Этап-2 Источники Водоснабжения

Полная таблица гидравлических сопротивлений (потерь) и расходов в полиэтиленовых трубах

Задача этого этапа — оценка качественных и количественных характеристик  источников водопотребления для полива.
По каким параметрам оцениваются Источники Водоснабжения?

• Доступный расход воды –“Q”, (м³/час)
• Статическое и динамическое давление воды– “P”, (кг/см²)
• Физико-химический состав воды
• Температура воды в поливной сезон
• Удаленность от участка

Расход воды –“Q”, единица измерения –  м³/час – как видно из единиц измерения этот показатель определяет,  какой объем в кубометрах мы сможем заполнить водой  за 1 час.  Иногда применяются другие единицы  – л/с (литры в секунду) или л/мин.(литры в минуту). Но все уважающие себя производители насосного оборудования (для перекачки воды) и поливочного оборудования оперируют именно в м³/час. Эта размерность будет так же удобна при расчете проходной способности и потерь давления трубопроводов.
Расход воды является важнейшим показателем и, как мы убедимся, сыграет решающую роль при всех последующих расчетах.

Давление воды – “P”, кгс/см².  Давление воды можно представить, как энергию способную перемещать воду прямолинейно или вверх, и тем дальше или выше, чем выше наше давление.  Показатель так же крайне важный для работоспособности любой Системы Автоматического Полива.

Физико-химический состав воды —  учитывает наличие примесей. По большей степени относится к скважинам с повышенным содержанием всевозможных включений, количество которых иногда достигает таких величин, что без специальной обработки воды, способно вывести поливочное оборудование из строя в течении нескольких дней. Поэтому при проведении буровых работ у себя на участке принимайте работы у подрядчика вместе с удовлетворительными результатами хим. анализа воды.  При заборе воды из открытых водоемов в большинстве случаев достаточно применение сетчатых фильтров 150-200 мкм.

На двух следующих показателях мы останавливаться подробно не будем. Достаточно сказать, что температура воды будет важна при поливе определенных видов растений. Это к агрономам.
Удаленность  будет учтена при расчете потерь давления в трубопроводах.
Теперь детально рассмотрим два  возможных источника водоснабжения?

ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ.

То есть подключение к общему водоводу  с хоз-питьевой или технической водой.
Если вы уже врезаны в один из таких водоводов, то тут все просто – расход воды, Q, определяется по диаметру трубы из таблицы (см. ниже), а давление Р, – измерением статического давления в трубопроводе манометром. Тут может возникнуть законный вопрос — по диаметру, какой трубы считать расход, если от врезки идет труба одного диаметра, затем переходит в другой, в доме в третий и т.д.? Ответ: учитывается труба с наименьшим диаметром.  Участками трубопроводов длиной меньше 1,5 м. можно пренебречь. Объясняется это их способностью пропускать через себя больший объем жидкости за счет увеличения скорости ее движения. Но это не значит, что врезать наш полив необходимо в доме. Выберите трубу с максимальным диаметром вне дома, или в монтажном колодце вместе с общим вводом в дом, не забывая, при этом уладить все формальности с местным водоканалом.

Ниже приведена таблица расходов “Q”труб различного диаметра. Материалом труб можно пренебречь.

Полная таблица гидравлических сопротивлений (потерь) и расходов в полиэтиленовых трубах/2018/04/losses1.pdf

Пример: подключение к трубе диаметром 1¹/₂” (Ø40 мм) — обеспечит нам доступный расход Q= 5,4 м³/час.

Отмечаем этот параметр в свободном месте на чертеже.
Для определения статического давления в водопроводе, место подключения манометра необходимо выбирать максимально близко к месту будущего подключения Системы Автоматического Полива. И поскольку, мы измеряем статическое давление, все потребители, «сидящие» на этой трубе в момент измерения, обязательно должны быть отключены, т.е. расход в этот момент должен быть равен нулю.
Показания необходимо снимать в поливной сезон несколько раз в разное время суток. В результате мы получим ясную картину потребления воды в вашем районе и выберем для себя оптимальные часы полива. Как правило, это будут ночные и утренние часы.
Наименьшее из полученных показаний, будет являться доступным давлением “P”. Так же отмечаем этот параметр. В результате в свободном углу чертежа у нас появятся две строчки,

например:
Q= 5,4 м³/час
P= 4,5 кгс/см²
(Я бы заказчиков с такими показаниями заносил бы в Красную Книгу.)

О чем могут сказать эти цифры уже на этом этапе?
Давление “P” – показывает, сможет ли наша Система Автополива работать без повышающего насоса. Для небольших и средних, плоских по рельефу участков, — давление в 4,5 кгс/см² определяют, как минимально необходимое давление на входе или проектное входное давление  — “P_пр.вх”. Почему именно 4,5 кгс/см²?
Потому  что, во-первых – это давление в начальной точке Системы Автополива, с учетом всех потерь, связанных с движением воды по трубопроводам, тройникам, отводам, поворотам, клапанам и т.д. —  на выходе, т.е. на дождевателях, мы получим меньшую величину.  На сколько? – покажут дальнейшие расчеты. Во- вторых – трубы зарастают – их гидравлическое сопротивление движению воды растет, соответственно давление на дождевателях со временем будет снижаться.  Минимально допустимое давление, необходимое для оптимальной работы дождевателей мы обозначим “P_пр.д”.  Для разных типов дождевателей этот показатель варьируется от 2,5 до  4,5 кгс/см², для некоторых  типов роторных и импульсных дождевателей этот показатель может достигнуть 7 кг/см²
Расход “Q” – указывает сколько дождевателей смогут работать одновременно.  При среднем расходе одного дождевателя 0,5 м³/час в данном случае мы сможем подключить одновременно 10-12 шт.

Не стоит отчаиваться, если ваши показания гораздо меньше. Решение есть всегда. Какое? – в следующих главах.

СКВАЖИНА, КОЛОДЕЦ, ОТКРЫТЫЙ ВОДОЕМ.

В любом случае речь пойдет о насосном оборудовании.
Самый разумный вариант – отложить покупку насосного оборудования до момента окончания всех расчетов по водопотреблению на все хоз. нужды, не только на полив.
И все же, если насос уже смонтирован, то нам для оценки производительности насоса, в отличии от предыдущего пункта, потребуется определить  только одну из его характеристик —  «Q» — т.е. доступный  расход, при фиксированном, уже известном нам «проектном входном» давлении “P_пр.вх”= 4,5 кгс/см². Другими словами, сколько кубометров воды сможет перекачать насос, поддерживая постоянным проектное входное давление.
Для определения расхода или производительности насоса, нам понадобится техническая документация на ваш насос или насосную установку. Табличка на корпусе насоса, за исключением отечественных консольных насосов, нам не даст рабочих характеристик насоса, а лишь их максимальные значения.

Например:
на корпусе насоса указаны значения: расход Q_max= 50 л/мин, высота подъема Hmax= 45м.
Переведем эти значения в кубометры и килограммы
Q_max = 50 л/мин х 60 мин =3000 л/час или 3 м³/час
Н_max= 45м.= 45м/10 = 4,5 кгс/см²

Это значит, что максимум расхода 3 м³/час мы получим при свободном выходе жидкости из напорного патрубка насоса, т.е. при давлении Р близким к нулю. И наоборот,  давление в 4,5 кгс/см² насос сможет развить, работая в тупик, т.е. при нулевом расходе. По этому, о данном конкретном насосе можно сказать, что, в лучшем случае, его можно использовать в качестве повышающего насоса.
Для того что бы получить реальные характеристики того или иного насоса, необходимо использовать «напорную кривую» , имеющуюся в паспорте на каждый насос. Кривая – это график зависимости давления, развиваемого насосом от величины расхода. Как вы уже поняли из предыдущего примера, это обратно-пропорциональная зависимость.
Уважаемые компании, производящие насосы, предоставляют кривые, в точности которых сомневаться не приходится.
Если нет паспорта, достаточно забить марку насоса в Яндекс. Нет марки – измерьте диаметры впускного и выпускного патрубка, диаметр корпуса крыльчатки (для центробежных насосов), сделайте фото насоса, запишите мощность двигателя насоса и обратитесь к толковому менеджеру любой крупной организации, торгующей насосным оборудованием.
В случае если вам все же не удалось найти «напорную кривую» вашего насоса. Остается экспериментальный путь. Но более понятно объяснить суть эксперимента поможет последний этап проектирования.

Теперь поподробнее о теории «подъемных» насосов. Т.е. насосов, которые будут поднимать воду из естественного водоема (река, озеро) или искусственного (скважина, колодец) на орошаемый участок.

Рис.1

Чуть выше мы уже определись, что проектное давление на дождевателях должно быть P_пр.д = 2,5 ÷ 4,5 кгс/см²
Следовательно проектное входное давление “P_пр.вх”,  которое должен развить насос для того чтобы обеспечить работоспособность Системы Автополива определяется следующим равенством:

P_пр.вх = P_пр.д. + (h_под + h_рел + h_тр+ h_ф)/ 10

Где:

h_под – высота подъема воды до точки подключения Системы Полива, м.
h_рел – перепад высот рельефа участка, м.
h_тр – потери давления в результате гидравлических сопротивлений в трубопроводе, м.
h_ф — местные потери давления в фитингах, м.
С первыми двумя членами формулы все должно быть понятно.
«h_тр» — определяется из таблиц потерь давления в трубопроводах. Этот параметр зависит от диаметра трубы, количества жидкости проходящего через участок трубы в единицу времени, т.е. расхода, и от скорости движения жидкости.
«h_ф» -потери давления на преодоление фитингов, запорной арматурой и других местных сопротивлений, принимаем его равным эквиваленту 30 % длины участка трубопровода по которому ведется расчет, т.е
Н_ф = 0,3 Нтр
Окончательный вид равенства:

P_пр.вх = P_пр.д. + (H_под + H_рел + 1,3Н_тр)/ 10

Пример:
Рассчитать проектное давление насоса при подъеме воды из водоема.
Проектное давление на дождевателях 3,5 кгс/см².  Высота насоса относительно минимального уровня воды в водоеме 3 м. (Рис.1). Перепад рельефа участка 12 м. Длина всасывающей части трубопровода 10 м, напорного трубопровода 150 м. Необходимый  расход для полива участка – 8,5 м³/час.

Pпр.вх = 3,5 + (3+12 + (10*1,3)/100*0,37 + (150*1,3)/100*6,55)/ 10

1,3 — коэффициент, учитывающий местные потери (явно завышенный для конкретного случая)
0,37м и 6,55 м– потери напора в метрах на участке100м при расходе 8,5 м³/час для труб Ø90мм и Ø50мм, соответственно, — табличные данные.

P_пр.вх = 6,28

Результат:
для обеспечения работоспособности Системы Автоматического Полива, с указанными выше входными данными, необходима насосная установка, способная обеспечить расход 8,5 м³/час при давлении 6,3 кг/см². Теперь переходим к следующему этапу проектирования.