Объемный коэффициент полезного действия насоса это

Здравствуйте, читатели блога nasos-pump.ru

Продолжим рубрику «Общее» и рассмотрим такие понятия как коэффициент полезного действия (КПД) и мощность центробежных насосов. Электрический центробежный насос состоит из привода – электрического двигателя и насосной части. Двигатель – это электрическая машина, которая преобразовывает энергию электрического поля в энергию вращения на валу. Мощность, которая подводиться к валу насоса, называется подводимой. Она определяется как произведение крутящего момента на валу насоса к его угловой скорости Центробежный насос это – гидравлическая машина, в которой подводимая вращательная энергия от двигателя преобразуется в энергию потока жидкости. Подбор насосов под конкретные цели и задачи производится по каталогам. В результате выбора учитываются такие показатели как напор и расход, потребляемая мощность и КПД насоса, а также его кавитационная характеристика. Выбранный насос должен работать с высоким КПД, без кавитации в требуемом диапазоне напора и расхода. Из нескольких выбранных вариантов предпочтение отдается тем насосам, которые потребляют меньшую мощность, имеют более высокий КПД, обладают меньшим значением допустимого кавитационного запаса и имеют меньший вес и габаритные размеры.

Мощность

Между мощностью, потребляемой электрическим двигателем от электрической сети, мощностью на валу двигателя и гидравлической мощностью, насоса существует прямая связь. В процессе производства насосов на заводе изготовителе используются следующие обозначения этих видов мощности.

P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов – это мощность, которую  электрический двигатель насоса забирает от электрической сети питания.

P2 (кВт) Мощность на валу электрического двигателя – это мощность, которую двигатель передает на вал насоса. Соотношение входная электрическая мощность насоса P1 равна мощности на валу электрического двигателя P2, разделённой на КПД электрического двигателя.

P3 (кВт) Входная мощность насоса равна мощности P2, с условием, что муфта соединяющая  вал насоса и вал электрического двигателя не рассеивает энергию.

P4 (кВт) Гидравлическая или полезная мощность насоса. Это та мощность, которая получается в результате работы насоса в виде расхода и напора жидкости.

Как это выглядит наглядно, можно посмотреть на (Рис. 1).

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия двигателя центробежного насоса представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой. Обозначается он буквой η (эта). Схематически все это изображено на (Рис. 2) 

η=(Р2/Р1)*100

КПД двигателя, никогда не будет больше единицы (100%) ни при каких условиях, ибо «вечного двигателя» еще не изобрели, а все существующие приводы имеют потери. Потребляемая мощность P1 двигателя больше на величину возникающих в электрическом двигателе механических и тепловых потерь Pvдв. (Рис. 2).

Коэффициентом полезного действия насоса как было сказано выше, называется отношение гидравлической мощности к подводимой мощности на валу насоса, а их разность указывает на потери мощности в насосе.

η=(Р4/Р3)*100

Потери мощности в центробежном насосе также складываются из нескольких составляющих, а именно: гидравлических, механических и объёмных потерь Рvнас. (Рис. 2). Общий КПД насосов представляет собой произведение коэффициентов полезного действия объемного, гидравлического и механического. КПД насоса характеризует степень конструктивного его совершенства, как в механическом, так и гидравлическом отношении.

Потери гидравлической мощности в насосе состоят из потерь на преодоления сопротивлений (трение) в рабочем колесе и корпусе во время движения жидкости от всасывающего патрубка, к напорному патрубку и вихревых потерь. Потери на преодоление сопротивления трения очень сильно зависят от конструктивных особенностей насосов размеров их проточной части, качества обработки (шероховатости) стенок и поверхностей насоса. Данные потери пропорциональны квадрату скорости течения жидкости. Возникающие в насосе вихревые потери зависит от многих факторов. Очень большие вихревые потери появляются при внезапном расширении сечения или резком повороте потока жидкости. Возникают вихревые потери вследствие отрыва потока от поверхности рабочего колеса или при режимах работы насоса вне предела его рабочей характеристики. Гидравлический КПД насосов находится в пределах ηг= 0,85…0,96.

ηг=H/(H+h)

где:

Н – напор создаваемый насосом;

h – потери напора внутри насоса

Механические потери обусловлены трениями, происходящими в опорах радиальных и осевых подшипников, в механическом торцевом уплотнении, а также потери на трение о рабочую жидкость возникающие при вращении рабочего колеса и вала насоса. Механические потери также очень сильно зависят от конструкции, качества изготовления и типоразмера насоса. Механический KПД насосов находится в пределах ηм= 0,95…0,98.

ηм=(Р-Ртр)/Р

где:

Р – мощность, на валу насоса;

Ртр – потери мощности на преодоление сопротивления трения.

Объемные потери в основном возникают за счет перетекания жидкости из области с высоким давлением в область низкого давления, через зазоры между рабочим колесом и диффузором или неподвижными деталями корпуса насоса. Например, в центробежном насосе часть жидкости из спирального отвода в обход рабочего колеса перетекает обратно во всасывающий патрубок, при этом она не поступит в напорный патрубок, хотя на нее уже была затрачена энергия. КПД ηо у современных центробежных насосов составляет от 0,96 до 0,98.

ηо=Q/Qк

где:

Q – подача насоса;

Qк – расход жидкости проходящий через рабочее колесо насоса.

Произведение ηг*ηм*ηо=η и определяет общий КПД насоса. Изменение величины любого из сомножителей приводит к изменению величины и общего КПД насоса. Эта зависимость задается функцией от подачи в характеристике насоса, а на графиках изображается в виде кривой η=f(Q). Полезную мощность насоса Р (кВт) можно также определяют как произведение весовой подачи (Q) на напор (H) по формуле:

P=(pg*Q*H)/1000

где:

pg – удельный вес жидкости (Н/м3);

Q – объемная подача насоса (м/с);

H – напор насоса в (м).

На (Рис. 3) находятся рабочие характеристики серии насосов, а также зависимость характеристики MPSH и характеристики КПД от расхода.

Красным прямоугольником выделен участок кривой с самым оптимальным КПД. В каталогах заводов производителей насосного оборудования указывается рабочая характеристика насоса, характеристика подпора NPSH (net positive suction head -кавитационный запас) и характеристика коэффициента полезного действия. КПД насосов очень сильно зависит от режима их работы и конструктивных особенностей, типов, размеров и может изменяться в очень широком диапазоне. При работе в оптимальном режиме, КПД мощных центробежных нефтяных насосов может достигать 92%, а малых насосов около 60% – 75%. КПД насосов с «мокрым» ротором колеблется от 5% до 54 % у высокоэффективных циркуляционных насосов. Мощность и КПД насосов в конечном итоге определяют затраты на электроэнергию в процессе их эксплуатации. Чем тщательнее подобрано насосное оборудование под заданные параметры тем оно эффективнее и, следовательно,  менее затратно. 

Спасибо за проявленный интерес.

P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его в социальных сетях своим друзьям и знакомым

Поводом для замены гидравлического мотора или насоса может стать изношенность подшипников и снижение эффективности работы агрегата. Даже современные разработки, применяемые в профилактике и ремонте гидравлики, не всегда помогают точно определить оставшийся ресурс подшипников.

Количественная оценка гидравлики

Выявить падение эффективности значительно легче, поскольку этот признак дает о себе знать в виде замедленной работы. Во избежание лишних затрат времени и денежных средств, советуем не проводить сразу качественную оценку потерь. При слишком длительном производственном цикле лучше заменить гидронасос или мотор новым оборудованием.

В отдельных случаях количественная оценка гидроузла является обязательным мероприятием, которое позволит сравнить заводские характеристики с фактическими данными.

Эффективность работы насосов и двигателей определяется тремя критериями:

• Объемный КПД;
• Механический/гидравлический КПД;
• Общий КПД.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение реального расхода жидкости к теоретическому значению. Для определения теоретического значения расхода необходимо умножить объем перерабатываемой жидкости за один оборот на количество оборотов в минуту, выполняемых насосом. Например, если аппарат объемом 100 см3 имеет скорость 1000 об/мин, его теоретический расход достигнет 100 л/мин.

Для определения фактического расхода используется расходомер, после чего полученные показатели соотносятся с теоретическим расходом. Так, при фактическом расходе 90 л/мин и давлении 207 бар, объемный КПД гидронасоса составит 90%.

Чаще всего объемный КПД определяет техническое состояние, а именно степень утечки жидкости в результате деформаций или естественного износа агрегата. Но, не зная теоретического расхода, установленный фактический расход не представляет для нас важности.

Механический/гидравлический КПД

Эта характеристика вычисляется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для приведения гидронасоса в движения, на реальный крутящий момент. 100% механический/гидравлический КПД говорил бы о прокачке жидкости при нулевом давлении и отсутствующем крутящем моменте, что противоречило бы законам механического и жидкостного трения.

Теоретический крутящий момент рассчитывается методом математических вычислений. Для рассмотренного выше случая показатель будет равен 329 Нм. Фактический крутящий момент, как и расход, измеряется при помощи прибора (динамометра). Например, если значение характеристики равна 360 Нм, механический КПД будет достигать 91% (329/360*100 = 91%).

Общий КПД

Представляет собой произведение объемного и механического/гидравлического КПД (в нашей ситуации показатель равен 82%). В таблице ниже рассмотрены типовые значения общего КПД для наиболее распространенных моделей насосов:

Производители гидравлических систем используют значение объемного КПД для вычисления фактического расхода насоса при давлении, необходимом для начала работы узлов.

При вычислении объемного КПД по результатам фактического тестирования, необходимо учитывать тот факт, что различные каналы утечки в насосе чаще всего являются одинаковыми. Таким образом, если испытание насоса проводится при меньших показателях давления или не максимальной мощности, значение КПД будет отличаться до тех пор, пока утечки являются константой.

Для примера возьмем случай с насосом переменного объема, имеющим расход жидкости 100 литров в минуту. При работе на полной скорости и расходе 90 л/мин, объемный КПД будет равен 90%. Если работа помпы будет оцениваться при аналогичном давлении и температуре жидкости, но при половине рабочего объема, потери на внутренние протечки будут равны 10 л/мин, а объемный КПД составит 80%. Исходя из этого мы видим, что внутренние утечки – это постоянная величина, при одинаковых условиях объемный КПД будет достигать 90% при полном объеме и 0% при объеме 10%.

Чтобы объяснить такую закономерность, необходимо рассматривать каналы утечек в качестве отверстий определенного диаметра. Скорость перемещения масла через эти отверстия определяется колебаниями давления и вязкостью жидкости. При равных показателях степень утечки всегда будет неизменной, независимо от скорости вращения вала и объема насоса.

Для проведения качественной оценки гидравлических насосов и моторов обращайтесь в компанию «Гидротехтрейд».

← Предыдущая статья Следующая статья →