Перекачка воды на 1 км: как подобрать насос и диаметр трубы

Когда воду нужно перекачать на 1 км, первая мысль — взять насос помощнее. На деле главный параметр здесь — диаметр трубы. На длинной линии большая часть напора насоса уходит не на подъём воды, а на трение о стенки трубы. Уменьшите диаметр на один шаг — и потери вырастут вдвое-втрое, а вместе с ними и нужный насос. Поэтому перекачку на большое расстояние считают в таком порядке: подача → диаметр трубы → потери → полный напор → насос. Как заполнить и промыть длинную линию перед гидроиспытаниями, объясняет статья о заполнении трубопровода водой.

Потери напора на 1 км: расчёт для разных труб

Мы посчитали потери на трение для гладкой трубы ПНД на 1000 метров по формуле Дарси — Вейсбаха. Местные сопротивления — повороты, клапаны, задвижки — сюда не входят, на них добавляют ещё около 10 %.

Видно, как резко всё меняется. При 50 м³/ч на трубе 90 мм километр «съедает» 84 метра напора, а на трубе 160 мм — всего 5. Стальная труба того же внутреннего диаметра даёт потери примерно на четверть больше из-за шероховатости, а гибкий рукав — ещё больше. Метод расчёта подробно разобран в статье о потерях напора в трубопроводе, выбор диаметра — в статье о диаметре трубы для насоса.

Пример: 50 м³/ч на 1 км с подъёмом на 10 м

Труба на два размера больше почти втрое снижает нужный напор. Насос получается меньше и дешевле, а электроэнергии он тратит меньше каждый час работы. Дороже обходится только сама труба. Если линия работает долго — месяцами на водопонижении или постоянно на объекте, — экономия на электроэнергии обычно перекрывает разницу в цене трубы. Если перекачка разовая, может быть выгоднее оставить тонкую трубу и взять насос с большим напором. Как найти рабочую точку на кривой, объясняет статья о рабочей точке насоса.

Рельеф трассы важнее, чем кажется

Напор считают не по разнице высот между началом и концом, а по самой высокой точке трассы. Если линия идёт через холм на 15 метров выше точки сброса, насос должен поднять воду на этот холм. Дальше вода пойдёт вниз и может разорвать поток, а в высоких точках будет скапливаться воздух.

• Вантузы в высоких точках выпускают воздух, иначе он запирает трубу и подача падает.
• Сливы в низких точках нужны, чтобы опорожнить линию на зиму.
• Профиль трассы снимают до подбора насоса — хотя бы по карте высот.

Гидроудар на длинной линии

Чем длиннее труба, тем больше в ней воды и тем сильнее удар при внезапной остановке насоса — например, при отключении электричества. Километровая линия с водой массой десятки тонн при резкой остановке даёт скачок давления, способный порвать трубу или повредить насос. Поэтому на длинных линиях ставят обратный клапан с плавным закрытием, избегают быстрых задвижек, а насосы запускают и останавливают плавно — устройством плавного пуска или частотным преобразователем. Подробнее — в статьях о гидравлическом ударе и об обратном клапане.

Если одного насоса не хватает

• Два насоса последовательно складывают напор при той же подаче — см. статью о последовательном подключении насосов.
• Промежуточная ёмкость посередине трассы: первый насос качает в неё, второй — дальше. Так проще, чем ставить насосы впритык.
• Высоконапорная модель — если напор нужен большой, а подача умеренная: см. статью о высоконапорном насосе.

Длинная линия зимой

Километровая труба на поверхности зимой — отдельная задача. Пока вода движется, она замерзает медленно, но стоит насосу остановиться, вода в трубе начинает остывать, и в низких точках образуются ледяные пробки. Пробка в трубе — это работа насоса на закрытую линию и риск разрыва трубы.

• в низких точках трассы ставят сливы, чтобы опорожнять линию при остановке;
• трубу утепляют или прокладывают ниже глубины промерзания, если линия постоянная;
• насос не останавливают надолго на морозе, а если нужно — сразу сливают трубу;
• обратный клапан у насоса держит воду в трубе — зимой это скорее минус, и его ставят с возможностью слива.

Об особенностях откачки в холод — в статье об откачке воды зимой.

Частые вопросы

Какой насос нужен для перекачки воды на 1 км? Тот, который даёт нужную подачу при полном напоре: подъём плюс потери на километре трубы. При подаче 50 м³/ч и трубе 160 мм потери около 5 м, при трубе 110 мм — около 31 м.

Можно ли перекачать воду на 1 км гибким рукавом? Можно, но потери в рукаве выше, чем в гладкой трубе того же диаметра. Для постоянной работы лучше труба ПНД.

Что выгоднее: толстая труба или мощный насос? Для долгой работы обычно толстая труба: она снижает расход электроэнергии. Для разовой перекачки — иногда мощный насос.

Зачем вантуз на длинной трубе? Чтобы выпускать воздух из высоких точек трассы. Без него воздушная пробка снижает подачу.

Вывод: перекачка воды на 1 км начинается с выбора диаметра трубы. Он определяет потери, а значит, и напор насоса. Дальше учитывают рельеф трассы, воздух в высоких точках и гидроудар при остановке. Тогда насос подбирается по рабочей точке без лишнего запаса. Производитель оборудования — шведская компания Grindex.