Насосные агрегаты – устройство, расчет КПД и особенности установки

Типы и классификация насосных агрегатов

Насосный агрегат – это устройство состоящее из насоса и двигателя объединённых вместе. Существует два типа таких установок: передвижная (оборудованная специальной тележкой для перемещения) и стационарная (устанавливается на фундаменте или скважине).

На базе насосных агрегатов, создаются насосные установки и станции. Определение этих терминов:

Насосная установка – это несколько устройств связанных между собой. К ним относятся насосный агрегат, трубопроводы (всасывающие и нагнетательные), измерительная аппаратура, большие емкости для жидкости.

Насосная станция – одно или несколько сооружений, в котором располагается различное оборудование. Здесь будут установлены насосные агрегаты (работающие и запасные), трубопроводы, дополнительные установки. Такие станции используются для обеспечения производственных зданий чистой водой (заводы и предприятия), откачки лишней воды с низменных участков. Более компактные модели, получили своё распространение в обеспечении жидкостью коттеджей и дачных участков.

Классификация насосных агрегатов

Насосы различаются между собой конструкцией, типом исполняемых работ, рабочим действием.

Центробежные насосы

Самые популярные. Это не герметичная конструкция. Чтобы добиться герметичности, необходимо поместить устройство в воду. Выделяются горизонтальные и вертикальные типы конструкции. Принцип действия:

  1. При запуске двигателя, начинает вращаться рабочее колесо.
  2. Жидкость находящаяся внутри этого колеса приходи в движение и приобретает центробежную силу.
  3. Частицы жидкости стремительно направляются к патрубку насоса. Колесо пустеет и давление в нём понижается, создавая вакуум.
  4. Под воздействием атмосферного давления, жидкость, находящаяся в общей ёмкости, устремляется внутрь колеса. Процесс повторяется.

Поршневые насосы

Их главное отличие от центробежных, это герметичность конструкции. Эта машина может работать как с жидкостями, так и с газами. Жидкость внутри этого насоса, перемещается за счёт процесса вытеснения. Рабочий процесс:

  1. После включения, двигатель приводит в движение кривошип, который в свою очередь толкает поршень.
  2. При движении поршня назад, в рабочую ёмкость поступает жидкость из всасывающей трубы. После заполнения резервуара, всасывающая труба закрывается.
  3. Поршень начинает движение вперёд и жидкость под воздействием увеличивающегося давления, поступает в напорный трубопровод. Действия повторяются.

Вихревой насос

Он представляет собой двигатель и подключённое к нему центробежное колесо, в котором располагаются радиальные лопасти. В таких насосах, энергия передаётся от рабочих лопастей к потоку жидкости. Более подробный рабочий процесс:

  1. Через входную трубу, жидкость попадает в промежутки между лопастями. В этих местах, частицам воды передаётся механическая энергия (работа двигателя).
  2. Попадая под воздействие центробежных сил, жидкость выбрасывается в кольцевой канал, расположенный вокруг колеса.
  3. После прохождения этого канала, жидкость снова попадает в пространство между лопастями и приобретает ещё большую механическую энергию.

В итоге образуется вихревой поток. Благодаря ему, напор становится гораздо мощнее, чем в центробежном насосе.

Винтовой насос

Конструкция этого аппарата внутренне напоминает строение мясорубки. Принцип работы основывается на поднятие воды с помощью вращающегося вала на заданную высоту. Он предназначен для поднимания воды с глубокозалегающих источников.

Виды агрегатов

Насосные агрегаты можно разделить на несколько основных видов, по внутреннему строению:

  • электронасос – приводится в действие с помощью электродвигателя;
  • турбонасос – работает с помощью пневно или гидротурбины;
  • дизельный насос – приводится в действие с помощью дизельного двигателя;
  • мотонасос – в таком типе установлен карбюраторный двигатель;
  • гидронасос – работает благодаря гидродвигателю;
  • пневмонасос – комплектуется пневмодвигателем;
  • паровой насос – в этом виде, устанавливается привод от парового цилиндра.

По принципу действия:

  • объёмный – в таком насосе, жидкость перемещается вследствие изменения объёма занимаемой емкости;
  • плунжерный – насос возвратно-поступательного действия, рабочие детали которого, изготавливаются в форме плунжеров.
  • односторонний – действие такое же, как у плунжерного, только жидкость покидает рабочую камеру после движения активного части насоса в одну сторону;
  • двусторонний – тот же принципе действия, что и в одностороннем. Однако жидкость покидает ёмкость при движении рабочей части в обе стороны;
  • мембранный или диафрагменный – рабочие части этого насоса, изготавливаются в форме диафрагм;
  • дозировочный (регулируемый) – очень точный насос. Удерживает подачу жидкости в заданном положение.

Эксплуатация

Во-первых, эксплуатация насосных агрегатов и дополнительного оборудования, разрешается только после прочтения правил эксплуатации. Во-вторых, к действующему устройству, должен прилагаться тех паспорт, в котором будут указаны все характеристики машины, список возможных изменений в конструкции, проводимые ремонтные работы. В-третьих, на используемом аппарате и его составляющих, должны содержаться таблички с названием завода производителя и его основными параметрами.

В инструкции по обслуживанию и правилам эксплуатации, должен быть расписан весь процесс запуска и остановки агрегата, способы настройки параметров, допустимые температуры и уровень масла в подшипниковой зоне.

Пуск и остановка

Перед запуском насоса, необходимо проверить:

  • заполнение рабочей ёмкости водой;
  • состояние трубопроводов, муфт, защитных кожухов, сальников;
  • положение задвижек в напорной и всасывающей трубе;
  • показатели измерительной аппаратуры;
  • уровень масла в подшипниках.

Важно! Задвижка на всасывающей трубе, перед пуском должна быть закрыта.

Перед остановкой, необходимо предварительно перекрыть все задвижки.

Запрещается оставлять насос в работе, с закрытой напорной задвижкой. Это может нарушить целостность всей конструкции.

Область применения

Область применения насоса, будет зависеть от его конструкции.

Центробежный насос

Представители этой конструкции, выделяются небольшим размером, производительностью, равномерной подачей жидкости. Фундамент под такой насосный агрегат может быть лёгким и небольшим.

Их применяют в пожаротушение, отопление, нефтяной промышленности, строительных предприятиях, горнодобывающих и сельскохозяйственных отраслях.

Поршневой насос

Эти агрегаты могут выдерживать огромное давление при низкой скорости перемещения жидкости.

Их применяют в нефтегазовой и химической промышленности, перемещение взрывоопасных жидкостей.

Вихревой насос

Преимуществами таких агрегатов, являются простота конструкции, низкая стоимость, компактный размер с высокой производительностью (эти два параметра гораздо лучше, чем у центробежных).

Области применения: химическая промышленность (перемещение кислот и щелочей), сельское хозяйство (небольшие насосные станции, создание силового потока с большим давлением), как дополнительное оборудование в коммунальной сфере (водоснабжение), на кораблях (подача питьевой воды).

Винтовой насос

Эти агрегаты небольшого размера, очень производительные и бесшумные.

Области применения: строительство (доставка растворов на верхние этажи), пищевая, металлообрабатывающая и химическая промышленности.

Коэффициент полезного действия

Чтобы выбрать хороший и мощный насос, нужно знать, что называется коэффициентом полезного действия насосного агрегата каждого вида. Коэффициент полезного действия насосного агрегата, включает в себя учёт механических, гидравлических и объёмных потерь, которые возникают при наделении энергией используемой жидкости.

Примерные показатели КПД:

  • центробежные – максимум 0.95;
  • поршневые – 0.9;
  • вихревые – 45%;
  • винтовые – 0.8.

Это максимальные показатели КПД двигателя и насоса.

Паспорт насосного агрегата

Типовой паспорт насосного агрегата, обязательно должен присутствовать при его приобретение.

В нем должны содержаться такие данные:

  1. Руководство по эксплуатации.
  2. Маркировка и упаковка.
  3. Транспортировка и хранение.
  4. Указания по безопасности.
  5. Монтаж и установка.
  6. Запуск и остановка.
  7. Дальнейшая эксплуатация.
  8. Гарантийные обязательства.
  9. Сведения о тех обслуживание.
  10. Описание отдельных элементов (схема).

Мощность и КПД насоса

Одним из основных параметров любого агрегата или механизма, на который обращается особое внимание, является коэффициент полезного действия (КПД). Он представляет собой отношение полезной мощности оборудования к потребляемой.

Электродвигатель насоса приводит во вращение вал насоса, на котором установлено рабочее колесо. Результатом работы насоса является преобразование электрической энергии в гидравлическую. Но электрическая энергия не преобразуется в полезную мощность в полном объеме, что обусловлено возникающими в насосе потерями на трение в виде тепловой энергии. Поэтому КПД насоса всегда будет меньше 100% (или 1).

Мощность на валу насоса P2 – это мощность, необходимая двигателю для осуществления вращения рабочего колеса. Полезная мощность насоса P4 определяется с помощью производительности Q и напора H.

где ρ – плотность воды;

g – ускорение свободного падения.

где Pvp – потери мощности в насосе.

Потери мощности в насосе складываются из двух составляющих:

  • гидравлические;
  • механические.

Гидравлические потери в насосе состоят из потерь на преодоление гидравлических сопротивлений в рабочем колесе и корпусе при движении потока жидкости от всасывающего патрубка к напорному. Они зависят от конструктивных особенностей насосов, размеров их проточной части, качества обработки (шероховатости) стенок и поверхностей насоса. Гидравлические потери прямо пропорциональны квадрату скорости перекачиваемой жидкости.

Механические потери обусловлены трением, имеющим место в опорах радиальных и осевых подшипников, а также в торцевом уплотнении. Также данные потери обусловлены трением рабочего колеса и ротора насоса о перекачиваемую жидкость. Механические потери также зависят от конструкции, качества изготовления и типоразмера насоса. Распределение мощностей на насосе

КПД насоса оценивает его энергетическую эффективность. Он определяется, как отношение полезной мощности к потребляемой.

Следовательно, путем к повышению КПД насоса является уменьшение потерь — гидродинамическое совершенствование проточной части, качественная обработка стенок насоса, качество торцевых уплотнений и подшипников.

КПД насоса рассчитывается по следующей формуле:

Q [м3/ч] – производительность насоса;

P2 [кВт] – мощность насоса;

367 – постоянный коэффициент;

ρ [кг/м3] – плотность воды.

Так насос постоянно приводится в действие приводом двигателя, и этот двигатель забирает мощность P1 из сети, чтобы в месте подсоединения насосной части передать мощность валу P2, то КПД двигателя рассчитывается следующим образом:

Тогда общий КПД насоса ŋtot определяется произведением КПД электродвигателя и КПД насоса:

Читайте также:  Насос для отопления дома – устройство, виды, ремонт и особенности выбора

ŋtot = ŋм • ŋp Общий КПД насоса

КПД насосов различных типов и размеров могут варьироваться в очень широком диапазоне. Для насосов с мокрым ротором КПД ŋtot составляет 5–54%, причем последнее значение характерно для высокоэффективных насосов. Насосы с сухим ротором имеют больший КПД ŋtot порядка 30–80%. Зависимость КПД насоса от подачи. Максимальный КПД достигается в средней трети характеристики насоса

Даже в пределах характеристики насоса H(Q) текущий КПД в тот или иной момент меняется от нуля до максимального значения.

Если насос работает при полностью закрытом клапане, то им создается максимальное давление, но перемещения воды нет, поэтому КПД насоса в этот момент равен нулю. Аналогичная ситуация возникает и при открытой трубе. Несмотря на большое количество перекачиваемой воды, давление не создается, поэтому КПД насоса также равен нулю.

Максимальный общий КПД циркуляционного насоса системы отопления достигается в средней части характеристики насоса H(Q). В каталогах изготовителей насосов графики характеристики насосов и зависимости КПД от подачи указаны отдельно для каждого конкретного насоса.

Насос никогда не работает при постоянной производительности. Поэтому при первичном расчете системы отопления необходимо подобрать такой насос, чтобы его рабочая точка находилась в средней трети характеристики насоса большую часть отопительного сезона. Это будет являться гарантией работы насоса при оптимальном КПД.

КПД насоса зависит от его конструкции и мощности двигателя. Далее указаны значения КПД в зависимости от мощности выбранного мотора и конструкции насоса (с мокрым или сухим ротором).

Мощность и КПД насосной установки

Теоретическая мощность центробежного колеса при фиксированной угловой скорости вращения вала в соответствии с определением:

Работа насоса сопровождается дополнительными к NРК,т.∞.(Q) затратами мощности :

1- на преодоление гидравлических потерь в подводе, проточной полости межлопастного пространства и в отводящем устройстве – NГ(Q),

2- на внутренние циркуляционные потоки с расходом q (объемные потери) – Nоб,

3- на покрытие потерь мощности дискового трения, трения в уплотнениях и подшипниках (механические потери) – Nмех.

Суммирование четырех перечисленных выше функций, соответствующих работе насоса при постоянной угловой скорости вращения вала, приводит к характеристике действительной мощности N(Q), как это представлено на рис. 6.1.

Для РК с лопастями, загнутыми назад (см. рис.3.2) вид функции N(Q) близок к линейному, поскольку NГ(Q) возрастает с увеличением Q по закону кубической параболы, а слагаемые Nмех и Nоб можно считать слабо зависящими от Q. При отсутствии подачи полезная мощность насоса равна нулю, а относительно малая потребляемая насосом мощность холостого хода Nх.х. обусловлена объемными и механическими потерями.

Возвращаясь к понятию полезной мощности насоса:

Nпол = ρ Q g Н = Q Р, Вт (6.2)

и, учитывая вышесказанное о различных видах потерь, можно записать выражение для мощности, развиваемой лопастями РК- внутренней мощности насоса:

где Δh -суммарные потери напора.

Отношение полезной мощности к внутренней называется внутренним КПД:

Nпол = Nвн ηоб ηг = Nвн ηвн. (6.5)

Объемный КПД есть отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками. Он определяется относительной величиной внутренних перетечек в проточной части :

N

Объемный КПД есть отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками. Он определяется относительной величиной внутренних перетечек в проточной части :

Гидравлический КПД – ηг, характеризующий совершенство насоса в отношении гидравлических потерь (в т.ч. и в отношении влияния конечного числа лопастей), есть отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление гидравлических потерь в насосе:

Учет механических потерь насоса производят введением механического КПД. Согласно ГОСТ 17398-72 это есть величина, выражающая относительную долю механических потерь в насосе, т.е. отношение внутренней мощности Nвн к сумме Nвн +Nмех = Nв:

Такой способ описания потерь приводит к простой формуле для связи Nпол и Nв :

Nпол = Nв ηг ηоб ηмех =Nв η (6.7)

и для полного КПД машины:

η = ηг ηоб ηмех. (6.8)

На рис. 6.2 приведены графики функций N(Q), Н(Q), η(Q) при постоянной угловой скорости вращения вала ω центробежного насоса, называемые его характеристикой.Нетрудно видеть, что КПД насоса достигает максимального значения ηмах при определенной величине подачи Qопт, посколькупри больших значениях Q функция Н(Q) стремится к нулю. Режим работы насоса при наибольшем значении КПД называется оптимальным. Такой режим характеризуется определенными значениями величин напора Нопт и полезной мощности Nопт.

Вышеизложенное справедливо для любых значений параметра ω, т.е. U 2 2/g (см. рис. 5.2). Если привод насосного агрегата позволяет иметь переменную угловую скорость вращения вала, то характеристика насоса представляется в виде семейства кривых N(Q), Н(Q), η(Q) и каждому значению ω будет соответствовать свой набор величин ηмах, Qопт, Нопт и Nопт.

При углах β2 ≥90 0 (лопасти загнуты вперед и Ctg β2

Дата добавления: 2014-12-07 ; Просмотров: 962 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Подача, напор, мощность, КПД

ЛЕКЦИЯ 2

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ НАСОСОВ

Подача, напор, мощность, КПД.

Высота всасывания.

Теоретические основы движения жидкости в центробежном насосе.

Характеристики центробежных насосов. Виды характеристик.

Подача, напор, мощность, КПД

Работа центробежного насоса характеризуется такими основными параметрами.

Подача – количество жидкости, которое подается насосом в напорный патрубок за единицу времени. Как следует из определения, расход жидкости, проходящей в трубопроводе, равен подаче нагнетателя, сообщающего этой жидкости движение. Различают понятия объемной Q и массовой подачи насоса M, которые связаны между собой таким соотношением:

(2.1)

где r- плотность жидкости при температуре перекачки.

При установившемся движении и неизменной плотности жидкости расход равен:

(2.2)

где F – поперечное сечение трубопровода, м 2

υ – средняя скорость потока, м/с

Напор понятие энергетическое.Напором (Н) называется приращение удельной энергии потока среды (энергии, отнесенной к массе 1 кг) при прохождении ее через рабочие органы насоса.

Принято различать напор манометрический, который определяется по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и напор требуемый, подсчитанный по схеме насосной установки.

Рис. 2.1. Схема насосной установки: 1 – насос; 2 – электродвигатель; 3 – задвижка; 4 – манометр; 5 – напорный трубопровод; 6 – резервуар приемник; 7 – вакуумметр; 8 – всасывающий трубопровод; 9 – резервуар отборник; 10 – приемный клапан.

Обозначим: рм – давление, показываемое манометром, Па; рв – давление, показываемое вакуумметром Па, НВ – геометрическая (геодезическая) высота всасывания, м; НГГВСГН – полная геометрическая высота подъема жидкой среды, м; Zв – превышение вакуумметра над точкой его подключения, м; Zм – превышение манометра над точкой его подключения, м; Z – разность уравнении сечений (I-I) и (II-II), м; – напор жидкости на входе в насос по отношению к плоскости отсчета, проходящей через ось насоса, м; – напор жидкой среды на выходе из насоса по отношению к той же плоскости отсчета, м.

Тогда согласно определению напора

(2.3)

Т.к. а ,

Напор насоса будет равен:

(2.4)

В выражении (2.4) сумма первых двух членов представляет собой разность избыточных давлений в сечениях I-I и II –II, приведенных к оси насоса, и называется манометрическим напором.

(2.5)

Определим требуемый напор по схеме установки:

Из уравнения Бернулли для сечений 0-0 и I-I (приняв за плоскость сравнения нижний уровень)

Из уравнений Бернулли для сечений II –II и К-К (приняв за плоскость сравнения ось насоса)

Найдем значение напора, рассматривая правые части уравнений (левые рассмотрены при определении манометрического напора.)

Сумма потерь во всасывающем и нагнетательном трубопроводах , а

Поэтому требуемый напор

(2.6)

Полные потери напора в трубопроводе складываются из потери напора на трение и суммы потерь на местные сопротивления:

Таким образом, в общем случае напор насоса расходуется на преодоление противодавления в напорном резервуаре, геометрическую высоту подъема жидкой среды и преодоление сопротивлений в трубопроводе.

Мощность.Под мощностью понимают энергию, сообщаемую или затрачиваемую в единицу времени. Используя такие понятия, как напор насоса можно определить полезную мощность потока жидкости, выходящей из нагнетателя. Если каждой единице веса капельной жидкости сообщается энергия Н, то при весовой подаче насоса, равной , жидкость выходит из насоса, обладая полезной мощностью

(2.7)

В любой насосной установке мощность в различных ее узлах не одинакова. Чаще всего приводом для нагнетателя является электродвигатель, который потребляет мощность Nэ. Эта мощность в электродвигателе преобразуется в механическую мощность, которая выходит от электродвигателя в виде мощности на валу Nв. Вполне естественно, что мощность на валу меньше, чем мощность электрическая, так как часть мощности теряется при работе электродвигателя. Потери мощности в электродвигателе учитываются КПД электродвигателя (ηэ) в виде зависимости

. (2.8)

Таким образом, нагнетателю подается мощность на валу, или как ее называют, потребляемая мощность нагнетателя.

Коэффициент полезного действия насоса (КПД).

Потери мощности в нагнетателе, определяемые величиной ηн , подразделяют на гидравлические, объемные и механические.

Механическими являются потери мощности на различные виды трения в рабочем органе нагнетателя, hм – механический КПД; который учитывает механические потери энергии в подшипниках, уплотнениях насоса, а также при трении диска рабочего колеса о жидкость.

Читайте также:  Бочковые насосы – устройство, преимущества и перечень популярных моделей

Объемные потери возникают в результате утечек жидкости через уплотнения в нагнетателе, а также перетоков из областей высокого давления в области низких, обусловленных особенностями конструкций. Перетоки отмечаются в лопастных нагнетателях. Там жидкость может перетекать обратно во всасывающий патрубок с периферии рабочего колеса через зазоры между рабочим колесом и корпусом нагнетателя, hо – объемный КПД, который учитывает потери энергии вследствие утечек жидкости в насосе.

Гидравлический КПД учитывает потери, которые возникают вследствие наличия гидравлических сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе, hг – гидравлический КПД, который учитывает потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления при прохождении жидкости через насос.

Числовые значения составляющих КПД насоса зависят от конструкции насоса, качества его изготовления и условий эксплуатации. Они могут быть определены опытным путем и в лабораторных условиях.

Таким образом, КПД нагнетателя равен произведению гидравлического механического и объемного КПД:

(2.9)

Высота всасывания

Высота всасывания является важным параметром при проектировании насосной установки. Она определяет высотное расположение насоса по отношению к отметке уровня воды в приемном резервуаре или источнике, из которого жидкая среда перекачивается насосом. Неточности ее расчета могут привести к ухудшению и даже полному срыву работы насоса.

Всасывание жидкости насосом происходит под действием разности внешнего давления Р в приемном резервуаре и давления Р1 на входе в насос или разности напоров . Согласно уравнению Бернулли, разность напоров затрачивается на подъем жидкости на высоту всасывания Нвс, на движение жидкости со скоростью υ, т.е. созданию скоростного напора , и на преодоление гидравлических потерь во всасывающей трубе hвс. Если жидкость засасывается из открытого бака, то внешнее давление равно атмосферному и можно записать равенство

Чтобы происходило всасывание, давление Р1 должно быть больше давления Рн.п. насыщенных паров жидкости при данной температуре. Тогда с учетом приведенного выше равенства условие нормальной работы насоса выразится следующим образом:

(2.10)

(2.11)

Из выражения (2.11) следует, что высота всасывания насоса уменьшается со снижением барометрического давления Ра и с увеличением давления паров Рн.п.. величина Рн.п возрастает с повышением температуры, поэтому при повышении температуры жидкости допустимая высота всасывания уменьшается. Когда давление Р1 становится равным Рн.п , из жидкости начинают интенсивно выделяться пары и растворенные в ней газы. При этом, под действием противодавления Рн.п паров и газов высота всасывания снижается и может достигнуть нуля.

Высота всасывания снижается также при увеличении скорости жидкости во всасывающей трубе и соответствующем возрастании потерь hвс. Обычно высота всасывания при перекачивании холодных жидкостей не превышает 5-6 м; при перемещении нагретых жидкостей она может быть значительно меньше. Поэтому горячие, а также вязкие жидкости подводят к насосу с избыточным давлением или с подпором на стороне всасывания.

Выражение (2.11) является общим для всех насосов, хотя процессы всасывания и нагнетания существенно отличаются для насосов различных типов.

Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 9144 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

КПД и энергопотребление центробежных насосов

КПД насоса

КПД любого механизма представляет собой отношение его полезной мощности к потребляемой. Это отношение обозначается греческой буквой n (эта). Поскольку не существует такого понятия как “привод, не имеющий потерь”, n всегда меньше 1 (100 %). Для циркуляционного насоса системы отопления общий КПД определяется значением КПД мотора nM (электрического и механического) и КПД насоса np. Произведение этих двух значений представляет собой общий КПД ntot.
ntot = nM • np

КПД насосов разных типов и размеров могут отличаться в очень широком диапазоне. Для насосов с мокрым ротором КПД ntot равен от 5% до 54 % (высокоэффективные насосы); для насосов с сухим ротором ntot равен от 30 % до 80%. Даже в пределах характеристики насоса текущий КПД в тот или иной момент времени меняется от нуля до максимального значения. Если насос работает при закрытом клапане, создается высокое давление, но вода не перемещается, поэтому КПД насоса в этот момент равняется нулю. То же самое справедливо при открытой трубе. Несмотря на большое количество перекачиваемой воды, давление не создается, а значит КПД равняется нулю.

Самый большой общий КПД циркуляционного насоса системы отопления достигается в средней части характеристики насоса. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая характеристика указана отдельно для каждого насоса.

Насос никогда не работает при постоянной подаче. Поэтому, при расчете насосной системы, убедитесь, что рабочая точка насоса находится в средней трети характеристики насоса большую часть отопительного сезона. Это гарантирует работу насоса при оптимальном КПД.

КПД насоса определяется по следующей формуле:

np=Q • H • p/3670 • P2

np = КПД насоса
Q [м3/ч] = Подача
H [м] = Напор
P2 [кВт] = Мощность насоса
3670 = Постоянный коэффициент
p [кг/м3] = Плотность жидкости

КПД насоса зависит от его конструкции. В следующих таблицах показаны значения КПД в зависимости от мощности выбранного мотора и конструкции насоса (с мокрым ротором/с сухим ротором).

Насосы с мотором
мощностью
P2ntotдо 100 Втприбл. 5 %прибл. 25 %от 100 до 500 Втприбл. 20 %прибл. 40 %от 500 до 2500 Втприбл. 30 %прибл. 50 %

Насосы с мотором
мощностью
P2ntot
до 1,5 кВтприбл. 30 %прибл. 65%
от 1,5 до 7,5 кВтприбл. 35 %прибл. 75%
от 7,5 до 45,0 кВтприбл. 40 %прибл. 80%

Потребление энергии центробежными насосами

Мотор приводит во вращение вал насоса, на котором установлено рабочее колесо. В насосе создается повышенное давление и жидкость перемещается через него, что является результатом преобразования электрической энергии в гидравлическую. Энергия, необходимая мотору, называется потребляемой энергией P1 насоса.

Выходные характеристики насосов
Выходные характеристики центробежных насосов приведены на графике: вертикальная ось, ордината, означает потребляемую энергию P1 насоса в ваттах [Вт]. Горизонтальная ось или абсцисса показывает подачу Q насоса в кубических метрах в час [м3/ч]. В каталогах характеристики напора и мощности часто объединяются для наглядной демонстрации взаимосвязи. Выходная характеристика демонстрирует следующую взаимосвязь: мотор потребляет минимум энергии при низкой подаче. При увеличении подачи потребление энергии также увеличивается.

Влияние частоты вращения мотора
При изменении частоты вращения насоса и неизменных остальных условиях системы потребление энергии P изменяется пропорционально значению частоты n в кубе.
P1/P2 = (n1/n2) 3

На основании данных соображений, изменяя частоту вращения насоса можно адаптировать насос к требуемой тепловой нагрузке потребителя. При увеличении частоты вращения в два раза, подача увеличивается в той же пропорции. Напор возрастает в четыре раза. Поэтому, энергия, потребляемая приводом, получается умножением примерно на восемь. При снижении частоты, подача, напор в трубопроводе и потребление энергии уменьшаются в той же пропорции.

Постоянная частота вращения, обусловленная конструкцией
Отличительной характеристикой центробежного насоса является то, что напор зависит от используемого мотора и его частоты вращения. Насосы с частотой n > 1500 об/мин называются быстроходными насосами, а те, у которых частота n

Формула расчета насоса для системы отопления

При эксплуатации отопительных систем с естественной циркуляцией теплоносителя владельцы квартир и частных домов часто сталкиваются с проблемой недостаточного прогрева радиаторов, установленных в отдаленных комнатах.

Все зависит от протяженности отопительного контура. Если его длина составляет более 30 метров, уровень давления воды становится недостаточным для сохранения необходимой температуры в его максимально удаленных точках.

Чтобы добиться стабильной работы оборудования, используются устройства, обеспечивающие ритмичную циркуляцию теплоносителя. Предварительный расчет насоса для системы отопления дает возможность определить параметры, необходимые для выбора наиболее оптимальной модели.

Для чего необходимы расчеты

Большинство современных систем автономного обогрева, использующихся для поддержания определенной температуры в жилых помещениях, укомплектованы насосами центробежного типа, которые обеспечивают бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительном контуре.

За счет увеличения давления в системе можно снизить температуру воды на выходе отопительного котла, сократив тем самым суточный расход потребляемого им газа.

Правильный выбор модели циркуляционного насоса, позволяет на порядок повысить уровень эффективности работы оборудования в отопительный сезон и обеспечить комфортную температуру в помещениях любой площади.

Что нужно знать, чтобы рассчитать мощность

Чтобы понять сам алгоритм расчета циркулярного насоса, необходимо оттолкнуться от какого-либо параметра, в точности которого сомневаться не приходится. Для этого нужно открыть технический паспорт помещения, в котором планируется установка автономной отопительной системы, и узнать его площадь. Например, возьмем отдельно стоящее здание (частный дом) площадью 300 м².

Следующим шагом будет определение величин, необходимых для расчета.

Нужно узнать три основных параметра:

  • Qn — мощность источника тепла (кВт);
  • Qpu — производительность циркуляционного насоса, показатель объемной подачи теплоносителя для выбранного нами типа помещения (м³/час);
  • Hpu — мощность напора, необходимого для преодоления гидравлического сопротивления системы (м).

Расчет мощности источника тепла (АОГВ)

Для каждого помещения в зависимости от его площади или объема существуют определенные технические нормы мощности источника обогрева.

Для вычисления этого параметра воспользуемся следующей формулой:

Читайте также:  Дизельные мотопомпы – устройство, виды, особенности выбора и описание популярных моделей

Qn = Sn × Qуд ÷ 1000

мощность источника тепла

удельная тепловая потребность помещения

Площадь отапливаемого помещения нам известна (300 м²), а второй показатель зависит от типа сооружения: если это многоквартирный дом, то его значение равно 70 Вт/м², в нашем же случае (отдельно стоящее здание), он составит 100 Вт/м².

Подставим эти значения в формулу и посмотрим, что у нас получится:

300 × 100 ÷ 1000 = 30 кВт.

Итак, мощность отопительного агрегата для нашего помещения составила 30 кВт. Существует еще один метод определения этой величины.

Объем отапливаемого помещения и мощность отопительного агрегата можно найти в следующей таблице.

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

Объем помещения новый дом (м³)

Тепловая мощностьОбъем помещения старый дом (м³)

Напомню, что объем помещения равен произведению его площади на высоту.

  • V — объем помещения;
  • S — отапливаемая площадь;
  • h — высота комнат.

В нашем случае при высоте потолков 2,5 м, он будет составлять:

Ищем этот показатель во второй графе таблицы и получаем те же 30 кВт.

Расчет производительности насоса

Правильный расчет мощности насоса позволяет обеспечить систему отопления необходимым количеством теплоносителя в любой ее точке. Определив технические характеристики обогревательного котла, можно вычислить производительность циркуляционного оборудования, достаточную для нашего помещения.

Воспользуемся следующей формулой:

Qpu = Qn ÷ kτ × Δt

мощность источника тепла (АОГВ)

коэффициент теплоемкости жидкости

температурный перепад на входе и выходе системы

Если в качестве теплоносителя используется вода, ее удельная теплоемкость составляет 1,164. Если применяется иная жидкость, то значение этого параметра нужно искать в соответствующих таблицах.

При функционирующей отопительной системе значение температурного перепада (Δt ) можно вычислить методом элементарного вычитания показателей, снятых с измерительных приборов, установленных на входе и выходе системы (Δt = t1 – t2 , где t1 – температура на входе отопительного контура, а t2 – температура на выходе с него).

В противном случае придется использовать стандартные показатели. Разница температур на входе и выходе системы (Δt ) колеблется в пределах 10—20 ⁰С.

Возьмем среднее значение — 15 ⁰С и подставим полученные результаты в формулу:

Qpu = 30 ÷ 1,163 × 15 = 1,72 м³/час

Теперь один из пунктов технической характеристики циркуляционного насоса известен.

Расчет необходимой мощности (высоты) напора

Мощность отопительного котла и производительность насоса известны, следующим шагом будет определение напора теплоносителя, достаточного для преодоления внутреннего гидравлического сопротивления труб и элементов отопительной системы.

Для этого берутся в расчет тепловые потери на самом протяженном отрезке контура — от источника тепла до дальнего радиатора. Чтобы доставить тепло в любую его точку, мощность напора подаваемой жидкости должна быть выше суммарного гидравлического сопротивления всех отопительных приборов.

Расчет напора насоса отопления производится по следующей формуле:

Hpu = R × L × ZF ÷ 10000

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

Мощность (высота) напора

Потери в трубах подачи и «обратки»

Протяженность отопительного контура

коэффициент гидравл. сопротивления фасонной и запорной арматуры системы

В зависимости от диаметра труб, значение параметра R находятся в диапазоне 50–150 Па/м (минимальный показатель применим для водопроводных систем с диаметром трубы от 2-х дюймов и выше, для современных пластиковых и металлических труб потери составляют 150 Па/м). Для нашего помещения необходимо использовать максимальное значение.

Если точную длину контура (L) определить сложно, этот параметр рассчитывают, исходя из габаритов отапливаемого помещения. Показатели длины, ширины и высоты дома складываются, а затем удваиваются. При общей площади 300 м² можно предположить, что длина дома составляет 30 м, ширина – 10 м, а высота 2,5 м. В этом случае L = (30 + 10 + 2,5) × 2, то есть 85 метров.

Самый простой вариант определения значения ZF выглядит следующим образом: при отсутствии термостатического вентиля в системе он равен 1,3, а при его наличии — 2,2.

Для расчета возьмем максимальную величину этого коэффициента и подставим все полученные значения в формулу:

150 × 85 × 2,2 ÷ 10000 = 2,8 м.

Предложенная методика расчета не является единственной. Для более точного определения напорных показателей насоса существуют формулы, в которых учитывается не коэффициент потерь, а реальные значения этих показателей.

Гидравлическое сопротивление

Этим термином выражаются суммарные потери давления в системе. Отопительный контур состоит из отдельных элементов, каждый из которых имеет свое значение этой характеристики.

К ним можно отнести:

  • вентили;
  • клапаны;
  • фильтры;
  • измерительные и регулирующие приборы;
  • радиаторы;
  • конвекторы и т. д.

Для точного определения потерь в системе обычно пользуются значениями, указанными в технической документации на каждый компонент отопительного контура.

Если же такой возможности нет, найти эту информацию можно в следующей таблице:

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

В этом случае для расчета высоты напора удобно воспользоваться несколько иной формулой.

H = 1,3 × (R1L1 + R2L2 + Z1 + Z2 + …. + Zn) ÷ 10000, где:

  • R1, R2 – потери в трубах подачи и «обратки» (Па/м);
  • L1, L2 – длина линий трубопровода подачи и «обратки» (м);
  • Z1, Z2 … Zn – потери давления на отдельных элементах системы (Па).

Число, находящееся в знаменателе формулы (10000), – коэффициент пересчета Паскалей в метры.

Выбираем насос

После того, как все необходимые параметры для приобретения циркуляционного насоса определены, можно приступить к выбору конкретной модели. Технические характеристики устройств этого типа отражены в графиках соотношения производительности устройства и высоты напора, приложенных к их паспорту. Эти данные можно легко найти в Интернете.

В зависимости от количества скоростей в координатной системе выстроены один, два или три графика с указанием точки оптимального соотношения этих величин. Откладываем по оси Х значение производительности насоса, а по оси Y высоту его напора. Точка пересечения этих параметров должна находиться как можно ближе к точке, указанной на графике – полное их совмещение будет идеальным вариантом.

Самые распространенные модели имеют трехскоростной режим эксплуатации. Если вы остановитесь на одной из них, то выбор характеристик необходимо проводить по графику, соответствующему второй скорости, то есть среднему. В иных случаях совмещение параметров производится по любому из них.

Цены на разные модели насосов для системы отопления

Как рассчитать насос, если известна мощность котла

Часто возникают ситуации, когда котел приобретается заблаговременно или же насос добавляется в уже функционирующую систему отопления. В этом случае мощность отопительного агрегата известна, и все остальные элементы контура выбираются в зависимости от значения этого показателя.

Для расчета производительности циркуляционного насоса при заданной мощности источника нагрева, пользуются следующей формулой.

Q = N ÷ (t2 — t1), где:

  • Q – производительность насоса (м³/час);
  • N – мощность отопительного устройства (Вт);
  • t2 – температура теплоносителя на входе системы (⁰С);
  • t1 – температура жидкости на выходе из контура (⁰С).

Если возможность точно определить указанные параметры подачи и «обратки» отсутствует, воспользуйтесь средним значением температурного перепада — 15 ⁰С.

Количество скоростей у насосов

По своей конструкции насос циркуляционного типа представляет собой электродвигатель, механически связанный с валом крыльчатки, лопасти которой выталкивают из рабочей камеры нагретую жидкость в магистраль отопительного контура.

В зависимости от степени контакта с теплоносителем, насосы делятся на устройства с сухим и мокрым ротором. У первых в воду погружена только нижняя часть крыльчатки, вторые пропускают весь поток через себя.

Модели с сухим ротором отличаются более высоким коэффициентом полезного действия (КПД), но создают ряд неудобств из-за шума во время работы. Их аналоги с мокрым ротором более комфортны в эксплуатации, но обладают меньшей производительностью.

Современные циркуляционные насосы могут эксплуатироваться в двух или трех скоростных режимах, поддерживая различное давление в отопительной системе. Использование этой опции дает возможность на максимальной скорости быстро прогреть помещение, а затем выбрать оптимальный режим работы и сократить энергопотребление устройства до 50 %.

Переключение скоростей осуществляется с помощью специального рычага, установленного на корпусе насоса. Некоторые модели имеют автоматическую систему регулирования, изменяющую скорость вращения двигателя в соответствии с температурой воздуха в отапливаемом помещении.

Полезные рекомендации

При выборе насоса для системы отопления преимущество стоит отдавать конструкциям с «мокрым» ротором, поскольку они очень тихо работают и выдерживают более высокие нагрузки, чем гидравлические приспособления иных модификаций.

Корме того, обратите внимание на материал корпуса – остановите свой выбор на изделиях из нержавеющей стали, бронзы или латуни. Так же предпочтение стоит отдавать моделям с подшипниками и валом, изготовленными из керамики. Срок эксплуатации такого оборудования превышает 20 лет.

При установке устройства в систему необходимо проследить, чтобы вал крыльчатки располагался горизонтально, то есть параллельно трубе. Если в процессе работы насоса появляется подозрительный шум, это еще не говорит о его неисправности или фабричном дефекте. Попробуйте спустить воздух, оставшийся в системе после запуска.

Видео

С практическими рекомендациями по расчету насосного оборудования для отопительных контуров можно познакомиться, просмотрев это видео.

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 26.10.2018

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Ссылка на основную публикацию
Элемент системыПотери давленияЕдиницы измерения