В чем измеряется подача насосов

Повышение давления насосом называется напором. Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

E = механическая энергия [Н•м]

G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:

10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H0 при нулевой подаче.

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи.

Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.

• Характеристики насосов
• Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Форма характеристик насоса

На рисунке показана различная крутизна характеристик насоса, которая может зависеть, в частности, от частоты вращения мотора.

Различное изменение подачи и давления

При этом крутизна характеристики и смещение рабочей точки влияет также на изменение подачи и напора: • пологая кривая – большее изменение подачи при незначительном изменении напора • крутая кривая – большое изменение подачи при значительном изменении напора

Характеристика насосной системы

Трение, имеющее место в трубопроводной сети, ведет к потере давления перекачиваемой жидкости по всей длине. Кроме этого, потеря давления зависит от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, свойств арматуры и агрегатов, а также сопротивления, обусловленного диаметром, длиной и шероховатостью стенок труб.

Потеря давления отображается на графике в виде характеристики системы. Для этого используется тот же график, что и для характеристики насоса.

Характеристика системы

Форма характеристики показывает следующие зависимости:

Причиной гидравлического сопротивления, имеющего место в трубопроводной сети, является трение воды о стенки труб, трение частиц воды друг о друга, а также изменение направления потока в фасонных деталях арматуры.

При изменении подачи, например, при открывании и закрывании термостатических вентилей, изменяется также скорость потока и, тем самым, сопротивление. Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график будет иметь форму параболы. Эту связь можно представить в виде следующего уравнения:

Если подача в трубопроводной сети уменьшается в два раза, то напор падает на три четверти. Если, напротив, подача увеличивается в два раза, то напор повышается в четыре раза. В качестве примера можно взять истечение воды из отдельного водопроводного крана.

При начальном давлении 2 бара, что соответствует напору насоса прим. 20 м, вода вытекает из крана DN 1/2 с расходом 2 м3/ч.

Чтобы увеличить подачу в два раза, необходимо повысить начальное давление на входе с 2 до 8 бар.

Изменяющаяся рабочая точка

Рабочая точка

Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, являетсярабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.

При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.

Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.

Такими требованиями являются:

• для циркуляционных насосов систем отопления — потребление тепла зданием,
• для установок повышения напора — пиковый расход для всех мест водоразбора.

Все остальные рабочие точки находятся слева от данной расчетной рабочей точки.

На двух рисунках показано влияние изменения гидродинамического сопротивления на смещение рабочей точки. Смещение рабочей точки по направлению влево от расчетного положения неизбежно вызывает увеличение напора насоса. В результате этого возникает шум в клапанах. Регулирование напора и подачи в соответствии с потребностью может производиться применением насосов с частотным преобразователем. При этом существенно сокращаются эксплуатационные расходы.

Мощность насоса (напор): определение, формула, характеристики, единицы измерения

Мощность насоса – значимая техническая характеристика центробежного насоса, которая определяет выполняемую работу за определенный период времени. Под насосом имеют в виду систему для транспортировки перекачиваемой жидкости. Жидкость может быть чистой или с примесями в виде твердых частиц. Каждый насос перекачивает фракции определенного диаметра. Насос отличается от водоподъемного оборудования способностью увеличивать давление или кинетическую энергию.

Для расчета полезной мощности важно рассмотреть два важных термина. Подача напора насоса обозначается Q. Это количество воды, которое поступает в насос. Все измерения производятся за единицу времени. Напор насоса – это механическая энергия, вырабатываемая при прохождении жидкости через насос. Она определяется двумя значениями – энергией при входе и энергией на выходе воды.

Простыми словами, напор насоса определяет высоту, на которую водяной насос сможет транспортировать жидкость.

Еще одним важным параметром будет мощность, потребляемая насосом. Она обозначается буквой N. Единицей измерения будут кВт. Полезная мощность – это Nп или полученная мощность, которая образуется при прохождении определенного количества воды за единицу времени.

КПД водяного насоса – это количество потерянной энергии. Это та энергия, которую потребляет двигатель для работы.

В процессе вырабатываемой энергии есть не только затраченная на перекачивание воды, но и несколько других разновидностей. Общие потери в насосах определяются по формуле: 1 – КПД. Чем меньше КПД, тем меньше лишней энергии вырабатывается. Следовательно, учитывая все существующие КПД и их причины, можно снизить общие потери в насосе.

Расчет КПД в насосе и двигателе

При техническом обслуживании специалист не сможет определить мощность, оставшийся срок службы подшипников насоса или двигателя с высокой степенью точности. Именно состояние этих деталей может стать причиной замены насоса или обслуживания. С другой стороны, в ходе использования насоса можно самостоятельно определить снижение мощности и сопутствующие неполадки. Объективно, если агрегат стал медленнее транспортировать жидкость из точки «А» в точку «Б», это говорит о необходимости замены двигателя или самого центробежного насоса.

Количественная оценка потери эффективности нужна в определенных ситуациях. Фактически можно количественно оценить существующий КПД насоса или двигателя и сравнить их с техническими особенностями оборудования.

В водяных насосах выделяют следующие виды КПД:

1. Гидравлические. Они зависят от количества вращения лопастей насоса, выполняемых при перекачивании воды. Определяются потоком воды внутри насоса. Если гидравлический КПД превышает норму, насос будет хуже поднимать воду на высоту. Снижается напор насоса.
2. Объемные. Это потенциальные утечки в насосе, которые снижают количество воды на моменте подачи жидкости в систему. Объемный КПД определяется делением фактического расхода, подаваемого насосом при заданном давлении, на его теоретический расход.
3. Механические. Увеличивается из-за сильного трения внутри оборудования. Это может происходить из-за износа деталей, небольшого количества смазки, отсутствия жидкости. В результате существенно может снизиться мощность насоса. Определяется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для его привода, на фактический крутящий момент, необходимый для его приведения в действие. КПД 100% означает следующее: если насос будет подавать поток при нулевом давлении, для его привода не потребуется сила или крутящий момент.

КПД зависит от исправности насоса, качества и состояния уплотнителей, затрачиваемой энергии на механическое трение. Без ссылки на теоретический расход фактический расход, измеренный расходомером, не имеет смысла.

Рабочие характеристики

Показатели рабочих характеристик насоса определяются кривой. Она обозначает зависимость подачи и напора насоса. Соприкасаются эти два измерения в одной точке. Если посмотреть на график выше, можно определить понятие рабочей точки.

Она представляет собой пересечение гидравлической характеристики сети и напора. Также на графике отображается области устойчивой работы оборудования. Выходящий над точкой соприкосновения отрезок Q-H определяет зону неустойчивой работы агрегата. На этом отрезке вероятны срывы в работе. При нулевой подаче воды включается мощность холостого хода.

Как увеличить производительность центробежного насоса?

Центробежный насос не предназначен для создания одного конкретного набора рабочих условий, как это хотелось бы покупателю. Данный тип насоса спроектирован для обеспечения полного диапазона производительности, как указано на кривой графика.

Чтобы в полной мере оценить поведение кривой насоса и взаимосвязь между напором и производительностью центробежного насоса, представьте, что насос проводит воду в прямую вертикальную трубу. Если труба расположена высоко, жидкость в итоге достигнет определенного уровня, выше которого она подняться уже не сможет.

Так определяют максимальный напор, который может развить центробежный насос при таком положении трубы. Он может работать, но продвинуть жидкость дальше этого уровня не сможет. В таком случае перекачиваемая жидкость остановится в корпусе оборудования, но через насос не пройдет. Следовательно, при максимальной производительности насоса будет нулевой напор.

В этом случае можно сделать отверстие в трубе на более низком уровне. Так, насос будет постоянно развивать все большую емкость. Если перенести это на график, можно определить производительность насоса. Кривая не оборвется на нулевом напоре. Но, учитывая сбои в работе насоса сверх определенной мощности, кривая обычно прерывается. Эта кривая определяет:

• производительность, которую может развивать этот насос;
• показатель общего напора, когда насос работает на определенной скорости с заданным диаметром рабочего колеса.

Нельзя полностью полагаться на показания кривой. Фактические условия на кривой будут зависеть от системы, в которой он работает. Это означает, что система управляет насосом и определяет условия работы, независимо от производственных показателей напора.

Препятствовать потоку жидкости из одной локации в другую могут препятствовать такие факторы, как сила тяжести и трение. Для снижения показателей силы тяжести жидкость должна подниматься по вертикали. Расстояние между источником и конечным пунктом транспортировки жидкости называется общим статическим напором. Он не является переменной скорости потока, и график, сравнивающий эти два значения, будет отображаться как прямая горизонтальная линия.

Еще одна важная характеристика насоса – трение. Этот термин определяет сопротивление потоку. Его рассчитывают из потерь со всех источников (например, в фильтрах, теплообменниках). Данные потерь можно измерить путем измерения давления на входе и выходе. По мере увеличения потока растут и потери на трение.

Происходит это с большой скоростью.

Учитывается и давление в источнике всасывания и сливном резервуаре. Если это закрытые сосуды с разным давлением, полученную разницу добавляют к показателю общего напора. В этом случае график будет построен иначе: кривая начнется на уровне статического напора и будет постепенно увеличиваться в зависимости увеличения расходов напора.

Если вы правильно выберите насос, производительность пересечется с кривой в точке. Эта точка будет означать работу оборудования. Есть также несколько способов регулирования работы центробежного насоса:

1. Изменение воздействия на систему перекачивания воды. Это наиболее простой способ, принцип которого заключается в использовании задвижки. Ее устанавливают в напорном трубопроводе. Существует потенциальная угроза кавитации при таких экспериментах. Объясняется это тем, что положение задвижки может влиять на рабочую точку.
2. Регулирование частоты вращения насоса. Это эффективный способ снижения потерь, который повлияет на мощность центробежного насоса. Допустим только в моделях оборудования с возможностью регулирования частоты вращений.
3. Связанный с изменением технических характеристик агрегата способ. С помощью вспомогательных элементов можно скорректировать силу напора, угол лопастей движущей части, количество рабочий ступеней.

На практике можно воспользоваться несколькими рабочими способами для изменения показателей мощности насосов. Перед эксплуатацией важно изучить возможности насоса и его технические возможности. Грамотное проектирование и установка центробежного насоса позволят использовать оборудование на всю мощность.