Мощность насоса – выбор насоса, расчет параметров, факторы расчета, расчет через измерение и вычисление, расчет различных насосов

Чтобы обеспечить стабильность в работе автономной системы водоснабжения, необходимо прежде всего правильно рассчитать мощность насоса. Разберем, что собой представляет данный параметр, каковы критерии выбора насоса, какие основные характеристики требуется рассчитать, какие факторы прямо влияют на расчет, в чем состоит суть метода расчета путем измерения и вычисления, а также каковы основные особенности расчета параметров насосов различного типа.

У каждой разновидности насоса свое значение мощности и особенности эксплуатации Источник cnp-center.ru

Давление

Давление (p) выражает силу, действующую на единицу площади, и делится на статическое и динамическое давление. Сумма этих двух давлений представляет собой полное давление.

Измерение статического давления производится с помощью манометра, исключительно при неподвижной жидкости или с помощью отвода давления, установленного перпендикулярно направлению потока, см. рисунок 2.3.

Для измерения полного давления приемное отверстие отвода давления следует расположить навстречу направлению потока, см. рисунок 2.3. Динамическое давление определяется как разность между полным и статическим давлением. Такое измерение может быть выполнено с помощью трубки Пито.

Динамическое давление зависит от скорости жидкости, Динамическое давление может быть рассчитано по следующей формуле, в которой скорость (V) получена с помощью измерения, а плотность (ρ) жидкости известна:

Динамическое давление может быть преобразовано в статическое, и наоборот. При течении в расширяющейся трубе происходит преобразование динамического давления в статическое, см. рисунок 2.4. Течение в трубе называется потоком в трубе, а участок трубы, в котором диаметр трубы увеличивается, называется диффузором.

Суммируйте вместе высоту подачи воды и потери от трения.

Вертикальное расстояние, которое должна преодолеть вода и потери от трения в трубе составляют «суммарный скоростной напор» или TDH. Это общая нагрузка, которую должен преодолеть насос.

Пример: TDH = вертикальное расстояние + потеря от трения = 50 футов + 20 футов = 70 футов.

Таблица удельного веса элементов

Абсолютное и относительное давление

Давление может быть выражено двумя различными способами — как абсолютное или относительное давление. Абсолютное давление измеряется относительно абсолютного 0 и, таким образом, может иметь только положительное значение. Относительное давление измеряется относительно давления окружающей среды. Положительное относительное давление означает, что давление выше барометрического давления, а отрицательное относительное давление указывает на то, что давление ниже барометрического давления.

Определение абсолютной и относительной величины известно также по измерениям температуры, где абсолютная температура измеряется в Кельвинах (K), а относительная температура измеряется в градусах Цельсия (°C). Температура в Кельвинах всегда положительна и измеряется относительно абсолютного 0. В отличие от этого, температура в градусах Цельсия измеряется относительно точки замерзания воды (соответствует 273,15 K), и поэтому может быть отрицательной.

Барометрическое давление измеряется как абсолютное давление. Барометрическое давление зависит от погоды и высоты. Переход от относительного давления к абсолютному осуществляется добавлением существующего барометрического давления к измеренному относительному давлению.

На практике статическое давление измеряется с помощью манометров трех различных типов.

• Манометр абсолютного давления, например, барометр, измеряет давление относительно абсолютного 0.
• Стандартный манометр измеряет давление относительно атмосферного давления. Такой тип манометров используется чаще всего.
• Дифференциальный манометр измеряет разность давлений между двумя отводами давления независимо от барометрического давления.

Определите требуемый расход.

Необходимый поточный расход перекачиваемой насосом жидкости зависит от потребности вашего проекта. Определите эту величину в галлонах в минуту (gpm=гал/мин).

Результат вычисления необходим для того чтобы определить какие насосы и трубы вам понадобятся.

Пример: Согласно плану орошения, подготовленного садовником, требуемый поточный расход: 10 галлонов в минуту

* Справка: 1 foot (ft) = 1 фут = 0.3048 м ; 50 feet = 50 футов = 15.24 м

Напор

На следующих страницах представлены различные характеристики.

Кривая QH показывает напор (H) как функцию подачи (Q). Подача (Q) — это объем жидкости, проходящей через насос на единицу времени. Подача обычно выражается в кубических метрах в час (м3/ч), но в формулах используются кубические метры в секунду (м3/с). Типичная кривая QH показана на рисунке 2.5.

Построение кривой QH для заданного насоса производится с помощью установки, показанной на рисунке 2.6.

Насос запускается и работает с постоянной частотой вращения. При полном закрытии арматуры Q равно нулю, а H достигает максимального значения. При постепенном открытии арматуры Q увеличивается, а H уменьшается. H — это высота столба жидкости в открытой трубе за насосом. Кривая QH представляет собой последовательность точек, соответствующих парам значений Q и H, см. рисунок 2.5.

В большинстве случаев измеряется давление насоса Dpполн, а напор H рассчитывается по следующей формуле:

Кривая QH будет точно такой же, если опыт, изображенный на рисунке 2.6, провести с жидкостью, плотность которой отличается от плотности воды. Таким образом, кривая QH не зависит от перекачиваемой жидкости. Это можно объяснить с помощью теории, где доказано, что Q и H зависят от геометрии насоса и скорости вращения рабочего колеса, но не от плотности перекачиваемой жидкости.

Повышение давления в насосе можно измерить в метрах водяного столба (м вод. ст.). Метр водяного столба — это единица давления, которую нельзя путать с напором, выраженным в метрах. Как видно из таблицы физических свойств воды, при повышении температуры плотность воды существенно изменяется. Таким образом, необходимо выполнять преобразование давления в напор.

Мощность насоса – что это такое, критерии выбора насоса, расчетные параметры

Под мощностью насоса понимается количество перекаченной воды в единицу времени. Величина выражается в литрах или куб. м. в секунду и характеризует производительность или полезную мощность оборудования. Помимо нее существует потребляемая мощность. Это показатель затрачиваемой электроэнергии, выражаемый в кВт. Соотношение полезной мощности к затрачиваемой отображает коэффициент полезного действия. Чем больше его значение, тем меньше энергии теряется на перекачку воды, и тем, соответственно, эффективнее оборудование.

При выборе насоса в первую очередь учитывается следующий ряд критериев:

• Конструкционные и технические особенности.

Для конкретных условий применения всегда требуется насос определенной конструкции и заданными техническими параметрами, расчет которых можно выполнить заранее. Во многих случаях выбор оборудования задается технологией подачи жидкой среды. Например, если нужна максимально равномерная накачка воды, то применяются центробежные модели.

Когда требуется максимально равномерная подача воды, применяется центробежный насос Источник vseinstrumenti.ru

В остальных случаях, или когда этого также требует технология, допускается использовать поршневые установки – обеспечивающие подачу воды порциями. Другим примером технических требований является случай, когда насос должен или вынужден располагаться внутри источника под водным зеркалом. В таком случае применяются погружные модели.

• Тип перекачиваемой жидкости.

Насосное оборудование должно обеспечивать беспрепятственную перекачку конкретной жидкой среды. В частном домовладении насосы используются далеко не только для того, чтобы подавать воду из колодца или скважины в домашнюю систему водоснабжения.

Зачастую хозяевам своего дома приходится заниматься выкачиванием выгребных ям и септиков, а также откачивать подвалы, цоколи, низменные места на участке при затоплении. Кроме того, для владельцев бассейнов и искусственных прудов также требуется специальный откачивающий прибор. Все эти жидкости могут включать в состав как мелкие, так и крупные частицы, и отличаться по характеристикам вязкости и текучести от обычной чистой воды.

Для откачки воды с большим количеством примесей применяется специальный тип насосов Источник jeelex-pumps.ru

• Основные рабочие характеристики.

К главным параметрам насосного оборудования, влияющим на его работу, относятся:

1. Производительность.
2. Напор.
3. Потребляемая мощность.

Для обеспечения длительной и надежной эксплуатации в первую очередь учитываются первые 2-е характеристики. Как правило, они зависят друг от друга и задают область применения оборудования. Например, 1-ступенчатый центробежный насос способен перемещать воду до 100 м, и по расчету ему будет соответствовать производительность до 1000 м³ в час. При этом многоступенчатые модели способны создавать напор до 1000 м и полезную мощность до 10 тыс. куб. метров в час.

Основные расчетные параметры

Существуют 3 основных параметра, максимально точно характеризующих работу насосов, это:

• Производительность.

Величина определяется, как объем перекачиваемой жидкости в определенный промежуток времени, например, 1 литр в секунду. На практике, например, в системе водоснабжения частного дома, она должна быть равна величине суммарного расхода со всех потребителей – душа, раковин, ванны и проч.

Производительность насоса должна быть такой, чтобы обеспечивать все потребители в доме Источник sovet-ingenera.com

Однако теоретический расчет не учитывает возможные потери в виде утечек ввиду не совершенности трубопровода. Поэтому существует такое понятие, как фактический расход. Между собой обе величины связываются объемным КПД. При этом необходимо учесть, что современные приборы и системы водопроводов – ввиду большой надежности и герметичности – позволяют выровнять их значения.

• Напор.

Зачастую данная величина воспринимается, как высота водяного столба, которую может создать насос. В действительности это далеко не всегда так. В теоретическом расчете напор насоса представляет собой энергию, передаваемую единице массы перекачиваемой жидкой среды.

Величина измеряется в метрах, и зависит от нескольких сопутствующих факторов. Это прежде всего – разница давления между точкой забора и приема, высота подъема, сопротивление потоку.

• Потребляемая мощность.

Характеристика показывает количество энергии, затрачиваемое насосом на перекачку жидкости. Ее значение всегда выше полезной мощности – силы, непосредственно затрачиваемой на подачу воды.

Потребляемая мощность, как правило, указывается на информационной табличке корпуса устройства Источник cloudinary.com

При этом определенная доля энергии уходит на потери в трубопроводах, преодоление сил трения в механизмах и проч. местах. Разница между потребляемой и полезной мощностью выражается коэффициентом полезного действия.

Рекомендация! Для определения мощности насоса необходимо знать общий расход потребления воды в доме, суммировав значение каждого потребителя. Выполнить такой подсчет на практике достаточно сложно. Поэтому готовые данные можно взять из специальных таблиц. При этом среднесуточный показатель на 1 человека не превышает 200 литров.

Давление насоса — описание давления насоса

Полное давление

Полное давление насоса рассчитывается как сумма трех составляющих:

Статическое давление

Статическое давление может быть измерено непосредственно с помощью датчика дифференциального давления, или можно установить датчики давления на входе и выходе насоса. В этом случае статическое давление может быть найдено по формуле:

Динамическое давление

Динамическое давление (разность динамических давлений между входом и выходом насоса) определяется по следующей формуле:

На практике при испытаниях насоса измерение динамического давления и скорости потока на входе и выходе насоса не производится. Вместо этого динамическое давление определяется расчетным методом на основе расхода жидкости и диаметра трубы на входе и выходе насоса:

Как следует из формулы, динамическое давление равно нулю, если диаметры трубы до и после насоса одинаковы.

Разность барометрических давлений

Разность барометрических давлений в точках установки датчиков давления на входе и выходе насоса может быть определена следующим образом:

где:

Δz — разность высот между точками установки манометра, соединенного с трубой на выходе, и манометра, соединенного с трубой на входе.

Разность барометрических давлений имеет значение, только если Δz не равно нулю. Таким образом, положение отводов давления на трубе не имеет значения при определении разности барометрических давлений.

Если для измерения статического давления используется дифференциальный манометр, то разность барометрических давлений принимается равной нулю.

Расчет путем измерения и вычисления

Для вычисления минимальной силы, необходимой для запуска насоса (или напора), требуется знать производительность (или расход) и общий скоростной напор, для чего применяется следующая формула:

Р = Осн * П * Увж / 3960

Р – мощность водяного потока, в лошадиных силах (л. с.),

Осн – общий скоростной поток, измеряемый в метрах или футах,

П – производительность, равная расходу воды, измеряется в галлонах/мин (gpm),

Увж – удельный вес перекачиваемой жидкости, для воды равный 1,

3960 – поправочный коэффициент.

Для измерения данных, занесения их в формулу и последующего вычисления используется следующий алгоритм:

• Определяется требуемый расход. В примере рассматривается насос для полива участка с насаждениями из колодца, для чего требуется 20 галл/мин.

При расчете мощности должно обязательно учитываться расстояние от колодца до крана, душа и прочих потребителей Источник колодец24.москва

• Измеряется расстояние по вертикали между точкой водозабора в источнике и точкой приемника. Например, расстояние между водозаборными отверстиями насоса в скважине и точкой полива может составлять 30 метров, или в переводе на англоязычную систему измерений – 100 футов.
• Оцениваются потери напора на силы терния в водопроводе. Если для примера взять 1-дюймовую пластиковую трубу, то на каждые 100 фт длины теряется около 6,3 фт напора. Для примера – общая длина трубы, включая горизонтальный участок, составит 150 фт – общие потери составят около 9,5 фт. При этом учитываются потери на соединения и переходы. Если предположить, что в трубопроводе будет 1 прямоугольный переход и 3 прямых резьбовых, значение для данного материала составит 15 фт. В сумме 9,5 + 15 = 24,5 фт.
• Суммируется общая высота подачи и потери. В данном примере – 150 + 24,5 = 174,5 фт. Полученное значение соответствует величине Осн в выше приведенной формуле. Это и будет минимальная нагрузка, которую должен осилить мотор насоса.

Чем больше ответвлений в водопроводе, тем сильнее потеря мощности насоса Источник znatoktepla.ru

• Измеренные значения подставляются в выше приведенную формулу и по ней далее рассчитывается полезная минимальная мощность насоса или сила водяного потока в л. с. Р = 174,5 * 20 * 1 /3960 = 0,88 л. с.
• Корректируется значение мощности мотора насосного оборудования с учетом показателя эффективности. Последний, как правило, у современных моделей варьируется в диапазоне от 50 до 85%. Если для примера взять его минимальное значение, получится = 0,88/0,5 = 1,76 л. с.

Справка! Мощность мотора насоса может указывать как в ваттах, так и в лошадиных силах. 1 л. с. = 746 Вт. В выше приведенном примере прибор на 1,76 л. с. соответствует 1312 Вт, или 1,3 кВт.

Уравнение энергии для течения идеальной жидкости

Согласно уравнению энергии для течения идеальной жидкости сумма энергии давления, кинетической энергии и потенциальной энергии является постоянной величиной. Это уравнение называется уравнением Бернулли по имени швейцарского физика Даниэля Бернулли.

Уравнение Бернулли справедливо при следующих условиях:

• 1. Течение установившееся — не изменяется со временем.
• 2. Жидкость несжимаема — справедливо для большинства жидкостей.
• 3. Течение без трения — потери на трение не учитываются.
• 4. Свободное течение — нет подвода механической энергии.

Формула (2.10) применяется для струйки жидкости или траектории частицы жидкости. Например, с помощью формулы может быть описано течение жидкости в диффузоре (2.10), но не поток через рабочее колесо, так как рабочее колесо подводит к жидкости механическую энергию.

В большинстве применений не все условия для уравнения энергии соблюдаются, Несмотря на это, уравнение может быть использовано для приблизительных вычислений.

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

Мощность

Кривые мощности показывают потребляемую мощность как функцию подачи, см. рисунок 2.7. Мощность выражается в ваттах (Вт). Следует различать три вида мощности, см. рисунок 2.8.

• Мощность насосной установки, передаваемая от внешнего источника к электродвигателю и контроллеру (P1).
• Мощность насоса, передаваемая электродвигателем на вал (P2).
• Полезная мощность, передаваемая от рабочего колеса насоса к жидкости (P полезн).

Потребляемая мощность зависит от плотности жидкости. Кривые мощности обычно строятся для стандартной жидкости, имеющей плотность 1000 кг/м3, что соответствует воде при температуре 4°C. Таким образом, мощность, измеренная на жидкости с другой плотностью, должна быть пересчитана.

Обычно в заказных спецификациях P1 приводится для комплектных изделий, в то время как P2 приводится для насосов, поставляемых со стандартным электродвигателем.

Частота вращения

Подача, напор и потребляемая мощность изменяются в зависимости от частоты вращения насоса. Сравнение характеристик насоса возможно только если они построены для одинаковой частоты вращения. Возможно приведение характеристик к одинаковой скорости с использованием уравнений, приведенных ниже.

Регулирование частоты вращения

При регулировании частоты вращения насоса характеристики QH, мощности и NPSH изменяются. Пересчеты характеристик насоса при изменении его частоты вращения выполняются с помощью уравнений подобия.

Индекс A в уравнениях указывает исходные значения, а индекс В указывает измененные значения.

Эти уравнения позволяют получить когерентные точки на параболе подобия на графике QH. Парабола подобия показана на рисунке 3.11.

На основании соотношения между характеристикой насоса и его частотой вращения могут быть получены различные регулировочные характеристики. Наиболее распространенными методами регулирования являются метод пропорционального регулирования и метод регулирования в режиме поддержания постоянного давления.

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.

КПД

КПД насосной установки (ηполн) — это отношение полезной мощности к мощности насосной установки. На рисунке 2.9 показаны кривые КПД для насоса (ηполезн) и для насосной установки, включающей электродвигатель и контроллер (ηполн). Гидравлический КПД относится к P2 , а КПД насосной установки — к P1:

КПД всегда меньше 100 %, так как мощность насосной установки всегда больше, чем полезная мощность, вследствие потерь в контроллере, электродвигателе и насосе. КПД насосной установки (контроллер, электродвигатель и насос) является произведением отдельных КПД:

Подача, при которой насос имеет максимальный КПД, называется точкой оптимального режима или точкой наибольшего КПД (QBEP).

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

где: PH — номинальная мощность электродвигателя; UH — номинальное напряжение электродвигателя, ηH — КПД электродвигателя; cosφH — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

где: IH — номинальное значение тока; Кп — кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

NPSH — допускаемый кавитационный запас

Кавитацией называется процесс образования пузырьков пара в областях, где локальное давление падает до значения давления насыщенного пара. Степень кавитации зависит от того, насколько низким будет давление в насосе. При кавитации происходит снижение напора и появление шума и вибрации.

Кавитация вначале возникает в областях наименьшего давления в насосе, чаще всего образуются на кромках лопаток на входе в рабочее колесо, см. рисунок 2.10.

Значение NPSH — абсолютное и всегда положительное. NPSH измеряется в метрах, как напор, см. рисунок 2.11. Так как NPSH измеряется в метрах, нет необходимости учитывать плотность различных жидкостей.

Существуют два различных значения NPSH: NPSHR и NPSHA.

NPSHA обозначает имеющийся NPSH и определяет, насколько близко к парообразованию находится жидкость во всасывающем трубопроводе. NPSHA определяется по формуле:

NPSHR обозначает требуемый NPSH и выражает наименьшее значение NPSH, требуемое для приемлемой работы насоса. Абсолютное давление на входе может быть рассчитано по заданному значению NPSHR и давлению насыщенных паров жидкости путем подстановки в формулу (2.16) NPSHR вместо NPSHA.

Чтобы определить, может ли насос быть безопасно установлен в систему, следует найти NPSHA и NPSHR для наибольших значений подачи и температуры в пределах рабочего диапазона.

Рекомендуется добавить минимальный запас безопасности 0,5 м. В зависимости от применения может понадобиться больший запас безопасности. Например, для применений, чувствительных к шуму, или для мощных насосов, таких как питательные насосы котлов, европейская ассоциация производителей насосов рекомендует применять к значению NPSH3% коэффициент безопасности SA=1,2 — 2,0.

Риск кавитации в системах может быть снижен или исключен с помощью следующих мер:

• установка насоса ниже по отношению к уровню жидкости в открытых системах;
• повышение давления в закрытых системах;
• уменьшение длины линии всасывания для снижения потерь на трение;
• увеличение площади поперечного сечения всасывающего трубопровода для снижения скорости движения жидкости и, как следствие, уменьшения потерь на трение;
• исключение локальных падений давления, возникающих вследствие изгибов и других препятствий во всасывающем трубопроводе;
• снижение температуры жидкости для уменьшения давления паров.

Следующие два примера показывают, как рассчитывается NPSH.

Пример 2.1 Насос для подачи жидкости из колодца

Насос должен подавать жидкость из резервуара, уровень воды в котором на 3 метра ниже уровня насоса. Для расчета значения NPSHA необходимо знать потери на трение во всасывающем трубопроводе, температуру воды и барометрическое давление, см. рисунок 2.12.

Температура воды 40°C

Барометрическое давление 101,3 кПа.

Потери давления во всасывающем трубопроводе при существующей подаче 3,5 кПа.

При температуре воды 40°C давление паров равно 7,37 кПа, а ρ равно 992,2 кг/м3.

Значения взяты из таблицы «Физические свойства воды» в конце статьи.

Для этой системы выражение NPSHA в формуле (2.16) может быть записано в следующем виде:

Hвсас— уровень воды относительно насоса. Hвсас может быть выше или ниже насоса и выражается в метрах. В этой системе уровень воды находится ниже насоса. Таким образом, Hвсас отрицательно, Hвсас = –3 м. Значение NPSHA для системы:

Насос, предназначенный для работы в рассматриваемой системе, должен иметь значение NPSHR меньше, чем 6,3 м минус запас безопасности 0,5 м. Таким образом, при существующей подаче для насоса требуется значение NPSHR меньшее, чем 6,3 – 0,5 = 5,8 м.

Пример 2.2 Насос в закрытой системе

В закрытой системе отсутствует свободная поверхность воды для использования в качестве плоскости отсчета. Этот пример показывает, как датчик давления, расположенный выше плоскости отсчета, может использоваться для определения абсолютного давления в линии всасывания, см. рисунок 2.13.

Измеренное относительное статическое давление на стороне всасывания pстат.вх = -27.9 кПа. Таким образом, в точке установки манометра имеется отрицательное давление. Манометр установлен выше насоса. Следовательно, разность между высотой манометра и высотой входа в рабочее колесо имеет положительное значение Hвсас = +3 м. Скорость в трубе, где измеряется давление, создает дополнительное динамическое давление 500 Па.

Барометрическое давление 101 кПа.

Рассчитанные потери на трение в трубах между точкой измерения (pстат.вх.) и насосом Hпотерь труб. = 1м.

Температура системы 80°C.

Давление паров pн.п. = 47.4 кПа, плотность ρ = 973 кг/м3, значения взяты из таблицы «Физические свойства воды».

Для этой системы формула 2.16 для NPSHA имеет следующий вид:

Несмотря на отрицательное давление в системе, значение NPSHA для существующего расхода превышает 4 м.

Факторы, влияющие на расчет

При расчете мощности насоса должен быть учтен следующий ряд факторов:

• Глубина скважины.

Точное определение параметра необходимо для правильного расчета дебита источника. Более того, это позволит грамотно подобрать насос по глубине погружения и высоте подъема воды.

• Статический уровень.

Это расстояние от водяного зеркала до поверхности земли, когда водозаборный источник не эксплуатируется. Период простоя скважины до начала измерения варьируется от 1 часа до суток.

Для правильной работы скважины необходимо точно определить статический и динамический уровень Источник teployug.ru

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Максимального значения достигает в период весенних паводков, минимального – в засушливый период. Поэтому измерять его всегда лучше в летний период бездождья.

• Динамический уровень.

Это расстояние от поверхности земли до водяного зеркала при полном водозаборе. Разница между статическим и динамическим уровнями максимальна на неглубоких скважинах – малонапорных песчаных и абиссинских с низким дебетом, и практически полностью отсутствуют в глубоких артезианских источниках.

Большое значение имеет определение динамического уровня при расчете глубины монтажа погружного насоса. Так как от этого будет зависеть величина внешнего давления столба воды на прибор в отключенном состоянии. В оптимальном случае оборудование должно погружаться не ниже 1-2 метров под динамическую отметку.

• Потребляемый объем.

Для того, чтобы рассчитать напор и другие характеристики устанавливаемого насоса, необходимо прежде всего определить, какой объем воды он будет перекачивать ежедневно. Величина зависит от типа и количества приемников, а также какое количество людей будет ими пользоваться. Для каждого сантехнического прибора существует свое значение параметра.

Объем потребляемой воды в доме зависит от конкретного типа потребителя и их суммы Источник proekt-sam.ru

Например:

1. Раковина с краном – 250 л/ч.
2. Умывальник со смесителем – 180 л/ч.
3. Ванна со смесителем – 300 л/ч.
4. Душевая кабина – 115 л/ч.
5. Унитаз с бачком – 83 л/ч.

Однако в расчетах необходимо учитывать и коэффициент использования, который, как правило, варьируется от 0,15 до 0,5 для различных приборов. При этом суммарный потребляемый объем не должен быть больше величины дебита скважины.

• Диаметр труб скважины или колец колодца.

Для неглубоких узких скважин абиссинского типа применяют наружные центробежные насосы с погружением водозаборной трубы. Так как стандартные погружные модели с диаметром корпуса 4 дюйма в них установить не представляется возможным. Для них требуется скважинная труба с внутренним диаметром не менее 100 мм.

Для моделей с высокой производительностью и корпусом 6 дюймов необходимо труба не менее, чем на 150 мм. Если же на участке используется колодец в качестве водоисточника, к диаметру колец также предъявляются особые требования – при условии установки специальных погружных электронасосов с поплавковым выключателем. Последний должен располагаться на поверхности воды не менее, чем на 300 мм от центральной оси прибора.

Схематическое изображение устройства системы водоснабжения для дома Источник 7filtrov.shop

• Состав воды.

В зависимости от вида водозаборного источника состав воды может существенно варьироваться. Поэтому для каждой разновидности рекомендуется применять свой, хорошо подходящий под конкретные условия тип насоса:

1. Недорогие абиссинские скважины глубиной до 8 м обслуживаются вихревыми или центробежными видами насоса. Перекачиваемая вода достаточно чиста.
2. Песчаные источники отличаются большей глубиной и содержанием в воде твердых частиц. Если вода относительно чиста, применяются глубинные центробежные насосы, а при значительном замутнении – модели винтового типа.
3. Артезианские скважины с твердым известковым дном обслуживаются вихревыми и центробежными электронасосами.

При этом, чтобы точно посчитать напор и другие важные характеристики насоса, необходимо учесть фактор гидравлического сопротивления в водяных фильтрах. Так как ввиду плохого качества воды они часто устанавливаются в систему водозабора.

При расчете характеристик насоса необходимо учитывать гидравлическое сопротивление фильтра для воды Источник ichip.ru

Осевая нагрузка

Осевая нагрузка является суммой сил, действующих на вал в осевом направлении, см. рисунок 2.14. Осевая нагрузка в основном возникает вследствие разности давлений на переднем и заднем диске рабочего колеса.

Значение и направление осевой нагрузки может использоваться для определения типоразмера подшипников и конструкции электродвигателя. Насосы с нагрузкой, направленной вверх, требуют применения фиксированных подшипников. Дополнительно к осевой нагрузке необходимо учесть силы, действующие на вал вследствие давления в системе. Пример кривой осевой нагрузки представлен на рисунке 2.15.

Осевая нагрузка связана с напором и поэтому пропорциональна квадрату скорости.

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

Типы нагрузок на насос

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия – «постоянный вращающий момент» – подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность насоса

«Переменный вращающий момент» – эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Поставщики предлагают ряд насосов со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели. Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения – мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения – велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность – кубу скорости вращения.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

• Справочник электрика Бытовые электроприборы
• Библиотека электрика
• Инструмент электрика
• Квалификационные характеристики
• Книги электрика
• Полезные советы электрику
• Электричество для чайников

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.

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.

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.