Часто возникает проблема неправильного понимания термина «напор насоса».
Постараюсь объяснить что да как.
Напор насоса измеряется в метрах (м). Из-за этого часто возникает путаница. Хотя он и измеряется в метрах, напор – не геометрическая величина. Напором называется полная удельная энергия, создаваемая насосом. Удельная потому что это энергия, отнесенная к единице веса. Если отнести значение энергии к единице веса, то получим размерность метры. Не будем вдаваться в детали, но так оно и есть. Поэтому понимать, что напор – это высота, на которую насос сможет поднять жидкость, нельзя. Гидравлическая энергия, создаваемая (вернее, полученная преобразованием механической энергии) насосом, требуется для обеспечения следующих процессов:
1) Изменение скорости потока.
Расход есть
V (скорость)/S (площадь поперечного сечения)
Поэтому, если труба на входе в насос больше трубы на выходе из насоса, то изменение скорости потока изменяется обратно пропорционально.
дача не изменяется соответственно, чем больше диаметр, тем больше площадь поперечного сечения, тем меньше скорость потока и наоборот. Если скорость потока увеличивается, то на это увеличение требуется затратить энергию.
Такая ситуация встречается довольно часто. Из теории известно, что с увеличением скорости падает давление, поэтому всасывающий патрубок насоса (и, соответственно, трубопровод) делают больше нагнетательного. Если давление в насосе опустится ниже давления насыщенных паров, то возникнет кавитация, что недопустимо. Поэтому давление на входе всеми силами стараются сделать как можно выше.
2) Создание перепада давлений
Жидкость в трубопроводе, находящаяся в состоянии покоя, может быть сдвинута с места только если вывести ее из состояния равновесия. Сделать это можно, изменив значения давлений на входе и выходе из трубопровода. Тогда жидкость будет двигаться от большего давления к меньшему. К тому же, иногда на выходе требуется иметь высокое давление (например, при закачивании воды в резервуар с высоким давлением воздуха). Изменение поля давлений также требует затрат энергии.
3) Изменение уровня расположения жидкости
Если надо перекачать воду из верхнего резервуара в нижний, то никакой насос не нужен. Под действием силы тяжести вода сама потечет вниз.
Однако при необходимости перекачать воду из нижнего резервуара в верхний требуется затратить энергию.
4) Преодоление потерь
Многие забывают об этом пункте, многие о нем даже не слышали.
Существует два вида потерь: потери по длине (их еще называют потери на гидравлическое трение) и потери на местные сопротивления. Все потери зависят от скорости потока (от расхода).
Потери по длине возникают по всей длине трубопровода и зависят от его длины, диаметра и коэффициента гидравлического трения материала.
Потери на местные сопротивления возникают везде, где имеется изменение режима течения потока, а именно:
— при изменении направления движения потока (колено, разворот трубы)
— при изменении размеров трубопровода (внезапное или постепенное расширение или сужение трубопровода)
— на запорно-регулирующей арматуре (задвижки, краны, клапана)
Потери на местные сопротивления имеют коэффициент сопротивления в зависимости от типа сопротвления.
Таким образом, знание высоты, на которую нужно поднять жидкость, не является достаточным для выбора насоса по напору.
Более того, напор, который должен создавать насос для данной системы, зависит от подачи. Более подробно алгоритм подбора насоса будет рассмотрен в следующих конференциях.
Прошу вопросы.
Источник: Professionali.ru
Статья отредактирована и дополнена в мае 2019 года.
Наряду с производительностью давление насоса является его важнейшей характеристикой. Разбираемся что она означает. Заодно ответим на такие вопросы:
— Чем давление насоса отличается от напора?
— В чем измеряют давление? Как соотносятся бары, атмосферы и метры водяного столба?
— Как сопротивление линии влияет на давление насоса?
— Как давление зависит от плотности жидкости?
— Почему давление в напорной линии не всегда равно полезному давлению насоса?
— Почему насос не всегда работает на своем максимальном давлении?
— Какое максимальное давление бывает у разных типов насосов?
— Как отрегулировать давление насоса?
— Где подобрать насос с нужным давлением онлайн? Забегая вперед, сразу скажем — у нас на сайте, никуда ходить не нужно!)))
Давление насоса (напор) — наряду с производительностью (подачей, расходом) вторая ключевая характеристика насоса. Показывает способность насоса преодолеть сопротивление трубной системы и переместить жидкость из всасывающей линии в напорную.
Если производительность насоса отвечает на вопрос какой объем жидкости насос может переместить за единицу времени, то давление отвечает на вопрос какое именно сопротивление трубной системы (в барах) может преодолеть насос.
Небольшие центробежные насосы (например, аквариумные) способны развивать максимальное давление 0,05 бар (то есть создавать напор воды до 0,5 метра). Некоторые промышленные насосы объемного типа (например, плунжерные) способны развивать давление до 200 бар и даже больше.
В чем измеряют давление насосов? Какие бывают единицы измерения?
Основная единица измерения давления для насосов — техническая атмосфера (кгс/см²). Она равна 10 метрам водяного столба (обозначается сокращенно как м.в.ст.). 10 м.в.ст. = 1 кгс/см².
Другая популярная единица измерения давления – бар (1 бар = 100 000 Паскаль = 0,1 МПа).
Как соотносятся между собой бары/паскали с одной стороны и метры водяного столба/тех. атмосферы с другой?
0,1 МПа = 1 бар = 1,0197 кгс/см² = 10,197 м.в.ст.
То есть выходит, что один бар чуть больше, чем одна техническая атмосфера (кгс/см²). А 10 метров водяного столба чуть меньше, чем 1 бар. Разница составляет менее 2%. Так вот на практике этой разницей пренебрегают и приравнивают бар с технической атмосферой. Говорят, столб чистой воды высотой 10 метров давит с такой же силой, что и 1 бар или 1 атмосфера. И большой ошибки в этом не будет, кроме тех ситуаций, где нужна высокая точность расчетов.
Иногда давление называют напором. Нет ли здесь ошибки?
На самом деле ошибки нет. Давление и напор насосов можно считать тесно связанными понятиями. Термин «давление» более корректный и универсальный, его чаще используют для объемных насосов. Термин «напор» обычно используют для центробежных насосов из-за его удобства.
Когда говорят про напор, то имеют в виду на какую высоту способен поднять жидкость насос в открытой системе. В открытой системе поток жидкости не изолирован от атмосферы. В такой системе насосу приходится преодолевать не столько сопротивление трубной системы, сколько «бороться» с тяжестью водяного столба в напорной линии.
Типичный пример подбора насоса с нужным напором – это подбор многоступенчатого центробежного насоса. Если нужно поднять воду на высоту 20 этажей (при высоте этажа 3 метра), то говорят, что насос должен развить напор не менее 60 метров (водяного столба). На самом деле напор насоса должен быть еще немного выше, ведь он должен еще преодолеть потери на трение в трубопроводе. В любом случае давление в напорном трубопроводе при работе насоса составит не менее 6 атмосфер.
Как между собой связаны давление, производительность и потребляемая мощность насоса?
У центробежных насосов зависимость между производительностью и давлением выражена кривой производительности. Чем больше давление, тем меньше производительность. При этом потребление энергии насоса растет по мере увеличения производительности.
Изображение 1. Зависимость производительности, давления, потребляемой мощности и КПД центробежного насоса.
На изображении 1 показаны кривые характеристик одного центробежного насоса. Синяя кривая показывает зависимость производительности от давления. Черная линия показывает мощность на валу насоса по мере роста производительности. И, наконец, кривая зеленого цвета показывает изменение КПД по мере изменения давления.
Если сопротивление трубной системы будет равно 0, то есть насос будет выливать воду из напорного патрубка без подключения к линии, то его производительность будет максимальной, а создаваемый напор будет нулевым. Работа в таком режиме для центробежного насоса не очень полезна, поскольку потребляемая мощность будет максимальной и двигатель насоса может сгореть.
Если сопротивление системы будет составлять 32 метра водяного столба, то насос будет работать в точке, показанной красным цветом. При этом его производительность будет составлять 54 м³/час, давление 32 м.ст. ст. (3,2 кгс/см²), потребляемая мощность (на валу) 6,6 кВт, а КПД будет равен 71,3%.
У объемных насосов давление и производительность тоже имеют корреляцию, но обычно более слабую, чем у центробежных насосов. Исключение – мембранные пневматические насосы, которые имеют кривые характеристик, похожие на центробежные насосы. Обычно объемный насос имеет производительность, определяемую объемом перемещения жидкости за один рабочий такт и скоростью совершения этих тактов. Рабочее же давление объемного насоса определяется сопротивлением системы. При максимальном рабочем давлении производительность объемного насоса обычно немногим меньше, чем при нулевом давлении.
Сопротивление системы
В реальных условиях насос всегда выполняет некоторую полезную работу по перемещению жидкости в трубопроводной системе. Система может быть простейшей и состоять из трубы, опущенной в колодец (всасывающая линия насоса), и шланга, ведущего от насоса в бочку (напорная линия). В других случаях система может быть сложной и состоять из десятков различных трубопроводных контуров и резервуаров.
Система может быть двух типов: открытая (сообщается с атмосферой) и закрытая (изолирована от атмосферы).
В открытой системе насосу приходится преодолевать статическое и динамическое сопротивление, а в закрытой есть только динамическое сопротивление.
Существует два вида сопротивления в системе:
- Статическое (давление столба жидкости, которое нужно преодолеть). Статическое сопротивление системы зависит только от высоты подъема жидкости насосом и ее плотности.
- Динамическое (потери давления на трение при перемещении жидкости). Динамическое сопротивление зависит от многих факторов:
— Диаметр труб. Он должен соответствовать диаметру труб насоса. Особенно важно, чтобы напорный патрубок насоса не подключался к трубе маленького диаметра – это создаст высокое сопротивление системы и приведет к росту давления в ней при снижении производительности (см. ниже Дросселирование). Засорение трубопровода так же приводит к уменьшению полезного проходного сечения трубы.
— Наличие изгибов и колен трубопровода. Все изгибы создают дополнительное сопротивление. Всегда рекомендуют проектировать трубопровод с минимальным числом изгибов.
— Наличие сужений и расширений трубопровода (например, задвижек и регулирующих вентилей). Такие элементы деформируют поток жидкости и приводят к дополнительным потерям из-за образования дополнительной турбулентности течения потока.
— Материал трубопровода. Чем более шероховатый материал трубы, тем сильнее будет сопротивление. Например, в стальном трубопроводе потери будут несколько выше, чем в полипропиленовом.
— Длина трубопровода. Чем длиннее трубопровод, тем сильнее будут потери на трение. Зависимость потерь давления от длины трубопровода определяется по сложной формуле, которая включает в себя не только длину, но также диаметр и материал труб, скорость течения и вязкость жидкости.
— Вязкость жидкости. Чем более вязкая жидкость, тем выше потери на сопротивление при ее перемещении.
— Скорость течения жидкости. Чем быстрее течет жидкость, тем выше потери на сопротивление.
Изображение 2. Реальная производительность и давление насоса будут зависеть как от параметров самого насоса, так и от характеристики сопротивления трубопроводной системы
На изображении 2 показано, что реальная производительность насоса (центробежного или объемного) зависит не только от его собственных характеристик, но и от характеристик трубопроводной системы.
Обратите внимание, что даже про нулевой производительности кривая сопротивления системы не равна 0. Это обусловлено наличием в ней статического сопротивления. Общее сопротивление системы всегда равно сумме статического и динамического сопротивления.
Если система короткая и диаметр труб в ней достаточный, то расчетом динамического сопротивления можно пренебречь. Если же система длинная, то пренебрегать этим расчетом не стоит.
Разберем пример.
Возьмем центробежный насос с максимальным напором 15 м.в.ст., максимальной допустимой производительностью 3,6 м³/час и рабочей точкой 2,7 м³/час при напоре 10 метров. Насос имеет присоединение G 1″ (один дюйм). Для расчета сопротивления линии нам нужен точный внутренний диаметр трубы в мм. Согласно ОСТ 266 резьба BSP 1″ (резьба G1″) имеет внутренний диаметр 30,29 мм.
Нам нужно при помощи этого насоса поднять воду на высоту 10 метров по вертикали, при этом общая длина трубы составит 100 метров. Какова будет производительность насоса?
Изображение 3. Насос подает воду на высоту 10 метров при общей длине трубы 100 метров
Если сделать расчеты, то выяснится, что при расходе 45 л/мин (2,7 м³/час) сопротивление линии составит 4,28 м.в.ст., а значит насос не сможет работать в этой точке. Возьмем несколько точек по производительности и построим кривую сопротивления нашей линии.
Изображение 4. В нашем примере насос будет работать с производительностью 1,9 м3/час при давлении в линии 12,4 м.в.ст. (1,24 кгс/см²).
Если сделать расчет сопротивления нашей линии при нескольких значениях производительности и соединить эти значения кривой линией, то сразу становится очевидной реальная рабочая точка, в которой насос будет работать в нашем примере. Это точка пересечения двух кривых. Она составит 1,9 м3/час при давлении в линии 12,4 м.в.ст.
Как избежать таких потерь производительности? Самое простое – укоротить напорную линию или увеличить диаметр трубы. Например, если взять в качестве напорной трубы не G1″, а следующую по размеру G1¼» (внутренний диаметр 38,95 мм), то потери давления уменьшатся в 3 раза, а производительность насоса составит примерно 2,4 м3/час.
Ловушки при определении давления (напора) насоса
- Ловушка №1. Не забывайте про плотность жидкости.
На практике обычно говорят, что напор в 50 метров равен 5 барам (атмосферам) и иногда забывают, что речь не об абстрактных 50 метрах, а 50 метрах ВОДЯНОГО СТОЛБА. Да, если насос перекачивает воду, то все верно. Но если насос будет перекачивать насыщенный раствор сахара с плотностью в 1,3 раза больше, чем у воды, то при напоре в 50 метров такой плотной жидкости, давление составит уже не 5, а 6,5 кгс/см², то есть в 1,3 раза больше (пропорционально увеличению плотности). Соответственно для перекачивания жидкостей с повышенной плотностью специально подбирают насосы с усиленным корпусом и увеличенной мощностью двигателя.
Изображение 5. Зависимость давления в напорной линии от плотности жидкости.
На изображении 5 показана зависимость давления в напорной линии от плотности жидкости. На левом рисунке насос перекачивает чистую воду с плотностью 1 кг/дм³. Перепад высоты между манометром и точкой подъема жидкости насосом составляет 50 метров. При этом манометр показывает давление 5 кгс/см².
На среднем рисунке насос перекачивает растворитель с плотностью 0,7 кг/дм³ (ниже плотности воды). При том же самом перепаде высоты 50 метров манометр будет показывать лишь 3,5 кгс/см².
Наконец, на правом рисунке насос перекачивает насыщенный раствор сахара с плотностью 1,3 кг/дм³ (выше плотности воды). При перепаде высоты 50 метров манометр покажет давление 6,5 кгс/см².
- Ловушка №2. Не думайте, будто измененная плотность жидкости изменит кривую характеристик насоса
Возьмем раствор сахара плотностью 1,3 кг/дм³ (то есть в 1,3 раза больше чем у воды). Какой насос нужен, если раствор сахара требуется поднять на высоту 50 метров?
Есть мнение, что для перекачивания раствора сахара нам нужен насос, изначально рассчитанный на напор 65 метров (при работе с водой), который будет выдавать лишь 50 метров напора при работе с раствором сахара. Но это ошибка!
Кривая работы центробежного насоса не зависит от плотности жидкости! Если насос может поднять столб воды на высоту 50 метров, то на такую же высоту он сможет поднять и раствор сахара с той же самой производительностью. Но какой ценой!? Ведь давление в напорной линии вырастет пропорционально увеличению плотности. А значит вырастет и потребляемая насосом мощность. Все что требуется – поставить более мощный двигатель на тот же самый насос.
Однако следует помнить, что если изначально насос конструктивно был рассчитан на перекачивания воды, то при работе с более плотной жидкостью вырастет нагрузка на все его внутренние узлы. И он может быстро выйти из строя. Поэтому при выборе центробежного насоса следует обращать на указанную производителем максимально допустимую плотность жидкости. Также обращайте внимание на максимально допустимое давление в корпусе насоса.
Изображение 6. Плотность жидкости не влияет на производительность и напор насоса, но влияет на давление и потребляемую мощность.
На изображении 6 показана ситуация, когда один и тот же насос перекачивает воду (слева) или раствор сахара (справа). Высота подъема жидкости и производительность насосов будут одинаковыми в обоих случаях. Однако давление в напорной линии будет отличаться, а вместе с ним будет отличаться и потребляемая насосом мощность. Вероятнее всего, на насос слева следует поставить двигатель номинальной мощностью 5,5 кВт (двигатель всегда берется с некоторым запасом от реальной потребляемой мощности), а на насос справа следует поставить двигатель мощностью 7,5 кВт.
- Ловушка №3. Давление, создаваемое насосом, не всегда равно давлению в напорной линии и не всегда связано с высотой подъема жидкости насосом.
Дело в том, что жидкость может попадать в насос уже с некоторым давлением (положительным или отрицательным).
На изображении 7 показана схема, при которой насос перекачивает воду в замкнутом (но не изолированном от атмосферы) контуре. Высота подъема жидкости после насоса равна 4 метра, но и на вход в насос вода попадает с тем же самым подпором 4 метра. Поскольку статическое давление на входе и выходе из насоса равны, то полезный напор, создаваемый насосом, будет равен 0 (или чуть больше 0 с учетом потерь на сопротивление). Иначе говоря, насос будет работать при нулевом перепаде давлений. Все, что требуется насосу в этой ситуации – это преодолеть сопротивление трубопровода. При этом давление в корпусе насоса будет равно 0,4 кгс/см2 (то есть будет равно статическому давлению столба воды высотой 4 метра).
Изображение 8. Полезный напор насоса на этом рисунке составляет 20 метров в.ст. (30 на выходе минус 10 на входе).
На изображении 8 вода поступает в насос с положительным подпором в 10 м.в.ст (манометр на входе в насос показывает 1 кгс/см²). Насос же поднимает водяной столб на высоту 30 м.в.ст. (манометр на выходе из насоса показывает 3 кгс/см²). Полезный напор насоса составляет 20 м.в.ст. (30 на выходе – 10 на входе). Иными словами перепад давлений в насосе составит 2 кгс/см².
С точки зрения самого насоса ситуация с 10 метрами подпора на входе и 30 метрами напора на выходе идентична той, когда, например, на входе нулевое давление, а напор на выходе равен 20 метрам. То есть 30 – 10 = 20 – 0.
Только следует помнить, что корпус насоса должен быть рассчитан именно на давление в напорной линии, а не на размер перепада между входом и выходом. В нашем примере насос создает перепад давлений 2 кгс/см2, однако давление в корпусе насоса при этом составит 3 кгс/см². Именно на 3 кгс/см² он и должен быть рассчитан (и желательно с запасом).
Изображение 9. Полезный напор насоса на этом рисунке составляет 34 метра в.ст. (30 на выходе + 4 высота самовсоса).
На изображении 9 насос работает в режиме самовсоса, иначе говоря — с отрицательным подпором на всасывании. Высота самовсоса составляет 4 метра, а это значит, что в напорной линии давление будет ниже атмосферного на 0,4 кгс/см2. Манометр на входе в насос будет бесполезен, потому что он показывает давление только выше атмосферного. Чтобы увидеть отрицательное давление на входе в насос нужно поставить вакууметр. В данном случае он покажет значение абсолютного давления 0,6 кгс/см2 (то есть на 0,6 кг/см2 выше абсолютного вакуума, но на 0,4 кг/см² ниже атмосферного давления).
Подъем воды насосом составляет 30 м.в.ст. Высота самовсоса — 4 метра. Полезный напор, создаваемый насосом, будет равен 30 + 4 = 34 м.в.ст. или 3,4 кгс/см².
- Ловушка №4. Рабочее давление насоса не зависит от его максимального давления.
Часто считают, что слишком мощный насос не стоит ставить в маленькую систему. Будто он создаст такое давление, которое разорвет трубы. Однако это утверждение может быть справедливым, только если пропускная способность трубопроводной системы низкая (например, если диаметр трубы меньше диаметра патрубков насоса). Если же пропускная способность системы достаточна, то насос не создаст в ней избыточного давления.
Разберем пример.
Требуется перекачать воду с производительностью 5 м³/час с подъемом на высоту 32 метра. Однако в наличии есть центробежный насос, который обеспечивает производительность 5 м³/час при напоре 57 метров (например, Pedrollo 2CPm 25/16A). То есть наш насос намного мощнее, чем надо. Означает ли это, что насос создаст огромное давление в системе, намного больше, чем требуется? Ответ простой – нет. Давайте взглянем на кривую характеристик центробежного насоса.
Изображение 10. Рабочая точка центробежного насоса зависит от сопротивления в линии
На изображении 10 видно, что насос может работать как при напоре 32 метра (рабочая точка №2 на рисунке), так и при напоре 58 метров (рабочая точка №1 на рисунке). Однако в какой именно точке насос будет работать выбирает не он сам, а сопротивление системы. Если требуется поднять воду всего лишь на высоту 32 метра, то насос вынужден будет работать в рабочей точке №2. В этом случае его производительность правда будет значительно выше, чем требуется – 9,6 м³/час вместо требуемых 5 м³/час.
Еще проще ситуация с объемным насосом, например, с шестеренным. Если он рассчитан на максимальное давление 10 бар и производительность 5 м³/час, то при сопротивлении 10 бар он покажет производительность 5 м3/час. Если же сопротивление в линии будет небольшим (5 бар), то насос обеспечит ту же самую производительность 5 м³/час при давлении 5 бар. Изменится только потребляемая мощность (снизится в 2 раза).
Таким образом если сопротивление в линии ниже, чем максимальное давление насоса, реальное давление в линии окажется равно этому сопротивлению (а не максимальному давлению насоса).
Если сопротивление в линии выше, чем то, что может преодолеть насос, для насоса это будет равносильно работе на закрытую задвижку. При этом динамические насосы будут работать «вхолостую» и с ними может ничего не произойти, кроме риска перегрева (ведь они перестанут охлаждаться потоком жидкости). Мембранные пневматические насосы в этой ситуации остановятся и с ними не будет ничего плохого. Большинству же объемных насосов работа на закрытую задвижку строго противопоказана. Ведь они не ограничены верхним пределом создаваемого давления и будут пытаться повысить его, пока их двигатель не перегреется или корпус насоса не повредится от избыточного давления.
Давление различных видов насосов
Давление зависит от вида насоса. Насосы бывают динамические (центробежные, вихревые) или объемные, (шестеренные, винтовые, плунжерные, перистальтические, мембранные).
Центробежные одноступенчатые насосы не способны обеспечивать давление более 10-11 кгс/см² (то есть не могут развить напор воды более 100-110 метров) даже при очень большой мощности электродвигателя.
Вихревые насосы обеспечивают давление до 16 кгс/см² (напор воды 160 метров) даже при небольшой мощности благодаря особой форме рабочего колеса. Каждая частичка воды соприкасается с таким колесом несколько раз и приобретает большую энергию. Обратная сторона такой «выгоды» — значительное ухудшение такой характеристики вихревого насоса, как его подача.
Другим возможным решением улучшить напор насоса — применение нескольких последовательных колес в корпусе одного насоса. Такие агрегаты называют многоступенчатыми насосами. Их КПД по сравнению с вихревыми достаточно высок. Максимальное давление этих насосов достигает 30 кгс/см2 (300 метров водяного столба).
Высокое давление могут обеспечить объемные насосы различных типов. К ним относятся шестеренные, винтовые, плунжерные, перистальтические, мембранные).
Шестеренные насосы в нашем каталоге обеспечивают давление до 14,5 кгс/см².
Большинство мембранных пневматических насосов обеспечивают максимальное давление до 7-8 кгс/см².
Плунжерные дозировочные насосы из нашего каталога развивают давление до 20-25 бар.
Способы регулировать давление насосов
Изменить давление (и производительность) насоса можно несколькими методами. Часть из них касается изменения параметров самого насоса, а часть касается изменения параметров трубопроводной линии.
- Давление насоса можно регулировать с помощью изменения скорости вращения вала насоса.
Для центробежного насоса снижение частоты вращения вала приводит к пропорциональному уменьшению максимальной производительности и уменьшению максимального давления во второй степени. Например, уменьшение частоты вращения в 1,5 раза приводит к уменьшению производительности в 1,5 раза и уменьшению давления в 2,25 раза (1,5²).
Изображение 11. Уменьшение скорости вращения вала центробежного насоса приведет к одновременному уменьшению давления и производительности в системе.
На изображении 11 центробежный насос изначально работает на обычной скорости 2900 об/мин. С учетом сопротивления системы он работает в рабочей точке №1. Его производительность составляет 3,1 м³/час при напоре 4,5 м.в.ст.
Затем частота вращения вала была уменьшена в 1,5 раза до 1933 об/мин. Это привело к изменению кривой характеристик насоса. Максимальная производительность снизилась в 1,5 раза (с 3,6 до 2,4 м³/час), а максимальный напор снизился в 2,25 раза (с 20 до 8 м.в.ст.). Поскольку производительность насоса снизилась, то снизилось и сопротивление трубопроводной системы. Давление в системе упадет вместе с производительностью. Теперь новая кривая характеристик насоса (1933 об/мин) будет пересекаться с кривой трубопроводной системы в новой точке №2. Теперь производительность составит 1,9 м³/час при напоре 3 м.в.ст.
Для объемных насосов уменьшение частоты вращения вала насоса приводит к пропорциональному снижению производительности и потребляемой мощности. За счет освободившегося запаса по мощности такой насос сможет работать в системе с увеличенным давлением (по сравнению с работой при номинальной скорости вала).
Если же объемный насос остается в той же системе, где и работал до понижения скорости, то при снижении производительности произойдет и некоторое уменьшение давления из-за снижения сопротивления системы.
Как изменить скорость вращения вала насоса?
Менять скорость вращения вала насоса, например, можно при помощи понижающей/повышающей редукторной (или ременной) передачи между двигателем и насосом.
Частоту вращения вала двигателя (и соответственно насоса) также можно регулировать при помощи частотного преобразователя. Этот способ регулирования давления является наиболее гибким и экономичным. Он позволяет насосу подстраиваться под изменение параметров системы и работать без существенного понижения КПД, несмотря на уменьшение производительности. Как правило, сильное падение КПД происходит лишь при очень резком (менее 30% от номинала) уменьшении частоты вращения.
- Дросселирование — метод изменения параметров трубопроводной системы путем уменьшения сечения напорной или всасывающей линии с помощью задвижки, затвора или крана.
Уменьшение сечения напорной линии уменьшает ее пропускную способность (а с ней и производительность), зато позволяет повысить давление на участке между насосом и задвижкой. Такой способ регулирования параметров насосов уменьшает КПД насоса из-за дополнительного сопротивления в системе, которое насос пытается преодолеть.
Уменьшение сечения всасывающей линии так же уменьшает производительность насоса, с одновременным понижением давления (давление на выходе из насоса понижается за счет создания дополнительного разрежения во всасывающей линии между задвижкой и насосом). КПД насоса так же снижается, но несколько меньше, чем при дросселировании напорной линии. Зато растет риск возникновения кавитации, а с ним и риск быстро погубить насос.
- Увеличение диаметра трубопровода. Эта операция противоположна дросселированию.
Если увеличить диаметр напорного трубопровода, то сопротивление линии уменьшится. Давление в линии снизится. Производительность (в случае с центробежным насосом), напротив, возрастет. Имеет смысл только при большой протяженности напорного трубопровода, чтобы эффект был заметен.
- Байпасирование — (by pass — в обход) — еще метод регулирования подачи и давления насоса путем манипуляций с трубопроводной линией.
Заключается в установке регулируемого или нерегулируемого перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание. То есть часть жидкости с напорной линии при помощи байпаса будет возвращена обратно во всасывающую линию. По отношению к насосу — это аналогично снижению сопротивления, т.е. происходит снижение напора. По отношению к потребительской сети — это аналогично снижению подачи. В результате рабочая точка (Q-H) сместится круто вниз, т.е. можно в потребительской сети получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идет на сброс). Байпасирование уменьшает КПД насосного агрегата, поэтому этот метод обычно используют для защиты насоса и линии от избыточного давления, но не для работы насоса в обычном режиме.
- Комбинация методов
Любой метод регулирования давления насоса влияет и на другой его параметр – производительность. А что если нам нужно изменить давление в системе, но при этом сохранить производительность на том же уровне?
Здесь поможет только комбинация методов. Можно, например, уменьшив частоту вращения вала насоса, одновременно увеличить диаметр труб в напорном трубопроводе. Однако возможность применения тех или иных методов зависит от конкретной трубопроводной системы и универсального решения дано быть не может.
Чаще же всего для решения таких задач используют автоматические насосные станции, состоящие из нескольких насосов, частотных преобразователей и управляющей автоматики. Такие станции могут самостоятельно поддерживать нужные параметры в системе при необходимости включая или отключая некоторые насосы, а также изменяя им частоту вращения двигателя
Полезные статьи:
Как рассчитать потери напора в трубопроводе в зависимости от его длины и диаметра? Воспользуйтесь нашим онлайн-калькулятором расчета потерь напора в трубе.
Как подобрать насос с нужным давлением? Мы подготовили небольшую статью, в которой описали как подобрать необходимый насос по давлению (напору) и расходу (производительности). Перейдите сюда для подбора насоса онлайн.
Источник: zenova.ru
Ключевые характеристики любого насоса для водоснабжения, отопления или канализации — это напор и подача. Как правило, чтобы подобрать насос под конкретную задачу нужно выяснить именно эти характеристики (помимо напряжения электропитания, производительности, габаритов и т.п.). Проще говоря, перед тем как вплотную заняться подбором насосной установки, необходимо понять какой объём перекачиваемой жидкости и на какую высоту должен быть способен поднять насос, чтобы обеспечить решение поставленной перед ним задачи.
Согласно стандарту EN 12723 одно из основных энергетических понятий центробежных насосов разделяют на понятия напора насоса и напора установки.
Напор насоса – это разность полных удельных энергий жидкости на выходе и входе насоса. Напор пропорционален производительности насоса (PQ), передаваемой от насоса к перекачиваемой среде:
ρ плотность перекачиваемой среды (кг/м3)
g ускорение свободного падения (м/с2)
H напор насоса (м)
Q подача (м3/с)
Сумма мощностей (положительная подводимая мощность, отрицательная отдаваемая мощность) в форме производительности (PQ) в пределах системы равняется нулю. (см. рис. 1 Напор)
Подача насоса (Q) центробежного насоса – это необходимый объем потока, переносимый насосом через его выходное сечение. При расчете подачи насоса необходимо учитывать объем потоков, отводимых из выходного отверстия насоса для других целей (например, байпас).
При заметной сжимаемости перекачиваемой жидкости необходимо производить перерасчет на состояние всасывающего патрубка насоса по следующей формуле: (Qs + Qd)/2. Единица измерения подачи – м3/с, однако общепринятыми в технике центробежных насосов являются м3/ч и л/с. Для измерения подачи существуют различные способы (см. «Измерение скорости протекания»). Существуют разные виды подачи в зависимости от их расположения на кривой напора.
Подачи и их значение:
- Наилучшая (оптимальная) подача (Q opt): подача в рабочей точке наилучшего (наивысшего) КПД, когда частота вращения и количество перекачиваемой жидкости соответствуют договору поставки
- Номинальная подача (QN): подача, рассчитанная для насоса
- Подача в соответствии с договором поставки (QLie): подача, указанная в договоре поставки (подтверждении заказа)
- Наименьшая подача (Qmin): минимально допустимая подача, которую насос может длительно перекачивать без повреждений, при частоте вращения и перекачиваемой жидкости в соответствии с договором поставки
- Максимальная подача (Qmax): максимально допустимая подача, которую насос может длительно перекачивать без повреждений, при частоте вращения и перекачиваемой жидкости в соответствии с договором поставки
- Высшая точка подачи (QSch): подача в высшей точке (относительный максимум кривой напора) нестабильной кривой напора (см.«Характеристическая кривая»)
- Ток разгрузки (QE)
- Расход протечек через зазоры (QL)
- Объемный расход на стороне всаса (Qs): объемный расход через всасывающий патрубок насоса
- Объемный расход на входе (Qe): объемный расход через входное поперечное сечение установки
- Объемный расход с напорной стороны (Qd): объемный расход через нагнетательный патрубок насоса
- Объемный расход на выходе (Qa): объемный расход через выходное сечение установки. (см. рис. 2 Напор)
P.S. Если у Вас возникли вопросы, пожелания, рекомендации — можете писать прямо здесь, в комментариях.
Источник: promsis.spb.ru
Рабочая точка насоса. Что это и для чего нам так необходимо ее знать, разберем в этой мини – статье совместно с другими не менее важными характеристиками.
Термин для новичков:
Рабочая точка — это точка пересечения характеристики насоса с характеристикой системы. Напор (откуда куда в метрах по вертикали и горизонтали) и подача (в каком объёме), которые нужны для того, чтобы получить желаемый результат в Вашей системе.
И более точное пояснение для специалистов:
Рабочая точка центробежного насоса является точкой пересечения кривой напора H(Q) и характеристической кривой установки HA(Q). При этом кривая H(Q) зависит от параметров насоса, а зависимость HA(Q) обусловлена параметрами установки.
Разберем более детально все параметры и их взаимосвязь.
Производительность (подача, расход) – объем жидкости, перекачиваемый насосом за единицу времени (м3/час, л/сек, и т.д). В величину расхода входит только фактический объем перемещаемой жидкости без учета обратных утечек.
В насосах DP-Pumps (Голландия), благодаря заводским испытаниям и замерам, фактическая производительность совпадает с данными указанными в каталоге.
Напор – разница давлений между входным и выходным патрубком насоса, создаваемый рабочими колесами насоса.
Формулы для расчета прописывать не будем, так как здесь учитывается много индивидуальных параметров. Есть онлайн ресурсы, которые Вам помогут просчитать рабочую точку при наличии необходимых характеристик, после чего Вы сможете подобрать насос в программе подбора. Но в данном случае никаких гарантий того, что оборудование подобрано правильно и будет работать так как Вам нужно – нет.
Для точного и правильного подбора, соответствия всем спецификациям и долгого эксплуатационного срока – обратитесь к нашим специалистам. Это сократит Ваше время и даст гарантию того, что насосное оборудование подобрано верно и сможет удовлетворить все требования Вашей системы.
После подбора Вам будет отправлен лист характеристик. Давайте разберем на что нужно обратить внимание.
График 1. Рабочая точка.
На оси абсцисс подача (производительность, расход) насоса, выраженная в л/сек (или м3/час) . По оси ординат располагается напор насоса, выраженный обычно в метрах (м), на графике в кПа. Из графика видно, что при «нулевом» расходе насос выдает максимальный напор равный примерно 66 м. При максимальном расходе, примерно, 2,5 м3/час — напор около 30 метров. Это крайние рабочие точки по расходу и напору для данного, конкретного типа насоса. Теоретически, рабочая точка может располагаться в любом месте рабочей характеристики насоса.
За пределами рабочей характеристики эксплуатировать любой насос категорически запрещено!
График 2. Мощность двигателя.
Потребляемая мощность (мощность на валу) – мощность, потребляемая насосом при работе. Часть потребляемой мощности может теряться из-за протечек, трения в подшипниках и т.д.
Полезная мощность – это энергия, отдаваемая жидкости за единицу времени при работе насоса.
Коэффициент полезного действия (КПД) определяет соотношение между этими величинами.
График 3. КПД
Полезная энергия меньше, чем потребляемая. Часть энергии неизбежно теряется при преобразовании. КПД насоса оценивает его энергетическое совершенство. Чем больше КПД насоса, тем эффективней он использует потребляемую энергию.
«Вечный двигатель» пока не изобретен, поэтому КПД всегда будет меньше 1, или меньше 100 %.
График 4. NPSH( кавитационный запас).
Кавитационный запас — NPSH [м.вод.ст] — минимальное давление во всасывающем патрубке насоса обеспечивающее безкавитационную работу. Значение кавитационного запаса определяется опытным путём производителями насосов и приводится в виде графика в зависимости от подачи насоса.
Чаще всего, а точнее где – то в 55 % случаев, из-за сложности процессов, происходящих на всасывающем патрубке насоса, этому параметру при подборе не уделяется должное внимание, а зря, так как это может значительно продлить срок службы насоса. (изучите статью «От чего зависит срок службы насоса» по ссылке http://iwt.com.ua/blog/19 ).
Итак, в статье мы разобрали главные характеристики, которые необходимо учесть при подборе насосного оборудования. Эти знания можно применить, как и при самостоятельном подборе так и при проверке подбора подрядчика.
И помните, что для длительной и надежной эксплуатации насосного оборудования, необходимо учесть все вышеизложенные характеристики. Подобрать не только по оптимальным техническим значениям, что конечно же является первоочередным, но и по советующей стоимости. Не стоит покупать насосы с пластиковыми внутренностями исходя только из – за низкой стоимости, потом Вам придется выделить еще больший бюджет на обслуживание насосов или на частую замену. Также и в обратную сторону, не стоит переплачивать за невероятно мощные насосы или спец. исполнение, если этого не требует Ваш проект.
Оборудование должно быть энергоэффективным, надежным, высокотехнологичным.
При правильном подборе у Вас получится энергоэффективное экономичное решение с минимальными эксплуатационными затратами, полностью соответствующее требованиям Вашей системы.
Источник: iwt.com.ua
Напор: определение и характеристика
Напор является одной из основных характеристик насоса.
Напором называют приращение механической энергии, получаемой каждым килограммом жидкости, проходящей через насос, т.е. разность энергии при выходе из насос и при входе в него.
Физическую сущность напора легко понять вспомнив основы гидромеханики. Если к всасывающему патрубку насоса, берущего жидкость из ёмкости, расположенной выше его оси, подключить трубку полного напора, то уровень жидкости в ней будет поднят на некоторую высоту над осью насоса. Эта высота называется полным напором и определяется формулой
Н = p / (ρ*g)
где р – давление в насосе
ρ – плотность среды
g – ускорение свободного падения
На бытовом уровне напором называют давление насоса. И для наглядности давление насоса – это высота, на которую насос может поднять столб жидкости.
Напор имеет линейную размерность – метр.
При подборе насоса напорная характеристика является одной из ключевых, ведь при недостаточном напоре, из крана не будет течь вода, а при слишком высоком напоре может не выдержать водопроводная трасса.
Напор и подача, которые создает насос взаимно связаны. Такую взаимосвязь графически изображают в виде кривой которая называется характеристика насоса. По одной оси графика откладывают напор(в метрах) по другой оси – подачу насоса(в м3/ч).
У каждого насоса – своя характеристика и заданная производителем рабочая точка. Рабочая точка – точка в которой уравновешены полезная мощность насоса и мощность потребляемая водопроводной сетью. По мере изменения подачи – меняется и напор.
При уменьшении подачи напор увеличивается, а при увеличении – уменьшается. Найти оптимальную рабочую точку – это основная задача при эксплуатации насоса.
Напор скважинного и погружного насоса
Расчет требуемого напора скважинного насоса определяется по формуле:
H = Hвысота + Hпотери + Hизлив , где
Hвысота – перепад высот между местом, где расположен насос и наивысшей точкой системы водоснабжения;
Hпотери – гидравлические потери в трубопроводе. Гидравлические потери в трубопроводе связаны с трением жидкости о стенки труб, падением давления на поворотах и других фитингах. Такие потери определяются по экспериментальным или расчетным таблицам.
Hизлив — свободный напор на излив, при котором удобно пользоваться сантехническими приборами. Данное значение необходимо брать в диапазоне 15 – 20 м, минимальное значение 5 м, но в этом случае вода будет подаваться тонкой струйкой.
Все описанные выше параметры измеряются в метрах.
Напор дренажного и поверхностного насоса
Поверхностный насос предназначен для подачи воды из неглубоких колодцев или скважин. Так же поверхностные самовсасывающие насосы используют для подачи воды из открытых источников или баков. Такие насосы располагаются непосредственно в помещениях, а в источник с водой проводят трубопровод.
1 Вариант: источник с водой расположен выше насоса. Например, какой-то бак или водонапорный резервуар на чердаке дома. Тогда напор насоса определяется по формуле:
H = Hвысота + Hпотери + Hизлив — Hвысота бака , где
Hвысота бака – расстояние (высота) между баком запаса воды и насосом
2 Вариант: насос расположен выше источника воды. Например, насос расположен в доме и тянет воду из колодца или скважины. Тогда напор насоса определяется по формуле:
H = Hвысота + Hпотери + Hизлив + Hисточник, где
Hисточник – расстояние (перепад высот) между источником воды (скважина, колодец) и насосом.
Напор циркуляционного насоса для отопления
Циркуляционные насосы используются в системах отопления домов, для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя. Расчет циркуляционного насоса – очень ответственная и сложная задача, которую рекомендуется отдать специализированным учреждениям, так как для расчетов необходимо знать точные теплопотери дома.
Напор циркуляционного насоса для отопления зависит не от высоты здания, а от гидравлического сопротивления трассы.
H = (R * L + Zсумма) / ( p * g ) , где
R – потери на трение в прямом трубопроводе, Па/м. По результатам опытов сопротивление в прямом трубопроводе равно 100 – 150 Па/м.
L – общая длина трубопровода, м.
Zсумма – коэффициенты запаса для элементов трубопровода
Z = 1,3 – для фитингов и арматуры;
Z = 1,7 – для термостатических вентилей;
Z = 1,2 – для смесителей или кранов, предотвращающих циркуляцию.
p – плотность перекачиваемой среды. Для воды = 1000 кг/м3
g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.
Как видите определить требуемый именно Вам напор не составит большого труда, если отнестись к этой задаче с требуемым терпением и вниманием.
Способы увеличения напора насоса
Смонтировать насос, что может быть проще? Подключаем трубу к всасывающему патрубку, другую к напорному, подаем питание и вот можно пожинать плоды работы.
Давайте рассмотрим самые частые ошибки монтажа, устранение которых способствует увеличению напора насоса
С первого взгляда монтаж не представляет из себя трудоемкий процесс, но если заглянуть глубже, то следует учесть ошибки, которые способны значительно сократить срок службы оборудования.
Наиболее распространенные ошибки монтажа:
диаметр трубопровода меньше диаметра всасывающего патрубка насоса. В этом случае увеличивается сопротивление во всасывающей магистрали, а как следствие уменьшение глубины всасывания насоса. Уменьшенный, по сравнению со всасывающим патрубком насоса, трубопровод не в состоянии пропустить тот объем жидкости на который рассчитан насос.
подключение к всасывающей ветке обычного шланга. Этот вариант не настолько критичен, при условии размещения насоса небольшой производительности в нижней точке трассы. В других случаях насос за счет разряжения во всасывающей полости, создаваемого рабочим колесом, сожмет шланг, значительно уменьшив его сечение. Подача насоса значительно уменьшится, а может и совсем прекратиться.
Если вы решили подключить шланг к высокопроизводительному насосу, воспользуйтесь советом производителей насосов – используйте только гофрированный шланг
провисание трубы на горизонтальном участки или уклон в сторону от насоса на стороне всасывающего участка. При работе центробежного насоса необходимо, чтобы рабочее колесо постоянно работало в воде, т.е. рабочая камера насоса должна быть заполнена перекачиваемой средой. При провисании трубопровода или при отрицательном уклоне труб, жидкость из рабочей камеры выключенного насоса будет стекать в самую низкую точку трассы, а рабочее колесо будет крутиться в воздухе. Таким образом не будет движение среды в трубопроводе, а значит напор упадет до 0.
большое число поворотов и изгибов в трубопроводе. Такой вариант монтажа приводит к увеличению сопротивления, а следовательно к уменьшению производительности
плохая герметичность на всасывающем участке трубопровода. Плохая герметичность приводит к подсасыванию воздуха из окружающей среды в трубопровод, снижению напора и излишнему шуму при работе насоса.
Источник: www.nektonnasos.ru