Что такое напор воды?

Что такое напор воды и как его измерить? Напор воды — это давление воды, создаваемое разностью высот между водозабором вашего трубопровода и водяной турбиной. Напор воды может измеряться как вертикальное расстояние (метры) или как давление (килопаскали, бары и т.д.). Независимо от размера вашего потока, больший напор будет создавать большее давление — и, следовательно, более высокий выход — на турбине.

Альтиметр может быть полезен для предварительной оценки напора воды на участке, но не должен использоваться для окончательного измерения. Довольно часто недорогие барометрические альтиметры показывают ошибки в 45 метров или более, даже при калибровке. GPS-альтиметры часто еще менее точны. Топографические карты также могут дать вам очень приблизительное представление о вертикальном падении вдоль участка русла ручья. Но только два метода измерения напора воды достаточно точны для проектирования гидросистемы — прямое измерение высоты и водяное давление.

Прямое измерение высоты

Для измерения напора воды вы можете использовать лазерный уровень, геодезический нивелир, строительный уровень на штативе или уровнемер водянной. Для измерений потребуется помощник.

Один из методов — последовательно спускаться с напарником вниз по склону, используя нивелирную рейку. Как вариант вместо рейки можно использовать обычную 6м пвх трубу с отметкой. После каждого измерения перемещаетесь на точку, где была рейка и дальше вниз по склону к месту где планируется разместить генератор. Держите измерительный прибор точно горизонтально и убедитесь, что измерительный шест вертикален. Ведите подробные записи каждого измерения и высоты уровня. Затем сложите все измерения, чтобы вычислить общий напор воды.

Измерение водяного давления

Если расстояние достаточно короткое, вы можете использовать один или несколько садовых шлангов или отрезков гибких пластиковых трубок для измерения напора. Этот метод основан на постоянной величине, что каждый метр высоты создает 9,8 кПа водяного давления (10 метров создают 98 кПа или примерно 1 бар). Измеряя давление в нижней части шланга, вы можете рассчитать изменение высоты.

Проложите шланг (или трубку) от предполагаемого места водозабора до предполагаемого места расположения турбины. Если вы соединяете несколько шлангов вместе, убедитесь, что каждое соединение плотное и герметичное. Прикрепите точный манометр к нижнему концу шланга и полностью заполните шланг водой. Убедитесь, что в шланге нет пересечений, которые могли бы задерживать воздух. Вы можете промыть шланг водой перед подключением манометра, чтобы вытеснить любые пузырьки воздуха.

При необходимости вы можете измерить общий напор воды на больших расстояниях, перемещая шланг и снимая несколько показаний. Имейте в виду, однако, что разница составляет менее 10 кПа на каждый вертикальный метр. За исключением очень крутых склонов, даже 30-метровый шланг может опуститься только на несколько вертикальных метров. Вероятность ошибки значительно увеличивается с серией показаний низкого напора воды. Используйте самый длинный возможный шланг вместе с высокоточным манометром.

Вычисление чистого напора воды

Записав измерения, описанные в предыдущих разделах, вы определили валовой напор воды — истинное вертикальное расстояние от водозабора до турбины и результирующее давление внизу. Чистый напор воды, с другой стороны, — это давление в нижней части вашего трубопровода, когда вода фактически течет к вашей турбине. Это всегда будет меньше, чем измеренный вами валовой напор воды, из-за потерь на трение внутри трубопровода.

Вам потребуются данные о расходе воды для вычисления чистого напора воды. Более длинные трубопроводы, меньшие диаметры и более высокие расходы создают большее трение. Правильно спроектированный трубопровод даст чистый напор воды от 85 до 90 процентов от измеренного вами валового напора воды.

Потери напора воды

Потеря напора воды относится к потере мощности воды из-за трения внутри трубопровода (водовода). Хотя данный диаметр трубы может быть достаточным для переноса всего расчетного расхода, стенки, соединения и изгибы трубы создают сопротивление при прохождении воды, замедляя её. Эффект такой же, как снижение напора — меньшее давление воды на турбине.

Потеря напора воды не может быть измерена, если вода не течет. Манометр в нижней части даже самой маленькой трубы будет показывать полное давление, когда вода статична в трубе. Но когда вода течет, трение внутри трубы уменьшает скорость воды, выходящей снизу. Большие расходы воды увеличивают трение еще больше.

Большие трубы создают меньшее трение, доставляя больше мощности к турбине. Но большие трубопроводы также дороже, поэтому неизбежен компромисс между потерей напора и стоимостью системы. Рассчитайте размер вашей трубы так, чтобы не более 10-15 процентов валового (общего) напора терялось как трение трубопровода. Более высокие потери могут быть приемлемы для высоконапорных участков (30+ метров), но потери трения в трубопроводе должны быть минимизированы для большинства низконапорных участков.

Длина вашего трубопровода оказывает большое влияние как на стоимость, так и на эффективность вашей системы. Измерение простое — просто протяните рулетку между местами водозабора и турбины, следуя маршруту, который вы будете использовать для вашего трубопровода.

Практические советы по измерению

Подготовка к измерениям

• Выберите подходящую погоду — избегайте дождливых и ветреных дней
• Подготовьте оборудование — проверьте калибровку приборов
• Составьте план — определите маршрут и точки измерения
• Обеспечьте безопасность — используйте страховочное оборудование на склонах

Точность измерений

• Делайте несколько измерений — повторите процедуру для проверки
• Ведите подробные записи — фиксируйте все данные и условия
• Учитывайте сезонные изменения — уровень воды может меняться
• Консультируйтесь с экспертами — при сложных условиях обращайтесь к специалистам

Заключение

Точное измерение напора воды является критически важным для успешного проектирования микро-ГЭС. Чистый напор воды, наряду с расходом воды, используется для определения компонентов гидросистемы и электрической мощности. Проконсультируйтесь у нас по вопросу корректности ваших рассчетов прежде, чем заказывать оборудование.

Помните, что правильно спроектированная система должна обеспечивать чистый напор воды от 85 до 90 процентов от валового напора. Это достигается за счет правильного выбора диаметра трубопровода и минимизации потерь на трение.