Как определить мощность насоса для воды?

Насос представляет собой одно из основных механических устройств, которое используется для перемещения жидкости с определенной скоростью. Единицей эффективности любого устройства передающего энергию на расстояние является его мощность. Обычно мощность измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт), но измерение в лошадиных силах (л.с.) по-прежнему широко используется для измерения мощности высокопроизводительных электрических устройств в США. 1 лошадиная сила (л.с.) приравнивается к 746 Вт.

• Мощность потока воды (л.с.) (напор) = минимальная мощность, необходимая для запуска водяного насоса

• TDH = полный скоростной напор = перемещение жидкости по вертикали (в футах) + потеря от трения в трубе

• Q = производительность (расход жидкости в галлонах в минуту)

• SG = удельный вес жидкости (удельный вес воды равен 1)

• Мощность потока воды = TDH ? Q ? SG / 3960

• Фактическая потребляемая мощность = (мощность потока воды (л.с.)) / (эффективность насоса).

Обычно применяется десятичная система записи чисел (50% > 0,5).

Расчет мощности водяного насоса

1. 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

Расчет мощности водяного насоса

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

2. Измерьте высоту, на которую необходимо перекачивать воду.

Это расстояние по вертикали от верхнего уровня грунтовых вод (или верхнего уровня воды в первом резервуаре) до уровня конечного пункта назначения воды. Не принимайте во внимание расстояние по горизонтали, на которое необходимо перекачивать воду. Если уровень воды изменяется со временем, используйте максимально предолагаемое расстояние. Это «высота подачи воды» (напор), который должен будет создать ваш насос.

Пример: Когда садовый резервуар почти пуст (самый низкий предолагаемый уровень), его уровень воды на 50 футов ниже поверхности сада, который нуждается в поливе

Расчет мощности водяного насоса

3. Оцените потери от трения в трубе.

Помимо минимального давления, необходимого для перекачивания воды на определенное расстояние, вашему насосу также необходимо преодолеть силу трения, создаваемую при перемещении воды по трубам. Общая сила трения зависит от материала, использованного при производстве труб, внутреннего диаметра и длины трубы, а также от наличия изгибов и способа монтажа. Посмотрите на значения потерь от трения в трубах, в таблицах в приложении. Запишите суммарную потерю трения в футах (это означает количество футов, которое вы «теряете» в высоте подачи воды насосом из-за трения)

* Справка: 1’’ (inch) = 1 дюйм = 2,54 см

Пример: Садовник решает использовать пластиковые трубы диаметром 1 дюйм и нуждается в трубе общей длиной 75 футов (включая длину по горизонтали ). Согласно таблице, на трение в трубах при использовании пластиковых труб диаметром 1 ” происходит потеря 6,3 футов напора воды на каждые 100 футов общей длины трубы.

75фт ? 6,3 фт напора / 100 фт = 4,7 фт напора

Примем во внимание также потерю от трения в каждом монтажном соединении трубы. Для пластиковой трубы диаметром 1 “, одним 90? коленным разъемом и тремя резьбовыми соединениями потеря соответствует 15 футам.

Суммируя все потери вместе получим общую потерю от трения, которая составит:

4,7 + 15 = 19,7 фута или около 20 футов.

Эти диаграммы часто включают в себя оценку скорости воды, также основанную на её расходе и типе используемых труб. Лучше всего поддерживать скорость ниже 5 футов / с, чтобы предотвратить «гидравлический молот», повторяющуюся стучащую вибрацию, которая может повредить ваше оборудование.

Расчет мощности водяного насоса

4. 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

Таблица удельного веса элементов

5. Обратите внимание на удельный вес, если вы откачиваете жидкость отличную от воды.

В основной формуле расчета мощности насоса предполагается, что вы перекачиваете воду. Если вы перекачиваете другую жидкость, посмотрите ее «удельный вес» в Интернете или в техническом справочнике. Жидкости с более высокой удельной массой более густые и соответственно требуют от насоса большей мощности.

Пример: В нашем примере садовник перекачивает воду, соответственно удельный вес воды равен 1.

Расчет мощности водяного насоса

6. Введите эти значения в формулу мощности потока воды.

Мощность потока воды или минимальная мощность, необходимая для запуска насоса, равна TDH?Q?SG / 3960

где TDH представляет собой полный скоростной напор в футах, Q – расход жидкости в галлонах в минуту (gpm), а SG – удельный вес (1 для воды). Введите все значения, которые вы определили в эту формулу, чтобы рассчитать мощность водяного насоса для вашего проекта.

Пример: садовый насос должен преодолеть TDH 70 футов и произвести расход Q 10 галонов / мин. В случае перекачивания воды, SG равно 1.

Мощность насоса = TDH?Q?SG / 3960 = 70?10?1 / 3960 = ~0,18 л.с.

Расчет мощности водяного насоса

7. Разделите мощность двигателя на эффективность насоса.

Теперь вы знаете, какая мощность вам нужна для обеспечения запуска насоса. Тем не менее не существует механическое устройство на 100% эффективно передающее энергию. После того, как вы выбрали насос, проверьте информацию производителя об эффективности насоса и запишите его как десятичной форме. Чтобы найти фактическую мощность двигателя, необходимого для вашего насоса, разделите мощность потока воды на эту величину.

Пример: для выработки насосом мощности 0,18 л.с. насосу с номинальной эффективностью 50% (или 0,5) действительно потребуется двигатель мощностью 0,18/0,5 = 0,36 л.с.

Большинство современных насосов работают с эффективностью от 50% до 85% при использовании их по назначению. Если вы не можете определить номинальную мощность вашего насоса, вы можете предположить, что фактическая необходимая мощность двигателя находится между — Мощность насоса / 0,5 и Мощность насоса / 0,85.

Какой насос лучше для отопления частного дома

Мощность насоса – значимая техническая характеристика центробежного насоса, которая определяет выполняемую работу за определенный период времени. Под насосом имеют в виду систему для транспортировки перекачиваемой жидкости. Жидкость может быть чистой или с примесями в виде твердых частиц. Каждый насос перекачивает фракции определенного диаметра. Насос отличается от водоподъемного оборудования способностью увеличивать давление или кинетическую энергию.

Для расчета полезной мощности важно рассмотреть два важных термина. Подача напора насоса обозначается Q. Это количество воды, которое поступает в насос. Все измерения производятся за единицу времени. Напор насоса – это механическая энергия, вырабатываемая при прохождении жидкости через насос. Она определяется двумя значениями – энергией при входе и энергией на выходе воды. Простыми словами, напор насоса определяет высоту, на которую водяной насос сможет транспортировать жидкость.

Еще одним важным параметром будет мощность, потребляемая насосом. Она обозначается буквой N. Единицей измерения будут кВт. Полезная мощность – это Nп или полученная мощность, которая образуется при прохождении определенного количества воды за единицу времени.

КПД водяного насоса – это количество потерянной энергии. Это та энергия, которую потребляет двигатель для работы.

В процессе вырабатываемой энергии есть не только затраченная на перекачивание воды, но и несколько других разновидностей. Общие потери в насосах определяются по формуле: 1 – КПД. Чем меньше КПД, тем меньше лишней энергии вырабатывается. Следовательно, учитывая все существующие КПД и их причины, можно снизить общие потери в насосе.

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.

Рабочие характеристики

Показатели рабочих характеристик насоса определяются кривой. Она обозначает зависимость подачи и напора насоса. Соприкасаются эти два измерения в одной точке. Если посмотреть на график выше, можно определить понятие рабочей точки.

Она представляет собой пересечение гидравлической характеристики сети и напора. Также на графике отображается области устойчивой работы оборудования. Выходящий над точкой соприкосновения отрезок Q-H определяет зону неустойчивой работы агрегата. На этом отрезке вероятны срывы в работе. При нулевой подаче воды включается мощность холостого хода.

Как увеличить производительность центробежного насоса?

Центробежный насос не предназначен для создания одного конкретного набора рабочих условий, как это хотелось бы покупателю. Данный тип насоса спроектирован для обеспечения полного диапазона производительности, как указано на кривой графика.

Чтобы в полной мере оценить поведение кривой насоса и взаимосвязь между напором и производительностью центробежного насоса, представьте, что насос проводит воду в прямую вертикальную трубу. Если труба расположена высоко, жидкость в итоге достигнет определенного уровня, выше которого она подняться уже не сможет. Так определяют максимальный напор, который может развить центробежный насос при таком положении трубы. Он может работать, но продвинуть жидкость дальше этого уровня не сможет. В таком случае перекачиваемая жидкость остановится в корпусе оборудования, но через насос не пройдет. Следовательно, при максимальной производительности насоса будет нулевой напор.

В этом случае можно сделать отверстие в трубе на более низком уровне. Так, насос будет постоянно развивать все большую емкость. Если перенести это на график, можно определить производительность насоса. Кривая не оборвется на нулевом напоре. Но, учитывая сбои в работе насоса сверх определенной мощности, кривая обычно прерывается. Эта кривая определяет:

  • производительность, которую может развивать этот насос;
  • показатель общего напора, когда насос работает на определенной скорости с заданным диаметром рабочего колеса.

Нельзя полностью полагаться на показания кривой. Фактические условия на кривой будут зависеть от системы, в которой он работает. Это означает, что система управляет насосом и определяет условия работы, независимо от производственных показателей напора.

Препятствовать потоку жидкости из одной локации в другую могут препятствовать такие факторы, как сила тяжести и трение. Для снижения показателей силы тяжести жидкость должна подниматься по вертикали. Расстояние между источником и конечным пунктом транспортировки жидкости называется общим статическим напором. Он не является переменной скорости потока, и график, сравнивающий эти два значения, будет отображаться как прямая горизонтальная линия.

Еще одна важная характеристика насоса – трение. Этот термин определяет сопротивление потоку. Его рассчитывают из потерь со всех источников (например, в фильтрах, теплообменниках). Данные потерь можно измерить путем измерения давления на входе и выходе. По мере увеличения потока растут и потери на трение. Происходит это с большой скоростью.

Учитывается и давление в источнике всасывания и сливном резервуаре. Если это закрытые сосуды с разным давлением, полученную разницу добавляют к показателю общего напора. В этом случае график будет построен иначе: кривая начнется на уровне статического напора и будет постепенно увеличиваться в зависимости увеличения расходов напора.

Если вы правильно выберите насос, производительность пересечется с кривой в точке. Эта точка будет означать работу оборудования. Есть также несколько способов регулирования работы центробежного насоса:

  1. Изменение воздействия на систему перекачивания воды. Это наиболее простой способ, принцип которого заключается в использовании задвижки. Ее устанавливают в напорном трубопроводе. Существует потенциальная угроза кавитации при таких экспериментах. Объясняется это тем, что положение задвижки может влиять на рабочую точку.
  2. Регулирование частоты вращения насоса. Это эффективный способ снижения потерь, который повлияет на мощность центробежного насоса. Допустим только в моделях оборудования с возможностью регулирования частоты вращений.
  3. Связанный с изменением технических характеристик агрегата способ. С помощью вспомогательных элементов можно скорректировать силу напора, угол лопастей движущей части, количество рабочий ступеней.

На практике можно воспользоваться несколькими рабочими способами для изменения показателей мощности насосов. Перед эксплуатацией важно изучить возможности насоса и его технические возможности. Грамотное проектирование и установка центробежного насоса позволят использовать оборудование на всю мощность.

Ссылка на основную публикацию