Теория

Определение потребного расчетного напора насосной установки

Необходимая марка насоса подбирается по заданному расходу и требуемому напору, а требуемый напор определяется сопротивлением конкретной системы при заданном расходе, на которую должен работать насос:

clip_image002

Составим уравнение Бернулли для сечений 0-0 и 1-1:

clip_image004

hвс – потеря напора во всасывающей линии

clip_image006

Напишем уравнение Бернулли для сечений 2-2 и 3-3

clip_image008

hнаг – потеря напора в нагнетательной (напорной) линии

clip_image010

где Но – полный гидродинамический напор в сечении 0-0

clip_image012

Горизонтальную плоскость сравнения выбираем на уровне жидкости в приемном резервуаре, тогда:

clip_image014; clip_image016; clip_image018

clip_image020

clip_image022; clip_image024; clip_image026

Таким образом, clip_image028

Следовательно, напор развиваемый насосом, затрачивается на подъем жидкости на высоту Нг и на преодоление потерь напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

3. Мощность

Различают полезную мощность, мощность на валу насоса и мощность, потребляемую электромотором из электросети.

Мощность, потребляемая из электросети, определяется по ваттметру. Поскольку на обмотках электродвигателя часть мощности неизбежно теряется, мощность на валу насоса будет меньше мощности, потребляемой из электросети. Мощность, потребляемая из электросети, обозначается – Nэ.

Мощность на валу насоса обозначается – N.

Отношение мощности на валу насоса к мощности, потребляемой из электросети, называется коэффициентом полезного действия электродвигателя:

clip_image030

Величина ηэ приводится в паспорте электродвигателя. Откуда мощность на валу насоса

clip_image032

Полезный мощностью называется мощность, которая сообщается жидкости рабочим колесом насоса.

Каждой единице веса жидкости насос сообщает энергию, равную Н:

clip_image034

За единицу времени через насос проходит вес жидкости, равный

clip_image036, кг

Следовательно, полезная мощность равна

clip_image038

Мощность, выраженная в киловаттах

clip_image040

или в системе СИ, кВт

clip_image042

ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Поскольку на лопатках рабочего колеса насоса и в его корпусе также неизбежны потери энергии, то полезная мощность всегда меньше мощности на валу насоса:

Nэ>N>Nп

Отношение полезной мощности к мощности на валу насоса называется кпд насоса – η

clip_image044

Возникает вопрос. Почему коэффициентом полезного действия насоса называется отношение полезной мощности к мощности на валу, а не к мощности, потребляемой из электросети? Казалось бы для нас это более важный показатель: что мы потребляем из электросети и что передаем жидкости в виде полезной мощности. А все дело в том, что сам по себе насос, как таковой, автономен, в том смысле, что он может приводится в действие разными двигателями: это могут быть электродвигатели с разным числом оборотов, могут быть двигатели внутреннего сгорания и т.д. И как только мы меняем двигатель, так сразу меняется отношение полезной мощности к потребляемой, а вот отношение полезной мощности к мощности на валу насоса не меняется, оно характеризует конструктивные особенности самого насоса и не зависит от вида двигателя, приводящего его в действие.

А такое важное понятие, как отношение полезной мощности к мощности потребляемой называется коэффициентом полезного дествия насосной установки (вместе в сборе с двигателем):

clip_image046

clip_image048

Перечисленные характеристики не являются постоянной величиной для данного насоса, а зависят от подачи. Как только изменяется подача, так изменяются все остальные характеристики насоса. Характер зависимости этих характеристик от подачи устанавливается на основе испытаний насоса на заводских лабораторных стендах.

В результате испытаний строятся графические характеристики насоса в виде кривых Н=f(Q), N=f(Q), η=f(Q). Примерный вид таких характеристик для центробежных насосов представлен на рис.5.

clip_image050

Рис. 5. Графические характеристики центробежного насоса

Как видно из рисунка, напор, развиваемый насосом, с увеличением подачи, как правило, уменьшается. У некоторых типов насосов на начальном коротком участке наблюдается некоторое возрастание напора, а затем его убывание.

Мощность на валу насоса с увеличением подачи возрастает. Минимальная мощность на валу наблюдается при нулевой подаче. Отсюда следует такая практическая рекомендация: центробежные насосы рекомендуется запускать при полностью закрытой задвижке, то есть при минимальной мощности на валу насоса.

У вихревых насосов обратная картина. У этих насосов мощность на валу с увеличением подачи уменьшается. Следовательно, запускать их надо при полностью открытом вентиле, то есть при минимальной мощности.

Что касается коэффициента полезного действия, то он с увеличением подачи вначале возрастает, достигает своего максимального значения для данной марки насоса при определенной подаче, а затем при увеличении подачи уменьшается.

Наосы рекомендуется эксплуатировать только в области кпд. Оптимальный режим работы насоса соответствует подаче Q и напору Н при наивысшем кпд. Однако наивысшее значение кпд соответствует одной подаче Qопт. Эксплуатировать насос на одной подаче не представляется возможным. Поэтому по кривой η – Q выбирается диапазон подач от Q1 до Q2, при которых кпд насоса имеет достаточно высокие значения. На практике допускается снижение кпд на 7-10 % против наивысшего значения для данного насоса. Это диапазон подач называется рабочей зоной насоса, а соответствующие этим подачам напоры Н1 и Н2 ограничивают рабочую часть напорной характеристики насоса.

Графические характеристики всех марок насосов представлены в специальных каталогах, выпускаемых для служебного пользования.

В справочниках и паспортах насосов эти характеристики представлены обычно в табличном виде и характеризуют граничные значения рабочей зоны данного насоса.

Пермь Питер Пятигорск