Что качает воду вверх

Высота всасывания насоса: теория, которая поможет разобраться в практике

Насос, работающий на поверхности

Устанавливать в подземный водозабор погружное оборудование не всегда целесообразно. Этому препятствует либо малый диаметр колодца, либо сезонный характер его эксплуатации. В таких случаях приходится качать воду с поверхности.

В связи с этим, на первый план выходит вопрос: «Какова максимальная высота всасывания насоса?» — ведь от неё зависит, какой может быть допустимая глубина водозаборного сооружения.

Что является движущей силой для жидкости?

Существует два способа, с помощью которых жидкость может подниматься вверх:

1. Когда ёмкость герметично запечатана, и в неё под давлением подаётся газ. Но это не наш случай.
2. Нам интересная вторая ситуация, когда жидкость поднимается по сосуду за счёт разности атмосферного давления (Ра) и тяги — разрежения (Р1), которое создаётся насосом.

На заметку: Без давления, которое атмосфера оказывает на жидкость, её подъём был бы невозможен ни при каких условиях. На уровне моря оно соответствует показателю 1 бар или около того, что соответствует примерно 10 метрам водяного столба.

Но эта высота, по сути, чисто теоретическая, потому что, чем выше находится местность над уровнем моря, тем меньше давит атмосфера. На небольшом взгорье высотой в 2000м, давление снижено примерно на четверть — до 0,77 бар.

Так как на находящуюся в колодце воду так же действует атмосфера, то, какое бы разрежение ни создавал насос, находящийся на поверхности земли, вода в низине не сможет поднять выше десятка метров, а на возвышенности высота подъёма насосом не будет выше шести-семи метров. То есть, высота местности имеет решающее значение.

Обратный клапан: что это такое и для чего используется

Кроме особенностей местности, на высоту подъёма воды влияют и другие критерии. Например, следует учитывать и возможные потери давления, которые неизбежно возникают в определённых случаях. Чтобы было понятно, что это за ситуации, рассмотрим, что происходит, когда насос отключается.

• Когда разрежение больше не создаётся, вода, находящаяся в полости всасывающей трубы, устремляется вниз – откуда и пришла. В конечном итоге труба станет пустой. Чтобы поднять воду снова при последующем запуске насоса, он должен ещё раз разредить воздух.

Перед первым запуском в насос заливается вода

• При первом запуске, чтобы это произошло, в него заливается вода, но после того, как она слилась, самозаполнения не произойдёт. Двигатель начнёт работать вхолостую, что, в конце концов, приведёт к поломке.
• Следовательно, нужно сделать так, чтобы жидкость оставалась в камере насоса при его отключении, что позволит агрегату быстро войти в рабочий режим. Обеспечить задержку воды призван клапан, который при её обратном движении закрывает просвет трубы — примерно как на фото.

Принцип работы обратного клапана

• Благодаря ему, после каждого отключения вода остаётся и в самом насосе, и в трубе. И на первый план выходит вопрос обеспечения клапану герметичности, которая нарушается из-за попадания в него ила и песка.
• Поэтому перед клапаном обязательно ставится фильтровальная металлическая сетка, которая, вместе с ним образует так называемое, кольцо опускной (всасывающей) трубы. Потери давления на нём будут тем более существенными, чем больше загрязнён фильтр.

Кольцо трубы с обратным клапаном для колодезного насоса

• Кроме того, во всасывающем трубопроводе имеются и другие слабые места: вентиля, повороты, разветвления. В зависимости от конфигурации трассы и её комплектации соединительной и запорной арматурой, потери давления могут доходить до двух десятых бар, что соответствует двум метрам водного столба.

Так как в этой ситуации высота всасывания уменьшится на эти же 2 метра, очень важно приложить все усилия, для того, чтобы воспрепятствовать потерям давления.

Прочие факторы, влияющие на высоту всасывания

Если говорить не только о воде, а о перекачивании жидкости, как таковой, то на высоту всасывания влияет ещё и её плотность. Чем она более вязкая – тем на меньшую высоту жидкость можно поднять.

Расчёт высоты всасывания насоса

Ещё один фактор, который оказывает существенное влияние – температура жидкости. Чем она ниже, тем насосу легче работать, и тем с более низкой отметки он может поднять воду. Заметим, что при нагревании воды появляется опасность явления кавитации, поэтому насосы нужно оберегать от скачков температур и давления.

Насосы с большой высотой всасывания – это те, которые создают разрежение 0,8 бар. То есть, они поднимают воду с отметки 8м, если нет потерь давления. Вы спросите: как тогда откачивают воду с артезианских глубин? Хороший вопрос.

Что может увеличить высоту подъёма

Одним из решений для увеличения высоты подъёма воды на поверхности земли (например, на этажи задания), является ступенчатая установка нескольких насосов. Но это довольно сложная схема, особенно для монтажа своими руками — да и цена вопроса довольно высока. В случае с глубоким колодцем она и вовсе не может быть реализована.

Камера многоступенчатого насоса

• Следующий вариант – это использование многоступенчатого насоса. В нём присутствует не одна, а несколько крыльчаток, каждая из которых повышает давление ещё на 1 бар. Чем больше ступеней – тем выше напор.
• И ещё одно решение задачи: когда требуется поднимать воду с глубины, превышающей 7м, используют насос, оснащённый встроенным или выносным эжектором. Если сказать упрощённо — он повышает скорость движения потока, создавая при этом область низкого давления. Тем самым, получается необходимый нам эффект разрежения. Такие насосы способны поднять воду с довольно большой глубины – до 45м, что зависит от мощности эжектора.

Насосы с выносным эжектором

Определение напора таково: это сумма высоты, на которую поднимается вода, и её потерь на трассе между всасывающим и напорным трубопроводом. При этом геометрическая высота подъёма состоит из разницы между верхним и нижним уровнями воды.

Гидравлические потери рассчитываются суммарно, на основании всех конструктивных особенностей трубопровода.

• Данные показатели очень важны для промышленности, в которой чаще используются поверхностные насосы. На их основе проектируют уровень заглубления фундаментов машинных залов, в которых располагается оборудование. Соответственно, от них зависят и затраты на капстроительство.

Выше речь шла о положительной высоте всасывания, когда ось насоса находится выше зеркала воды в источнике. Если же свободная поверхность воды располагается над насосом, высота всасывания будет отрицательной.

По этому принципу функционирует погружное оборудование, которое и выручает, когда воду нельзя достать с помощью насоса, работающего на поверхности. Более подробную информацию по этой теме вы получите, посмотрев видео в этой статье, но надеемся, что и наша инструкция оказалась для вас полезной.

Источник

ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

воскресенье, 19 апреля 2020 г.

Как поднять воду на высоту без электрического насоса

Методы подъема воды без электрического насоса малоэффективны и требуют серьезных затрат и усилий для изготовления работоспособного и удобного устройства, несопоставимых не только со стоимостью самого дешевого электронасоса, но и дорогих моделей. Их применение оправдано при проживании в районах с полным отсутствием электроэнергии (что можно отнести к выживанию), для расширении кругозора, укреплении здоровья и получении дополнительных инженерно-строительных навыков.

Ниже приведены лишь несколько вариантов, которые, на мой взгляд, лучше и проще. Если есть желание, то можно поискать в интернете и другие варианты таких насосов.

Архимедов винт (винт Архимеда)

Гидротаран Монгольфье (гидротаранный насос)

Механик Жозеф-Мишель Монгольфье в 1797 придумал устройство, названное гидравлическим тараном. В нем используется кинетическая энергия воды перетекающей под действием силы тяжести из т. н. «питающего» резервуара (например, из запруды на реке) по «питающей» трубе в какой-либо ниже расположенный сток.

Пропуская через себя большую часть воды с небольшой высоты h (разница высот между стоком и уровнем воды в питающем резервуаре) насос поднимает меньшую часть воды на бо́льшую высоту H (разница высот между верхней точкой отводящей трубы и уровнем воды в питающем резервуаре).
КПД гидротаранного насоса зависит от отношения H/h, где h — высота попадающей в резервуар А воды, а H — требуемая высота поднятия.

Начальное состояние: отбойный клапан Б открыт и удерживается в таком положении пружиной или грузом или т. п. Сила этой пружины превышает силу давления статического столба воды в питающей трубе на закрытый отбойный клапан. Возвратный клапан В закрыт. Воздушный колпак заполнен воздухом.
По питающей трубе А поступает вода, разгоняясь до некой скорости, при которой отбойный клапан Б, увлекаемый потоком воды, преодолевает усилие своей пружины и закрывается, перекрыв сток. Инерция резко остановленой в питающей трубе воды создает гидроудар — резкий скачок давления, величина которого определяется длиной питающей трубы и скоростью потока. Давление гидроудара преодолевает давление столба воды в отводящей трубе Д, возвратный клапан В открывается и часть воды из питающей трубы А проходит через него и поступает в отводящую трубу но, главным образом, в воздушный колпак Г, поскольку инерция массы воды в отводящей трубе Д препятствует такому быстрому, импульсному поступлению. Вода в питающей трубе остановлена, давление падает и приходит к статической величине, возвратный клапан закрывается, отбойный клапан открывается. Вода в питающей трубе начинает двигаться, постепенно ускоряясь, а в это время под давлением воздуха, поджатого в воздушном колпаке, поступившая в него порция воды продавливается в отводящую трубу. Таким образом система возвращается в исходное состояние и начинает новый цикл работы.

Гидротаран Монгольфье а — питающая труба, б — отбойный клапан, в — возвратный клапан, г — воздушный колпак (воздушный аккумулфтор), д — отводящая труба

При использовании гидротарана Могнальфье нужно учитывать следующее:

• для получения минимального времени срабатывания, разгонный клапан должен быть установлен под углом 45 градусов к потоку. Его рабочее сечение должно быть равно сечению разгонной трубы.
• от длины разгонной трубы во многом зависит производительность насоса.
• рабочий клапан аккумулятора (на схеме выше это «В») должен иметь как можно большее проходное сечение при минимальном ходе. Такому условию удовлетворяют клапаны напоминающие жабры рыбы.
• воздух в аккумуляторе растворяется в воде и поэтому необходимо принимать меры для его восполнения.
• аравильно выполненный насос практически не стучит. Необходимо принимать меры для смягчения ударов клапанов об ограничители.
• входной открытый циклон практически полностью предотвращает попадание рыбы в трубу. В не рабочем состоянии в трубах любят селиться раки, а потом вылетают из трубы. Это бывает.
• дефлектор на разгонном клапане повышает эффективность работы тарана даже на малых уклонах.

Запорный клапан устройства работает автоматически. Поэтому присутствие человека требуется только при его установке и настройке.

Аэролифт (эрлифт, воздушный элекватор)

Воздух можно подавать при помощи обычного ручного насоса через ниппель, препятствующий его выходу обратно.

Принцип действия аэролифтового насоса и его разновидности

Подобное устройство для подачи воды при отсутствии насоса довольно просто сделать своими руками и автоматизировать процесс, если имеется подающий воздух компрессор.

Аэролифт с использованием компрессора

Подъем воды поршневым насосом

Принцип использования поршневого насоса для подъема воды

Насос монтируется на трубу, идущую в источник водоснабжения.

Процесс работы устройства достаточно прост. Когда поршень поднимается, то он одновременно выталкивает порцию воды, которая над ним и подтягивает следующую. Когда он опускается, то отверстия в нем открываются и вода попадает в пространство над ним. Важными составляющими являются уплотнители между стенкой камеры и поршнем.

Подъем воды штоковым насосом

Поршневые модели хорошо работают, если вода находится относительно близко к поверхности. Если же она залегает глубже десяти метров, то понадобится уже другой вид ручного насоса – штоковый.

Принцип работы у него тот же самый. Отличием является расположение рабочего узла. Камера с поршнем опущена непосредственно в воду. Для такого расположения требуется достаточный диаметр обсадной трубы. Он должен быть не меньше десяти сантиметров. Камеру опускают на такую глубину, чтобы отверстие для забора было не менее чем на один метр ниже поверхности воды. Вода перекачивается за счет движений поршня, но она не затягивается с глубины, а последовательно выталкивается в трубу. Таким способом можно выкачивать воду с глубины до тридцати метров.

Источник