Водоподъемное оборудование выбирают с учетом ряда факторов, характеризующих условия его эксплуатации, которые в сельскохозяйственном водоснабжении имеют некоторые особенности. При выборе водоподъемного оборудования необходимо учитывать вид, глубину залегания и дебит источника воды, тип водозаборного сооружения и его размеры, энергетику и возможность автоматизации, характер водопотребления, а также наличие в воде абразивных примесей.

Все источники водоснабжения и водозаборные сооружения для выбора водоподъемного оборудования можно условно разбить на следующие основные группы:

Большое значение для выбора водоподъемного оборудования имеет гидравлическая характеристика водопроводной сети, совместно с которой это оборудование работает.

При значительных количествах потребляемой воды большое значение имеет к. п. д. водоподъемного оборудования, так как это связано с эксплуатационными расходами; для установок с малой производительностью, у которых расход энергии относительно небольшой, к. п. д. существенного значения не имеет.

Для подачи воды из поверхностных источников и промежуточных резервуаров, а также из шахтных колодцев и буровых скважин при динамическом уровне воды в них на глубине до 6 м ниже поверхности земли во всех случаях целесообразнее применять центробежные насосы обычного исполнения (с горизонтальным расположением вала). Для подачи воды из шахтных колодцев и буровых скважин с динамическим уровнем воды от 6 до 10 м эти насосы можно использовать при условии установки их в заглубленной насосной станции или в насосной шахте (глубиной до 4—5 м).

В тех случаях, когда вода источника не содержит абразивных примесей, расход ее небольшой, а по условиям эксплуатации воду необходимо подавать на относительно большую высоту, предпочтение следует отдавать вихревым насосам.

При динамических уровнях больше 10 м следует применять водоподъемные установки других типов, которые можно опускать в колодец или скважину.

Если требуется подавать воду с глубин от 10 м и выше из шахтных колодцев, целесообразно устанавливать плавающие центробежные и вибрационные насосы, а при содержании в воде абразивных примесей больше 0,05% по массе — винтовые насосы и водоструйные установки.

При подаче воды из буровых скважин с содержанием абразивных примесей до 0,01% по массе лучше погружные центробежные насосы. При большем содержании абразивных примесей рекомендуется применять винтовые насосы с погружными электродвигателями или водоструйные установки, а также эрлифты.

Поскольку в сельскохозяйственном водоснабжении наиболее распространены центробежные насосы, то условия, определяющие выбор насоса при совместной работе с водопроводной сетью, рассмотрим на примере центробежных насосов.

Центробежные насосы рассчитывают на подачу, напор и число оборотов при минимальных затратах энергии. Однако в зависимости от условий эксплуатации требуемые параметры насоса могут отличаться от расчетных и для правильного выбора насоса необходимо знать взаимосвязь между его параметрами.

Графическое выражение зависимости основных параметров (напора, мощности, к. п. д. и др.) от подачи при постоянном числе оборотов рабочего колеса называется рабочей характеристикой насоса.
 
На рисунке 1 показана рабочая характеристика центробежного насоса марки ЗК-9 (ЗКМ-9). Рабочую характеристику центробежного насоса получают экспериментально в результате стендовых испытаний насоса. При испытаниях путем изменения степени открытия задвижки на нагнетательной трубе насоса устанавливают 5—7 значений подачи насоса и одновременно замеряют соответствующие этим подачам напор, потребляемую мощность и число оборотов вала насоса. Полученные в результате испытаний и приведенные к определенному постоянному числу оборотов рабочего колеса подачу, напор и мощность (кривая Q—H и Q—N), а также вычисленные по этим величинам значения к. п. д. (кривая Q—η) наносят на график и соединяют плавными кривыми. На рабочей характеристике обычно приводят также кривую допустимой вакуумметрической высоты всасывания (кривая Q—Ндопвак), получаемую в результате кавитационных испытаний насоса.

Каждая рабочая характеристика центробежного насоса имеет несколько отличительных точек.

Начальная точка кривой Q—Н, показывающая взаимосвязь между подачей и напором насоса,   соответствует работе насоса при закрытой задвижке. В этом случае подача насоса равна нулю, а потребляемая насосом мощность, примерно 30% от номинальной, расходуется на механические потери и нагрев воды в насосе. Работа при закрытой задвижке допускается лишь на время пуска насоса в работу.

Рис. 1. Рабочая характеристика центробежного насоса 3К-9 (3КМ-9).

Оптимальная точка характеристики соответствует максимальному значению к. п. д. насоса. Область кривой Q—Н, находящаяся в зоне максимального к. п. д. и близких к нему значений, является рабочей частью характеристики. Рекомендуемые пределы подачи и напора насоса на рабочей характеристике обычно отмечают волнистыми линиями.

Конечная точка кривой Q—Н соответствует максимальному значению подачи, за пределами которой насос может войти в кавитационный режим работы, опасный для целостности насоса.

При работе центробежного насоса на водопроводную сеть его производительность и напор зависят не только от самого насоса, но также и от сопротивления трубопровода, в который этот насос подает воду. Поэтому установить, в каком режиме будет работать насос, можно лишь зная характеристику трубопровода.

Характеристика трубопровода представляет собой зависимость между расходом воды, протекающим по трубопроводу, и напором, необходимым для его пропуска.

Напор, который должен развивать насос при работе на водопроводную сеть, складывается из геометрической высоты подачи и потерь на трение и местные сопротивления в водопроводной сети:

                            Н = Н_г + h,                               (1)

где Н — полный напор насоса, м; Н_г— геометрическая высота подачи, м; h — потери напора, м.

Геометрическая высота подачи при неизменных уровнях всасывания и нагнетания всегда остается постоянной и не зависит от производительности насоса. Потери же напора в трубопроводе с изменением производительности насоса изменяются пропорционально квадрату расхода, протекающего по трубопроводу;

                             h = АkLQ²,                            (2)

где А — постоянная для данной трубы величина, называемая удельным сопротивлением трубопровода; k— поправочный  коэффициент, учитывающий неквадратичность зависимости потери напора h от расхода воды Q при скорости ее движения в трубе v меньше 1,2 м/с; L — длина трубопровода, м; Q — расход   воды, протекающий по трубопроводу, м³/с.

При выборе насоса для определения его соответствия условиям эксплуатации необходимо совместить рабочую характеристику насоса с характеристикой трубопровода, которую строят в том же масштабе, что и рабочую характеристику насоса. Совмещенную характеристику удобно строить путем нанесения на рабочую характеристику насоса кривой характеристики трубопровода (рис. 2).

Так как геометрическая высота подачи Н_г остается неизменной, то на графике ее изображают прямой горизонтальной линией на уровне от начала координат. При построении характеристики трубопровода, пользуясь выражением (2), задаются рядом значений расходов Q, пропускаемых по трубопроводу, и вычисляют соответствующие им потери напора, которые и наносят на график вверх от начала прямой Яг в точках, соответствующих выбранным значениям расхода, затем точки соединяют плавной кривой.

 Рис. 2. Совмещение рабочей  характеристики центробежного насоса ЗК-9 (ЗКМ-9) с  характеристикой трубопровода.

Точка А пересечения кривой характеристики трубопровода с кривой Q—Н центробежного насоса определяет условия совместной работы данного центробежного насоса с данной водопроводной сетью. Эту точку называют рабочей. По рабочей точке можно определить все основные параметры насоса при работе на водопроводную сеть. Для этого нужно провести через рабочую точку вертикальную линию до пересечения с кривыми, нанесенными на рабочей характеристике насоса.

Точка 1 пересечения с кривой Q — η показывает к. п.д. насоса при работе на водопроводную сеть. Насос можно считать соответствующим, если вертикальная линия пересекает кривую к. п. д. в точке его максимального или близкого к нему (в пределах 10%) значения. Точка 2 пересечения с кривой мощности Q — N показывает, какая мощность потребляется насосом при работе в данных условиях. Точка 3 пересечения с кривой Q—Н^доп_вак показывает допустимую высоту всасывания насоса, а точка 4 — производительность насоса при работе с этой водопроводной сетью. Проведенная через точку А до шкалы напоров Н горизонтальная линия позволяет определить напор, который развивает насос при работе на водопроводную сеть.

Основной задачей подбора насоса является обеспечение в системе требуемой производительности насоса и напора при наибольшем к. п. д.

Рабочая точка определяет предельную производительность насоса при работе на водопроводную сеть. Однако в зависимости от условий эксплуатации производительность насоса, определяемая рабочей точкой, может оказаться избыточной или недостаточной.

Если необходимо получить меньшую производительность например Q_B, то насосом будет создаваться излишек напора, величина которого h_B определяется разностью ординат характеристики трубопровода и характеристики насоса.

В таких случаях для уменьшения количества подаваемой в водопроводную сеть воды прибегают к регулированию задвижкой, прикрывая ее на нагнетательной линии насоса. Как было отмечено выше, такой метод регулирования вызывает непроизводительную затрату энергии.

У центробежных насосов, работающих с двигателями, не допускающими изменения числа оборотов, для уменьшения производительности обрезают наружный диаметр рабочего колеса. При уменьшении наружного диаметра рабочего колеса в пределах до 20% от нормального диаметра к. п. д. насоса почти не изменяется (разница 1—1,5%), а напор, подача и потребляемая мощность уменьшаются. Обрезать рабочие колеса больше указанного предела не рекомендяется, так как при этом к. п. д. насоса снижается значительно.

Изменение подачи, напора и  мощности при обрезке рабочего колеса определяют по следующим уравнениям:

                        Q/Q_об = D/D_об;                         (3)

                        Н/Н_об = (D/D_об)^₂;                     (4)

                         N/N_об = (D/D_об)³,                    (5)

где Q, H и N — соответственно подача, напор и мощность при нормальном колесе диаметром D; Q_o6, Н_о6, и N_об — те же величины, но при обрезанном колесе диаметром D_об.

Чтобы обеспечить необходимую подачу и напор, можно определить размеры обрезанного колеса, пользуясь формулами (3-4). Если по условиям эксплуатации требуется большая производительность, например Q_c, то насос не сможет обеспечить необходимый напор. Величина недостающего напора h_с также определяется разностью координат характеристики трубопровода и насоса. В этом случае для повышения производительности и напора надо увеличить обороты рабочего колеса насоса.

При необходимости увеличения подачи или значительных изменениях ее в зависимости от графика водопотребления устанавливают несколько насосов, работающих параллельно на одну водопроводную сеть. В этом случае суммарную рабочую характеристику параллельно работающих центробежных насосов строят следующим образом: рабочие характеристики насосов, принятых для параллельной работы, складывают путем суммирования ряда величин их подачи при одинаковых напорах.

Точка пересечения суммарной характеристики насосов с характеристикой трубопровода будет рабочей точкой насосов, совместно работающих с суммарной производительностью на водопроводную сеть.

Следует отметить, что при параллельной работе увеличение числа насосов не приводит к пропорциональному приращению их производительности. Это объясняется тем, что с увеличением подачи потери напора на преодоление сопротивлений в трубопроводе возрастают и производительность каждого из совместно работающих насосов несколько снижается по сравнению с работой одного из этих насосов на этот же трубопровод.

Когда по условиям эксплуатации напор, развиваемый одним центробежным насосом, недостаточен для подачи воды на необходимую высоту, насосы включают в водопроводную сеть последовательно. Для этого нагнетательный патрубок первого насоса соединяют трубой со всасывающим патрубком второго насоса. При этом всасывающую трубу, погружаемую в воду источника, присоединяют к всасывающему патрубку первого насоса. К нагнетательному патрубку второго насоса присоединяют нагнетательную трубу, отводящую воду в водопроводную сеть.

При построении суммарной характеристики последовательной работы необходимо сложить напоры каждого из последовательно работающих насосов при одинаковых подачах. При этом производительность и напор насосов, работающих на водопроводную сеть, также определяются точкой пересечения суммарной характеристики насосов с характеристикой трубопровода.

При выборе погружного центробежного насоса для подачи воды из буровой скважины необходимо знать расчетный расход воды, глубину до статического и динамического уровней, диаметр эксплуатационной колонны обсадной трубы, потребный напор выше устья скважины, диаметр водоподъемного трубопровода, содержание абразивных примесей в воде.

Особенностью построения совмещенной характеристики системы с погружным центробежным насосом является необходимость учета потерь напора в водоподъемном трубопроводе. Чтобы получить зависимость подачи от развиваемого насосом напора с учетом потерь напора в водоподъемном трубопроводе в точке его присоединения к водопроводной сети, надо из ординат кривой Q — Н рабочей характеристики насоса вычесть потери напора h в водоподъемном трубопроводе. Для этого, задаваясь рядом значений подачи (по шкале Q рабочей характеристики насоса), определяют соответствующие этим подачам (по шкале Н) напоры, из которых затем вычитают потери напора в водоподъемном трубопроводе, определяемые по выражению (2).