Какое должно быть давление у дренажного насоса?

Установка промышленного оборудования требует точного проектирования с учетом множества факторов, и на этом этапе особенно важно учитывать все энергетические процессы, происходящие с жидкостью, определить достаточные рабочие параметры, которые затем будут поддерживаться автоматикой.

Виды насосов

Для начала определяется тип насосного механизма. По силовому воздействию на жидкость различают динамические и объемные насосы. Динамический механизм имеет проточную полость, сообщающуюся со входом и выходом потока. Он не обладает герметичностью и не способен развивать высокое давление. Его преимущество — большой равномерный поток. Свойством самовсасывания такая техника также не обладает. Такой насос не способен создать разряжение и поднять жидкость на высоту, если его уровень выше уровня жидкости, поэтому перед включением требуется сначала залить воду, чтобы удалить из системы воздух.

Объемный насос воздействует на жидкость в рабочей камере с изменяемым объемом и попеременным сообщением со входом и выходом. Он герметичен, способен на самовсасывание и создание высокого давления. Теоретически, если рабочая камера оборудована идеальным уплотнением, то это давление может быть сколь угодно высоким, но из-за работы в режиме переключения камер (то на вход, то на выход) такой насос имеет сравнительно невысокую и неравномерную подачу. По этой причине объемные механизмы перекачивания используются преимущественно для вязких субстанций.

Для водоотведения наиболее часто используются динамические насосы с автоматизированным управлением. Это могут быть центробежные и осевые лопастные установки, вихревые, шнековые насосы трения. Но все-таки наибольшую популярность приобрели центробежные модели с рабочим колесом, перемещающим поток от центра к периферии. Жидкость отбрасывается лопатками в спиральный отвод, а затем в напорный трубопровод. В спиральном отводе происходит частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию давления.

Конструкция центробежных насосов долговечна, проста и относительно недорога. Она поддерживает стабильный напор, который можно регулировать с учетом потребностей системы. Такие модели могут работать с загрязненной жидкостью. Для этого разрабатывается специальная конфигурация колеса.

Классификация центробежных дренажных насосов

Насосы подразделяют по следующим признакам:

• типу симметрии конструкции — на горизонтальные и вертикальные;
• расположению входа — с боковым, осевым и двустроонним;
• числу ступеней — одно-, двух- и многоступенчатые;
• числу потоков — одно-, двух-, многопоточные.

Одноступенчатый механизм с осевым входом оборудуется электродвигателем с валом, на котором крепится рабочее колесо. Между частями нагнетания и всасывания размещается уплотнение, предотвращающее утечку жидкости в обратном направлении. Такие модели применяются, если напор не превышает 150 м.

Многоступенчатые установки создают высокий напор при относительно небольшом расходе жидкости. Величина напора соответствует сумме характеристик, создаваемых каждым рабочим колесом.

Тип конструкции выбирают с учетом размеров места размещения, конфигурации трубопровода.

Какое давление создает дренажный насос?

К основным характеристикам насоса относятся: подача, напор, давление, мощность, КПД и частота вращения. Напор рабочего потока зависит от нагнетаемого давления и плотности рабочей среды. Чем выше давление и ниже плотность, тем выше напор.

Давление дренажных насосов характеризует энергию жидкости. Статическое состояние соответствует потенциальной энергии, а динамическое — кинетической. Полное давление соответствует сумме этих двух составляющих. Статическую величину измеряют пьезометром, динамическое — трубкой Пито с последующим расчетом по формуле.

При снижении скорости потока динамическое давление переходит в статическое. В большинстве систем динамический напор невелик. Например, при движении жидкости со скоростью 4,5 м/с динамическое давление — 0,1 бар.

От чего зависят потери давления?

Это противодействие складывается из 3 основных факторов:

• геометрического напора;
• гидравлических потерь давления при прохождении потока местных препятствий в виде арматуры, колен, сужений и т. п;
• потери на трение на прямых участках трубопровода.

Геометрический напор зависит от высоты подачи жидкости. Гидравлические потери — от скорости потока. Они рассчитываются для каждого гидравлического сопротивления по формуле:

Нэ= ξv2/ 2 g,

g — ускорение свободного падения;

v — скорость потока в месте сопротивления;

ξ — коэффициент сопротивления (по справочнику).

Потери давления при движении по трубам зависят от их шероховатости, то есть количества стыков, наличие отложений на стенках. Очень часто фактическая шероховатость труб значительно отличается от величины, указанной производителем. Риск возникновения отложений и воздушных карманов значительно увеличивается, если напорная труба не имеет постоянного уклона. Для определения этих потерь производители насосного оборудования публикуют таблицу шероховатости разных материалов, по которой подбирается нужная величина.

Нужно учесть, что потери давления особенно возрастают в следующих случаях:

• при большой протяженности трубы;
• при малом диаметре труб;
• при резком наращивании и изменении направления потока;
• при увеличении вязкости рабочей среды.

Для каждой модели насоса существует своя напорная характеристика с максимальным КПД.

Как рассчитывают напор?

Напор определяют измерением давлений (в Па) во всасывающем и напорном патрубках. Если между ними существует перепад высот, то берут их разницу, поскольку эта величина существенно влияет на результат.

Формула расчета:

Н = р2-р1/ρg + (h2-h1) 8Q2/gπ2 х (1/D24 -1/D14)

Берем величину объемного расхода Q, диаметры патрубков и давление на концах фланцев, замеренные манометром, и вычисляем напор. Если манометры устанавливаются на одной и той же высоте и имеют одинаковый диаметр патрубков, то формула значительно проще:

Н = р2-р1/ρg

Разница между давлениями в двух точках дренажной системы — это перепад давлений. Важно, чтобы он соответствовал допустимым нормам, прочностным характеристикам труб.

Статическое давление системы в метрах при выключенном двигателе машины должно быть выше, чем высота. Это гарантия, что оборудование заполнено рабочей жидкостью и в нем отсутствует воздух.

Кавитационные процессы

Если давление на всасывающем патрубке падает до давления насыщенных паров жидкости, то в рабочем потоке начинается выделяться растворенный газ с образованием пузырьков. При нарастании давления в системе пузырьки начинают лопаться, и выделяющаяся энергия действует на лопасти рабочего колеса. Поверхность подвергается тепловому, электрохимическому, ударному воздействию. Степень ущерба зависит от материала крыльчатки. Наиболее устойчива к кавитации нержавеющая сталь, наименее — чугун. Повреждения обнаруживаются только после демонтажа оборудования, а проявляются значительным ухудшением производительности.

Для защиты от кавитации при монтаже рассчитывают максимально допустимую высоту подъема жидкости при всасывании с учетом кавитационного запаса — минимального параметра давления, при котором не возникает негативного воздействия на насос. Производители определяют эту величину экспериментально на всем диапазоне подач и заносят в таблицу.

Расчет гидравлической части производится с учетом свойств жидкости: температуры, плотности и теплоемкости.

Стандартные насосы

Дренажные центробежные насосы изготавливаются по международным стандартам. Для систем по перекачке воды используются нормативы EN 733 (DIN 24255). Согласно действующим правилам рабочее давление таких установок — 10 бар.

В соответствии с этой характеристикой определяются установочные размеры и рабочие точки для оборудования разных марок. Гидравлическая часть техники не регламентируется стандартом и проектируется производителем по собственному усмотрению.

Каждая из конструкций имеет свои эксплуатационные особенности:

• с двухсторонним входом по оси симметрии — имеет высокий КПД и продолжительный срок службы;
• полупогружные — насосная часть находится в перекачиваемой жидкости, подходят для крепления в верхней части резервуара;
• скважинные с погружным и сухим электродвигателем — для установки в узких каналах.

Такое разнообразие конструкций позволяет выбрать модель под каждую конкретную задачу. Будь то отвод грунтовых вод с глубины или откачка подтопления в подвале.

Регулирование рабочих параметров насоса

Очень важно, чтобы насосная станция работала с максимальным КПД. Иначе потребляемая мощность может оказаться необоснованно завышенной, что приведет к превышению необходимых затрат.

При покупке совсем не обязательно отдавать предпочтение модели с оптимальной рабочей точкой, потому что за время эксплуатации потребности меняются. Наиболее правильное решение — регулирование настроек насосной станции.

К наиболее распространенным способам регулировки системы относят:

• дроссельное;
• байпасом;
• изменением диаметра рабочего колеса;
• изменением скорости.

Метод выбирают с учетом допустимых инвестиций в оборудование, эксплуатационных затрат.

Наиболее часто регулировку производительности выполняют ограничением расхода или максимального напора.

При дроссельном регулировании после насоса устанавливается специальные задвижки для уменьшения диаметра трубы. Пропускная способность системы снижается, зато увеличивается давление. Недостаток метода — снижение КПД из-за необходимости преодолевать дополнительное препятствие.

Уменьшение сечения всасывающей линии приводит к уменьшению производительности и давления на входе. Дополнительно возникает риск возникновения кавитации.

При установке байпаса часть жидкости возвращается обратно на всасывающую линию. Такой метод регулирования эффективен при работе с избыточным давлением.

Встроенная система контроля уровня

Контроль за рабочими параметрами дренажного насоса наиболее удобно осуществлять с помощью датчиков и автоматики. Модели со встроенным контролем уровня могут работать в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме помпа работает непрерывно, а в автоматическом — в зависимости от уровня жидкости в котловане. При подъеме воды насос наполняется, электроды уровня погружаются до определенного предела, а затем замыкают электрическую цепь и включают двигатель. Откачивание воды продолжается до тех пор, пока ее уровень не упадет до фильтра всасывания и нижний электрод перестанет соприкасаться с жидкостью.

Если резервуар глубокий, то после напорного патрубка устанавливается обратный клапан для предотвращения попятного движения воды.

Экономия энергии с помощью частотного преобразователя

Встроенный преобразователь частоты — оптимальное решение для многих производственных процессов. Оно позволяет объединить в единый узел несколько устройств для контроля за давлением, скоростью насоса. Такую технику можно назвать системой, обладающей оптимальными рабочими параметрами и минимальным энергопотреблением.

Частотные преобразователи можно устанавливать на уже работающие насосы. Достаточно просто настроить соответствующее значение давления.

Преимущества таких систем:

• удобство монтажа, поскольку все рабочие настройки выполняются на заводе-изготовителе;
• возможность выбора оборудования одного производителя;
• широкий диапазон рабочих параметров для любых условий эксплуатации.

Принцип действия преобразователя частоты заключается в изменении частоты и амплитуды сетевого напряжения. Технология подходит для преобразований при частоте 50 и 60 Гц и не зависит от характеристик на входе.

Все методы регулирования рабочих характеристик благоприятны для одних факторов, но приводят к снижению других. По этой причине их используют в сочетании. Например, изменяют и частоту и диаметр напорной трубы.