Уравнение Бернулли. Статическое и динамическое давления

В основном, насосы можно разделить на две большие категории: поршневые и динамические (центробежные). Поршневые насосы используют поступательные движения своих органов для перемещения жидкости. Динамические насосы непосредственно прикладывают момент движения к жидкости посредством вращения погруженной в нее крыльчатки. Производимый момент увеличивает давление или расход на выходе насоса. Подавляющее большинство применяемых сегодня насосов являются насосами динамического (центробежного) типа . В дальнейшем, мы будем рассматривать только центробежные насосы.

Для обсуждения вопросов связанных с насосами, нам необходимо сначала познакомиться с некоторыми терминами и обозначениями.

Напор – измерение давления, обычно в футах водяного столба. (30 футов означает давление, эквивалентное давлению водяного столба высотой 30 футов, при нормальной температуре и атмосферном давлении).

Статический напор – давление, необходимое для преодоления сопротивления подъема жидкости в системе. (Подъем воды в бак на высоту 10 футов требует статического напора в 10 футов).

Динамический напор (или потери на трение)- давление, которое теряется в трубах. Подача воды в бак может требовать 10 футовстатического напора и плюс 1 фут динамического напора.Динамический напор системы обычно увеличивается пропорционально квадрату расхода Q.

НАПОР=К х (Q) 2

Системный напор – характеристика напора необходимая для удовлетворения требований статического и динамического напоров для целого диапазона расхода в данной системе.

Напор насоса – давление жидкости на выходе насоса. Для центробежных насосов этот фактор значительно зависит от расхода жидкости через насос и, также, является функцией скорости вращения крыльчатки. (См. закон подобия ниже).

Характеристика насоса – графическая зависимость показывающая со-отношение расход-напор насоса.

Положительная высота всасывания – это требования к характеристике насоса для поддержания режима оптимальной эксплуатации. Это требование к значению внешнего давления на выходе насоса. Если внешнее давление будет меньше значения положительной высоты всасывания, то жидкость внутри насоса может превратиться в пар и вызвать явление «кавитации», что является крайне нежелательным и может вызвать повреждения в системе.

Водяная мощность – выход энергии насоса непосредственно зависящий от параметров выхода.

ВОДЯНАЯ МОЩНОСТЬ=РАСХОД х НАПОР/3960 – (для воды с плотностью 1.0).

Тормозная мощность – мощность, требуемая для работы насоса в заданной точке.

ТОРМОЗНАЯ МОЩНОСТЬ= ВОДЯНАЯ МОЩНОСТЬ/ЭФФЕКТИВ-НОСТЬ НАСОСА

Закон подобия – комплект формул, которые используются для определения действия насоса в любой рабочей точке, основанных на характеристиках насоса. Закон подобия следующий:

Q2/Q1=N2/N1;

P2/P1=(N2/N1) 2 ;

HP2/HP1=(N2/N1) 3 ,

где Q – расход (GFM),

N – скорость вентилятора,

P – давление,

HP - мощность (л.с.).

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Управляемый привод

Имени академика В П Королева.. В Н Астапов.. Управляемый привод..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Принципы построения и алгоритмы регулирования управляемых приводов автоматизированных систем
Традиционно ранее использовались системы управляемого пуска электропривода, которые выполняли функции ступенчатого или плавного регулирования скорости в довольно ограниченном диапазоне скоростей. Э

В последние годы большое распространение во всем мире получают тиристорные пусковые устройства, или, как их ещё называют, устройства плавного пуска, предназначенные для управления пусковыми режимам

Принцип работы устройства
Основная задача, решаемая при пуске, – получение плавного нарастания тока, момента и частоты вращения двигателя. При использовании ТПУ она обеспечивается плавным нарастанием напряжения на двигателе

Функции защиты
Дополнительно к функциям управления пусковыми режимами и режимами останова, ТПУ снабжаются функциями защиты АД и защиты ТПУ от аварийных режимов. К стандартным функциям относятся: за

Система управления
Интерфейсная часть системы управления содержит, как правило, две части: интерфейс оператора и интерфейс оборудования. Интерфейс оператора выполняется обычно на основе жидкокристалличе

Частотно-регулируемый привод с шим-преобразователем в системах управления асинхронными двигателями
1.1 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Современные требования к производителям, как бытового электрооборудования так и промышленных предприятий, выпускать продукцию более эк

Асинхронный электродвигатель
В противоположность коллекторным и бесколлекторным электродвигателям постоянного тока асинхронные электродвигатели не содержат постоянных магнитов. Ротор выполнен в виде короткозамкнутой обмотки (&

Принцип обычной широтно-импульсной модуляции
Одним из способов решения задачи формирования с помощью инвертора трехфазной синусоидальной системы напряжений со сдвигом по фазе 120 градусов на обмотках статора является использование таблицы син

Таблицы преобразования со значениями синусов
Как показано в предыдущем разделе обычное ШИМ-управление подразумевает использование таблицы синусов для вычисления sin(q) для всех значений d от 0 до 2p. Используя некоторые свойства тригонометрич

Принцип действия ПИ-регулятора
Алгоритм ПИ-регулятора может быть реализован без обращения к сложной теории автоматического управления. Целью данного алгоритма является определение управляющего сигнала объектом управления (в наше

Основные теоретические положения
В предыдущей лекции рассматривалась реализация устройства управления асинхронным электродвигателем с обратной связью по скорости на основе микроконтроллера AT90PWM3 с использованием

Электроприводами
Частотное управление электродвигателями осуществляется двумя основными способами: по функциональной характеристике, связывающей напряжение и частоту статора электродвигателя (U/f – характе

В системе управления
В частотно-регулируемых электроприводах фирмы АВВ используется технология прямого управления моментами (технология DTC). Она позволяет управлять двигателем без импульсного датчика с

Унифицированные системы электроприводов
Унифицированные системы выполняются на базе комплектных электроприводов постоянного и переменного токов. Доля электроприводов постоянного тока составляет в новых разработках систем автоматизации пр

Электроприводы переменного тока
Частотно-регулируемые электроприводы выпускают различные электротехнические корпорации: одно из ведущих мест на мировом рынке занимают фирмы «Allen-Bradley» и «Siemens». Су

Электроприводы постоянного тока
Проекты нового технологического оборудования выполняются с использованием систем автоматизированных электроприводов переменного тока. Однако в проектах модернизации действующего оборудования в базо

Средства управления и программирования электроприводов
Основным средством управления электроприводом является программируемый контроллер, с помощью которого и решаются задачи управления. Имеются базовый модуль контроллера и модули расширения. С помощью

Управление с использованием нечеткой логики
Алгоритмы управления с использованием нечеткой логики реализуются в системах управления электропривода программным способом. В программируемых контроллерах предусматриваются модули с инструкциями д

Система управления насосом с использованием нечеткой логики
Рассмотрим пример управления асинхронным электроприводом центробежного насоса для стабилизации давления в системе водоснабжения. Система управления (Рис.9.3) включает в себя микропроцессорную систе

Приводами переменного тока
Асинхронные электродвигатели переменного тока являются основными преобразователями электрической энергии во всем мире и применяются в промышленности, коммерции и даже в быту. Пре

Вентиляторы
Большинство вентиляторов это центробежные машины, которые воздействуют на воздух центробежной силой. Это выражается в повышении давления и появлении потока воздуха на выходе вентилятора. Такой

Приводы переменной скорости
Этот метод использует преимущества изменения характеристик вентилятора при изменении скорости вращения. Эти изменения количественно выражаются в комплекте формул, называемых законам

Расход Время Мощность Уд. Мощность
100 10 35 3.5 80 40 18 7.2 60 40 7.56 3.024 40 10 2.24 0.224 Всего: 13.948 Сравнение этих данных с данными, рассчитанн

Управление расходом
На рис.15.1 показаны две независимые характеристики. Одна из них,

Метод переменной скорости
Для расчета требуемой мощности по методу переменной скорости, мы будем использовать законы подобия, изложенные ранее. Из этих законов мы можем видеть, что изменение расхода прямо пропорцио

Статический напор
В предыдущем примере мы не принимали в расчет значения статического давления (напора). Сеть со статическим напором изменяет характеристики системы и, соответственно, потребляемую мощность, что неск

Приводы
При обсуждении работы вентиляторов и насосов преднамерено не заостряли внимание на типе применяемого привода. Это было сделано для того, чтобы при сравнении методов эксплуатации вен

Напор или подробнее о всасе, гидравлических потерях и т.д.

На диаграмме работы центробежного насоса производимое насосом давление выражается через термин «напор » и соответствует высоте столба воды при плотности 1г/см3. Напор чаще всего измеряется в метрах (м).

Напор, создаваемый насосом, показывает какое “давление” может быть достигнуто этим насосом при перекачке какого-то определенного количества воды в результате вращения рабочего колеса с определенной частотой (как правило, 1500 об/мин или выше).

Статический напор и потери на трение

Когда производитель насоса спрашивает у клиента “Какое давление или напор вам необходим?” это означает, какое давление необходимо создать насосу, чтобы перекачать определенное количество воды из начальной в конечную точку и преодолеть при этом все гидравлические сопротивления трубопроводов. Если Вам нужно перекачать воду на 100 м вверх, тогда статический напор у вас будет 100 м (расстояние по вертикали от источника воды до конечной точки перекачки).

Допустим длина трубопроводов у Вас тоже 100 м. Кроме того, предположим, что расчетные гидравлические потери в этой трубе составляют 8%, т.е. 8 м. Тогда animated porn общий динамический напор будет 108 м. Именно это значение у Вас и запрашивал производитель насоса, а не просто 100 м, как предполагали вы.

Следует помнить,

что расстояние по вертикали между поверхностью источника воды до оси рабочего колеса всасывающего naked celebrities насоса называется высотой всасывания (всас , по-английски ‘suction lift’).

Расстояние по вертикали между осью рабочего колеса насоса и самой верхней точкой напорного mobile porn tube трубопровода называется статическим напором (см. рис.).

Расстояние по Amateur Porn вертикали между поверхностью воды источника до верхней точки напорного трубопровода называется общим celebrity news статическим напором .

Что bareback gay porn такое NPSH

У владельцев насосов бытует распространенное заблуждение, что насосы всасывают воду. Насосы не всасывают воду, а используют атмосферное давление, которое «толкает» воду вверх по всасывающему шлангу к насосу в камеру низкого давления, которое создалось в результате вращения рабочего колеса и переноса воды из этой камеры в напорную камеру celebrity sex tapes корпуса насоса. Проще говоря, ничто не работает в вакууме. Поэтому, как только мы включаем насос, рабочее колесо выбрасывает воду из всасывающей камеры насоса в напорную камеру, понижая при этом давление в первой. Вода в источнике, который находится под атмосферным давлением, поднимается по шлангу в насос. И так будет всегда, пока атмосферное давление за минусом высоты всаса и потерь (NPSHa) будет больше сопротивления проточной части насоса (NPSHr).

Это важно

Не вводите себя в заблуждение, когда слышите от продавцов насосов, что их насосы могут celebrity porn всасывать с высоты 9м.

Большинство самовсасывающих насосов смогут это сделать, но идея hentai porn pics в том, чтобы не потерять максимальную производительность при этом, а это удается лишь тем насосам, у которых спроектировано и реализовано низкое сопротивление проточной части (NPSHr).

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ г. СЕМЕЙ

Методическое пособие по теме:

Исследование реологических свойств биологических жидкостей.

Методы исследования кровообращения.

Реография.

Составитель: Преподаватель

Ковалева Л.В.

Основные вопросы темы:

1. Уравнение Бернулли. Статическое и динамическое давления.
2. Реологические свойства крови. Вязкость.
3. Формула Ньютона.
4. Число Рейнольдса.
5. Ньютоновская и Неньютоновская жидкость
6. Ламинарное течение.
7. Турбулентное течение.
8. Определение вязкости крови с помощью медицинского вискозиметра.
9. Закон Пуазейля.
10. Определение скорости кровотока.
11. Полное сопротивление тканей организма. Физические основы реографии. Реоэнцефалография
12. Физические основы баллистокардиографии.

Уравнение Бернулли. Статическое и динамическое давления.

Идеальной называется несжимаемая и не имеющая внутреннего трения, или вязкости; стационарным или установившимся называется течение, при котором скорости частиц жидкости в каждой точке потока со временем не изменяются. Установившееся течение характеризуют линиями тока - воображаемыми линиями, совпадающими с траекториями частиц. Часть потока жидкости, ограниченная со всех сторон линиями тока, образует трубку тока или струю. Выделим трубку тока настолько узкую, что скорости частиц V в любом ее сечении S, перпендикулярном оси трубки, можно считать одинаковыми по всему сечению. Тогда объем жидкости, протекающий через любое сечение трубки в единицу времени остается постоянным, так как движение частиц в жидкости происходит только вдоль оси трубки: . Это соотношение назы­вается условием неразрывности струи. Отсюда следует, что и для реальной жидкости при установившемся течении по трубе переменного сечения количество Qжидкости, проте­кающее в единицу времени через любое сечение трубы, остается по­стоянным (Q = const) и средние скорости течения в различных сече­ниях трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений: и т. д.

Выделим в потоке идеальной жидкости трубку тока, а в ней - достаточно малый объем жидкости массой , который при тече­нии жидкости перемещается из положения А в положение В.

Из-за малости объема можно считать, что все частицы жидкости в нем находятся в равных условиях: в положе­нии А имеют давление скорость и находятся на высоте h 1 от нуле­вого уровня; в положении В - соот­ветственно . Сечения трубки тока соответственно S 1 и S 2 .

Жидкость, находящаяся под дав­лением, обладает внутренней потен­циальной энергией (энергией давле­ния), за счет которой она может совершать работу. Этаэнергия W p измеряется произведением давления на объем V жидкости: . В данном случае перемещение массы жидкости происходит под действием разности сил давления в се­чениях Si и S 2 . Совершаемая при этом работа А р равняется разности по­тенциальных энергий давления в точках . Эта работа расходуется на работу по преодолению действия силы тяжес­ти и на изменение кинетической энергии массы

Жидкости:

Следовательно, А р = A h + A D

Перегруппировав члены уравнения, получим

Положения А и В выбраны произвольно, поэтому можно утверждать, что в любом месте вдоль трубки тока сохраняется условие

разделив это уравнение на , получим

где - плотность жидкости.

Это и есть уравнение Бернулли. Все члены уравнения, как легко убедиться, имеют размерность давления и называются: статистическим: гидростатическим: - динамическим. Тогда уравнение Бернулли можно сформулировать так:

при стационарном течении идеальной жидкости полное давление равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений, остается величиной постоянной в любом поперечном сечении потока.

Для горизонтальной трубки тока гидростатическое давление ос­тается постоянным и может быть отнесено в правую часть уравнения, которое при этом принимает вид

статистическое давление обусловливает потенциальную энергию жидкос­ти (энергию давления), динамическое давление - кинетическую.

Из этого уравнения следует вывод, называемый правилом Бернулли:

статическое давление невязкой жидкости при течении по горизон­тальной трубе возрастает там, где скорость ее уменьшается, и на­оборот.

Как показал опыт практической работы, связанной с применением насосного оборудования, много людей ошибочно подбирают оборудование, не вникая в физику процесса. Мы хотим дать курс, описывающий физические процессы в гидравлической системе. Эта информация будет полезна всем читателям. Все должно быть достаточно просто, так как при написании серии данных статей, мы руководствовались простотой изложения. Надеемся, информация окажется полезной для Вас.

1. Характеристика системы
Главным назначением гидравлических систем в большинстве случаев является либо подача жидкости из источника к требуемой точке, то есть заполнение резервуара, расположенного на более высокой отметке, либо циркуляция жидкости по всей системе, как способ передачи тепла.
Давление, необходимое для создания потока жидкости, должно быть, подобрано в требуемом значении и должно компенсировать потери в системе. Существует два типа потерь: статический напор и потери напора на трении.

Статический напор - это разница высот между всасывающим и напорными резервуарами, как показано на рис. 1. Он не зависит от значения расхода, как показано графически на рис. 2.
Потери напора на трении (иногда называемые потери динамического напора) возникают во время прохождения перекачиваемой жидкостью труб, клапанов и другого оборудования системы. Данные потери пропорциональны площади пройденной потоком.
Замкнутый контур циркуляционной системы, недоступный воздействию атмосферного давления, имеет только гидравлические потери напора системы на трение, находящиеся в обратной зависимости к значению расхода, как показано на рис. 3.

2. График кривой гидравлической характеристики
Большинство систем имеют одновременно статический напор и потери напора на трении, а большинство случаев, отражено на двух кривых рис. 4 и 5. Значение отношения статического напора к потерям напора на трении, по всему рабочему диапазону, влияет на эффективность, которая должна достигаться при работе двигателей с частотным регулированием.
Статический напор - это особенность индивидуальной системы, уменьшающая данный напор, там где это возможно, обычно это экономит затраты на установку и эксплуатацию насоса. Потери напора на трении должны быть снижены с целью снижения средств на эксплуатацию насоса, но после исключения ненужной трубопроводной арматуры и участка трубы, дальнейшее снижение потерь на напоре будет требовать больший диаметр труб, которые повысят затраты на монтаж.

3. Гидравлическая кривая насоса
Характеристики насоса могут быть также выражены графически, как отношение напора к расходу. Смотрите рис. 6 для центробежных насосов и рис. 7 для поршневых.
Центробежные насосы имеют гидравлическую кривую характеристик, где с увеличением расхода, напор по-степеннно падает, но для поршневых насосов, какое бы ни было значение напора, расход практически постоянный.

4. Рабочая точка насоса
Когда насос устанавливается в системе, то их взаимодействие может быть изображено графически наложением насоса и гидравлической кривой системы, (рис. 8 и рис. 9).
Если фактическая гидравлическая кривая системы отличается от расчетной, то насос будет работать в точке с напором и расходом, отличном от ожидаемого.
У поршневых насосов, если гидравлическое сопротивление системы растет, то насос увеличит давление нагнетания и будет сохранять практически постоянный расход, зависящий от вязкости жидкости и типа насоса. Без использования защитной трубопроводной арматуры значение давления может достичь критической отметки.
Для центробежных насосов увеличение гидравлического сопротивления системы сведет расход в конечном итоге до значения «О», но максимальное значение напора, как показано на рис. 8 ограничивается. Кроме того, при таких условиях возможен непродолжительный период работы насоса. Ошибка расчета кривой гидравлической системы вероятнее всего может также привести к выбору центробежного насоса не отвечающего оптимальным характеристикам.
При подборе насоса большего типоразмера, который будет работать в большем значении расхода или даже в условиях дроссельной системы, дополнительный запас мощности увеличит потребление энергии и сократит срок службы насоса.

• плотность (“тяжесть” жидкости)
• давление насыщенных паров (температура кипения)
• температура
• вязкость (“густоту” жидкости)

2. Объем, который необходимо по­дать (расход) 3. Высота всасывания:разница в уровне между насосом и точкой забора жидкости 4. Высота нагнетания: разница в уровне между насосом и наивысшей точкой, в которую пода­ется жидкость 5. Потери давления на всасывании (потери на трение) 6. Потери давления в напорном тру­бопроводе (потери на трение) 7. Конечное избыточное давление 8. Начальное избыточное давление Когда все эти данные известны, мож­но определить режим работы насоса и выбрать его оптимальную модель.

Характеристики жидкости

Для выбора оптимального насоса необходимо иметь полную инфор­мацию о характеристиках той жид­кости, которая должна подаваться потребителю. Естественно, что “более тяжелая” жидкость потребует больше затрат энергии при перекачивании данного объема. Чтобы описать, насколько одна жидкость “тяжелее” другой, ис­пользуется такое понятие, как “плот­ность” или “удельный вес”; этот па­раметр определяется как масса (вес) единицы объема жидкости и обычно обозначается как “ρ” (греческая бук­ва “ро”). Измеряется в килограммах на кубометр (кг/м 3). Любая жидкость при определенных температуре и давлении стремится испариться (температура или точка начала кипения); повышение давле­ния вызывает повышение температуры и наоборот. Таким образом, при более низком давлении (даже воз­можно при вакууме), которое может иметь место со стороны всасывания насоса, жидкость будет иметь более низкую температуру кипения. Если она близка или в особенности ниже текущей температуры жидкости, воз­можно образование пара и возник­новение кавитации в насосе, что в свою очередь может иметь отрица­тельные последствия для его харак­теристик и способно вызвать серьез­ные повреждения (смотрите главу о кавитации). Вязкость жидкости вызывает потери на трение в трубах. Численное значе­ние этих потерь можно получить у из­готовителя конкретного насоса. Необходимо учитывать, что вязкость “густых” жидкостей, таких как масло, с ростом температуры падает. Расход воды Он определяется как объем, кото­рый должен быть подан за указанное время, и обозначается как “Q”. При­меняемые единицы измерения: как правило, это литры в минуту (л/мин) для насосов небольшой мощности/ производительности, кубометры в час (м 3 /ч) для насосов средней про­изводительности и, наконец, кубоме­тры в секунду (м 3 /с) для самых мощ­ных насосов. Размеры поперечного сечения тру­бопровода определяются объемом, который должен быть подан потре­бителю при данной скорости потока жидкости “v”:

Геодезическая (статическая) высота всасывания

Она определяется как разница в гео­дезическом уровне между впускным патрубком насоса и свободной по­верхностью жидкости в наиболее низ­ко расположенном резервуаре, изме­ряется в метрах (м) (рис. 3, поз. 1).

Статическая высота подачи (статический напор)

Она определяется как разница в гео­дезическом уровне между выпуск­ным патрубком и наивысшей точкой гидросистемы, в которую необходи­мо подать жидкость (рис. 3, поз. 2).

Потери давления на всасывании

Это потери на трение между жидкос­тью и стенками трубопровода и за­висят от вязкости жидкости, качества шероховатости поверхности стенок трубопровода и скорости потока жидкости. При увеличении скорости потока в 2 раза потери давления воз­растают во второй степени (рис. 4, поз. 1). Информацию о потерях давления в трубопроводе, коленах, фитингах и т.п. при различных скоростях потока можно получить у поставщика. Потери давления в напорном трубопроводе Смотрите описание, приведенное выше (рис. 4, поз. 2).

Конечное избыточное давление

Это давление, которое необходимо иметь в той точке, куда должна пода­ваться жидкость (рис. 5, поз. 1).

Начальное избыточное давление

Это давление на свободной поверх­ности жидкости в месте водозабора. Для открытого резервуара или бака это просто атмосферное (бароме­трическое) давление (рис. 5, поз. 2).

Связь между напором и давлением

Как можно видеть из рис. 6, столб воды высотой 10 м оказывает такое же давление, что и столб ртути (Hg) высотой 0,7335 м. Умножив высоту столба (напор) на плотность жидко­сти и ускорение свободного падения (g), получим давление в ньютонах на квадратный метр (Н/м 2) или в паска­лях (Па). Поскольку это очень незна­чительная величина, в практику экс­плуатации насосов ввели единицу измерения, равную 100000 Па, наз­ванную баром. Уравнение на рис. 6 можно решить в метрах высоты столба жидкости: Таким образом, высоту столба жид­костей с различной вязкостью можно привести к эквивалентной высоте во­дяного столба. На рис. 7 приводятся коэффициенты преобразования для множества различных единиц изме­рения давления. Ниже показан пример расчета общего гидравлического напора со схемой установки насоса.
Гидравлическая мощность (P hyd) насо­са определяет объем жидкости, пода­ваемой при данном напоре за данное время, и может быть рассчитана с по­мощью следующей формулы:

Пример

Объем в 35 м 3 воды за час должен быть перекачан из колодца глубиной 4 м в бак, размещенный на высоте 16 м относительно уровня установки насоса; конечное давление в баке должно быть 2 бара. Потери напора на трение во всасывающем трубопро­воде принимаются равными 0,4 м, а в напорном трубопроводе составляют 1,3 м включая потери в коленах. Плотность воды предположительно составляет 1000 кг/м 3 и значение уско­рения свободного падения 9,81 м/с 2 . Решение: Общий напор (H): Высота всасывания - 4,00 м Потери напора на всасывании - 0,40 м Высота нагнетания - 16,00 м Потери давления в напорном трубопроводе - 1,30 м Конечное давление: - 2 бара*~20,40м Минус 1 атм**~ -9,87 м Общий напор - 32,23 м Гидравлическая мощность определя­ется по формуле: * В данном примере конечное из­быточное давление дано как абсо­лютное давление, т.е. как давление, измеренное относительно абсолют­ного вакуума. ** Если конечное избыточное давле­ние дано как абсолютное, то началь­ное избыточное давление необходи­мо вычесть, поскольку это давление “помогает” насосу всасывать жид­кость. Вода через всасывающий патрубок насоса попадает на вход рабочего колеса и под действием вращаю­щихся лопаток испытывает положи­тельное ускорение. В диффузоре кинетическая энергия потока преоб­разуется в потенциальную энергию давления. В многоступенчатых насо­сах поперечное сечение диффузора со встроенными неподвижными ло­патками называют “направляющим аппаратом”. Из схемы на рис. 10 видно, что потенциальная энергия в виде давле­ния в насосе растет в направлении от всасывающего к напорному па­трубку, поскольку гидродинамиче­ское давление, создаваемое рабо­чим колесом (кинетическая энергия скорости потока), преобразуется в потенциальную энергию давления в диффузоре.

Рабочие характеристики насоса

На рис. 11 представлена типичная эксплуатационная характеристика центробежного насоса “Q/H”. Из нее видно, что максимальное дав­ление нагнетания достигается, когда подача насоса равна нулю, т.е. когда напорный патрубок насоса закрыт. Как только поток в насосе возраста­ет (увеличивается объем перекачи­ваемой жидкости), высота нагнета­ния падает. Точная характеристика зависимости подачи Q от напора H определяет­ся изготовителем опытным путем на испытательном стенде. Например (рис. 11), при напоре H 1 насос бу­дет подавать объем Q 1 и аналогично при H 2 - Q 2 .

Эксплуатационная характеристика насоса

Как уже было показано выше, поте­ри напора на трение в трубопроводе зависят от качества шероховатости поверхности стенок трубопровода, и квадрата скорости потока жидкости и, конечно же, от протяженности тру­бопровода. Потери давления на трение можно представить на графике “H/Q” как кри­вую характеристики гидросистемы. В случае замкнутых систем, таких как системы центрального отопле­ния, текущая высота нагнетания мо­жет не учитываться, поскольку она уравновешивается положительным напором со стороны всасывающего патрубка.
Потери давления [Па/м] при температуре t = 60°C. Рекомендуемые потери в трубах – не более 150 Па/м.

Рабочая точка

Рабочая точка – это точка пересече­ния графика характеристики насоса с графиком характеристики гидроси­стемы. Понятно, что любые изменения в гидросистеме, например измене­ние проходного сечения клапана при его открытии или образование отложений в трубопроводе, сказы­ваются на характеристики гидроси­стемы, в результате чего положение рабочей точки изменяется. Анало­гичным образом изменения в насо­се, например износ рабочего колеса или изменении частоты вращения, вызовут возникновение новой рабо­чей точки.

Последовательно включенные насосы

Многоступенчатые насосы можно рассматривать как пример последо­вательно включенных одноступенча­тых насосов. Конечно, в этом случае невозможно разобщить отдельные ступени, что иногда бывает желатель­но при проверке состояния насоса. Поскольку неработающий насос соз­дает существенное сопротивление, не­обходимо предусмотреть байпасную линию и обратный клапан (рис. 14). Для работающих последовательно насосов общий напор (рис. 15) при любой заданной подаче определяет­ся суммой значений высоты нагнета­ния каждого отдельного насоса.

Параллельно включенные насосы.

Такая схема монтажа используется с целью обеспечения контроля со­стояния насосов или для обеспече­ния эксплуатационной безопасности, когда требуется наличие вспомога­тельного или резервного оборудо­вания (например, сдвоенные насо­сы в отопительной системе). В этом случае также необходимо устанавли­вать обратные клапаны для каждого из насосов, чтобы предотвратить об­разование противотока через один из неработающих насосов. Этим тре­бованиям в сдвоенных насосах удо­влетворяет переключающий клапан типа заслонки. Для параллельно работающих насо­сов общая подача (рис. 17) опреде­ляется как сумма значений подачи отдельных насосов при постоянном напоре.

КПД насоса

КПД насоса показывает, какая часть механической энергии, переданной насосу через его вал, преобразова­лась в полезную гидравлическую энергию. На КПД влияют:

• форма корпуса насоса;
• форма рабочего колеса и диф­фузора;
• качество шероховатости поверх­ности;
• уплотнительные зазоры между всасывающей и напорной поло­стями насоса.

Чтобы потребитель имел возмож­ность определить КПД насоса в кон­кретной рабочей точке, большинство изготовителей насосного оборудова­ния прилагают к диаграммам рабо­чих характеристик насоса диаграм­мы с графиками характеристик КПД (рис. 18).

Типовые закономерности

Приведенные далее типовые зако­ номерности демонстрируют тео­ретическое влияние диаметра ( d ) рабочего колеса на напор , подачу и потребляемую мощность . Напор пропорционален диаметру во второй степени: Согласно этой закономерности, удво­ение диаметра повысит напор в 4 раза. Подача пропорциональна диаметру в третьей степени: Согласно этой закономерности, удво­ение диаметра повысит подачу в 8 раза. Потребляемая мощность пропорцио­нальна диаметру в пятой степени: Согласно этой закономерности, удво­ение диаметра повысит потребляе­мую мощность в 32 раза.

Типовые закономерности

Приведенные далее типовые зако­ номерности демонстрируют теоре­ тическое влияние частоты враще­ ния (n) рабочего колеса на напор , подачу и потребляемую мощность . Подача пропорциональна частоте вращения: Согласно этой закономерности, удво­ение частоты вращения в два раза по­высит подачу. Напор пропорционален квадрату ча­стоты вращения: Согласно этой закономерности, удво­ение частоты вращения в 4 раза по­высит напор. Потребляемая мощность пропорци­ональна частоте вращения в третьей степени: Согласно этой закономерности, удво­ение частоты вращения в 8 раз повы­сит потребляемую мощность.

Потребляемая мощность

P 1 : Мощность, потребляемая электро­двигателем из электросети. У электродвигателей, непосредствен­но присоединенных к валу насосов, как это имеет место в приводе цир­куляционных насосов, максимальное значение потребляемой мощности ука­зывается на фирменной табличке с тех­ническими данными. P 1 также можно определить по следую­щей формуле: (3-фазные электродвигатели) (1-фазные электродвигатели) где: V = напряжение (В) I = сила тока (A) cos ϕ = коэффициент мощности (-) P 2 : мощность на валу электродвигателя. В случае, когда электродвигатель и на­сос являются отдельными узлами (вклю­чая стандартные и погружные электро­двигатели), на фирменной табличке указывается максимальная мощность на валу электродвигателя. P 3 : Мощность, потребляемая насосом Текущая нагрузка электродвигателя может быть определена по кривой мощ­ности насоса. В случае непосредствен­ного присоединения электродвигателя к валу насосов: P 3 = P 2 . P 4 : Мощность насоса (P hydraulic) Значение мощности насоса определя­ется по формуле:

Адаптация насосов к переменным режимам эксплуатации

Потери давления в гидросистеме рассчитываются для определенных специфических условий эксплуа­тации. На практике характеристика гидросистемы почти никогда не со­впадает с теоретической из-за коэф­фициентов запаса прочности, закла­дываемых в гидросистему. Рабочая точка гидросистемы с насо­сом – это всегда точка пересечения графика характеристики насоса с графиком характеристики гидроси­стемы, следовательно, подача обыч­но бывает больше, чем требуется для новой гидросистемы. Такое несоответствие может соз­дать проблемы в гидросистеме. В отопительных контурах может воз­никать шум, вызванный потоком, в конденсатных системах – кавитация, а в некоторых случаях неоправданно большая подача приводит к потерям энергии. Вследствие этого возникает необ­ходимость смещения рабочей точки (точки пересечения графиков обоих характеристик) путем регулировки насоса и подстройки гидросистемы. На практике применяют один из ука­занных ниже способов:

1. Изменение характеристики гид­росистемы путем прикрытия дрос­сельного клапана (дросселирова­ние) (рис. 22).
2. Изменение характеристики насо­са за счет уменьшения наружно­го диаметра (путем механической обработки) его рабочего колеса (рис. 23).
3. Изменение характеристики на­соса путем регулировки частоты вращения (рис. 24).

Регулирование подачи с помощью дроссельного клапана

Уменьшение проходного сечения дроссельного клапана в гидроси­стеме вызывает повышение потерь давления (гидродинамического на­пора H dyn), делая кривую характери­стики гидросистемы более крутой, в результате чего рабочая точка сме­щается в направлении более низкой подачи (смотрите рис. 25). В результате снижается потребляе­мая мощность, поскольку центробеж­ные насосы имеют характеристику мощности, которая уменьшается при уменьшении подачи. Однако потери мощности при дроссельном регули­ровании в гидросистеме с высоким значением потребляемой мощности будут значительны, поэтому в таких случаях необходимо проводить спе­циальные расчеты для оценки рен­табельности метода регулирования подачи с помощью дроссельного клапана.

Модификация рабочего колеса

В тех случаях, когда снижение про­изводительности насоса и напо­ра требуется постоянно, наиболее оптимальным решением может стать уменьшение наружного диаметра ра­бочего колеса. При этом протачивают по наружно­му диаметру либо все рабочее коле­со, либо только торцы лопаток. Чем больше будет занижение наружного диаметра, тем ниже станет КПД на­соса. Снижение КПД обычно бывает бо­лее значительно в тех насосах, кото­рые работают на высоких оборотах. У низкооборотных насосов оно не столь заметно, в особенности, если уменьшение наружного диаметра не­значительно. Когда уменьшение наружного диаме­тра незначительно, то с достаточно высокой степенью точности можно воспользоваться следующими соот­ношениями: На рис. 27 представлен способ определения заниженного диаметра D x с помощью диаграммы характе­ристики “H/Q” в линейных координа­тах. Начало координат (Q = 0, H = 0) соединяется с новой рабочей точкой (Q x , H x) прямой линией, продолжен­ной до пересечения с характеристи­кой имеющегося насоса (Q, H) в точ­ке “s”. После этого новый диаметр (D x) рассчитывается по следующей формуле: Однако эти зависимости недействи­тельны в случае необходимости значительного снижения произво­дительности насоса. В таком случае рекомендуется проводить заниже­ние рабочего колеса в несколько этапов. Сначала занижение диаме­тра рабочего колеса выполняется до размера, несколько превышающего значение D x , рассчитываемое как указывалось выше. После этого на­сос подвергается испытаниям, после которых можно определить оконча­тельный диаметр. В серийном производстве этого мож­но избежать. Имеются графики ра­бочих характеристик для насосов, оборудованных рабочими колесами с различным занижением наружного диаметра (смотрите рис. 28), непо­средственно по которым можно рас­считать значение D x , используя выше­указанные формулы.

Регулирование частоты вращения

Изменение частоты вращения вы­зовет изменения в рабочих харак­теристиках центробежного насоса. Воспользуемся типовыми законо­мерностями, указанными ранее:

Кавитация

Наиболее часто встречающиеся при эксплуатации насосов проблемы связаны с условиями всасывания на входе гидросистемы и почти всегда они бывают вызваны слишком низ­ким гидростатическим давлением (подпором) на входе насоса. Причина этого может корениться либо в выборе насоса с неоптималь­ными для данных условий эксплуа­тации параметрами, либо в ошибках, допущенных при проектировании ги­дросистемы. Вращение рабочего колеса отбрасы­вает жидкость к поверхности корпуса насоса, в результате чего со сторо­ны всасывающей полости рабочего колеса возникает разряжение. Это вызывает подсос жидкости через всасывающий клапан и трубопро­вод, которая поступает к рабочему колесу, где она опять отбрасывается к поверхности корпуса насоса. Раз­ряжение на входе насоса зависит от разницы между уровнем положения впускного отверстия и поверхности перекачиваемой жидкости, от потерь давления на трение во всасывающем клапане и трубопроводе, а также от плотности самой жидкости. Это разряжение ограничено давлени­ем насыщенного пара жидкости при данной температуре, т.е. давлением, при котором будут образовываться пузырьки пара. Любая попытка сни­зить гидростатическое давление до величины, меньшей чем давление насыщенного пара, приведет к тому, что жидкость отреагирует на это образованием пузырьков пара, по­скольку она начнет закипать. В насосе кавитация возникает тог­да, когда давление с той стороны лопаток рабочего колеса, которая обращена в сторону всасывающей полости (обычно вблизи впускного отверстия насоса), падает ниже дав­ления насыщенного пара жидкости, вызывая образование пузырьков газа. Будучи перенесенными в об­ласти высокого давления в рабочем колесе, эти пузырьки разрушаются (взрываются), а возникающая при этом волна давления может вызвать повреждение насоса (рис. 31). Это повреждение, которое может возникнуть в течение нескольких минут или через несколько лет, на­столько серьезно, что может отри­цательно подействовать не только на насос, но и на электродвигатель. Наиболее уязвимыми деталями при этом являются подшипники, сварные швы и даже поверхности рабочего колеса. Масштабы повреждений рабочего колеса зависят от характеристик ма­териала, из которого оно изготовле­но; например, из таблицы видно, что при одних и тех же условиях ущерб для рабочего колеса из нержавею­щей стали составляет всего лишь 5% от ущерба, причиненного рабочему колесу из чугуна. Потеря в массе различных материалов (при сравнении за основу взят чугун = 1,0): С явлением кавитации связаны также повышенный уровень шума, падение напора и нестабильность эксплуата­ции. Зачастую повреждение остает­ся не выявленным до тех пор, пока насос и электродвигатель не будут подвергнуты разборке.

Расчеты по устранению опасности кавитации

Кавитационный запас H max насоса, необходимый для устранения опас­ности кавитации, рассчитывается следующим образом: H max: Кавитационный запас насоса (смотрите рис. 33). Если он положительный , насос может работать при данной высоте всасывания. Если он отрицательный , для работы насоса необходимо создать условия, при которых он станет положительным. H b: Атмосферное давление со сто­роны насоса; это – теоретиче­ски максимальная высота вса­сывания. Это значение H b зависит от плотно­сти жидкости и значения “g” со сто­роны насоса (рис. 32). H fs: Потери давления на трение во всасывающем клапане и присо­единенном трубопроводе также зависят от плотности жидкости.

NPSH: N et P ositive S uction H ead

Этот параметр отражает минималь­ное давление на всасывании, не­обходимое для безаварийной экс­плуатации. Он характеризует потери давления на трение на участке от всасывающего патрубка насоса до той точки первого рабочего колеса, в которой давление минимально, и определяет гидравлические условия, при которых насос не в состоянии всасывать цельный водяной столб высотой 10,33 м. Таким образом, зна­чение NPSH будет расти с ростом по­дачи, что можно видеть из графика характеристики на рис. 35 конкрет­ного насоса. Для циркуляционных насосов график NPSH не используется; вместо этого на рис. 34 представлена таблица с указанием минимального давления на всасывании, необходимого при различных значениях температуры рабочей жидкости. H v : Этот параметр отражает давле­ние насыщенного пара перека­чиваемой жидкости. Он вклю­чен в уравнение, поскольку при более высокой температуре жидкость начинает испаряться быстрее. H v также зависит от плотности жидкости: H s : Этот параметр представляет собой запас прочности, кото­рый должен определяться в конкретных условиях в зависи­мости от степени надежности и достоверности применяемой методики расчета. На практи­ке его берут равным 0,5-1 м. В случае присутствия в воде газа это значение часто выби­рают равным 2 м.

Как избежать кавитации

Данная аргументация основана на приведенной выше формуле: H max = H b - H fs - NPSH - H v - H s и учитывает влияние каждого из чле­нов уравнения. H max : Насос всегда необходимо уста­навливать как можно ниже или потребуется поднять уровень жидкости со стороны всасыва­ния. Последний способ часто бывает наиболее дешевым ре­шением. Положительное дав­ление на всасывании, созда­ваемое насосом (если таковой имеется) или расширительным бачком, должно поддерживать­ся как можно более высоким. H b : Этот показатель является по­стоянным при перекачивании определенной жидкости в дан­ном месте. H fs : Всасывающий трубопровод должны быть как можно более коротким и иметь минимальное количество колен, клапанов, вентилей и фитингов. NPSH : Следует выбирать насос с наи­меньшим потребным NPSH. H v : Этот параметр может снижать­ся при падении температуры жидкости (температуры окру­жающей среды). H s : Устанавливается индивиду­ально. Наиболее простой способ избежать кавитации – это снизить подачу насо­са путем частичного закрытия нагне­тательного (или напорного) клапана; в результате этого понизится требу­емое значение NPSH и H fs , следова­тельно возрастет значение H max .

Альтернативная методика расчета для устранения опасности кавитации

Многие предпочитают преобразо­вать формулу в функции NPSH сле­дующим образом: Это дает имеющееся значение NPSH available для данной гидросисте­мы, которое затем можно сравнить с требуемым значением NPSH required , указанным на графиках рабочих характеристик соответствующего на­соса. Таким образом, если NPSH available ≥NPSH required кавитации удается избежать. Однако если NPSH available ≤NPSH required то опасность возникновения кавита­ции сохраняется.

Подключение электродвигателя « GRUNDFOS » в соответствии с обозначением на его шильдике

Расшифровка обозначений : “ - “ означает “от - до“; “ / “ означает, что электродвигатель может подключаться двумя разными вариантами; “ D “ обозначение соединения обмо­ток электродвигателя по схеме «тре­угольник»; “ Y “ обозначение соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда». 1 х 220-230 / 240 V

1. Двигатель может быть подключен в однофазную сеть переменного тока напряжением U = 1 x 220-230В.
2. Двигатель может быть подключен в однофазную сеть переменного тока напряжением U = 1 x 240В.

3 х 220 – 240D / 380 – 415Y V

1. Двигатель может быть подключен в трехфазную сеть переменного тока напряжением U = 3 x 380-415В по схеме «звезда».
2. Двигатель может быть подклю­чен в трехфазную сеть переменного тока напряжением U = 3 x 220-240В по схеме «треугольник» (например в Бельгии, в Норвегии, в Италии, во Франции).
3. Двигатель может быть подключен в трехфазную сеть переменного тока напряжением U = 3 x 220-240В по схеме «звезда-треугольник».

3 х 380 – 415D V

1. Двигатель может быть подключен в трехфазную сеть переменного тока напряжением U = 3 x 380-415В по схеме «треугольник».
2. Двигатель может быть подключен в трехфазную сеть переменного тока напряжением U = 3 x 380-415В по схеме «звезда-треугольник».