Определение напора на насосе. Общие сведения. Проведение расчета. Единицы измерения

Определение понятия напора

Форма характеристик насоса.
Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Различное изменение подачи и давления

Напор насоса (H)
— удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости .

H=E/G

E
= механическая энергия
G
= вес перекачиваемой жидкости

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 . Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:
10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа
Горизонтальная ось (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 Hо 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.

Мощность погружного насоса и его КПД

Номинальный КПД электродвигателя центробежного насоса для водоснабжения – это отношение полезной мощности к той, что потребляется. Обозначение – η. Формула распределения: η = (Р2/Р1) * 100. КПД электродвигателя никогда не будет выше единицы (100%) ни при каких обстоятельствах, так как «вечного двигателя» не существует, а любые приводы имеют потери.

КПД — так именуется отношение гидравлики к мощности, которая подведена на валу скважинного устройства, а их разность сообщает о потерях в агрегате. Формула: η = (Р4/Р3) * 100.

Утрата мощности в центробежном насосном устройстве также получается из ряда составляющих, а именно:

• Гидравлические;
• Механические;
• Объёмные потери Рvнас.

Погружные насосы для дачи можно купить в любом специализированном магазине

Общий КПД представляет собой сумму КПД всех потерь. КПД устройства характеризует степень совершенства конструкции в плане механики и гидравлики.

Может ли монтаж повлиять на величину напора

Учитывая простоту, даже примитивность конструкции насосов, а также наличие подробной инструкции монтажа, многие современные мужчины берутся за работы самостоятельно, то есть без помощи профессионалов. Такое поведение чаще всего связано с желанием сэкономить: далеко не все готовы заплатить не только за насос или насосную станцию, но и услуги мастера. Учитывая, что напор насоса — это основная характеристика его деятельности, никто не готов терять. Именно поэтому вопрос напрашивается сам собой: насколько монтаж, проведённый самостоятельно может сказаться на величине напора.

Казалось бы, подключаем одну трубу к всасывающему патрубку, другую к тому, что отвечает за напор, подаем питание — и готово. На практике малейшая ошибка не только способна негативно сказаться на напоре воды, но и существенно сократит продолжительность работы.

Виды мощности прибора для скважины

Во время выпуска устройств на заводе-изготовителе применяются обозначения разновидностей мощности:

1. P1 (кВт). Входная электромощность – та, которую электродвигатель забирает от электросети.
2. P2 (кВт). На валу электродвигателя – та, которую он отдает на вал. Входная электромощность насоса P1 равняется мощности на валу электродвигателя P2, поделенной на КПД электродвигателя.
3. P3 (кВт). Входной показатель гидронасоса равняется величине P2, когда муфта, которая соединяет вал устройства и вал электродвигателя, не расходует электроэнергию.
4. P4 (кВт). Полезная мощность погружного гидравлического насосного оборудования — та, которая выходит в процессе функционирования в виде расхода и напора воды.

Без соответствующего опыта не рекомендуется самостоятельно выполнять монтаж насоса

Рассчитать показатель можно онлайн, есть специальный калькулятор.

Эквивалентное отверстие

Если сделать
отверстие сечении F_eчерез которое будет подаваться такое
же количество воздуха,
как и через трубопровод при том же
начальном напореh, то
такое отверстие называется эквивалентным,
т.е. проход через данное эквивалентное
отверстие заменяет все сопротивления
в трубопроводе.

Найдём величину
отверстия:

,
(4)

где с- скорость
истечения газа.

Расход газа:

(5)

Из (2)
(6)

Примерно, потому
что не учитываем коэффициент сужения
струи.

—
это условное сопротивление, которое
удобно вводить в расчёты при упрощении
действительных сложных систем. Потери
напора в трубопроводах определяются
как сумма потерь в отдельных местах
трубопровода и подсчитываются на
основании экспериментальных данных,
приводящихся в справочниках.

Потери в трубопроводе
возникают на поворотах, изгибах, при
расширениях и сужениях трубопроводов.
Потери в равном трубопроводе также
подсчитываются по справочным данным:

(7)

1. Всасывающий
   патрубок
2. Корпус вентилятора
3. Нагнетательный
   патрубок
4. Эквивалентное
   отверстие, заменяющее реальный
   трубопровод с его сопротивлением.

1. ;
2. ;
3. ;
4. ;
5. ;

—
скорость во всасывающем трубопроводе;

—
скорость истечения через эквивалентное
отверстие;

—
величина давления, под которым происходит
перемещение газа во всасывающем патрубке;

статический и
динамический напоры в выводном патрубке;

—
полный напор в нагнетательном патрубке.

Через эквивалентное
отверстие
газ истекает под давлением,
зная,
находим.

Пример

Чему равняется
мощность двигателя для привода
вентилятора, если нам известны предыдущие
данные из 5.

С учетом потерь:

где
—
монометрический коэффициент полезного
действия.

где
—
теоретический напор вентилятора.

Вывод уравнений
вентилятора.

Задано:

Найти:

Грамотный подбор агрегата по параметрам

Подбор насоса для условий, которые заданы, – важный этап проекта установки и станции. Для выбора агрегата к установке нужно иметь исходные значения, которые характеризуют трубопроводные системы, и требования, что предъявляются к проекту.

В такие данные, которые составлены в виде проекта, должны войти:

1. Информация о назначении и характере функционирования прибора.
2. Характеристика гидравлики трубопроводной системы, в том числе потребляемая по максимуму и минимуму производительность станции Qmax и Qmin потребляемый напор, который соответствует максимуму и минимуму расходов Нmaх и Нmin.
3. Данные об источниках или резервуарах питания.
4. Данные о месте и условиях местоположения насоса.
5. Данные об электродвигателях и источниках энергии.
6. Особенные требования. По этим сведениям, применяя каталоги и справочники по насосному оборудованию, можно подобрать прибор по характеристикам и по коэффициенту быстроходности.

Первостепенно выбирают тип и марку насоса по сводному графику рабочих зон оборудования назначения, которое ему соответствует. Выбор осуществляется для усредненных данных расходов и напоров. При подборе координаты с точками Qcp и Нср необходимо идти к тому, чтобы она проходила в середине рабочего поля подбираемого устройства.

Чтобы насос служил длительное время, следует вовремя менять изношенные детали

Применив каталог, надо найти рабочую характеристику подобранного устройства и выстроить совместную характеристику его и трубопровода (скважины). Таким выстраиванием получают рабочую координату, что соответствует Qcp и Hср. Зная Qmax и Qmin, пo кривой находят соответствующие значения КПД. Если эти данные не меньше минимума КПД, которое принято, то такое устройство удовлетворяет исходным данным по энергопоказателям. Для выстраивания характеристики станции можно воспользоваться также по универсальным параметрам устройства.

По формуле выполняют расчет максимума эллипсоидальной высоты всасывания, которые соответствуют Qmax, и в дальнейшем сравнивают её с минимумом по высоте всасывания, которая задана. Если геодезия всасывания по формуле получится больше заданной, то подобранное устройство удовлетворяет исходным значениям по своей кавитации. Необходимо выписать из каталога-справочника данные геометрии, механики и гидравлики подобранного оборудования.

Выбор устройства по коэффициенту быстроходности:

1. Надо посчитать усредненные значения по расходу и напору Qcp и Hср, беря количество оборотов по стандарту функционирующего колеса, вычислить по формуле удельная частота вращения ns.
2. По удельной частоте вращения и Qcp и Иср выбирают насосное оборудование. Так как в такой ситуации устройство выбирается с применением закона подобия для оптимальных данных КПД, то нет надобности в еще одной проверке по характеристике.
3. Зная частоту вращения, по данным Qcp, п и вычисленную по формуле коэффициента кавитации Скр, надо найти значение вакуум-высоты всасывания насосного устройства Hв. Далее по формуле для Qmax нужно найти максимум значения эллипсоидальной высоты всасывания и сравнить её с той, что задана в целях снижения цены строительных работ. Если максимум значения эллипсоидальной высоты выше того, что задано, то насосное оборудование подходит и по кавитации.

Выбор насосного устройства по коэффициенту быстроходности комфортно выполнять в ситуации, если нет характеристик приборов, а имеются лишь данные, которые соответствуют оптимальному режиму функционирования. Также обязательно измеряется давление на станции (пример глубинного оборудования).

Важно правильно подобрать мощность насоса и само оборудование, тогда насосная установка или станция будет функционировать максимально качественно

Рабочий процесс лопастного насоса

Момент сил сопротивления относительно
оси противодействует вращению рабочего
колеса, поэтому лопатки профилируют,
учитывая величину подачи, частоту
вращения, направление движения жидкости.

Преодолевая момент, рабочее колесо
совершает работу. Основная часть,
подведенная к колесу энергии, передается
жидкости, и часть энергии теряется при
преодолении сопротивлений.

Если неподвижную систему координат
связать с корпусом насоса, а подвижную
систему координат с рабочим колесом,
то траектория абсолютного движения
частиц будет складываться из вращения
(переносного движения) рабочего колеса
и относительного движения в подвижной
системе по лопаткам.

Абсолютная скорость равна векторной
сумме переносной скорости U— скорости вращения частицы с рабочим
колесом и относительной скоростиWдвижение по лопатке относительно
подвижной системы координат, связанной
с вращающимся колесом.

На рис. 15.2 штрих-пунктирной линией
изображена траектория частицы от входа
и до выхода из насоса в относительном
движении – АВ, траектории переносного
движения совпадают с окружностями на
радиусах колеса, например на радиусах
R₁иR₂.
Траектории частиц в абсолютном движении
от входа в насос до выхода – АС.Движение
подвижной системы –относительное, в
подвижной – переносное.

Параллелограммы скоростей для входа в
рабочее колесо и выхода из него:

(15.5)

где i= 1,2.

Сумма относительной скорости Wи переноснойUдаст абсолютную скоростьV
_.

Параллелограммы скоростей на рис. 15.2
показывают, что момент скорости частицы
жидкости на выходе из рабочего колеса
больше, чем на входе:

V₂Cosα₂R₂
> V₁Cosα₁R₁

Следовательно, при прохождении через
колесо момент количества движенияувеличивается. Возрастание момента
количества движения вызвано моментом
сил, с которыми рабочее колесо действует
на находящуюся в нем жидкость.

Для установившегося движения жидкости
разность моментов количества движения
жидкости, выходящей из канала и входящей
в него за единицу времени, равна моменту
внешних сил, с которыми рабочее колесо
действует на жидкость.

Момент сил, с которыми рабочее колесо
действует на жидкость, равен:

М = Qρ(V₂Cosα₂R₂
— V₁Cosα₁R₁),

гдеQ- расход
жидкости через рабочее колесо.

Умножим обе части этого уравнения на
угловую скорость рабочего колеса ω.

М ω= Qρ(V₂Cosα₂R₂ω
— V₁Cosα₁R₁ω),

Произведение Мωназывается
гидравлической мощностью, или работой
которую производит рабочее колесо в
единицу времени, воздействуя на
находящуюся в нем жидкость.

Из уравнения Бернулли известно, что
удельная энергия, передаваемая
единице веса жидкости, называется
напором. В уравнении Бернулли, источником
энергии для движения жидкости была
разность напоров.

При использовании насоса энергия или
напор передается жидкости рабочим
колесом насоса.

Теоретическим напором рабочего колеса
— Н_Т называется
удельная энергия, передаваемая
единице веса жидкости рабочим колесом
насоса.

N=Мω= H_Т*Qρg

Учитывая, что u₁=R₁ω
— переносная (окружная) скорость
рабочего колеса на входе иu₂
= R₂
ω — скорость рабочего
колеса на выходе и что проекции векторов
абсолютных скоростей на направление
переносной скорости (перпендикулярной
к радиусамR1 иR2)
равныV_u2
=V₂Cosα₂
иV_u1
= V₁Cosα₁,
гдеV_u2иV_u1
, получим теоретический напор
в виде

H_Т*Qρg
= Qρ(V₂Cosα₂R₂ω
— V₁Cosα₁R₁ω),откуда

(15.6)

Фактический напор насоса
меньше
теоретического напора поскольку в нем
взяты реальные значения скоростей и
давлений.

Лопастные насосы бывают одноступенчатыми
и многоступенчатыми. В одноступенчатых
насосах жидкость проходит через рабочее
колесо однократно (см. рис. 15.1). Напор
таких насосов при заданной частоте
вращения ограничен. Для повышения напора
применяют многоступенчатые насосы, у
которых имеется несколько последовательно
соединенных рабочих колес, закрепленных
на одном валу. Напор насоса повышается
пропорционально числу колес.

Лопастной насос может работать при
разных режимах, т. е. при разных подачах
и частотах вращения.

Прикрывая задвижку, установленную на
напорном трубопроводе насоса, уменьшают
подачу. При этом также изменяется напор,
развиваемый насосом. Для эксплуатации
насоса необходимо знать, как изменяется
напор, КПД и мощность, потребляемая
насосом, при изменении его подачи, т. е.
знать характеристику насоса, под которой
понимается зависимость напора, мощности
и КПД насоса от его подачи при постоянной
частоте вращения (рис. 15.3).

Режим работы насоса, при котором его
КПД имеет максимальное значение,
называется оптимальным.

Основные ошибки монтажа

Давайте вместе разберем наиболее распространенные ошибки, которые допускают многие из нас:

Диаметр всасывающего патрубка. Довольно часто диаметр трубопровода на практике оказывается меньше диаметра всасывающего патрубка. Такая конструкция в случае подключения увеличивает сопротивление со стороны всасывающей магистрали, тем самым сокращая величину глубины всасывания. Выражаясь простым языком: уменьшенный по диаметру трубопровод просто не в состоянии пропустить тот размер жидкости, который с легкостью всасывает и перекачивает насос.
Прямое подключение к обычному шлангу. Такая система не особо критична при условии использования насоса небольшой производительности. В противном случае под воздействием большого давления, создаваемого насосом, шланг сожмется, его сечение значительно сократится, а вода просто не сможете пройти сквозь него. Это в лучшем случае приведет к прекращению подачи воды, в худшем — к поломке насоса без возможности его последующего ремонта.
Большое число изгибов и поворотов в трубопроводе. Такой вариант монтажа не повышает величину сопротивления, соответственно уменьшает производительность и величину напора насоса

Именно поэтому так важно привести количество изгибов и поворотов к минимальному значению, если вы хотите использовать приобретенный и установленный насос на все 100%.
Герметизация. Именно ввиду недостаточной герметизации на всасывающем участке трубопровода могут возникать существенные потери воды

Плохая герметизация не только сокращает напор воды, но и сопровождает процесс работы насоса излишним шумом.

Напор погружного насоса

Именно поэтому одним из самых безопасных и надежных считается именно погружной насос. Напор его исчисляется по формуле:

H = H высота + H потери + H излив, где:

H высота — перепад высот между местом нахождения насоса и наивысшей точкой системы водоснабжения;

H потери — возможные гидравлические потери, которые возникают при движении жидкость по трубе, они в первую очередь связаны с трением жидкости о стенки трубы;

H излив — тот напор на излив, который позволяет пользоваться всеми сантехническими приборами (обычно находится в диапазоне 15-20 метров).

Мы уже установили, что напор насоса — это давление, необходимое для того, чтобы протолкнуть жидкость на заданную высоту. Циркуляционные насосы нашли себя в системах отопления, именно с их помощью обеспечивается бесперебойная циркуляция источника тепла в системе

Конечно, к выбору циркуляционного насоса необходимо подойти более осознанно и требовательно, понимая, что от этого во многом зависит эффективность и бесперебойность его использования, что так важно для многоквартирных домов. Такие насосы надежны, эффективны и отлично показали себя даже в многоквартирных домах

Безусловно, такой насос также должен подбираться исходя из напора. Напор циркуляционного насоса не имеет никакой связи, а, соответственно, зависимости от высоты здания. Главное здесь — гидравлическое сопротивление трассы. И вот тут для расчета потребуется следующая формула:

H = (R * L + Z сумма) / (p * g), где:

R — потери;

L — протяженность трубопровода, измеряющаяся в метрах;

Z сумма — суммарное число коэффициентом запаса для конструктивных элементов трубопровода (для фитингов и арматуры эта величина равна 1,3; для термостатических вентилей — 1,7; а для смесителей — 1,2);

р — плотность воды, из школьного курса физики мы помним, что она составляет 1000 кг/м3;

g — ускорение свободного падения, величина которого берется в среднем значении — 9,8 м/с2.

Получается, зная все основные параметры определить тот напор воды, который необходим вам в конкретной ситуации, довольно просто, для этого вам не придется привлекать специалистов.

Почему именно в метрах

Насос для напора воды и любой другой жидкости является весьма популярным приспособлением, без которого трудно представить жизнь в частном доме. Многие потребители до сих не понимают, почему измерение величины напора ведется именно в метрах.

Напор центробежного насоса, впрочем, как и любого другого, принято измерять в метрах. Конечно, подобная система рождает много вопросов. Прежде всего, так повелось исторически, все уже давно привыкли к такому обозначению и не намерены ничего менять. Ну и, конечно, это удобно, ведь не приходится прибегать к использованию других единиц измерения, производить сложные математические расчеты. Величина напора, исчисляемая в метрах, дает нам информацию о том, что насос может поднять жидкость на данную высоту.

Заключение

«Гидравлике» на
конкретном методическом примере расчёта
объёмного гидропривода показано, что
для выбора необходимых устройств (насос,
гидродвигатели, гидроаппараты, фильтр,
кондиционеры рабочей жидкости, гидролинии
и их элементы, электродвигатель) и
эффективной работы гидропривода
необходимо произвести расчёт

Очень
важно не допускать ошибок в вычислениях
и единицах измерения, т.к. при ошибке
можно выбрать такое устройство, которое
в процессе эксплуатации гидропривода
не будет удовлетворять требованиям,
предъявляемым к агрегату в целом.
Результаты выполненной работы позволяют
сделать вывод о достаточной точности
выполнения расчётов и выбора
гидроаппаратуры