Как выбрать промышленный насос для чистой воды: критерии и лучшие решения

Насосы для чистой воды применяют в системах водоснабжения на производстве, в строительной сфере и сельском хозяйстве. Как правило, они нужны, если давления централизованного водопровода недостаточно. Из статьи вы узнаете:

• как выбрать насос для поднятия давления воды;
• что такое кавитационный запас и зачем учитывать его при выборе;
• что значит «нормальновсасывающий» в паспорте устройства;
• какие ошибки часто допускают при проектировании системы и многое другое.

Виды насосов для чистой воды по механизму работы

В чистой воде нет или почти нет твердых частиц, которые могут навредить оборудованию. У большинства насосов допустимый процент примесей указан в техпаспорте – для «чистых» моделей это обычно частицы фракцией не более 0,1 мм общим объемом менее 0,01% от массы жидкости.

Для поднятия давления воды используют насосы разного типа: от центробежных до осевых. Рассмотрим их по порядку.

Центробежные одно- и многоступенчатые

Подкачка жидкости происходит за счет одного или нескольких рабочих колес, которые вращаются, получая крутящий момент от двигателя. Если в корпусе несколько таких колес (ступеней), жидкость последовательно «разгоняется», а напор увеличивается.

У одноступенчатых насосов обычно не слишком большой напор, но они просты и неприхотливы в обслуживании. Для систем, в которых нужно подавать чистую воду на большую высоту или большому числу потребителей, чаще выбирают многоступенчатые агрегаты.

Осевые

У осевого насоса жидкость движется вдоль оси вращения рабочего колеса. Особая конструкция делает его полезным для перекачки больших объемов жидкости с невысоким напором, то есть с весьма ограниченной дальностью водоподачи. В сложных, разветвленных системах такие насосы устанавливают редко.

Виды по исполнению

Итак, для чистой воды используют насосы с разными механизмами перекачивания, но различаться они могут и по принципу действия. Рассмотрим это на примере погружных и поверхностных насосов.

Факт: поверхностные насосы повышения давления с функцией удаления воздуха из всасывающей магистрали называют нормальновсасывающими или самовсасывающими. Такие насосы требовательны к температурному режиму – если агрегат работает круглый год, размещать его можно только в отапливаемом помещении.

Консольные и консольно-моноблочные – в чем разница?

Оборудование может отличаться и по способу передачи вращения рабочему колесу. В классических консольных моделях, в отличие от консольно-моноблочных:

• у насосной части есть собственный вал, который соединяется с электродвигателем специальной гибкой муфтой – такой насос устойчивее к вибрациям;
• двигатель лучше изолирован от перегрева – актуально, если насос используют для поднятия давления горячей воды;
• большинство компонентов системы – модульные и пригодны для замены;
• гидравлическая часть и двигатель – не имеют жесткой связи, это раздельные элементы;
• насос имеет больший габарит и требует работ по центровке валов.

Если у консольно-моноблочного насоса повышения давления выходят из строя подшипники или вал, чаще всего агрегат меняют в сборе.

Горизонтальные и вертикальные

Горизонтальный насос устанавливают корпусом параллельно линии пола, как правило – на специальную раму, которая компенсирует вибрации. Вертикальный, напротив, ставится перпендикулярно полу. Оба типа могут быть одно- или многоступенчатыми, но отличаются по нескольким параметрам. Рассмотрим их в таблице.

Ключевые параметры выбора: какие характеристики нужно знать

Рассмотрим параметры, которые при проектировании учитывает любой инженер по водоснабжению.

Подача

Производительность, расход или подача определяет, сколько кубометров жидкости может перекачивать устройство за определенное время. Для большинства насосов ее указывают в кубометрах в час.

Чтобы рассчитать подачу, специалисты:

• суммируют расход всех точек водозабора: например, на предприятии это могут быть трубы охлаждения, санузлы, раковины;
• добавляют запас до 15% на пиковые нагрузки и возможные потери.

Подача взаимосвязана с напором, который необходим системе.

Напор

Высота, на которую насос способен подавать жидкость. Измеряется в метрах и зависит от расхода воды: с увеличением последнего напор постепенно снижается. Чтобы понять, какие напор и подача понадобятся для конкретной системы, инженеры:

• строят график для сети с кривой линией, которая отображает зависимость подачи (Q) и напора (H);
• сопоставляют полученный график с аналогичной кривой Q-H у насоса;
• определяют рабочую точку – как правило, это точка пересечения двух кривых: системной и насосной.

Максимальное рабочее давление

Напор, который может выдавать промышленный насос для воды, связан с давлением – силой, воздействующей на стенки труб. Измеряется обычно в барах (bar) или мегапаскалях (МПа). Небольшие системы водоснабжения работают при среднем давлении в 3 bar, но если трубопровод имеет достаточный запас прочности, в него можно установить агрегат, выдерживающий до 30-40 bar и больше.

Кавитационный запас

Кавитационным запасом (NPSH) называют давление на входе, которое необходимо насосу повышения давления для предотвращения кавитации (гидравлических ударов от микропузырьков воздуха в воде). Если кавитационный запас недостаточен, рабочее колесо и корпус рискуют пострадать от кавитационной эрозии и выйти из строя раньше времени.

В техпаспорте насоса можно найти значение NPSHr, где r – сокращение от required, то есть требуемый запас, при котором агрегат будет работать без кавитации.

Факт: вместо NPSHr иногда указывают NPSH3 – это кавитационный запас при снижении напора на 3%. Это значение всегда больше, чем требуемый запас.

Чтобы узнать кавитационный запас системы при атмосферном давлении (открытая система, без подпора) можно использовать формулу:

NPSHa = Pa-(Pv +Ls+Hf)

Обозначения:

• Pa – атмосферное давление (метры);
• Pv – давление (bar) насыщенных паров жидкости при максимальной рабочей температуре;
• Ls – предельная высота всасывания (м);
• Hf – потери на трение в точке всасывания в нормальном режиме работы.

Мощность и КПД насоса (+ формулы расчета)

Мощность – параметр, который влияет на энергопотребление промышленного насоса для воды. Если ее недостаточно, агрегат работает под постоянной нагрузкой и перегревается, если она больше оптимальной – расходует лишнюю энергию.

Потребляемая мощность зависит от производительности и напора. Чтобы рассчитать ее, используют различные формулы. Одна из самых простых выглядит так:

P = (Q × H × ρ × g) / (η × 3600)

Q и H – подача и напор соответственно, ρ – плотность рабочей среды, которая для воды равна 1000 кг/м3, g – коэффициент ускорения свободного падения 9,81 м/с2, η – КПД насоса, его значение обычно указано в документах на прибор.

КПД отражает то, сколько потребляемой электроэнергии сохраняется при переводе ее в энергию перекачивания жидкости. Чем ближе этот показатель к 100%, тем лучше.

Простая формула расчета КПД:

η = Pпол / Pпот × 100%

где Pпол – полезная, а Pпот – потребляемая мощности. Полезную мощность можно рассчитать по еще одной простой формуле:

Pпол = Q × H × ρ × g / 1000

Таким образом, зная потребляемую мощность, напор, подачу и другие постоянные параметры, можно рассчитать примерный КПД или требуемую мощность насоса.

Что еще учитывают в проектировании

Насос повышения давления должен работать только в тех условиях, на которые он рассчитан. К примеру, даже 10-градусное превышение рабочей температуры сверх нормы резко ускоряет коррозию контактирующих с водой поверхностей. Помимо температурного режима, специалисты учитывают:

• химический состав воды – например, наличие солей, склонных к отложению на стенках корпуса, рабочем колесе;
• режимы нагрузки – постоянная или переменная;
• уровень шума – при установке вблизи рабочих помещений с целью соблюдения СанПиНов;
• доступную площадь установки с учетом возможностей для ремонта, обслуживания.

Пошаговая инструкция по выбору насоса для питьевой воды

Чтобы обеспечить предприятие чистой водой, необходимо:

• Рассчитать потребности системы – требуемую подачу, напор, мощность с учетом пиковой нагрузки.
• Построить график Q-H и определить рабочую точку оборудования. Подобрать подходящие насосы повышения давления с учетом полученных данных.
• Выбрать компанию-поставщика оборудования. Лучше, если поставщик предлагает не только технику, но и услуги по ее установке, сервисную гарантию.
• Закупить и установить оборудование в соответствии с проектом. Провести тестовые запуски и первичную настройку.
• Поддерживать оборудование исправным, при необходимости корректировать режимы работы, вести техобслуживание и ремонт.

Все эти задачи иногда можно поручить компании-поставщику. Так, специалисты «РДЭ Инжиниринг» берут на себя все этапы разработки системы: от предпроектного анализа до установки, настройки и гарантийного обслуживания в будущем. Это выгодно, если в штате предприятия нет инженеров с соответствующей квалификацией.

5 частых ошибок при выборе насоса для чистой воды

• Некорректный учет состава жидкости. Твердые примеси и волокна быстро выводят из строя оборудование, которое рассчитано только на чистую воду.
• Ошибки в гидравлических расчетах. Как правило, касаются напора или недостаточного запаса по производительности. В результате система теряет стабильность при высоких нагрузках, когда воду одновременно используют 80-100% потребителей.
• Избыточный запас мощности. Приводит к увеличению энергопотребления – насос расходует больше тока, чем ему необходимо, а износ двигателя происходит быстрее. Оптимальный запас мощности обычно не превышает 15%.
• Недостаточный кавитационный запас. Провоцирует эрозию рабочих колес, которая сильно снижает производительность погружного центробежного скважинного или другого насоса.
• Неучет условий установки. К примеру, если отопления в помещении недостаточно и температура на отдельных участках в нем падает ниже нуля, вода в корпусе может замерзнуть и повредить оборудование. Не менее опасна для некоторых моделей установка в зоне потенциального перегрева – например, в невентилируемых помещениях или в близости с постоянно нагревающимся оборудованием.

Еще одна частая ошибка, которая не касается проектирования напрямую – игнорирование систем защиты. Датчики и автоматика хоть и несут за собой расходы, но способны защитить от более дорогих ремонта или замены агрегата.

Смысл статьи кратко:

• Для чистой воды используют насосы различной модификации.
• Насос может быть поверхностным или погружным, консольным или консольно-моноблочным, иметь другую конструкцию. У каждого – свои преимущества и минусы.
• Чтобы узнать, какой насос нужен конкретной системе, нужно знать требуемую подачу, напор и мощность. Рассчитать их можно по формулам выше.
• При покупке насоса для поднятия давления воды учитывают ее состав, температуру, уровень примесей – они сильно влияют на работу агрегата.
• Точное проектирование водоснабжения на объекте – задача для инженера, но предварительные расчеты можно провести без специальных знаний, опираясь на данные о системе и оборудовании.
• Ошибки в расчетах приводят к тому, что техника быстро выходит из строя, расходует больше энергии, чем ей необходимо, или не выдает достаточно воды в пиковые нагрузки.

Другие статьи по теме

Промышленные насосы: советы, как выбрать оптимальное решение для водоснабжения и водоотведения

Типология промышленного насосного оборудования и критерии его выбора

Канализационные насосы: виды, особенности эксплуатации, как правильно выбрать

Критерии выбора, типы и области применения канализационных насосов

Канализационные погружные насосы: применение, достоинства и недостатки, конструкция

Конструктивные особенности, сферы применения и преимущества погружных канализационных насосов