Меню

Как найти производительность насоса по мощности

Производительность насоса

Производительность (Q) обычно выражается в кубических метрах в час (м 3 /час). Так как жидкости абсолютно несжимаемы, существует прямая зависимость между производительностью, или расходом, размером трубы и скоростью жидкости. Это отношение имеет вид:

Где ID – внутренний диаметр трубопровода, дюйм
V — скорость жидкости, м/сек
Q — производительность, (м 3 /час)

Рис. 1. Высота всасывания — показаны геометрические напоры в насосной системе, где насос находится выше резервуара всасывания (статический напор)

Мощность и КПД
Работа, выполняемая насосом, является функцией общего напора и веса жидкости, перекачиваемой за заданный период времени. Как правило, в формулах используются параметр производительности насоса (м 3 /час) и плотность жидкости вместо веса.

Мощность, потребляемая насосом (bhp) — это действительная мощность на валу насоса сообщаемая ему электродвигателем. Мощность на выходе насоса или гидравлическая (whp) — мощность, сообщаемая насосом жидкой среде. Эти два определения выражены следующими формулами.

Мощность на входе насоса (потребляемая мощность) больше мощности на выходе насоса или гидравлической мощности за счет механических и гидравлических потерь, возникающих в насосе.
Поэтому эффективность насоса (КПД) определяется как отношение этих двух значений.

Быстроходность и тип насоса
Быстроходность — это расчетный коэффициент, применяемый для классификации рабочих колес насоса по их типу и размерам. Он определяется как частота вращения геометрически подобного рабочего колеса, подающего 0,075 м 3 /с жидкости при напоре 1 м. (В американских единицах измерения 1 галлон в минуту при 1 футе напора)

Однако, это определение используется только при инженерном проектировании, и быстроходность должна пониматься как коэффициент для расчета определенных характеристик насоса. Для определения коэффициента быстроходности, используется следующая формула:

Где N – Скорость насоса ( в оборотах в минуту)
Q – Производительность (м 3 /мин) в точке максимального КПД.
H – Напор в точке максимального КПД.

Форма колеса и быстроходность

Быстроходность определяет геометрию или класс рабочего колеса, как показано на рис.3

Рис. 3 Форма колеса и быстроходность

По мере возрастания быстроходности соотношение между наружным диаметром рабочего колеса D2 и входным диаметром D1 сокращается. Это соотношение равно 1.0 для рабочего колеса осевого потока.

Рабочие колеса с радиальными лопатками (низким Ns) создают напор за счет центробежной силы.

Насосы с более высоким Ns создают напор частично с помощью той же центробежной силы, а частично с помощью осевых сил. Чем выше коэффициент быстроходности, тем большая доля осевых сил в создании напора. Насосы осевого потока или пропеллерные с коэффициентом быстроходности 10.000 (в американских единицах) и выше создают напор исключительно за счет осевых сил.

Колеса радиального потока обычно применяются, когда необходим высокий напор и малая производительность, тогда как колеса осевого потока применяются для работ по перекачиванию больших объемов жидкости при низких напорах.

Кавитационный запас (NPSH), давление на входе и кавитация
Гидравлический Институт определяет параметр NPSH, как разницу абсолютного напора жидкости на входе в рабочее колесо и давления насыщенных паров. Другими словами, это превышение внутренней энергии жидкости на входе в рабочее колесо на ее давлением насыщенных паров. Данное соотношение позволяет определить, закипит ли жидкость в насосе в точке минимального давления.

Давление, которое жидкость оказывает на окружающие ее поверхности, зависит от температуры. Это давление называется давлением насыщенных паров, и оно является уникальной характеристикой любой жидкости, которая возрастает с увеличением температуры. Когда давление насыщенного пара жидкости достигает давления окружающей среды, жидкость начинает испаряться или кипеть. Температура, при которой происходит это испарение, будет понижаться по мере того, как понижается давление окружающей среды.

Читайте также:  Фазовый симисторный регулятор мощности

При испарении жидкость значительно увеличивается в объеме. Один кубический метр воды при комнатной температуре превращается в 1700 кубических метра пара (испарений) при той же самой температуре.

Из вышеизложенного видно, что если мы хотим эффективно перекачивать жидкость, нужно сохранять ее в жидком состоянии. Таким образом, NPSH определяется как величина действительной высоты всасывания насоса, при которой не возникнет испарения перекачиваемой жидкости в точке минимально возможного давления жидкости в насосе.

Требуемое значение NPSH (NPSHR) — Зависит от конструкции насоса. Когда жидкость проходит через всасывающий патрубок насоса и попадает на направляющий аппарат рабочего колеса, скорость жидкости увеличивается, а давление падает. Также возникают потери давления из-за турбулентности и неровности потока жидкости, т.к. жидкость бьет по колесу.

Центробежная сила лопаток рабочего колеса также увеличивает скорость и уменьшает давление жидкости. NPSHR — необходимый подпор на всасывающем патрубке насоса, чтобы компенсировать все потери давления в насосе и удержать жидкость выше уровня давления насыщенных паров, и ограничить потери напора, возникающие в результате кавитации на уровне 3%. Трехпроцентный запас на падение напора – общепринятый критерий NPSHR , принятый для облегчения расчета. Большинство насосов с низкой всасывающей способностью могут работать с низким или минимальным запасом по NPSHR, что серьезно не сказывается на сроке их эксплуатации. NPSHR зависит от скорости и производительности насосов. Обычно производители насосов предоставляют информацию о характеристике NPSHR.

Допустимый NPSH (NPSHA) — является характеристикой системы, в которой работает насос. Это разница между атмосферным давлением, высоты всасывания насоса и давления насыщенных паров. На рисунке изображены 4 типа систем, для каждой приведены формулы расчета NPSHA системы. Очень важно также учесть плотность жидкости и привести все величины к одной единице измерения.

Вычисление высоты столба жидкости над всасывающим патрубком насоса для типичных условий всасывания

Рис. 4 Вычисление столба жидкости над всасывающим патрубком насоса для типичных условий всасывания

Pв — атмосферное давление, в метрах;
Vр — Давление насыщенных паров жидкости при максимальной рабочей температуре жидкости;
P — Давление на поверхности жидкости в закрытой емкости, в метрах;
Ls — Максимальная высота всасывания, в метрах;
Lн — Максимальная высота подпора, в метрах;
Hf — Потери на трение во всасывающем трубопроводе при требуемой производительности насоса, в метрах.
В реальной системе NPSHA определяется с помощью показаний манометра, установленного на стороне всасывания насоса. Применяется следующая формула:

Где Gr — Показания манометра на всасывании насоса, выраженные в метрах, взятые с плюсом (+) , если давление выше атмосферного и с минусом (-), если ниже, с поправкой на осевую линию насоса;
hv = Динамический напор во всасывающем трубопроводе, выраженный в метрах.

Кавитация – это термин, применяющийся для описания явления, возникающего в насосе при недостаточном NPSHA. Давление жидкости при этом ниже значения давления насыщенных паров, и мельчайшие пузырьки пара жидкости, двигаются вдоль лопаток рабочего колеса, в области высокого давления пузырьки быстро разрушаются.

Разрушение или «взрыв» настолько быстрое, что на слух это может казаться рокотом, как будто в насос насыпали гравий. В насосах с высокой всасывающей способностью взрывы пузырьков настолько сильные, что лопатки рабочего колеса разрушаются всего в течение нескольких минут. Это воздействие может увеличиваться и при некоторых условиях (очень высокая всасывающая способность) может привести к серьезной эрозии рабочего колеса.

Возникшую в насосе кавитацию очень легко распознать по характерному шуму. Кроме повреждений рабочего колеса кавитация может привести к снижению производительности насоса из-за происходящего в насосе испарения жидкости. При кавитации может снизиться напор насоса и /или стать неустойчивым, также непостоянным может стать и энергопотребление насоса. Вибрации и механические повреждения такие как, например, повреждение подшипников, также могут стать результатом работы насоса с высокой или очень высокой всасывающей способностью при кавитации.

Читайте также:  Какая будет мощность динамиков если их соединить

Чтобы предотвратить нежелательный эффект кавитации для стандартных насосов с низкой всасывающей способностью, необходимо обеспечить, чтобы NPSHA системы был выше, чем NPSHR насоса. Насосы с высокой всасывающей способностью требуют запаса для NPSHR. Стандарт Гидравлического Института (ANSI/HI 9.6.1) предлагает увеличивать NPSHR в 1,2 — 2,5 раза для насосов с высокой и очень высокой всасывающей способностью, при работе в допустимом диапазоне рабочих характеристик.

Источник



Расчет мощности водяного насоса, 1 метод

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.

• 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).

Расчет мощности водяного 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

Расчет мощности водяного насоса

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

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

Расчет мощности водяного насоса

3. Оцените потери от трения в трубе.

Помимо минимального давления, необходимого для перекачивания воды на определенное расстояние, вашему насосу также необходимо преодолеть силу трения, создаваемую при перемещении воды по трубам. Общая сила трения зависит от материала, использованного при производстве труб, внутреннего диаметра и длины трубы, а также от наличия изгибов и способа монтажа. Посмотрите на значения потерь от трения в трубах, в таблицах в приложении. Запишите суммарную потерю трения в футах (это означает количество футов, которое вы «теряете» в высоте подачи воды насосом из-за трения)

Читайте также:  Таблица мощностей легковых автомобилей

* Справка: 1’’ (inch) = 1 дюйм = 2,54 см

Пример: Садовник решает использовать пластиковые трубы диаметром 1 дюйм и нуждается в трубе общей длиной 75 футов (включая длину по горизонтали ). Согласно таблице, на трение в трубах при использовании пластиковых труб диаметром 1 » происходит потеря 6,3 футов напора воды на каждые 100 футов общей длины трубы.

75фт ∗ 6,3 фт напора / 100 фт = 4,7 фт напора

Примем во внимание также потерю от трения в каждом монтажном соединении трубы. Для пластиковой трубы диаметром 1 «, одним 90º коленным разъемом и тремя резьбовыми соединениями потеря соответствует 15 футам.

Суммируя все потери вместе получим общую потерю от трения, которая составит:

4,7 + 15 = 19,7 фута или около 20 футов.

Эти диаграммы часто включают в себя оценку скорости воды, также основанную на её расходе и типе используемых труб. Лучше всего поддерживать скорость ниже 5 футов / с, чтобы предотвратить «гидравлический молот», повторяющуюся стучащую вибрацию, которая может повредить ваше оборудование.

Расчет мощности водяного насоса

4. Суммируйте вместе высоту подачи воды и потери от трения.

Вертикальное расстояние, которое должна преодолеть вода и потери от трения в трубе составляют «суммарный скоростной напор» или TDH. Это общая нагрузка, которую должен преодолеть насос.

Пример: TDH = вертикальное расстояние + потеря от трения = 50 футов + 20 футов = 70 футов.

Таблица удельного веса элементов

Таблица удельного веса элементов

5. Обратите внимание на удельный вес, если вы откачиваете жидкость отличную от воды.

В основной формуле расчета мощности насоса предполагается, что вы перекачиваете воду. Если вы перекачиваете другую жидкость, посмотрите ее «удельный вес» в Интернете или в техническом справочнике. Жидкости с более высокой удельной массой более густые и соответственно требуют от насоса большей мощности.

Пример: В нашем примере садовник перекачивает воду, соответственно удельный вес воды равен 1.

Расчет мощности водяного насоса

6. Введите эти значения в формулу мощности потока воды.

Мощность потока воды или минимальная мощность, необходимая для запуска насоса, равна TDH∗Q∗SG / 3960

где TDH представляет собой полный скоростной напор в футах, Q — расход жидкости в галлонах в минуту (gpm), а SG — удельный вес (1 для воды). Введите все значения, которые вы определили в эту формулу, чтобы рассчитать мощность водяного насоса для вашего проекта.

Пример: садовый насос должен преодолеть TDH 70 футов и произвести расход Q 10 галонов / мин. В случае перекачивания воды, SG равно 1.

Мощность насоса = TDH∗Q∗SG / 3960 = 70∗10∗1 / 3960 =

Расчет мощности водяного насоса

7. Разделите мощность двигателя на эффективность насоса.

Теперь вы знаете, какая мощность вам нужна для обеспечения запуска насоса. Тем не менее не существует механическое устройство на 100% эффективно передающее энергию. После того, как вы выбрали насос, проверьте информацию производителя об эффективности насоса и запишите его как десятичной форме. Чтобы найти фактическую мощность двигателя, необходимого для вашего насоса, разделите мощность потока воды на эту величину.

Пример: для выработки насосом мощности 0,18 л.с. насосу с номинальной эффективностью 50% (или 0,5) действительно потребуется двигатель мощностью 0,18/0,5 = 0,36 л.с.

Большинство современных насосов работают с эффективностью от 50% до 85% при использовании их по назначению. Если вы не можете определить номинальную мощность вашего насоса, вы можете предположить, что фактическая необходимая мощность двигателя находится между — Мощность насоса / 0,5 и Мощность насоса / 0,85.

А также советуем ознакомиться со вторым методом расчета.

Источник