Трубопроводы – это артерии цивилизации, "доставляющие" комфорт и благополучие в дома. Монтаж инженерных коммуникаций – это большая наука. Для проверки монтажа и эксплуатации водопроводных, газовых и других систем созданы специальные службы. В помощь населению издано много методических и информационных материалов. Давайте поговорим об одном из самых важных аспектов эксплуатации инженерных сетей – что такое расчетное давление в трубопроводе и как оно влияет на работоспособность системы.
В чем разница между давлением и высотой подъема
Трудно представить себе цивилизованную жизнь без систем отопления и водоснабжения. Это могут быть центральные или автономные системы, предназначенные для снабжения конкретного сооружения или комплекса. В обоих случаях принципы работы практически одинаковы, поскольку подчиняются одним и тем же законам физики. Чтобы полностью понять, как работает система, устранить возможные проблемы или определить ключевые параметры конструкции, необходимо различать понятия напора и давления.
Понятие давления
С точки зрения физики, давление – это величина, описывающая действие силы, приложенной перпендикулярно к поверхности и приходящейся на единицу площади этой поверхности. В международной системе единиц эта величина измеряется в паскаляхно на практике ее чаще называют атмосфера. Эта единица характеризует воздействие 1 килограмма на квадратный сантиметр площади поверхности, что равно 101325 паскалей.
Применительно к системе водоснабжения давление является ключевым параметром, характеризующим работу системы водоснабжения. Практически все оборудование, подключенное к системе, не сможет нормально функционировать без обеспечения стабильности этой величины. Как отрицательное, так и положительное давление оказывают негативное воздействие на оборудование.
Нормальным и достаточным давлением в трубопроводе считается давление в диапазоне от от 2,5 до 3,5 атмосферно идеальным значением является 4 атмосферы. Кроме того, это значение является минимально необходимым для некоторых видов оборудования, например, гидромассажных ванн.
Как определяется стандарт
Нормы, содержащиеся в Строительных нормах и правилах (далее СНиП), основаны на практических знаниях и научных исследованиях. Большое разнообразие зданий и сооружений, а также различные погодные условия, встречающиеся в России, не позволяют создать стандартизированный стандарт давления. В итоге стандарт описывается в терминах минимального и максимального давления на входе для систем горячего и холодного водоснабжения.
Например, СНиП 2.04.02-84 содержит требования к нормативному располагаемому напору холодной и горячей воды на первом этаже многоэтажного дома, поэтому может применяться и для частных домов, подключенных к централизованной расчетной системе водоснабжения. Поскольку здания имеют переменную этажность, окончательные расчеты производятся на стадии проектирования здания.
Обеспечить идеальное давление практически невозможно, поэтому потребности жильцов учитываются на основе предыдущего опыта строительства и других теоретических данных. Однако, независимо от этажности и других факторов, проектирование должно выполняться в точном соответствии со СНиП 2.04.02-84.
Давление холодной воды в квартире
К величине располагаемого давления в квартире предъявляются высокие требования. Особенно это касается минимального давления, так как в противном случае многие приборы не будут функционировать:
- смывной механизм для унитаза;
- стиральная машина;
- посудомоечная машина;
- водонагреватель с краном.
Читайте также:
Причины, по которым кран гудит при включении воды
Согласно СНиП, норматив для жилых помещений рассчитывается следующим образом:
- напор на первом этаже здания должен быть не менее 0,1 МПа. На каждом последующем этаже это значение увеличивается на 0,04 МПа. Для девятиэтажного здания, например, формула выглядит следующим образом: 0,1 МПа + (0,04 МПа * 9 этажей) = 0,46 МПа. Расчет включает все этажи, включая первый.
- Избыточное давление в системе не должно быть ниже минимального – 0,03 МПа и выше максимального – 0,6 МПа.
Соответствие стандартам можно проверить с помощью теста с литровой банкой. На первом этаже пятиэтажного дома заполнение литровой банки должно занимать 1 секунду. Проводить испытание на этажах 2 и выше не имеет смысла. Естественный износ систем водоснабжения приводит к увеличению гидравлического сопротивления компонентов сети, и давление в системе будет ниже расчетного.
Тест скорости наполнения 3-литровой банки в зависимости от давления:
| Время наполнения, 3 л | Давление в системе, кгс/см2 |
| 3 | 2,44 |
| 4 | 1,37 |
| 5 | 0,88 |
| 6 | 0,61 |
| 7 | 0,45 |
| 8 | 0,34 |
| 9 | 0,27 |
| 10 | 0,22 |
| 11 | 0,18 |
| 12 | 0,15 |
| 13 | 0,13 |
| 14 | 0,11 |
| 15 | 0,1 |
Описание видео
В видео объясняется, как увеличить давление воды в частном доме от центрального водоснабжения:
Читайте также:
Все о компонентах дренажной системы, правилах выбора и расчете количества
Самостоятельная сантехника
Почему система водоснабжения называется независимым водопроводом? Потому что она не подключена к какой-либо сети. Это означает, что она работает автономно. Вода берется из источника, который находится недалеко от частного дома. Обычно это пробуренный или вырытый колодец. В редких случаях вода берется из реки или озера.
Понятно, что вода из таких источников не отвечает санитарным требованиям, особенно по чистоте. Поэтому ее очищают с помощью различных типов фильтров, установленных в системе водоснабжения. Чем больше фильтров, тем ниже напор воды. И это необходимо учитывать при выборе насосной установки по мощности.
Но тема данной статьи не об этом, а о том, как увеличить напор воды в системе водоснабжения частного дома. В принципе, необходимо учитывать все причины, которые были разобраны в разделе о системах центрального водоснабжения. Любое засорение дренажей и фильтров приводит к падению давления. Это однозначно.
Но в автономной водопроводной системе основным устройством, отвечающим за давление в ней, является насос. Выбрать его по этой характеристике достаточно сложно. Самостоятельно рассчитать эту характеристику может только специалист. Однако если в вашем доме уже есть автономное сетевое водоснабжение и напор воды внезапно падает, то причин может быть две:
- Падение напряжения в сети, подающей напряжение на насос. Бытовые насосы обычно питаются напряжением 220 вольт. Если напряжение ниже хотя бы на 10 вольт, насос не работает должным образом. Это означает, что эффективность, производительность и напор снизятся. Решение – установить на насос повышающий трансформатор напряжения.
- Засорился водяной фильтр. Все насосы оснащены фильтрами для предотвращения попадания грязи, камней и других предметов в устройство. Если фильтр засорен, это снижает скорость потока воды в устройстве. Это уменьшает количество воды, поступающей в водопровод. Следовательно, давление внутри прибора снижается. Решением проблемы является очистка сетчатого фильтра.
Установка отстойника
Это старый способ решения проблемы падения давления воды. Возьмем, к примеру, контейнер объемом 1 м³. Этого достаточно для небольшого дома с 3 или 4 людьми на один день.
Емкость устанавливается на высоте, это может быть даже чердак. Емкость наполняется водой с помощью насоса, и вода используется под хорошим давлением в любое время. Даже если по какой-то причине в самой водопроводной сети, будь то централизованная или автономная, нет воды, можно проводить ремонтные работы, не беспокоясь о том, что вода закончится.
В настоящее время при использовании автономных сетей применяются так называемые гидроаккумуляторы, которые являются либо частью насосных систем, либо отдельным устройством. Их функция заключается не только в сборе, но и в создании давления в системе. Это происходит потому, что гидроаккумулятор представляет собой стальной бак с грушевидной мембраной внутри. Воздух находится под давлением между мембраной и стенками металлического бака. Это и создает давление в системе водоснабжения. Хороший современный вариант, но с некоторыми недостатками:
- Мембрана со временем трескается;
- Накачанный воздух может выходить из бака из-за негерметичности соединений частей и компонентов аккумулятора;
- Внутри бака скапливается грязь.
Все эти проблемы можно решить, но это тема для другой статьи.
Читайте также:
Требования к наружному водоотводу кровли и технология строительства
Давление газа
Мы только что узнали, что молекулы газа движутся беспорядочно. При движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Поскольку молекул много, то и столкновений тоже много.
Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, за 1 с на квадратный сантиметр приходится столько молекул воздуха, что их количество выражается двадцатью трехзначными числами.
Хотя сила удара одной молекулы мала, взаимодействие всех молекул со стенками сосуда создает значительное давление. Это как если бы один комар толкал автомобиль, который не движется, но несколько сотен миллионов комаров могли бы его толкнуть.
Несколько слов о кавитации в насосах
Кавитация, явление, возникающее в результате падения гидростатического давления и характеризующееся появлением пузырьков газа в движущейся жидкости, может возникать в насосах при достижении определенных условий. В области, где гидростатическое давление увеличивается, пузырьки схлопываются.
В случае лопастных насосов кавитация чаще всего наблюдается в области максимальной скорости потока – вблизи входного края лопасти рабочего колеса. При схлопывании пузырька пара давление быстро возрастает – если пузырек пара находится на поверхности лопатки или рабочего колеса в момент схлопывания, удар будет воздействовать на эту поверхность, что рано или поздно приведет к эрозии металла. Наиболее опасным последствием кавитации является разрушение рабочих компонентов лопастных насосов. Кроме того, кавитация вызывает резкий шум машины, треск, вибрацию и может сопровождаться снижением производительности, высоты подъема, мощности и эффективности.
В настоящее время не существует материала, который был бы полностью защищен от кавитационного разрушения, поэтому насосы не могут работать в режиме кавитации. Основным способом предотвращения кавитации является регулирование давления во всасывающем трубопроводе. Оптимальные параметры определяются высотой всасывания жидкости во время работы насоса.
Чтобы определить критический кавитационный запас, во время производства насоса проводятся кавитационные испытания. В результате получается кавитационная кривая для каждого режима работы насоса, определяемая зависимостью производительности насоса и напора от кавитационного запаса.
#ФОРМА
Осевая нагрузка
Осевая нагрузка – это сумма сил, действующих на вал в осевом направлении, см. рис. 2.14. Осевая нагрузка возникает в основном из-за разности давлений между передним и задним дисками ротора.
Величина и направление осевой нагрузки могут быть использованы для определения размера подшипника и конструкции двигателя. Для насосов с восходящей нагрузкой требуются неподвижные подшипники. В дополнение к осевой нагрузке необходимо учитывать силы, действующие на вал из-за давления в системе. Пример кривой осевой нагрузки показан на рисунке 2.15.
Осевая нагрузка связана с напором и поэтому пропорциональна квадрату скорости.
Радиальная нагрузка
Радиальная нагрузка – это сумма сил, действующих на вал в радиальном направлении, см. рисунок 2.16. Гидравлическая радиальная нагрузка возникает из-за разности давлений в спиральной камере. Величина и направление зависят от скорости подачи. В расчетном режиме силы минимальны, см. рис. 2.17. Для правильного выбора радиального подшипника важно знать величину радиальной нагрузки.
В статье объясняются термины, используемые для описания производительности насоса, и приводятся кривые для напора, производительности, КПД, NPSH и действия нагрузки. Кроме того, два термина, напор и NPSH, объясняются вместе с примерами расчетов.
Литература
Центробежный насос – GRUNDFOS [2012].
www.grundfos.com
- Двигатели WinGD RT-FLEX с электронным управлением / X
- Центробежные насосы – принцип работы и классификация
- Основные неисправности центробежных насосов
- Поршневые насосы – принцип работы и классификация
- Назначение и классификация судовых насосов