Все чаще в бытовом и промышленном секторе мы сталкиваемся с  некорректным подбором насосного оборудования.

При проведении аудита производителями насосов на многих объектах промышленного и коммунального значения обнаруживается неверный подбор типа насоса, рабочей точки; проводятся работы по замене насосов. Показательным является то, что в результате переоборудование окупается в течение нескольких лет. Попробуем разобраться в типичных ошибках при подборе насосного оборудования, приводящих к проблемам в эксплуатации.

Что необходимо знать для подбора насоса

Для точного подбора насоса необходимо знать:

- напор,
- расход (подачу),
- вид и рабочую температуру перекачиваемой жидкости,
- давление на входе насоса (давление подающей магистрали),
- ограничения по уровню шума,
- дополнительные сведения, если они влияют на возможность применения насоса на объекте (например, количество фаз, ограничения по потребляемой мощности и пр.).
Характеристики насоса.

1. Напор (Н) – это работа, которую передает насос жидкости, которую перекачивает. Напор, создаваемый насосом или несколькими насосами, должен полностью преодолеть гидравлическое сопротивление отопительной системы. Напор традиционно принято выражать в метрах водяного столба. Однако каждый производитель насосов и проектант в своей документации может использовать разные единицы измерения и часто приходится сопоставлять одни единицы измерения с другими (см. Таблицу 1).

Напор определяется в соответствии с формулой:

Hн = (R×L + ΣZ)/(ρ × g),
где Hн - напор насоса (м).
R – потери на трение в прямом участке трубы  (Па/м)
L – общая длина трубопровода до самого дальнего нагревательного элемента (м)
ΣZ – суммарные потери на непрямых участках трубопровода, фитингах, смесителях и пр..
Для ориентировочного расчета напора можно использовать формулу:
Hн = (R×L×ZF)/10000, где
R – потери на трение в прямом участке трубы  (Па/м)
L – общая длина трубопровода до самого дальнего нагревательного элемента (м)
ZF (ZF1 ×ZF2×…ZFn) – коэффициенты запаса для
1,3 – фитингов / арматуры
1,7 – термостатических вентилей
1,2 – смесителя / устройства, предотвращающего естественную циркуляцию

2. Расход (подача) (Q) – это количество жидкости, проходящее через насос в единицу времени, и обычно выражается в м3/час (иногда используются л/сек).
В случае, если неизвестна необходимая мощность источника тепла, ее определяем по формуле:

Qn = (Sn × Qуд)/1000,  где
Qn - необходимая тепловая мощность (кВт).
Sn - отапливаемая полезная площадь здания (м2).
Qуд - удельная теплопотребность здания (Вт/м2).

Расчет необходимой величины напора насоса рассчитывается исходя из формулы:

Qн = Qn / 1,16 × (t2 - t1), где
Qн - подача насоса (м3/ч).
Qn - необходимая тепловая мощность (кВт).
t2 - температура воды на выходе из котла (°С).
t1 - температура воды на входе в котел (°С).

Таблица 1. Единицы измерения давления

Напор и подача взаимосвязаны друг с другом: при увеличении напора – уменьшается подача и наоборот. Как выглядит кривая характеристики насоса, можно увидеть на рис. 1 (кривая 1).

При изменении повышении скорости вращения насоса происходит смещение кривой насоса по вертикали: возрастает напор при неизмененной величине подачи.  На рис. 2 в качестве примера, изображены кривые характеристик насоса WILO TOP-S 30/5, имеющего 3 скорости вращения. Изменить кривую насоса можно также при обточке его рабочего колеса, подробнее к этому мы еще вернемся.

Рабочая точка насоса

Создаваемый насосом напор тратится на преодоление сопротивления в системе. Гидравлическое сопротивление системы состоит из множества потерь: потерь на трение в трубопроводах, теплообменниках, арматуре. Сопротивление также оказывают повороты труб, изменения диаметра и пр.

Точка,  в которой пересекаются характеристики насоса и системы, называется рабочей точкой насоса и системы.  Именно по этой точке выбирается насос. При выборе нужно учитывать следующие условия:

- делим кривую насоса по вертикали на три части и наша рабочая точка должна находиться в средней трети характеристики насоса. Именно в этом диапазоне насос работает с максимальным КПД. При выборе насосов большой производительности, внизу также присутствует дополнительная шкала – КПД. Это позволяет ориентировать не просто на среднюю треть, а видеть точный КПД работы данного насоса при такой рабочей точке.
- отклонение заданной рабочей точки от характеристики насоса должно составлять не более 3-5%;

- при использовании для подбора насоса специализированных программ, нужно всегда проверять, подойдет ли вам выбранный автоматически насос. У него может быть 100% совпадение по рабочей точке, но он не подойдет по шуму, или вы не поставили в поле вид жидкости, а перекачиваемая жидкость в вашей системе – не вода. Также бывает, когда в проект заложен центробежный насос, а вам система предложила насос с мокрым ротором.

- при проектировании инженеры часто закладывают суммарно до 10% запаса. Это приводит к тому, что при выборе насоса рабочая точка уже смещена от реальной. Кроме того, рассчитана эта точка часто бывает на максимальные нагрузки. Если еще при выборе взять насос чуть большей мощности, может получиться, что насос будет работать не в оптимальном режиме и с низким КПД. К сожалению, технический аудит именно по этой причине приходит к выводу о замене насосов на менее мощные на многих объектах. Это как раз тот случай, когда «много» – не всегда хорошо.

Пример оптимального подбора можно увидеть на рис. 2. Рабочая точка проекта Q=2.8 м.куб/час, H=4 м. Как видно на рисунке, эта точка идеально попадает на кривую насоса, работающего на максимальной скорости.

Что делать если не удается найти насос с нужной рабочей точкой?

Во-первых, обратить внимание на насосы с частотным регулированием. Плавное регулирование дает более широкие возможности по выбору рабочей точки. В случае, если при использовании частотного преобразователя не удается  выбрать оптимальный насос или этот вариант получается излишне дорогим, можно воспользоваться насосом нестандартного исполнения.

Когда речь идет о высокопроизводительных центробежных насосах для коммунального и промышленного назначения, система отопления может быть спроектирована таким образом, что не удается подобрать необходимую модель из огромного многообразия насосов с совершенно разными рабочими полями. Тогда на помощь приходит обточка (обрезка) рабочего колеса насоса. Если речь идет об отечественных насосах, как правило, эту услугу можно заказать на заводе-изготовителе и в специализированных мастерских. Когда покупка производится у крупнейших иностранных производителей, рабочее колесо изготавливается непосредственно по техническому заданию сразу на заводе. Для этого следует всего лишь заполнить опросный лист, указывая в нем ряд данных, включая оптимальную рабочую точку и тип насоса.

Переподбор насосов другого производителя.

Часто заказчик хочет сделать выбор насоса в пользу другого производителя. Обратим внимание на то, какие ошибки обычно допускают специалисты, выполняющие замену:

-  выбор делается по номинальным характеристикам насоса, а не по рабочей точке. В проекте обычно указано название и типоразмер насоса, а также значения подачи и напора. В России часто встречается, что в итоговой смете эти значения могут быть как значениями рабочей точки насоса, так и номинальными характеристики  данной модели насоса. Естественно, что если номинальные характеристики были приняты за рабочую точку, то в результате выбирают насос, совершенно не подходящий для этой системы. Т. е. перед началом работы над сметой с целью переподбора, нужно убедиться в том, что это рабочие точки. Если эти числа окажутся номинальными характеристиками насоса, то до предоставления заказчиком выдержки из проекта, переподбор начинать нельзя. Так как даже при одинаковых номинальных характеристиках кривая может сильно отличаться у разных насосов и рабочая точка в нужный диапазон не попадет, а следовательно насос будет подобран неверно.