Taxivsamare.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Производительность насоса

Производительность насоса

Напор и производительность насоса являются основополагающими техническими характеристиками, на основе которых осуществляется правильный подбор агрегатов под конкретные условия эксплуатации. Эти параметры указываются на шильдике (табличке) насоса, а также в техническом паспорте или руководстве по эксплуатации.

Что такое производительность насоса

Под производительностью гидравлической машины понимается фактический объем какой-либо жидкости, которую он способен перекачать за определенную единицу времени. Наиболее распространенной единицей измерения этого параметра являются метр кубический в час (м³/ч). Однако для некоторых серий насосов единицей измерения может быть литр в секунду (л/с). Следует помнить, что теоретический расход агрегата всегда превышает номинальную производительность насоса. Формула расчета идеальной производительности не учитывает протечки и потери в трубопроводе. Хотя в современных насосах номинальный и идеальный расход практически не отличаются друг от друга.

Производительность (объемная подача, расход) зависит от вида и типа гидравлической машины, вязкости перекачиваемой жидкости, а также скорости вращения или частоты линейного перемещения рабочих органов насоса. Например, производительность масляного насоса зависит от частоты вращения шестеренок, их ширины, а также радиуса окружности впадин и выступов зубьев.

В центробежных и вихревых насосах существует прямая связь между напором и производительностью агрегата. С увеличением одного параметра второй неизменно падает. Расчет фактической производительности насоса при определенном значении напора можно выполнить по графику напорных характеристик насоса.
Такие диаграммы позволяют подобрать нужный агрегат для конкретных условий применения. Кроме того, на производительность центробежного насоса влияет количество рабочих колес, а также их диаметр. В многоступенчатых агрегатах объемная подача намного выше, чем у насосов одноступенчатого исполнения с сопоставимым напором.

Способы регулировки производительности

В процессе эксплуатации насосных агрегатов иногда приходится искусственно изменять их технические параметры. Такая ситуация может возникнуть на насосных станциях муниципального, городского или промышленного водоснабжения, а также на водораспределительных пунктах, предназначенных для проведения мелиорации сельскохозяйственных земель. Кроме того, эти мероприятия выполняются на теплоэлектростанциях и котельных установках для ограничения объемной подачи циркуляционных и питательных агрегатов. Регулировка производительности насоса может быть выполнена одним из ниже перечисленных способов:

Дросселирование

Этот метод состоит в установке на напорном трубопроводе задвижки, работающей в ручном или автоматическом режиме. Для снижения расхода агрегата достаточно немного прикрыть задвижку и тем самым увеличить гидравлическое сопротивление сети. Таким образом, подача снизится, но напор, создаваемый насосом, увеличится. Данный способ приводит к увеличению энергопотребления и снижению общего КПД системы.

Перепуск (байпасирование)

Для такого метода регулировки производительности необходимо установить между напорным и всасывающим трубопроводом перемычку с клапаном, обеспечивающим постоянную величину перепада давлений между ними.
Таким образом, когда падение подачи приводит к увеличению напора, происходит автоматическое открытие клапана и часть воды из напорного трубопровода возвращается в зону всасывания. Поэтому эксплуатация насоса всегда осуществляется в зоне оптимального коэффициента полезного действия с постоянными расходно-напорными характеристиками.
Такой способ наиболее подходит для систем отопления, работающих в автоматическом режиме. Кроме того, возможна и ручная регулировка, если вместо клапана установить задвижку.

Обточка рабочего колеса

В центробежных насосах на величину объемной подачи влияет диаметр рабочего колеса. С его уменьшением падает не только производительность, но и напор. Количество допустимых обточек и их величина регламентируется соответствующими нормативными документами на каждую группу насосов.

Изменение частоты вращения рабочего колеса.

Наиболее прогрессивным и оптимальным методом корректировки производительности насоса является изменение числа оборотов вала приводного электродвигателя. Этот способ не только энергоэффективен, но и позволяет эксплуатировать насос с максимальным КПД. Кроме того, использование программируемых частотно-регулируемых приводов дает возможность автоматически поддерживать один из параметров (напор или производительность) в заданных пределах или изменять их в зависимости от потребностей всей системы в течение определенного промежутка времени.

Расчет КПД в насосе и двигателе

При техническом обслуживании специалист не сможет определить мощность, оставшийся срок службы подшипников насоса или двигателя с высокой степенью точности. Именно состояние этих деталей может стать причиной замены насоса или обслуживания. С другой стороны, в ходе использования насоса можно самостоятельно определить снижение мощности и сопутствующие неполадки. Объективно, если агрегат стал медленнее транспортировать жидкость из точки «А» в точку «Б», это говорит о необходимости замены двигателя или самого центробежного насоса.

Количественная оценка потери эффективности нужна в определенных ситуациях. Фактически можно количественно оценить существующий КПД насоса или двигателя и сравнить их с техническими особенностями оборудования.

В водяных насосах выделяют следующие виды КПД:

  1. Гидравлические. Они зависят от количества вращения лопастей насоса, выполняемых при перекачивании воды. Определяются потоком воды внутри насоса. Если гидравлический КПД превышает норму, насос будет хуже поднимать воду на высоту. Снижается напор насоса.
  2. Объемные. Это потенциальные утечки в насосе, которые снижают количество воды на моменте подачи жидкости в систему. Объемный КПД определяется делением фактического расхода, подаваемого насосом при заданном давлении, на его теоретический расход.
  3. Механические. Увеличивается из-за сильного трения внутри оборудования. Это может происходить из-за износа деталей, небольшого количества смазки, отсутствия жидкости. В результате существенно может снизиться мощность насоса. Определяется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для его привода, на фактический крутящий момент, необходимый для его приведения в действие. КПД 100% означает следующее: если насос будет подавать поток при нулевом давлении, для его привода не потребуется сила или крутящий момент.

В целом, КПД зависит от исправности насоса, качества и состояния уплотнителей, затрачиваемой энергии на механическое трение. Без ссылки на теоретический расход фактический расход, измеренный расходомером, не имеет смысла.

Читать еще:  Как отрегулировать редуктор на субару

Определение переменных

На производительность центробежного насоса влияют следующие составляющие:

  • напор воды;
  • необходимая потребляемая мощность;
  • размер рабочего колеса;
  • максимальная высота всасывания жидкости.

Итак, рассмотрим более детально каждый из показателей, а также приведем формулы расчета для каждого из них.

Расчет производительности центробежного насосного агрегата проводится согласно следующей формуле:

W = l1*(п*d1 – b*n)*c1 = l2*(п*d2 – b*n)*c2

Обозначение этой формулы следующее:
W – производительность насоса, измеряемая в м3/с;
l1,2 – ширина рабочего колеса соответственно по диаметрах d1,2;
d1 – диаметр всасывающего патрубка;
d2 – диаметр рабочего колеса;
b – толщина лопаток крыльчатки;
n – количество лопаток;
п – число «пи»;
с1,2 – меридианные сечения входящего и выходящего патрубков.

Возможно, Вас заинтересует статья о классификации центробежных насосов.

Статью о центробежных самовсасывающих насосах читайте здесь.

Создаваемый центробежным насосом напор воды рассчитывается по формуле:

N = (h2 – h1)/(p * g) + Ng + sp

Переменные в формуле обозначают:
N – высота напора, измеряемая в метрах;
h1 – давление в емкости забора жидкости, измеряемое в Па;
h2 – давление в емкости приема жидкости;
p – плотность жидкости, которая перекачивается насосом, измеряется в кг/м3;
g – постоянная величина, указывающая ускорение свободного падения;
Ng – показатель необходимой высоты подъема жидкости;
sp – сумма потерь напора жидкости.

Расчет необходимой потребляемой мощности производится по следующей формуле:

Переменные формулы означают:
M – необходимая потребляемая мощность;
p – плотность перекачиваемой жидкости;
g – величина ускорения свободного падения;
s – необходимый объем расхода жидкости;
N – высота напора.

Максимальная высота всасывания жидкости рассчитывается по формуле:

Nv = (h1 – h2)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N

Обозначение переменных следующее:
Nv – высота всасывания жидкости;
h1 – давление в емкости забора;
h2 – давление жидкости на лопатки крыльчатки;
p – плотность жидкости, которая перекачивается;
g – ускорение свободного падения;
sp – количество потерь во входящем трубопроводе при гидравлическом сопротивлении;
q2/(2*g) – напор жидкости во всасывающей магистрали;
k*N – потери, зависящие от прибавочного сопротивления;
k – коэффициент кавитации;
N – создаваемый насосом напор.

Возможно, Вас также заинтересует статья о способах ремонта центробежных насосов своими руками.

Интересную статью о многоступенчатых центробежных насосах для воды читайте здесь.

блочные насосные станции

Расчет производительности, взаимосвязь с типом насоса

Конструкция и принцип действия насоса влияют на характеристику производительности и способ расчета. На величине параметра отражаются частота оборотов или тактов, свойства жидкости, характеристики трубопровода. При самовсасывании, увеличении плотности и вязкости жидкости подача снижается.

Центробежные

Центробежные насосы показывают высокую производительность, отличаются равномерностью подачи, однако показатели резко снижаются с возрастанием напора. По величине напора модели центробежного типа уступают оборудованию с мембранной, винтовой или импеллерной конструкцией.

С ростом производительности растет потребляемая мощность, а КПД проходит через максимальное значение и начинает уменьшаться. Наиболее благоприятный эксплуатационный режим при заданной частоте оборотов достигается при максимальном КПД.

Зависимость напора, потребляемой мощности и КПД от производительности при постоянной частоте оборотов отражается в универсальной характеристике. Показатели зависимости получают при проведении контрольных испытаний.

Насосы центробежного типа с несколькими колесами на одном валу называют многоступенчатыми. Жидкость поочередно перемещается через каждое из колес. При одинаковом с одноступенчатым насосом объемном расходе у многоступенчатого устройства напор будет больше.

Способы регулирования подачи:

  • Изменение частоты оборотов рабочего колеса. С уменьшением частоты оборотов колеса снижается производительность насоса. Данный способ регулировки наиболее эффективен с энергетической точки зрения, поскольку со снижением подачи сокращается напор насоса, соответственно, уменьшается потребление электроэнергии. До сравнительно недавнего времени широкому применению рассматриваемого способа мешала высокая стоимость преобразователей частоты. Сегодня промышленность массово выпускает преобразователи частоты надлежащего качества, произошло снижение цен, что сказалось на изменении ситуации в пользу подобного способа регулировки.
  • Смена положения задвижки на напорном трубопроводе. Изменение производительности достигается за счет регулирования задвижкой гидравлического сопротивления в трубопроводной системе. Чем сильнее открыта задвижка, тем выше подача. Этот способ проще, чем изменение частоты оборотов, но более затратен с точки зрения энергопотребления. При снижении производительности положением задвижки уменьшается КПД, а напор возрастает. Явление сопровождается бесполезным расходом энергии.
  • Байпасирование. Производительность регулируют байпасом – обходным путем с задвижкой для отвода части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий. Подачу изменяют положением задвижки. Величину изменения можно определить по разнице показаний двух дифманометров, установленных перед и после байпаса. При открытии задвижки байпаса возрастает производительность и потребляемая мощность, а КПД снижается. По этой причине данный способ регулировки подачи энергетически менее эффективен по сравнению с изменением частоты оборотов колеса.

Объемный расход устройств центробежного типа определяют по формуле:

  • Q – производительность, м³/с
  • b1, b2 – ширина колеса на внутренней и внешней окружности, м
  • D1, D2 – внешний диаметр впускного отверстия и колеса, м
  • σ – толщина лопаток, м
  • z – количество лопаток
  • c1, c2 – радиальные составляющие абсолютной скорости на входе и выходе из колеса, м/с

Мембранные

Агрегаты мембранного типа обеспечивают высокий напор в нагнетательной линии, при этом величина напора практически не сказывается на производительности. Ввиду инерционности движения мембранные устройства работают с малой частотой, что выливается в низкую подачу.

Винтовые

В винтовых насосах жидкость перекачивается вращением одного или нескольких сцепленных винтов. Профиль винтов позволяет герметично изолировать нагнетающую область от всасывающей.

При вращении винтов во впадинах между корпусом и винтом создаются заполненные жидкостью зоны замкнутого пространства. Жидкая среда постепенно перемещается вдоль винтовой оси в сторону нагнетающей области.

Читать еще:  Как регулировать клапана на фиате

Вращательное движение винтовых насосов в отличие от мембранных не затруднено инерцией. Оборудование подобного типа может работать с высокой частотой и демонстрировать производительность, сравнимую с моделями с центробежным принципом действия, прежде всего многоступенчатыми со средними значениями подачи.

Производительность насосных агрегатов с винтовой конструкцией увеличивается с ростом частоты оборотов, при этом напор не изменяется. У многовинтовых моделей размер подачи выше, чем у одновинтовых.

Подачу насоса с одним винтом вычисляют по формуле:

  • Q – производительность, м³/с
  • ε – эксцентриситет, м
  • D – диаметр винта, м
  • Т – шаг винтовой поверхности статора, м
  • n – частота вращения ротора, сек−1
  • ηV – объемный КПД

Импеллерные

Производительность импеллерного насоса напрямую зависит от частоты оборотов вала электрического двигателя. По этой причине оборудование применимо для использования в качестве насоса-дозатора.

В моделях с импеллерным устройством сочетаются достоинства агрегатов с центробежным принципом действия и объемного типа. Остается достижимым высокий уровень напора и подачи, одновременно сохраняется возможность перекачки густых жидкостей с сильной вязкостью.

Насосы-дозаторы

Объемный расход насосов-дозаторов регулируют жестче по сравнению с остальными типами насосов, поскольку основное требование к дозирующему оборудованию – точность дозировки перемещаемой жидкости.

  • Ручное управление. Значение подачи выставляется поворотом ручки настройки.
  • Сервопривод. Ход насоса ограничен до нужной величины, дозирование совершается автоматически. При отключении электроэнергии допускается настройка в ручном режиме.
  • Частотный преобразователь. Настройка осуществляется через электронный блок управления с дисплеем. Возможна ручная настройка.

Среди разных типов насосов-дозаторов по уровню производительности и напора первенство принадлежит электромеханическим устройствам, на втором месте электромагнитные, замыкают ряд агрегаты с перистальтическим принципом действия.

Как получить технические характеристики насосов

Основной считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.

Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов.

Технические характеристики насосов получают при проведении испытаний.

Характеристика насоса

При испытании насоса жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара, жидкость подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.

При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля от нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.

При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, рабочее давление нагнетания насоса, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.

Гидравлическая характеристика насоса

Гидравлической характеристикой насоса – в зависимости от источника она может быть названа напорной характеристикой насоса – называют зависимость подачи от напора. Перед тем как перейти к описанию и её построению необходимо определиться с основными понятиями.

Основные параметры насоса

Подача q насоса (производительность насоса) – это количество жидкости, которое перекачивает насос в единицу времени. Обозначается буквой Q. Измеряется в кубических метрах в час(м 3 /ч), или литрах в час(л/ч).

Напор насоса – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости. Другими словами напор это высота столба воды на которую насос способен поднять жидкость. Напор насоса обозначается буквой H. Измеряется в метрах водного столба (м).

Мощность – это полное приращение энергии, получаемое всем потоком в насосе в единицу времени. Обозначается буквой N. Измеряется в киловаттах(кВт)

КПД (коэффициент полезного действия) насоса – это отношение полезной мощность к потребляемой насосом. КПД является безразмерной величиной.

Замер подачи большей частью осуществляется мерной дроссельной шайбой или соплом по величине перепада давления до и после прибора; перепад давления измеряется дифференциальным манометром.

По данным замеров подачи, напора и мощности, определяют КПД насоса. В результате получают таблицу значений напора, мощности и КПД для последовательного ряда значений подачи насоса от нуля до некоторого максимального значения.

Опытные значения напора, расхода, мощности и КПД могут быть представлены в виде системы точек. Соединяя точки плавными кривыми, получаем непрерывную зависимость рассматриваемых параметров от подачи насоса при постоянном числе оборотов. Эти кривые являются основными характеристиками насоса при постоянном числе оборотов. Напор насоса обычно имеет большие значения при меньшей подаче и уменьшается с её возрастанием.

Отдельные типы насосов имеют отличные характеристики, например техническая характеристика центробежного насоса представляет собой плавную кривую, а у оборудования объемного типа график выглядит ступенчато.

Холостой ход насоса

Холостой ход насоса — это работа насоса при нулевой подаче

Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение N, которое называется мощностью холостого хода. Величина мощности холостого хода зависит от типа насоса, его коэффициента быстроходности. При холостом ходе его полезная мощность равна нулю, и следовательно, КПД также равен нулю.

С возрастанием подачи КПД растет, достигая оптимального значения при режиме, близком к расчетному, а затем начинает падать. Такие характеристики дают достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, если насос снабжен двигателем с постоянным числом оборотов.

Иногда возникает потребность в более сжатом выражении характеристики насоса. Тогда строят одну характеристику Q-H, помечая на ней точки с определенными значениями КПД. Зная для каждой точки характеристики подачу, напор и КПД, легко вычислить мощность.

Читать еще:  Порядок регулировки карбюратора на классике

При изменении частоты вращения, например 60% от номинала или 80% от номинала, характеристика Q-H насоса смещается ниже или выше номинальной.

При испытании и построении характеристики насоса, измеряют не только подачу и напор, но и расход мощности и КПД, которые также наносятся на график.

По составленному графику устанавливается оптимальный режим работы насоса, соответствующий максимальному значению коэффициента полезного действия (КПД) насоса. Затем определяются значения подачи, напора и мощности, соответствующие наиболее выгодным условиям работы насоса. Такой режим работы называется “Рабочей точкой” насоса.

Рабочая характеристика насоса

Характеристика насоса

Рабочая характеристика – это кривая, на которой отражена зависимость между подачей и напором насоса. На рабочей характеристике указывается рабочая точка.

Рабочая точка насоса – это точка на пересечении гидравлической характеристики сети и напорно-расходной (напорной характеристики) характеристики насоса.

Выбирают рабочую точку циркуляционного насоса уже на нисходящей ветки кривой Q-H. Это область устойчивой работы насоса. Восходящая часть кривой Q-H является областью неустойчивой работы, частых срывов подачи.

Мощность насоса при нулевой подаче имеет некоторое значение, которое называется мощность холостого хода. При работе на холостом ходу полезная подача (производительность) насоса равна нулю, а следовательно его КПД так же равен нулю – жидкость не перемещается. С возрастанием подачи КПД растет до своего оптимального значения, а затем начинает падать.

Техническая характеристика центробежного насоса дает достаточно полное представление о свойствах насоса в эксплуатации, его сильных и слабых сторонах, и его работе в трубопроводной сети.

Регулирование работы насоса

Характеристика насоса

Изменение технической характеристики насоса или характеристики системы для обеспечения требуемой подачи называется регулированием насосной установки и осуществляется несколькими способами.

Регулирование воздействием на систему является наиболее распространенным и простым способом. В этом случае регулирование осуществляется задвижкой или вентилем, устанавливаемым обычно в непосредственной близости от насоса на напорном трубопроводе. Такой способ регулирования называется дросселированием.

Дросселирование на всасывающем трубопроводе не рекомендуется из-за опасности возникновения кавитации. Каждому положению задвижки соответствует своя характеристика системы и рабочая точка перемещается от исходного значения подачи к требуемому.

Другим способом регулирования работы насоса является регулирование изменением частоты вращения насоса. Этот способ позволяет свести к минимуму потери, не требует изменения характеристики систему, но предполагает использование привода с регулируемой частотой вращения, либо специальных устройств.

Остальные способы изменения технической характеристики насоса требуют вмешательства в его конструкцию, например возможно:
уменьшить напор применив входной направляющий аппарат
регулировать подачу насоса путем изменения угла установки лопастей рабочего колеса
для многоступенчатого насоса можно воспользоваться изменением числа работающих ступеней.

Видео по теме. Частные характеристики насоса

На практике техническая характеристика насоса может изменяться и комбинированным способом регулирования, например изменением частоты вращения и дросселированием.

Перед выпуском оборудования в эксплуатацию снимают частные характеристики насоса. Одной из таких кривых является кавитационная зависимость. Такой график показывает как изменяется напор насоса с изменением давления на всасе. Частные кавитационные характеристики насоса необходимы для определения минимального подпора на всасе и исключения появления кавитации.

Применение

Устанавливаются на всасе перед насосом – нагнетательная, и на выходе – напорная. Запуск центробежного насоса происходит при закрытой задвижке, установленной на напорном трубопроводе. При этом насос потребляет минимальную мощность, обеспечивая плавный пуск электродвигателя с минимальной нагрузкой. При наборе насосом необходимого числа оборотов, задвижка постепенно открывается. Перед остановкой насосного агрегата напорная задвижка на насосе перекрывается во избежание гидроудара.

Особенности конструкции и принцип действия центробежного насоса

Независимо от модели, центробежные агрегаты включают:

  • Корпус с входным и выходным патрубками. Обычно имеет конфигурацию, напоминающую улитку.
  • Электродвигатель. Для обеспечения бесперебойной работы двигатель располагают в герметичном пространстве, защищенном от попадания рабочих сред.
  • Вал. Передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу, на внешней поверхности которого расположены лопатки. Они предназначены для перемещения рабочей среды по внутренней камере.
  • Подшипниковые узлы. Облегчают вращение вала.
  • Уплотнения. Защищают внутренние компоненты агрегата от контакта с рабочими средами.

Устройство центробежного насоса

Дополнительно в устройство центробежного насоса входят конструктивные элементы, повышающие функциональность, безопасность и эффективность его использования:

  • Шланги различного назначения.
  • Обратный клапан, предохраняющий аппарат от возврата рабочей среды.
  • Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед агрегатом. Предохраняет внутренние узлы устройства от повреждения крупными механическими включениями.
  • Измерительные устройства – вакуумметры, манометры.
  • Запорно-регулирующая трубопроводная арматура.

Принцип работы насосного оборудования этого типа:

  • При включении электродвигателя начинает вращаться рабочее колесо, расположенное в наполненном водой корпусе.
  • Под воздействием центробежной силы происходит вытеснение воды к наружным участкам камеры, а затем под действием созданного избыточного давления – в напорный трубопровод.
  • Благодаря созданию избыточного давления у наружных стенок камеры, в центре рабочего колеса давление снижается. В агрегат поступает жидкость из всасывающего трубопровода, что обеспечивает непрерывную работу устройства.

Принцип работы центробежного насоса

Элероное регулирование

При элеронном регулировании изменение характеристики вентилятора или дымососа достигается путем изменения угла выхода потока р2 при повороте закрылков (элеронов), закрепленных на концах рабочих лопастей.

Эффективность такого регулирования во многом зависит от конструктивного оформления механизма поворота элеронов. На опытных образцах ТДМ, оснащенных элеронными регулирующими устройствами, применяется тросовый приводной механизм.

Элеронное регулирование позволяет понизить потери, возникающие при снижении подачи на 25 — 30%. Рассматриваемый способ регулирования является перспективным и находится в стадии разработки, однако он может найти применение на мощных лопастных машинах, применяемых на ТЭС в качестве дымососов и дутьевых вентиляторов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector