменения расхода. В рекомендациях Grundfos по выбору размеров насосов потери на трение в трубах и фитингах также рассматриваются как часть общего динамического напора.

6. Простой пример расчета напора насоса в глубокой скважине.

Рассмотрим проект по использованию подземных вод, где уровень воды для откачки находится на глубине 55 метров, а вода должна подаваться в систему хранения и орошения, расположенную на высоте 15 метров над устьем скважины. Для работы орошаемого оборудования требуется давление 2,5 бар, а расчетные потери давления в напорном трубопроводе, горизонтальном трубопроводе, клапанах и фитингах составляют 9 метров.

Расчет выглядит следующим образом:

Вертикальный подъем = 55 + 15 = 70 м

Требуемое давление = 2,5 × 10,2 ≈ 25,5 м

Потери на трение в трубопроводе = 9 м

Поэтому:

Суммарный динамический напор = 70 + 25,5 + 9 = 104,5 м

Если системе требуется 100 м³/ч, то требуемая рабочая точка составляет приблизительно 100 м³/ч при напоре 105 м. Следующий шаг — не искать в каталоге насос с «максимальным напором 105 м». Вместо этого, кривая производительности должна показывать, что насос фактически может обеспечить производительность приблизительно 100 м³/ч при напоре около 105 метров. Выбор насоса всегда зависит от комбинации расхода и напора, а не только от напора. Компании Grundfos и Xylem описывают выбор насоса с точки зрения требуемого напора системы и результирующей рабочей точки, а не только значений максимального напора.

7. Почему Maximum Head — не та голова, которую вам следует купить

В каталоге насосов может быть указан диапазон напора или максимальный напор, но это число не следует рассматривать как нормальный рабочий напор насоса. Напор центробежного насоса изменяется в зависимости от расхода. В момент выключения или вблизи него насос может создавать максимальный напор, обеспечивая при этом практически нулевой полезный расход. По мере увеличения расхода доступный напор обычно изменяется в соответствии с характеристикой насоса. Покупатель, которому требуется 100 м³/ч при расходе 105 метров, не может просто выбрать любой насос, в каталоге которого указано «максимальный напор 105 м», поскольку при таком расходе насос может создавать напор значительно меньше 105 метров.

Именно поэтому в полное коммерческое предложение следует включить кривую производительности с четким указанием предлагаемой рабочей точки. Кривая позволяет покупателю убедиться, что требуемый расход и напор находятся в подходящем рабочем диапазоне. Ассортимент погружных насосов Включает насосы, предназначенные для различных сочетаний расхода и напора, а также Насосы для глубоких скважин QJH из нержавеющей стали Они доступны для применений, где условия водоснабжения или проектные спецификации требуют использования нержавеющей стали. Материал или размер двигателя следует выбирать после определения гидравлической рабочей точки, а не использовать вместо ее расчета.

8. Рассчитайте условия работы как в нормальном, так и в сложном режимах.

Для корректного расчета напора не всегда следует ориентироваться на один фиксированный уровень воды. Уровень грунтовых вод может меняться во время откачки, а также зависеть от сезона. Состояние трубопровода может меняться при открытии или закрытии клапанов, а фильтр может создавать большее сопротивление по мере загрязнения. Поэтому для важной системы водоснабжения полезно понимать как нормальные условия эксплуатации, так и более сложные условия, в которых может работать насос.

Например, если уровень воды, подлежащей перекачке, обычно составляет 50 метров ниже уровня земли, но может упасть до 65 метров в засушливый сезон, системе потребуется примерно на 15 метров больше статического напора в этот период. Это не означает, что к каждому выбору насоса следует просто добавлять произвольный запас прочности. Избыточная мощность также создает проблемы. Вместо этого следует обсудить ожидаемый диапазон рабочих режимов с поставщиком насосов и сравнить его с кривой производительности. Для проектов, связанных с изменением спроса или давления, в качестве части общей системы может быть также рассмотрена система регулирования скорости вращения. Решение для водоснабжения и орошения с помощью насосов .

Какую информацию следует отправить поставщику насосов?

Если вы хотите, чтобы поставщик точно рассчитал напор, наиболее полезной информацией будет требуемый расход, статический и рабочий уровни воды, высота конечной точки подачи, требуемое выходное давление, длина трубопровода, внутренний диаметр трубы, материал трубы и основные клапаны или фитинги в трубопроводе. Простая схема участка часто бывает очень полезна. Если рабочий уровень воды неизвестен, лучше сказать, что он еще не измерен, чем использовать в качестве замены общую глубину скважины.

Получив эти значения, поставщик может рассчитать или проверить напор системы и выбрать кривую производительности насоса вблизи требуемой рабочей точки. Это значительно снижает риск приобретения насоса, который производит слишком мало воды, имеет чрезмерное давление или потребляет излишнюю энергию.

Заключение

Расчет напора погружного насоса для глубоких скважин значительно упрощается, если правильно определить глубину залегания скважины. Общая глубина скважины и глубина установки насоса важны для монтажа, но они не автоматически определяют напор насоса. Для большинства традиционных систем водоснабжения из глубоких скважин расчет следует начинать с уровня откачиваемой воды, а затем учитывать высоту до точки подачи, требуемое системой давление и потери на трение в трубопроводе.

На практике это выглядит так:

Полный динамический напор = Вертикальный подъем + Требуемый напор + Потери на трение в трубе

После расчета общего напора его необходимо сопоставить с требуемым расходом и проверить по кривой производительности насоса. Именно эта рабочая точка, а не максимальный напор, мощность двигателя или глубина скважины, должна определять окончательный выбор насоса.

Если вы выбираете насос для глубокой скважины и не уверены в необходимом напоре, укажите уровень перекачиваемой воды, требуемый расход, высоту напора, давление на выходе и информацию о трубопроводе. Имея эти значения, можно рассчитать рабочую точку перед выбором модели насоса.