Как рассчитать мощность насоса

Как выяснить показатель расхода насоса

Формула расчета выглядит так: Q=0,86R/TF-TR

Q – расход насоса в м.куб./ч;

R – тепловая мощность в кВт;

TF – температура теплоносителя в градусах Цельсия на входе в систему,

Схема расположения циркуляционного насоса отопления в системе

Три варианта расчета тепловой мощности

С определением показателя тепловой мощности (R) могут возникнуть трудности, поэтому лучше ориентироваться на общепринятые нормативы.

Вариант 1. В европейских странах принято учитывать такие показатели:

• 100 Вт/м.кв. – для частных домов небольшой площади;
• 70 Вт/м.кв. – для многоэтажек;
• 30-50 Вт/м.кв. – для производственных и хорошо утепленных жилых помещений.

Вариант 2. Европейские нормы хорошо подходят для регионов с мягким климатом. Однако в северных районах, где бывают сильные морозы, лучше ориентироваться на нормы СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в которых учтена наружная температура до -30 градусов Цельсия:

• 173-177 Вт/м.кв. – для небольших зданий, этажность которых не превышает двух;
• 97-101 Вт/м.кв. – для домов от 3-4 этажей.

Вариант 3. Ниже предложена таблица, по которой можно самостоятельно определить необходимую тепловую мощность с учетом назначения, степени износа и теплоизоляции здания.

Таблица: как определить нужную тепловую мощность

Формула и таблицы расчета гидравлического сопротивления

В трубах, запорной арматуре и любых других узлах системы отопления возникает вязкое трение, которое приводит к потерям удельной энергии. Это свойство систем называют гидравлическим сопротивлением. Различают трение по длине (в трубах) и местные гидравлические потери, связанные с наличием клапанов, поворотов, участков, где изменяется диаметр труб и т.п. Показатель гидравлического сопротивления обозначают латинской буквой «H» и измеряют в Па (паскалях).

Формула расчета: H=1,3*(R1L1+R2L2+Z1+Z2+….+ZN)/10000

R1, R2 обозначают потери давления (1 – на подаче, 2 – на обратке) в Па/м;

L1, L2 – длина трубопровода (1 – подающего, 2 – обратного) в м;

Z1, Z2, ZN – гидравлическое сопротивление узлов системы в Па.

Чтобы облегчить расчеты потерь давления (R), можно воспользоваться специальной таблицей, где учтены возможные диаметры труб и приведены дополнительные сведения.

Таблица для определения потерь давления

Усредненные данные по элементам системы

Гидравлическое сопротивление каждого элемента системы отопления приведено в технической документации. В идеале следует воспользоваться характеристиками, указанными производителями. При отсутствии паспортов изделий можно ориентироваться на примерные данные:

• котлы – 1-5 кПа;
• радиаторы – 0.5 кПа;
• вентили – 5-10 кПа;
• смесители – 2-4 кПа;
• тепломеры – 15-20 кПа;
• обратные клапаны– 5-10 кПа;
• регулирующие клапаны – 10-20 кПа.

Сведения о гидравлическом сопротивлении труб из различных материалов можно вычислить по таблице ниже.

Таблица потерь давления в трубах

1 Исходные данные для расчёта рабочего колеса.

Рабочее
колесо является наиболее важным элементом
центробежного насоса. Если возникает
необходимость аналитического расчёта
насоса, как в нашем случае, то расчёт
ведётся с учётом геометрии ранее
спроектированных насосов с высокими
энергетическими показателями.

Для
расчёта рабочего колеса необходимо
знать подачу Q,
напор Н, частоту вращения n.
При проектировании пожарного насоса n
принимают равной 2900 об/мин, что обеспечивает
рациональную конструкцию колеса,
развивающего достаточно высокий напор.
При этом ограничения по частоте вращения,
связанные с опасностью кавитации,
отсутствуют, т. к. пожарные насосы на
судах работают с подпором.

Для
оценки максимально допустимой с точки
зрения кавитации частоты вращения
рабочего колеса осушительного и
балластного насоса используется
кавитационный коэффициент быстроходности
с,
предложенный С. С. Рудневым:

где:
n
— частота вращение вала насоса, об/мин;

Q
— подача насоса, м3/с;

hкр
— критический кавитационный запас в
метрах, который можно определить по
формуле:

где:
Р_A
— атмосферное давление, Па;

Р_n
— давление насыщенных паров воды,
зависящее от температуры (табл. 5), Па;

H_ВД
— максимально допустимая высота всасывания
в метрах, определяемая по результатам
гидравлического расчёта сопротивления
приёмного трубопровода осушительной
или балластной системы;

V_вход
— скорость жидкости на входе в насос,
равная скорости в приёмном трубопроводе,
м/с;

с
— кавитационный коэффициент быстроходности,
который лежит в пределах:

—
для пожарных насосов 700÷800;

—
для осушительных и балластных 800÷1000.

По
известным величинам Q,
c,
hкр
определяется максимально допустимая
частота вращения вала насоса n_max:

Давление
насыщенных паров Таблица 5

t, о С	5	10	20	30	40	50	60	70
Рn/g , кПа	0,6	0,9	1,2	2,3	4,2	7,4	12,3	19,9	31,2

Значение
n_maxможет
быть использовано для расчёта рабочего
колеса насоса, если между двигателем и
насосом используется промежуточная
передача (редуктор, ременная или т.п.),
позволяющая набрать необходимое
передаточное число i.

Однако,
в большинстве случаев на судах используется
непосредственный привод насоса от
асинхронного двигателя, имеющего частоту
1450 или 2900 об/мин.

Отсюда,
если n_max
> 2900 об/мин, то выбирается n
= 2900 об/мин, что позволяет существенно
сократить габариты проектируемого
насоса. Если n_maxmax.

Зачем нужен циркуляционный насос

Не секрет, что большинство потребителей услуг теплоснабжения, проживающих на верхних этажах высотных зданий, знакомы с проблемой холодных батарей. Ее причиной является отсутствие необходимого давления. Поскольку, если нет циркуляционного насоса, теплоноситель двигается по трубопроводу медленно и в результате остывает на нижних этажах

Именно поэтому важно правильно сделать расчет циркуляционного насоса для систем отопления

С аналогичной ситуацией часто сталкиваются хозяева частных домовладений – в наиболее отдаленной части отопительной конструкции радиаторы намного холоднее, чем в начальной точке. Оптимальным решением в данном случае специалисты считают монтаж циркуляционного насоса, как он выглядит видно на фото. Дело в том, что в небольших по площади домах отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителей достаточно эффективны, но и тут не помешает подумать о приобретении насоса, поскольку, если правильно настроить работу данного устройства, затраты на обогрев сократятся.

Что собой представляет циркуляционный насос? Это прибор, состоящий из мотора с ротором, погруженным в теплоноситель. Принцип его работы заключается в следующем: вращаясь, ротор заставляет нагретую до определенной температуры жидкость двигаться по системе отопления с заданной скоростью, в результате чего создается нужное давление.

Насосы могут функционировать в разных режимах. Если сделать установку циркуляционного насоса в системе отопления на максимальную работу, дом, остывший в отсутствие хозяев, прогреть можно очень быстро. Затем потребители, восстановив настройки, получают при минимальных затратах необходимое количество тепла. Циркуляционные приборы бывают с «сухим» или «мокрым» ротором. Его в первом варианте погружают в жидкость частично, а во втором – полностью. Отличаются они между собой тем, что насосы, укомплектованные «мокрым» ротором, при работе меньше шумят.

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.

Регулировка скоростей циркуляционного насоса

У большинства моделей циркуляционного насоса имеется функция регулировки скорости работы прибора. Как правило, это трехскоростные устройства, позволяющие управлять количеством теплоты, которое направляется на обогрев помещения. В случае резкого похолодания увеличивают скорость работы прибора, а при потеплении ее уменьшают, притом, что температурный режим в комнатах остается комфортным для пребывания в доме.

Чтобы переключать скорость, имеется специальный рычаг, расположенный на корпусе насоса. Очень востребованы модели циркуляционных устройств с автоматической системой регулирования данного параметра в зависимости от температуры снаружи здания.

Подбор циркуляционного насоса для системы отопления критерии

Делая выбор циркуляционного насоса для системы отопления частного дома, практически всегда отдают предпочтение моделям с мокрым ротором, специально предназначенным для работы в любых бытовых магистралях различной протяженности и объемов подачи.

Данные устройства по сравнению с другими видами обладают следующими преимуществами:

• низким уровнем шума,
• небольшими габаритными размерами,
• ручной и автоматической регулировкой числа оборотов вала в минуту,
• напорными и объемными показателями,
• подходящими для всех отопительных систем индивидуальных домов.

Выбор насоса по количеству скоростей

Для повышения эффективности работы и экономии энергоресурсов лучше брать модели со ступенчатой (от 2-х до 4-х скоростей) или автоматической регулировкой частоты вращения электродвигателя.

Если используется автоматика для управления частотой, то экономия электроэнергии по сравнению со стандартными моделями достигает 50%, что составляет около 8% от электропотребления всего дома.

Рис. 8 Отличие подделки (справа) от оригинала (слева)

На что еще обратить внимание

При покупке популярных моделей Grundfos и Wilo велика вероятность подделки, поэтому следует знать некоторые отличия оригиналов от китайских аналогов. Например, немецкие Wilo можно отличить от китайской подделки по следующим признакам:

• Оригинальный образец чуть больше по габаритным размерам, на его верхней крышке выбит серийный номер.
• Рельефная стрелка направления движения жидкости в оригинале помещена на входном патрубке.
• Клапан развоздушивания у подделки желтого цвета под латунь (такой же цвет и в аналогах под Grundfos)
• Китайский аналог имеет с обратной стороны яркую блестящую наклейку с указанием классов по энергосбережению.

Рис. 9 Критерии подбора циркуляционного насоса для отопления

Как выбрать и купить циркуляционный насос

Перед циркуляционными насосами задачи стоят несколько специфические, отличные от водяных, скважинных, дренажных и т. п. Если последние предназначены для перемещения жидкости с конкретной точкой излива, то циркуляционные и рециркуляционные просто «гоняют» жидкость по кругу.

К подбору хотелось бы подойти несколько нетривиально и предложить несколько вариантов. Так сказать, от простого к сложному — начать с рекомендаций производителей и последним описать как рассчитать циркуляционный насос для отопления по формулам.

Подобрать циркуляционный насос

Этот простой способ подобрать циркуляционный насос для отопления порекомендовал один из менеджеров по продаже насосов WILO.

Принимается, что теплопотери помещения на 1 м. кв. составят 100 Вт. Формула для расчета расхода:

Общие теплопотери дома (кВт) х 0,044 = расход циркуляционного насоса (м. куб./час.)

Например, если площадь частного дома составляет 800 м. кв. требуемый расход будет равен:

(800 х 100) / 1000 = 80 кВт — теплопотери дома

80 х 0,044 = 3,52 м. куб./час — требуемый расход циркуляционного насоса при температуре в помещении 20 град. С.

Из ассортимента WILO для таких требований подойдут насосы TOP-RL 25/7,5, STAR-RS 25/7, STAR-RS 25/8.

Касательно напора. Если система спроектирована в соответствии с современными требованиями (пластиковые трубы, закрытая система отопления) и нет никаких нестандартных решений, как-то высокая этажность или большая протяженность отопительных трубопроводов, то напора вышеуказанных насосов должно хватить «с головой».

Опять же, такой подбор циркуляционного насоса приблизительный, хотя в большинстве случаев он удовлетворит требуемым параметрам.

Подобрать циркуляционный насос по формулам.

Если есть желание перед тем как купить циркуляционный насос разобраться с требуемыми параметрами и подобрать его по формулам, то пригодится следующая информация.

определяем требуемый напор насоса

H=(R x L x k) / 100, где

H — требуемый напор насоса, м

L — длина трубопровода между наиболее удаленными точками «туда» и «назад». Другими словами это длина наибольшего «кольца» от циркуляционного насоса в системе отопления. (м)

Пример расчета циркуляционного насоса по формулам

Есть трехэтажный дом размерами 12м х 15м. Высота этажа 3 м. Дом отапливается радиаторами ( ∆ T=20°C) с терморегулирующими головками. Произведем расчет:

требуемая тепловая мощность

N (от. пл) = 0,1(кВт/м.кв.) х 12(м) х 15(м) х 3 этажа = 54 кВт

вычисляем расход циркуляционного насоса

Q = (0.86 х 54) / 20 = 2,33 м.куб/час

вычисляем напор насоса

Производитель пластиковых труб компания TECE рекомендует применять трубы с диаметром при котором скорость течения жидкости будет 0,55-0,75 м/с, удельное сопротивление стенки трубы — 100-250 Па/м. В нашем случае, для отопительной системы можно использовать трубу диаметром 40мм (11/4″). При расходе 2,319 м.куб/час скорость потока теплоносителя будет 0,75 м/с, удельное сопротивление одного метра стенки трубы 181 Па/м (0,02 м. вод.ст).

WILO YONOS PICO 25/1-8

GRUNDFOS UPS 25-70

Почти все производители, включая таких «грандов» как WILO и GRUNDFOS, размещают на своих сайтах специальные программы для подбора циркуляционного насоса. У вышеупомянутых компаний это WILO SELECT и GRUNDFOS WebCam.

Программы очень удобны, пользоваться ими достаточно просто

Особое внимание нужно уделить правильному вводу значений, что у неподготовленных пользователей часто вызывает затруднения

Купить циркуляционный насос

При покупке циркуляционного насоса особое внимание следует уделить фирме-продавцу. В настоящее время на рынке Украины «гуляет» очень много контрафактной продукции

Чем объяснить, что розничная цена циркуляционного насоса на рынке может быть в 3-4 раза меньше, чем у представителя компании производителя?

По данным аналитиков, циркуляционный насос в бытовом секторе является лидером по энергопотреблению. В последние годы компании предлагают очень интересные новинки — энергосберегающие циркуляционные насосы с автоматической регулировкой мощности. Из бытовой серии у WILO это YONOS PICO, у GRUNDFOS — ALFA2. Такие насосы потребляют электроэнергии на несколько порядков меньше и существенно экономят денежные расходы владельцев.

Проверка выбранного электродвигателя а. Проверка продолжительности перекладки руля

Для выбранного
насоса смотрим графики зависимости
механического и объемного КПД от
давления, создаваемого насосом (см. рис.
3).

4.1. Находим моменты,
возникающие на валу электродвигателя
при различных углах перекладки руля:

,

где: M_α
– момент на валу электродвигателя
(Н·м);

Q_уст
– установленная производительность
насоса;

P_α
– давление масла, создаваемое насосом
(Па);

P_тр
– потери давления на трение масла в
трубопроводе (3,4÷4,0)·105
Па;

n_н
– число оборотов насоса (об/мин);

η_r
– гидравлический КПД, связанный с
трением жидкости в рабочих полостях
насоса (для ротационных насосов ≈ 1);

η_мех
– механический КПД, учитывающий потери
на трение (в сальниках, подшипниках и
других трущихся частях насосов (см.
график на рис. 3).

Данные расчетов
заносим в таблицу 4.

4.2. Находим скорости
вращения электродвигателя для полученных
значений моментов (по построенной
механической характеристике выбранного
электродвигателя – см. п. 3.6). Данные
расчета заносим в таблицу 5.

Таблица 5

α°	n, об/мин	ηr	Qα, м3/с
5
10
15
20
25
30
35

4.3. Находим
действительную производительность
насоса при полученных скоростях
электродвигателя
,

где: Q_α
– действительная производительность
насоса (м3/сек);

Q_уст
– установленная производительность
насоса (м3/сек);

n
– действительная скорость вращения
ротора насоса (об/мин);

n_н
– номинальная скорость вращения ротора
насоса;

η_v
– объемный КПД, учитывающий обратный
перепуск перекачиваемой жидкости (см.
график 4.)

Данные расчета
заносим в таблицу 5. Строим график Q_α=f(α)
– см. рис. 4.

Рис. 4. График
Q_α=f(α)

4.4. Полученный
график разбиваем на 4 зоны и определяем
время работы электропривода в каждой
из них. Расчет сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Зона	Граничные углы зон α°	Hi (м)	Vi (м3)	Qср.з (м3/сек)	ti (сек)
I
II
III
IV

4.4.1. Находим
расстояние, проходимое скалками в
пределах зоны

,

где: H_i
– расстояние, проходимое скалками в
пределах зоны (м);

R_o
– расстояние между осями баллера и
скалок (м).

4.4.2. Находим объем
масла, перекачиваемого в пределах зоны

,

где: V_i
– объем перекачиваемого масла в пределах
зоны (м3);

m_цил
– число пар цилиндров;

D
– диаметр плунжера (скалки), м.

4.4.3. Находим
продолжительность перекладки руля в
пределах зоны

,

где: t_i
– средняя продолжительность перекладки
руля в пределах зоны (сек);

Q_ср
i
– средняя производительность в пределах
зоны (м3/сек)
– берем из графика п. 4.4. или рассчитываем
из таблицы 5).

4.4.4. Определяем
время работы электропривода при
перекладке руля с борта на борт

t_пер=
t₁+
t₂+
t₃+
t₄+
t_o,

где: t_пер
– время перекладки руля с борта на борт
(сек);

t₁÷
t₄
– продолжительность перекладки в
каждой зоне (сек);

t_o
– время изготовки системы к действию(сек).

4.5. Сравниваем t
перекладки с Т (время перекладки руля
с борта на борт по требованию РРР), сек.

t_пер
≤
Т
(30 сек)

12 Испытание поршневого насоса

Испытание насоса
производится с целью определения затрат
мощности в отдельных частях насоса.

При испытании
снимаются индикаторная диаграмма,
показания мановакуумметра на всасывании
и манометра на нагнетании, расходомера
и по электроприборам фиксируется
мощность, потребляемая двигателем.

Наибольший интерес
представляет индикаторная диаграмма,
по которой можно выявить неисправности,
возникающие в гидравлической части
насоса.

Для слияния диаграмм
можно воспользоваться механическим
индикатором давления.

Рисунок
5.26

На рисунке 5.26
представлена принципиальная схема
механического индикатора, установленного
на цилиндре насоса. Индикатор состоит
из барабана 1, на который надевается
бумага, и гидроцилиндра 2, присоединяемого
к цилиндру насоса 4 через кран 3. При
открытии крана давление из полости
цилиндра насоса передается в гидроцилиндр
индикатора, вызывая перемещение поршня
последнего. Поршень индикатора на своем
штоке имеет тарированную на определенное
давление пружину 5 с рычагом, на конце
которой крепится карандаш 6. Барабан
тягой 7 соединен с одной из деталей
насоса, движущейся возвратно-поступательно
(шток 8), что приводит к возвратно-поступательному
движению барабана, соответствующему
ходу поршня.

На
бумаге барабана прочерчиваются линии,
равные или пропорциональные длине хода
поршня при атмосферном давлении Р
при открытом ранее З΄ и закрытом кране
З и линии давления за два хода поршня
Р_В
и Р_Н
при открытом кране З и закрытом кране
З΄. Полученная таким путем индикаторная
диаграмма имеет вид (рисунок 5.27),
где рв, рн, рi
— давления всасывания, нагнетания и
индикаторное; f_D
— площадь диаграммы;
l—
длина диаграммы, равная или пропорциональная
длине хода поршня S.

Рисунок
5.27

Чтобы
определить среднеиндикаторное давление
по диаграмме, надо знать постоянную
пружины индикатора — масштаб диаграммы
пo
высоте т (мм=1кгс/см2).

.

На индикаторной
диаграмме, полученной при испытании
насоса в начале всасывания и нагнетания,
фиксируется и т.п. неоднократные колебания
клапанов, что вызывается изменением их
гидравлического сопротивления при
подъеме с седла и последующим свободным
движением; при значительных давлениях
линии подъема и падения давления не
строго вертикальны из-за сжимаемости
жидкости и выделения из нее пузырьков
газа.

По виду индикаторной
диаграммы можно установить различные
неисправности в работе насоса. На рисунке
5.28 показаны диаграммы при работе насоса
с различными неисправностями: 1 — насос
вместе с жидкостью всасывает воздух,
который сжимает по линии “a”
в начале процесса нагнетания; 2 — в
цилиндре имеется воздушный мешок,
который сжимается по линии- “a”
в начале процесса нагнетания и расширяется
по линии “в” в начале процесса всасывания;
3 – пропускает всасывающий клапан; 4 –
пропускает нагнетательный клапан; 5 –
недостаточный (отсутствует) объем
воздушной подушки пневмокомпенсаторов.

Рисунок 5.28

Подача производительность насосного оборудования

Это один из главных факторов, которые следует учитывать при выборе устройства. Подача – количество теплоносителя перекачиваемого в единицу времени (м3/час). Чем выше подача, тем значительней будет объем жидкости, который сможет перекачать насос. Данный показатель отражает величину объема теплоносителя, переносящего тепло от котла к радиаторам. Если подача низкая, радиаторы будут обогреваться плохо. Если производительность избыточная, расходы на отопление дома существенно вырастут.

Расчет мощности циркуляционного насосного оборудования для системы отопления можно произвести по следующей формуле:Qpu=Qn/1.163xDt [м3/ч]

При этом Qpu – это подача агрегата в расчетной точке (измеряется в м3/час), Qn — количество потребляемого тепла на площади, которая отапливается (кВт), Dt – разница температур, зафиксированная на прямом и обратном трубопроводе (для стандартных систем это 10-20°С), 1,163 – показатель удельной теплоемкости воды (если будет использоваться другой теплоноситель, формула должна быть откорректирована).

Как определить требуемый напор циркуляционного насоса

Напор центробежных насосов чаще всего выражают в метрах. Значение напора позволяет определить какое гидравлическое сопротивление он способен преодолеть. В замкнутой системе отопления напор не зависит от ее высоты, а обуславливается гидравлическими сопротивлениями. Для определения требуемого напора необходимо произвести гидравлический расчет системы. В частных домах при использовании стандартных трубопроводов, как правило, достаточно насоса, развивающего напор до 6 метров.

Не стоит опасаться того, что выбранный насос способен развить больший напор чем вам нужно, т.к развиваемый напор определяется сопротивлением системы, а не числом указанным в паспорте. Если максимального напора насоса не хватит, чтобы прокачать жидкость через всю систему, циркуляции жидкости не будет, поэтому следует выбирать насос с запасом по напору .