Парметры работы наососа — подача, мощность, развиваемый напор, объемный КПД насоса

Полезная мощность насоса – мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде.

Формула

Коэффициент полезного действия не имеет системы измерений и обозначается обычно в процентах. Общий КПД жидкостного насоса определяется произведением КПД его привода (электродвигатель, пневмодвигатель, гидродвигатель) и КПД насосной части. Ƞ = ƞпр * ƞнч

КПД привода насоса это не что иное, как отношение мощности, которую мы получаем на выходном валу двигателя к потребляемой двигателем мощности. Нужно сразу уточнить, что данное отношение не может быть больше единицы, так как потребляемая двигателем мощность всегда больше мощности на выходе. Это обуславливается тем, что в процессе преобразования энергии всегда присутствуют тепловые и механические потери. Ƞпр = P2 / P1

Расчет КПД

Потребляемая мощность зависит от вида и характеристик собственного источника. Если насос имеет электрический привод – электродвигатель, то потребляемая мощность электрическая, если пневмодвигатель, значит потребляемая мощность это мощность нагнетаемого воздуха. Электрическая потребляемая мощность это произведение напряжения на силу тока.

Мощность на выходном валу двигателя, это мощность механическая, полученная вследствие преобразования подведенного электрического или пневматического вида энергии. Данную мощность нужно рассматривать как отношение работы к единице времени.

Так как насосная часть состоит из деталей, узлов и механизмов, а во время её работы происходят различные процессы и присутствуют разные физические явления, то её коэффициент полезного действия необходимо рассматривать как произведение трёх составляющих: механический КПД, гидравлический КПД и объёмный КПД. Ƞнч = ƞм * ƞг * ƞо

1.6. Высота всасывания центробежного насоса

При работе насоса иногда может нарушиться нормальный режим работы и возникнуть кавитация.

Кавитацией называется образование пузырьков газа в объеме движущейся жидкости при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков внутри жидкости в зоне, где давление повышается.

В центробежных насосах кавитация может возникнуть на лопатках вблизи входных кромок, где пониженное давление и максимальная скорость потока жидкости. Понижение давления на входе в насос обусловлено гидравлическими сопротивлениями во всасывающем трубопроводе, необходимостью поднятия жидкости от уровня всасывания до оси насоса, а также пониженным давлением

на поверхности жидкости.

Пусть жидкость поднимается из открытого

рн

нижнего резервуара к насосу за счет разности

атмосферного давления ратм и давления на

Нвс рат

входе в насос рн, создаваемой в результате

вращения рабочего колеса (рисунок 2).

По-

мимо подъема жидкости на высоту Нвc

часть

перепада давления расходуется на создание

динамического напора жидкости сн2/2g и пре-

Рисунок 2

одоление

гидравлических сопротивлений

сывания имеет вид

∆Hпот во всасывающей трубе. Уравнение вса-

р

− р

с

2

+∑Нпот .

атм

н

= Нвс +

н

ρg

2g

Отсюда высота всасывания равна

2

р

атм

− р

н

с

−∑Нпот .

Нвс =

−

н

ρg

2g

Высота всасывания зависит от давления на поверхности всасываемой жидкости. Если резервуар открытый, то она зависит от ат-

8

Расчет методом вычисления и методом измерения.

Насос представляет собой одно из основных механических устройств, которое используется для перемещения жидкости с определенной скоростью. Единицей эффективности любого устройства передающего энергию на расстояние является его мощность. Обычно мощность измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт), но измерение в лошадиных силах (л.с.) по-прежнему широко используется для измерения мощности высокопроизводительных электрических устройств в США. 1 лошадиная сила (л.с.) приравнивается к 746 Вт.

Быстрая формула

• Мощность потока воды (л.с.) (напор) = минимальная мощность, необходимая для запуска водяного насоса

• TDH = полный скоростной напор = перемещение жидкости по вертикали (в футах) + потеря от трения в трубе

• Q = производительность (расход жидкости в галлонах в минуту)

• SG = удельный вес жидкости (удельный вес воды равен 1)

• Мощность потока воды = TDH ∗ Q ∗ SG / 3960

• Фактическая потребляемая мощность = (мощность потока воды (л.с.)) / (эффективность насоса).

Обычно применяется десятичная система записи чисел (50% → 0,5).

Упрощенный расчет напора и производительности насоса

Основными параметрами для выбора любого типа и вида насоса являются:

• создаваемый напор;

• производительность;

• мощность электродвигателя.

 В данной статье мы остановимся на упрощенном расчете напора и производительности.

Напор, создаваемый насосом должен складываться из трех важных значений:

1. При определении требуемого напора насоса нужно помнить, что 1 метр напора по вертикали примерно равен 10 метрам напора по горизонтали (на самом деле на данное отношение влияет множество факторов).

Если в характеристиках насоса написано, что максимальный напор при нулевой производительности достигает Hmax = 48 метров, то значит, что по вертикали данный насос поднимет воду на высоту 48 метров или при нулевой высоте подъема он сможет доставить воду примерно на 480 метров по горизонтали (но при этом вода будет вытекать слабой струйкой).

Например, вы устанавливаете насос в подвале дома или гаража, находящемся на 3 метра ниже уровня земли. До входа системы водоснабжения в одноэтажный дом, куда подается вода — 20 метров. Значит, Вам необходим насос с напором свыше 5-ти метров при определенной производительности:

Hmax = 3 + 20/10 = 5 метров.

Но для нормальной работы системы водоснабжения Вам нужен насос с определенными напором и производительностью.

Вы спросите: «Почему при определенной производительности?»

Ответ: «Вам нужно, чтобы вода из шланга или крана не капала (а на насосе указан максимальный напор при нулевой производительности, либо наоборот), а вытекала с производительностью, достаточной для удаления воды из емкости. Для бытовых целей производительности насоса хватит, если максимальный напор, создаваемый насосом (указан в характеристиках насоса) превышает расчетный на 3 метра. В данном случае 8 метров. Опять-таки, не стоит забывать, что в ряде случаев необходим запас по напору, определяющему производительность насоса, то есть напор должен быть существенно больше.

Более точные расчеты напора и производительности насоса в зависимости от сложности системы трубопроводов, дальности перемещения воды и высоты подъема определяется по специальным диаграммам, таблицам или для сложных условий работы системы водоснабжения производятся сложнейшие расчеты, в которых с определенной степенью погрешности учитываются все параметры и характеристики системы.

2. Давление, рекомендуемое (необходимое) в точке потребления, как правило, для всех потребителей бытового назначения, должно быть от 1,5 до 3,0 бар (bar), что соответствует напору от 15-ти до 30-ти метров Hпотр = (15 … 30) м.

3. Расчетный напор насоса до основных точек потребления (например, до входа системы водоснабжения в одноэтажный дом):

Нрасч = Hгео + Hпотр + Hпот

Где: Нрасч —расчетный напор, создаваемый насосом, м;

Hгео— геодезическая высота подъёма воды (расстояние по вертикали от места установки насоса до наиболее высокорасположенного потребителя), м.

Hпотр — напор, который необходимо создать в самой удаленной точке и высоко расположенной точке потребления, м.

Hпот—суммарное гидравлическое сопротивление по всей длине Lтр всасывающего и нагнетательного трубопроводов (суммарные потери напора).**

*Высота всасывания

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при + 65-ти градусах Цельсия (°С) забор воды становится невозможен.

Обычно геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5-ти, 7-ми метров и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 9-ми метров.

**Точный расчет суммарных гидравлических потерь напора по всей длине Lтр трубопроводов и элементах инсталляционной аппаратуры, элементах управляющей автоматики и т.д. крайне сложен – приходится учитывать очень большое количество факторов.

Для крайне приблизительных и упрощенных расчетов зачастую достаточно принимать, что для горизонтального участка трубопровода длиной 100 метров разница между напором на входе и выходе с учетом потерь напора условно принимаем снижение напора на 10 м, что соответствует падению давления около 1 бар (bar). 

Упрощенный пример расчета на уровне «двух пальцев» (за основу взят погружной насос).

а) Приведем пример или задачу:

Длина трубы 25 метров в высоту (от динамического уровня воды до дальней точки потребления). Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода достигла точки потребления?

Решение очень простое — нам нужен напор, равный высоте от динамического уровня воды до точки потребления, то есть 25 метров!

Обратите внимание! В задаче указано, что вода должна достигнуть точки потребления, а не литься из трубы фонтаном.

б) Если Вы хотите понять: «Как найти величину напора, чтобы на выходе в точке потребления вода выходила фонтаном?» — решим следующую задачу.

Расстояние от уровня воды до точки потребления составляет 35 метров в высоту. Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода выходила из трубы фонтаном или как минимум превысила высоту точки потребления? Решение тоже очень простое! Необходимо, чтобы у насоса высота напора была выше 35 метров!

Но нам необходимо рассчитать напор, достаточный для системы водоснабжения, чтобы на выходе из последней точки потребления создавался минимальный стандартный напор по водопотреблению.

Задача: Длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления 35 метров. Какой нам нужен напор насоса, чтобы на выходе трубы (или другими словами в точке потребления) создать напор, равный 30 метрам?

Решение: Необходимо, чтобы у насоса был напор, равный 65 метрам! Эта цифра получена путем сложения двух данных: 35 м (длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления) + 30 м (стандартный, рекомендованный в точке потребления напор – детальнее указано выше) = 65 метров.

4. Потери создаваемого напора — потери напора, снижение давления между входом и выходом элемента конструкции гидросистемы, к которым относятся трубопроводы, арматура, электронасосы, элементы управляющей автоматики и т.д.

Потери напора, создаваемого насосом при перекачивании жидкости, зависят от:

• материала, из которого изготовлены элементы трубопроводов;

• геометрических характеристик трубопроводов (длины, диаметров, углов изгибов используемых переходников, отводов и т.д.);

• наличия клапанов, фильтров (как грубой, так и тонкой очистки), изгибов, приспособлений и других вспомогательных устройств;

• фактического технического состояния гидросистемы, в том числе степени шероховатости внутренних поверхностей;

• вязкости перекачиваемой жидкости.

Потери создаваемого напора можно приблизительно рассчитать по таблицам, в которых указываются значения уменьшения напора, выраженного в метрах водяного столба.

С учетом того, что:

10 м.в.ст. (10 метров водяного столба) = 1 бар (bar) = 100000 Па (Pa)= 100 кПа (kPa)

Нужно при любых расчетах привести все величины к одним единицам измерений.

Пример расчета потерь создаваемого напора (hп).

Заметно снизилось (уменьшилось) давление в системе водоснабжения — попробуем найти причину — обоснуем необходимость замены труб, элементов трубопровода или существующего насоса, а затем изменим внутренний диаметр (следовательно, увеличим сечение трубы) и тип материала, из которого изготовлены трубы системы водоснабжения, или существующий насос.

Исходные данные:

1) Система водоснабжения была смонтирована из стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d1 = 25 мм.

2) Для перекачивания жидкости в системе водоснабжения применяется условный центробежный насос с производительностью Q = 4,0 м3/ч.

3) Общая длина трубопроводов составляет L = 100 м.

4) Для наглядности и упрощения примера не берём во внимание количество и углы изгибов используемых переходников, отводов — считаем только потери напора по длине прямого трубопровода (что имеет мало общего с реальной жизнью, так как в действительности любая система водоснабжения состоит из всевозможных изгибов, переходников, штуцеров, различных элементов запорной арматуры, в том числе кранов, вентилей; о действительном состоянии внутренних стенок стальных труб после определенного срока мы умышленно умалчиваем!).

Вопрос:

На сколько изменится создаваемый напор, если при реконструкции системы водоснабжения взамен демонтированных стальных труб будут использоваться трубы из ПХВ с внутренним диаметром

d2 = 38 мм?

Решение:

1) По ниже приведенной таблице потерь напора определяем потерю напора при длине L = 100 м трубопровода и производительности Q = 4,0 м3/ч для труб из ПХВ с внутренним диаметром d1 = 25 мм.

Потери напора составляют h1 = 21,5 м (м.в.ст.), что соответствует уменьшению давления на величину:

∆P1 = 2,15 бар (bar).

2) Внизу таблицы в примечании указано, что полученное значение потерь давления для стальных оцинкованных труб нужно умножить на поправочный коэффициент k = 1,5. В результате получим значение потерь давления:

h2 = 21,5 м × 1,5 = 32,25 м (м.в.ст.), что примерно соответствует уменьшению давления на величину: ∆P2 = 3,23 бар (bar). (Это результат на условном трубопроводе длиной 100 метров!)

3) По таблице потерь для труб из ПХВ диаметром d2 = 38 мм и длиной L = 100 м при производительности Q = 4,0 м3/ч определим потери напора, равные h3 = 2,9 м.в.ст., что соответствует уменьшению давления 0,29 бар (bar).

4) После замены стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d1 = 25 мм на трубы из ПХВ с внутренним диаметром d2 = 38 мм, при одинаковой длине трубопровода L = 100 м и при той же производительности Q = 4,0 м3/ч условного насоса (по условию задачи насос не меняли!) получили меньшие потери напора и давления:

h = h2 — h3 = 32,25 — 2,9 = 29,35 м (м.в.ст.); или ∆P = ∆P2 — ∆P1 = 3,23 — 0,29 = 2,94 бар (bar)

Вывод: поменяем трубы для системы водоснабжения, а не насос (насос не «виноват»)!

Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для труб из ПХВ и полипропилена в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)

Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для стальных труб при перекачивании сточных вод в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)

Расчет производительности следует производить по двум основным значениям:

1. Расход в точке потребления.

2. Потери производительности по длине трубопровода от насоса до точки потребления.

Что касается расхода потребления воды, то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт.

Примерный расход воды из потребителей:

• умывальник — 6 л/мин;

• туалет — 4 л/мин;

• посудомоечная машина — 8 л/мин;

• душ — 10 л/мин;

• поливочный кран — 18 л/мин;

• стиральная машина — 10 л/мин;

• бассейн — 15 л/мин;

• полив газонов и цветников требует до 6 л/мин воды на один м2, расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива;

• сауна или баня потребует около 16 л/мин.

 На практике обычно считается расход из одного открытого крана равен 10 литрам/минуту.

Возьмем для примера смеситель в ванной. По опыту для комфортного использования смесителя необходимо, чтобы расход воды на выходе примерно равнялся 15 литрам в минуту. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору расхода в данной задаче.

Но ведь у нас не одна точка водоразбора, тогда необходимо рассчитать общий поток для всех точек потребления. Соответственно расход всех точек потребления необходимо суммировать и найти максимальный показатель расхода.

Предположим, у нас имеется две ванны и кухня. И представим, к примеру, что в первой ванной работает душ, во второй — непосредственно смеситель и стиральная машина, на кухне открыт кран и работает посудомоечная машина.

Суммируем расходы из всех точек потребления 10 + 15 + 10 + 6 + 8 = 49 литров в минуту — получили наш расход из пяти основных потребителей.

Можем подбирать необходимую производительность насоса с учетом примерного расхода.

Важно! При расчете максимальной производительности (объемной подачи) насоса или при установке насоса повышения давления необходимо брать запас не менее (40 … 50) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Важно! При расчете фактической производительности (объемной подачи) насоса необходимо учитывать, что все потребители в системе водоснабжения никогда не работают одновременно, соответственно клиент может взять поправочный коэффициент (коэффициент запаса по производительности), равным kзап = 0,8 … 0,9 = (80 … 90) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Для чего необходимы расчеты

Большинство современных систем автономного обогрева, использующихся для поддержания определенной температуры в жилых помещениях, укомплектованы насосами центробежного типа, которые обеспечивают бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительном контуре.

За счет увеличения давления в системе можно снизить температуру воды на выходе отопительного котла, сократив тем самым суточный расход потребляемого им газа.

Правильный выбор модели циркуляционного насоса, позволяет на порядок повысить уровень эффективности работы оборудования в отопительный сезон и обеспечить комфортную температуру в помещениях любой площади.

Исчисление и определение полезной мощности насоса

1. Определите требуемый расход.

Необходимый поточный расход перекачиваемой насосом жидкости зависит от потребности вашего проекта. Определите эту величину в галлонах в минуту (gpm=гал/мин).

Результат вычисления необходим для того чтобы определить какие насосы и трубы вам понадобятся.

Пример: Согласно плану орошения, подготовленного садовником, требуемый поточный расход: 10 галлонов в минуту

* Справка: 1 foot (ft) = 1 фут = 0.3048 м ; 50 feet = 50 футов = 15.24 м

Расчет производительности насосного оборудования для скважин на воду.

На конкретный объект общая производительность обязательно предусмотрена в проекте. Например, для частного хозяйства количество потребления воды определяется исходя из нормативных данных. Принято, что в среднем на человека в сутки необходимо 200 мл воды. Это с учетом, что водопотребление будет происходить сутра и вечером.

Если учитывать, что эти нормативные 200 мл будут израсходованы за 2 часа, то на семью в составе 4 человек, среднее потребление воды будет составлять приблизительно 0,5 м3/ч. Кроме того, если вода будет еще применяться для дополнительных нужд, например, полив грядок, то для этого нужно будет уже 1,5 м3/ч. Таким образом, общая производительность оборудования должна быть не менее 2 м3/ч.

Совет: рекомендуется приобрести мембранный гидроаккумулятор для оставшихся полкуба жидкости.

2. Измерьте высоту, на которую необходимо перекачивать воду.

Это расстояние по вертикали от верхнего уровня грунтовых вод (или верхнего уровня воды в первом резервуаре) до уровня конечного пункта назначения воды. Не принимайте во внимание расстояние по горизонтали, на которое необходимо перекачивать воду. Если уровень воды изменяется со временем, используйте максимально предолагаемое расстояние. Это «высота подачи воды» (напор), который должен будет создать ваш насос.

Пример: Когда садовый резервуар почти пуст (самый низкий предолагаемый уровень), его уровень воды на 50 футов ниже поверхности сада, который нуждается в поливе

Номинальный напор

Напором именуют разность удельных энергий воды на выходе из агрегата и на входе в него.

Напор бывает:

• Объёмный;
• Массовый;
• Весовой.

Перед покупкой насоса стоит все узнать у продавца все по поводу гарантии

Весовой имеет значение в условиях определенного и постоянного гравитационного поля. Он повышается с сокращением ускорения свободного падения, а когда присутствует невесомость, равняется бесконечности. Поэтому весовой напор, активно применяемый сегодня, некомфортен для характеристик насосов объектов летательных, космических.

Полная мощность израсходуется на запуск. Она подходит извне в качестве энергии привода электродвигателя или с расходом воды, которая подается к струйному аппарату под особым напором.

Устройство циркуляционного насоса

Для чего нужен циркуляционный насос

Маркировка

Насосное оборудование от разного производителя имеет свою маркировку, чаще всего на корпусе указывается напор (номинальное или максимальное значение) объем подачи (в метрах кубических в час или литрах в минуту, также номинальный или максимальный показатели) и условный диаметр проходного канала в миллиметрах.

В моделях Grundfos указывается материал изготовления корпуса, вид соединения и монтажная длина, в модельном ряду Wilo основными показателями являются внутренний диаметр условного прохода и максимальный напор.

Тонкости выбора

Итак, если вы столкнулись с выбором насоса, как погружного, так и циркуляционного, впервые, настоятельно рекомендуем воспользоваться всеми советами и рекомендациями. Прежде всего, доверяйте только проверенным производителям, качество продукции которых не вызывает ни малейших нареканий. Не стоит пренебрегать помощью профессионалов: они из всего представленного многообразия помогут выбрать оптимальный вариант, отталкиваясь от основных требований особенностей эксплуатации.

Виды по типу размещения

По способу размещения водоснабжающие гидронасосы подразделяются на два класса:

1. Поверхностного типа. Располагаясь в стороне от источника воды, обеспечивают ее всасывание по опущенной в колодец или скважину трубе.
2. Погружные. Полностью опускаются в воду на некоторую глубину.

Иногда в отдельный класс выделяют насосные станции, которые по сути являются компактным самодостаточным водонапорным комплексом, состоящим из поверхностного насоса, накопительного мембранного бака‑гидроаккумулятора, реле давления воды и схемы управления.

Рабочий процесс лопастного насоса

Рекомендации по установке насосов

Коротко о главном

А Вы знаете, какая мощность у Вашего насоса?