Основные параметры центробежного насоса

Рубрикатор

Основные параметры центробежного насоса

Основными параметрами центробежного насоса служат подача; напор, мощность, КПД и частота вращения вала.

Подача насоса Q — это действительный объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Массовая подача G представляет собой отношение массы подаваемой жидкости ко времени.

Для приближенной оценки максимальной подачи центробежного насоса пользуются формулой Q=KD2, где D — диаметр нагнетательного патрубка; К — коэффициент, который для насосов с нагнетательным патрубком менее 100 мм равен 13—16, а более 100 мм — 20—25.

В центробежных насосах встречаются объемные потери, которые обусловлены вытеканием жидкости через различные уплотнения. У современных крупных центробежных насосов объемный КПД

η0 = 0,96/0,98, а у небольших и средних насосов η0= 0,85/0,95.

Гидравлические потери в центробежных насосах обусловлены несовершенством изготовления проточной части и рабочих колес. Эти потери учитывают гидравлическим КПД. Для современных насосов

ηг=0,85/0,96. Небольшие насосы с плохой обработкой внутренних поверхностей имеют ηг =0,8/0,85.

Механические потери обусловлены трением в уплотнениях и подшипниках, а также трением жидкости о поверхности рабочих колес и других частей насоса. Механический КПД крупных насосов ηм=0,92/0,96.

Общий КПД различных насосов может быть η= 0,6/0,92, его определяют по формуле η= QρH/(102 N), где ρ — плотность жидкости, кг/м3; H— напор, м; N — мощность насоса, кВт; Q — подача, м3/с.

Напор насоса H — это прирост удельной энергии жидкости, подученной ею в насосе. Числовое значение напора зависит от конструкции колеса и его размеров, от частоты вращения вала и свойств жидкости.

Напор можно подсчитать по формуле H=p/(pg), где р — давление, Па; р —плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Полезную мощность насоса Na определяют по формуле Nn= =pgQH, где Q — подача насоса, м3/с; р — плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; H—напор насоса, м.

В центробежных насосах различают вакуумметрическую и геометрическую высоту всасывания. Вакуумметрическая высота всасывания любого насоса слагается из геометрической высоты всасывания Hг.в(см. рис. 44, а), потерь напора во всасывающем трубопроводе Нс.в , скоростного напора во всасывающем патрубке насоса v2/(2g) и может быть определена по формуле Hвак=Hг.в +

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания — это та высота, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей. Допустимую вакуумметрическую высоту всасывания указывают при определенной температуре перекачиваемой жидкости, давлении на ее поверхность, подаче и частоте вращения вала насоса.

Полную высоту подъема (напор насосной установки) определяют по формуле H=Hг+Hс, где Hг=Hг.в+Hг.н — общая геометрическая высота подъема жидкости, которая складывается из гео-

метрической высоты всасывания и пьезометрической высоты нагнетания; НС= НС.В + НС.Н— сумма потерь напора во всасывающем и напорном трубопроводах.

Потери напора во всасывающем и напорном трубопроводах состоят из потерь напора на преодоление сопротивления трения о стенки труб и потерь на преодоление местных сопротивлений при прохождении жидкости через задвижки, клапаны и т. д.

Если центробежный насос установлен так, что вакуумметрическая высота всасывания больше, чем необходимо для данного насоса, если температура перекачиваемой жидкости высокая, а также негерметичен всасывающий трубопровод, увеличено сопротивление на линии всасывания, то может наступить явление, называемое кавитацией.

Кавитация — это разрушение лопаток и корпуса центробежного насоса под действием множества микроударов, возникающих при захлопывании пузырьков паров жидкости при попадании потока из области низкого давления (всасывание) в область высокого давления (нагнетание). Пузырьки паров образуются тогда, когда давление в потоке жидкости становится меньше давления паров жидкости при данной температуре.

Кавитация сопровождается характерным шумом при работе насоса, вибрацией, снижением КПД, напора и подачи.

При возникновении кавитации насос необходимо немедленно’ выключить, найти и устранить причину кавитации.

Для предотвращения кавитации следует правильно устанавливать насос и обеспечивать нормальные условия его эксплуатации.

Основные параметры работы центробежного насоса

Классификация насосов.

Насос – гидравлическая машина, предназначенная для подъема жидкости и перемещения ее из одного места в другое. Многообразие требований к насосам в различных отраслях техники и строительства привело к тому, что в настоящее время существует значительное количество насосов, различающихся между собой принципом действия, конструкций и т.д. Насосы отличаются весьма большим разнообразием по конструктивному исполнению и предназначаются для перекачки жидкостей: воды, нефти и продуктов ее переработки.

По принципу действия все насосы могут быть разделены на две основные группы:

Насосы:

Динамические

Объемные

Классификация насосов, включенная в ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».

Основные параметры работы центробежного насоса

Основными техническими параметрами, характеризующими работу насосов, являются:

– коэффициент полезного действия;

– скорость вращения вала насоса;

Подача – количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок в единицу времени. Различают понятия объемной Q и массовой М подачи насоса, которые связаны между собой отношением

Массовой подачей обычно измеряется количество перекачиваемых горячих жидкостей, а также нефти и нефтепродуктов. Объемной подачей обычно измеряется количество перекачиваемых холодных жидкостей и при расчетах проточной части насоса.

Напором – приращение механической энергии единицы веса жидкости, прошедшей через рабочие органы насоса.

Принято различать напор манометрический, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и напор требуемый, подсчитанный по схеме насосной установки.

Полный напор определяется из уравнения Бернулли:

Потребляемая мощность или мощность насоса N, кВт – мощность, которая отдается насосу ведущим двигателем при его работе.

Полезная мощность N_п – то количество энергии, которое сообщается всему потоку жидкости в единицу времени.

Полезная мощность всегда меньше мощности насоса за счет потерь, возникающих в насосе.

Коэффициент полезного действия (КПД) – отношение полезной мощности насоса к мощности на валу насоса (потребляемой)

КПД насоса характеризует степень эффективности насоса и может быть определен только экспериментальным путем на специальных лабораторных стендах.

Скорость вращения вала насоса n(об/мин) – измеряется числом оборотов в минуту, которое при установившемся режиме.

Высота всасывания – максимальное превышение оси насоса над уровнем жидкости в резервуаре, при котором насос будет нормально функционировать.

Технические характеристики Центробежного насоса

Подача — Q [м³/ч] — объём воды, подаваемый насосом в единицу времени. Оптимальная подача центробежного насоса достигается при максимальном значении коэффициента полезного действия. Фактическая подача насоса определяется развиваемым напором и может быть вычислена по напорно-расходной характеристике конкретного насоса.

Напор — H [м.вод.ст] — разница давлений между входным и выходным патрубком насоса. В замкнутом циркуляционном кольце напор насоса определяется суммой потерь напора на всех элементах циркуляционного кольца.

Напорно-расходная характеристика — графическое отображение зависимости напора центробежного насоса от его подачи. Тихоходные насосы с частотой вращения менее 1500 об/мин обладают более пологой характеристикой, то есть напор создаваемый насосом с изменением подачи изменяется не столь существенно как у быстроходных насосов.

Гидравлическая характеристика сети — графическое отображение зависимости потерь напора в сети (циркуляционном кольце) от протекающего расхода. Гидравлическая характеристика сети имеет форму параболы, так как изменение потерь напора в циркуляционном кольце, равно квадрату изменения протекающего расхода.

Рабочая точка насоса — точка на пересечении напорно-расходной характеристики насоса и гидравлической характеристики сети. Рабочая точка определяет какими будут подача и напор насоса при включении его в сеть (циркуляционное кольцо). Напор всегда равен сопротивлению системы, а установившийся расход можно определить опустив с рабочей точки перпендикуляр на ось подачи (абсцисс).

Высота всасывания — Нвс [м] — разница уровня в метрах, между осью рабочего колеса насоса и уровнем жидкости в нижнем резервуаре, за вычетом потерь напора в трубопроводе соединяющим нижний резервуар с насосом и при условии, что вода в нижнем резервуаре находится под атмосферным давлением.

Подъём воды с нижнего резервуара происходит за счёт разницы давлений, при этом в рабочем колесе насоса создаётся разрежение, а на воду действует атмосферное давление. Так как атмосферному давлению соответствует столб воды высотою в 10,3 метра, а насос не может создать в рабочем колесе абсолютный вакуум — высота всасывания насоса не может быть более 8 метров.

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.

Полезная мощность насоса — Nu [Вт] — определяется полной энергией передаваемой в насосе жидкости за единицу времени.

Мощность на валу насоса — Nw [Вт] — механическая мощность, которая передаётся на вал центробежного насоса. Механическая мощность больше полезной, на величину гидравлических потерь и потерь на трение в рабочем колесе.

КПД насоса — η [%] — коэффициент полезного действия характеризующий степень совершенства центробежного насоса и определяется как отношение полезной мощности к мощности на валу.

Класс энергоэффективности — [A-G] — общепринятая классификация бытовых товаров отображающая эффективность использования энергии. Классы энергоэффективности обозначаются латинскими буквами от A до G. Товары маркированные буквой A имеют наименьшее энергопотребление, а товары с маркировкой G соответственно — наибольшее.

Если сравнивать насосы с похожими гидравлическими характеристиками различного класса энергоэффективности, можно установить что разница в потреблении энергии насосами двух смежных классов составляет 22%. Насос класса A потребляет только около 33% электроэнергии, необходимой для работы насоса класса D.

Номинальный диаметр — DN — численное обозначение внутреннего диаметра присоединительных патрубков центробежного насоса общее для всех трубопроводных элементов. Номинальный диаметр насоса не имеет размерности, но его значение приблизительно равно внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода.

Ряд условных проходов DN (Ду) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)». Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр — Ду насоса.

Номинальное давление — PN — наибольшее избыточное давление воды с температурой в 20°C, при котором допускается длительная работа насоса.

Альтернативным обозначением номинального давления, распространённым в странах постсоветского пространства, было условное давление — Ру насоса. Ряд номинальных давлений PN (Ру) трубопроводных элементов регламентирован ГОСТ 26349-84 «Давления номинальные (условные)».

Подбор и рабочие характеристики центробежных насосов

Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

В рубрике «Общее» рассмотрим, как подобрать центробежный насос и какие его основные рабочие характеристики. Для правильного подбора и эксплуатации центробежных насосов необходимо знать и понимать такие основные параметры оборудования как подача, напор, потребляемая мощность, КПД, высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH), их взаимосвязь между собой и другими параметрами насоса при различных условиях эксплуатации. Для подбора насосов существуют рабочие характеристики в виде графиков или таблиц выражающих зависимость напора, мощности и КПД насоса от его подачи. Эти характеристики, называются рабочими характеристиками и создаются они во время проведения испытаний насосов в заводских лабораториях. Данные характеристики являются основным техническим документом, характеризующим технико-экономические свойства конкретного, центробежного насоса. Характеристики насосов затем размещаются в каталоги, также в каталогах приводится краткое описание, область применения насосов их назначение, описание конструкции насосов, чертежи общих видов и габаритные размеры. С помощью этих каталогов осуществляется подбор центробежных насосов. Крупнейшие производители насосного оборудования предлагают потребителям специальные собственные программы для оптимального подбора насосов, у немецких компаний Wilo – это программа Wilo-Select, у Grundfos – это программа WinCAP.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Насос – это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. Основными характеристиками насоса являются: подача, напор, КПД, потребляемая мощность и кривая NPSH.

Подача или производительность – это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой «Q» и измеряется в м 3 /час (кубических метрах в час) или л/сек, (литрах в секунду).

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой «Н» и измеряется в метрах водного столба (м).

Рабочая характеристика – это кривая выражающая зависимость между расходом и напором насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатировать.

КПД любого механизма представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой мощности и обозначается это отношение буквой «η». Поскольку «вечный двигатель» пока не изобретен, то КПД любого привода всегда будет меньше 1, или меньше 100 %. Для центробежного насоса общий КПД определяется значением КПД двигателя «η_м» (электрического или механического) и КПД насоса «η_р». Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД «η». КПД насосов различного назначения может колебать в очень широких пределах. Так для насосов с мокрым ротором КПД изменяется от 5% до 54%, а для высокоэффективных насосов с сухим ротором он изменяется в пределах от 30% до 80%. Насосное оборудование практически никогда не работает при постоянной подаче. Поэтому, при выборе оборудования необходимо убедится, что рабочая точка насоса находится в средней трети его рабочей характеристики, где наиболее оптимальный КПД. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая характеристика указывается отдельно для каждого насоса.

Как мы говорили выше, насос это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости. В результате этого преобразования затрачивается энергия (мощность). Количество затраченной энергии и является потребляемая мощность «Р₁». Как и любую машину, насосную часть характеризует потребляемая мощность «Р₂». Величина мощности насосной части прямо пропорциональна напору и подаче и обратно пропорциональна коэффициенту полезного действия (КПД). Математически это выражается при помощи следующей формулы: Р₂₌(р*Q*H)/(367*η), где:

P₂ – потребная мощность [кВт]

ρ – плотность [кг/дм 3 ]

Q – расход [м 3 /ч]

H – напор [м]

η – КПД насоса (например, 0,5 при 50%)

Кавитация – это образование пузырьков газа в результате появления локального давления ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости на входе в рабочее колесо. Работа насоса в таком режиме приводит к снижению производительности (напора) и КПД. Из-за схлопывания пузырьков воздуха в областях с более высоким давлением обычно на выходе рабочего колеса происходят микроскопические взрывы, вызывающие скачки давления, шумы и разрушение материала внутренних деталей насоса. Необходимым параметром центробежного насоса является значение NPSH (высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса). NPSH определяет минимальное давление на входе насоса, необходимое для того, чтобы насос работал без кавитации. Другими словами это дополнительное давление, необходимое для предотвращения появления пузырьков газа в процессе работы. Кривая NPSH насоса – это графическая зависимость, полученная в результате кавитационных испытаний центробежного насоса в заводской лаборатории. В силу различных причин, в том числе из-за сложности физических процессов, происходящих на всасывающем патрубке насоса, этому необходимому параметру при подборе насосов и его эксплуатации не уделяется должное внимание.

Графические характеристики насосов

Почти все, о чем мы говорили выше, изображено на графических характеристиках (Рис.1) взятых из каталога. Мы не будем конкретно привязываться к типу оборудования и фирме производителю насосов. Нас больше интересует сам принцип подбора центробежного насоса. На графике (Поз. 1) изображена рабочая характеристика насоса, выражающая зависимость между расходом и напором насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженная в (м 3 /час) и (л/сек). По оси ординат располагается напор насоса, выраженный в метрах (м). Как видно из графика при «нулевом» расходе насос выдает максимальный напор равный примерно 57 метров. При максимальном расходе примерно 8 м 3 /час, насос создает напор примерно 19 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.

На графике (Поз. 2) находится графическая зависимость КПД от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м 3 /час) и (л/сек). На оси ординат располагается КПД насоса, выраженный в процентах (%). Как видно из графика КПД равняется нулю при нулевом расходе. Насос работает, но расхода нет, и никакая полезная работа при этом не выполняется. Зеленым прямоугольником (Поз. 4) выделена примерная оптимальная рабочая область с оптимальным КПД насоса. Максимальный КПЛ в нашем случае будет при расходе примерно 3,5 м 3 /час и напоре примерно 43 м. (данная рабочая точка обозначена синей линией).

На графике (Поз. 3) изображена графическая зависимость высоты водяного столба жидкости NPSH от производительности насоса. На оси абсцисс располагается производительность (расход) насоса, выраженные в (м 3 /час) и (л/сек). На оси ординат находится высота подпора водяного столба, выраженная в метрах (м). Из графика видно, что чем больше расход насоса, тем больше должна быть высота подпора. При максимальном КПД насоса подпор на входе в насос должно составлять примерно 1,5 м.

И в заключение можно отметить следующее. Для долгой и надежной эксплуатации насосного оборудования необходимо выбрать правильное и оптимальное соотношение между расходом, напором, КПД и NPSH насоса, а в конечном итоге и с его ценой. Ведь для покрытия потребностей в воде можно выбрать насос с большим запасом по мощности или менее мощный, но более эффективный. В первом случае придется тратить денег больше два раза. Первый раз при покупке, более мощный насос стоит дороже, и второй раз во время эксплуатации оборудования платить больше за перерасход электроэнергии. И если покупка оборудования – это одноразовая трата денежных средств, то эксплуатация оборудования – это трата постоянная.