В чем измеряется полезная мощность насоса
Мощность является одной из основных характеристик насоса. В настоящее время под термином «водяной насос» понимается специальное устройство, служащее для перемещения перекачиваемой среды (твердых, жидких и газообразных веществ).
В отличие от водоподъемных механизмов, которые тоже предназначены для перемещения воды, насосный агрегат увеличивает давление или кинетическую энергию перекачиваемой жидкости.
Напор и мощность насоса
Мощность — работа, которую совершает агрегат в единицу времени.
Полезная мощность насоса – мощность, сообщаемая устройством подаваемой жидкой среде. Но прежде чем перейти к понятию мощности необходимо рассмотреть ещё два параметра: подача и напор.
Подача насоса представляет собой количество жидкости, подаваемой в единицу времени и обозначается символом Q.
Напором насоса называется приращение механической энергии, получаемой каждым килограммом жидкости проходящей через насосный агрегат, т.е. разность удельных энергий жидкости при выходе из насоса и входе в него. Другими словами напор устройства показывает, на какую высоту в метрах насос поднимет столб воды.
И, наконец, третьим, интересующим нас параметром является мощность насоса N. Мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт).
Полезная мощность насоса Nп – это полное приращение энергии, получаемое всем потоком в единицу времени. Чтобы рассчитать мощность насоса используется формула:
Nп = yQH/102
где y – удельный вес жидкости;
Q – подача насоса;
Н – напор насоса.
Потребляемая мощность насоса N – мощность потребляемая устройством – мощность подводимая на вал устройства от двигателя.
В зависимости от источника информации она ещё может называться:
Мощность на валу насоса Nв – это мощность которую затрачивает центробежный агрегат на то, чтобы покрыть потери энергии
Формула мощности на валу насоса:
Nв =Nп / η = yQH / η
где η – коэффициент полезного действия (КПД насоса)
КПД и потери мощности насоса
Вследствие потерь внутри машины только часть механической энергии, полученной им от двигателя, преобразуется в энергию потока жидкости. Степень использования энергии двигателя измеряется значением полного КПД насоса центробежного типа.
КПД насоса – коэффициент полезного действия – является одним из его основных качественных показателей и характеризует собой величину потерь энергии.
Формула кпд насоса выглядит так:
η = Nп / N
η = ηо * ηг * ηм
ηо – объемный КПД насоса – характеризует объемные потери
ηг – гидравлический КПД – характеризует гидравлические потери
ηм – механический КПД – характеризует механические потери
Расчет КПД насоса показывает возможные потери:
Потери в насосе = 1 – КПД
Анализируя причины возникновения потерь в насосе, можно найти пути к повышению его КПД.
Все виды потерь делятся на три категории: гидравлические, объемные и механические.
Гидравлические потери – часть энергии, получаемой потоком от колеса насоса, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока внутри насосного агрегата, ведут к снижению высоты напора.
Объемные потери – паразитные протечки (утечки) внутри насосной части – в уплотнениях лопастного колеса и в системе уравновешивания осевого давления ведут к уменьшению подачи.
Механические потери – часть энергии, получаемой насосом от двигателя, расходуется на преодоление механического трения внутри агрегата. В машине имеют место: трение колеса и других деталей ротора о жидкость, трение в сальниках и трение в подшипниках. Механические потери ведут к падению мощности всего устройства.
Таким образом, полный КПД центробежного насоса определяется гидродинамическим совершенствованием проточной части, качеством системы внутренних уплотнений и величиной потерь на механическое трение.
Расчет мощности или сколько потребляет насос
Мощность насоса фактически – это мощность сообщаемая ему электродвигателем. Циркуляционные аппараты, установленные в бытовых системах имеют довольно небольшую мощность и как следствие низкое энергопотребление. Фактически такие машины не поднимают воду на высоту, а только способствуют её перемещению далее по трубопроводу преодолевая местные сопротивления такие как изгибы, краны и отводы.
Кроме циркуляционных агрегатов в систему трубопровода могут быть смонтированы насосы для повышения давления.
При использовании в трубопроводе циркуляционного насоса значительно увеличивается эффективность системы отопления дома. К тому же появляется возможность сократить диаметр трубопровода и подсоединить котел с повышенными параметрами теплоносителя.
Для обеспечения бесперебойной и эффективной работы системы отопления необходимо выполнить небольшой расчет.
Требуется определить необходимую мощность котла – эта величина будет базовой при расчете системы отопления.
Согласно СНиП 2.04.07 “Тепловые сети” для каждого дома существую свои нормы потребления тепла (для холодного времени года, т.е. минус 25 – 30 градусов цельсия).
для домов в 1-2 этажа требуется 173 – 177 Вт/квадратный метр
для домов в 3-4 этажа требуется 97 – 101 Вт/квадратный метр
если 5 этажей и более нужно 81 – 87 Вт/квадратный метр.
Рассчитайте площадь отапливаемых помещений Вашего дома и умножьте на соответствующее этажности Вашего дома значение.
Оптимальный расход воды, рассчитывается по простой формуле:
Q=P,
где Q — расход теплоносителя через котел, л/мин;
Р — мощность котла, кВт.
Например, для котла мощностью 20 кВт расход воды составляет примерно 20 л/мин.
Для определения расхода теплоносителя на конкретном участке трассы, используем эту же формулу. Например, у Вас установлен радиатор мощностью 4 кВт, значит расход теплоносителя составит 4 литра в минуту.
Далее требуется определить мощность циркуляционного насоса. Чтобы определить мощность циркуляционного устройства воспользуемся правилом, на 10 метров длины трассы требуется 0,6 метра напора. Например при длине трассы 80 метров требуется агрегат с напором не менее 4,8 метра.
Следует отметить, что представленный в статье расчет носит справочный характер. Для того чтобы определить мощность центробежного насоса для Вашего дома воспользуйтесь советами наших специалистов или рекомендациями инженеров-теплотехников.
Для того, чтобы обеспечить постоянное функционирование системы отопления желательно установить два насоса. Один агрегат будет функционировать постоянной, второй (установленный на байпасе) – находится в резерве. При поломке или какой-то неисправности рабочего оборудования, Вы всегда сможете отключить его и демонтировать из контура, а в работу вступить резервный механизм. В случае когда монтаж байпасной ветки трубопровода затруднен, возможен другой вариант: один агрегат установлен в системе, а другой лежит в запасе на случай выхода из строя или поломки первого.
Видео по теме
Подбор необходимого насоса осуществляется по каталогу. Из выбранных насосов предпочтения отдаются тем, которые потребляют меньшую мощность и обладают более высоким КПД. Ведь показатели мощности и КПД в дальнейшем определяют затраты на электроэнергию при эксплуатации оборудования.
Вместе со статьей “Мощность насоса. КПД и потери мощности в насосе.” читают:
Устройство и работа гидравлических машин основана на использовании принципов гидравлики. В гидравлических машинах рабочим телом является жидкость.
По своему назначению в зависимости от характера происходящих в них энергетических процессов гидравлические машины можно разделить на две большие группы: гидравлические двигатели и насосы.
Гидравлические двигатели служат для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию, получаемую на валу двигателя и используемую в дальнейшем для различных целей, в основном для привода различных машин.
Насосами называются гидравлические машины для перемещения жидкостей путем повышения энергии рабочей среды. Механическая энергия, подводимая к насосам от двигателей, приводящих эти машины в действие, преобразуется в них в гидравлическую энергию жидкости.
По принципу действия различают гидравлические машинылопастного типа (центробежные насосы, турбины) и машины, действующие по принципу вытеснения жидкости твердым телом (поршневые насосы).
Полезная мощность-работа, потребляемая насосом в единицу времени.
Полезная работа, потребляемая насосом в единицу времени (мощность) будет равна:
N= γ·Q·H, (кВт); (1 кВт=1, 36 л. с)
где γ – удельный вес жидкости, γ = ρ·g;
Q – производительность насоса, т.е. расход жидкости, подаваемой насосом в трубопровод ,м3/с;
Н – полный (манометрический) напор,м.
Действительная мощность, потребляемая насосом и подводимая к нему от двигателя, будет больше полезной мощности ввиду неизбежных потерь энергии в насосе. В формуле для определения полезной мощности насоса Н=Ннас, тогда Nнас= ,где определяется по формуле:
Nнас= = 760 9,81 0,005 12,77=476 Вт(0,476 кВт)
где Н – высота подъема, т.е. Н=Н2·αi. Для практических расчетов принимаем
αi=1. Индекс “в” на всасывающей линии, “н” – на нагнетательной линии.
Заключение
В ряде участков гидравлической установки режим течения жидкости – турбулентный, в результате мы имеем большие потери напора. Как следствие это влечет за собой экономические затраты. Рекомендую добавить в циркуляционную жидкость небольшие количества таких веществ, как, например, высокомолекулярные полимеры (полиокс, полиакриламид – ПАА), гуаровая смола, поливиниловый спирт – ПВС. Будучи растворенными в жидкости, они обладают способностью значительно снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме.
Механизм происходящих при этом явлений полностью пока не выяснен, но есть основания полагать, что частицы этих веществ (их длинные и гибкие молекулы), внесенные в поток жидкости, тесно взаимодействуя с ее пульсирующими частицами, существенно изменят характер турбулентного течения.
Указанные изменения проявляются, прежде всего, в близкой к стенкам, ограничивающим поток, весьма малой по толщине области пограничного слоя. Здесь снижаются пристеночные поперечные пульсации скоростей и давлений, и это оказывает решающее влияние на общий уровень турбулентности и поведения потока в целом. Причем достаточно нескольких миллионных долей полимера по отношению к растворителю, чтобы достигалось значительное уменьшение гидравлического сопротивления.
Список литературы
1. Нефтегазовая гидромеханика / Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. – Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. – 480 с.
2. Техническая гидромеханика/ Емцев Б.Т. – 2 – е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 440 с.: ил.
3. Основы теоретической механики: Учебник.2 – е изд., перераб. и дополн. – М.: Изд–во МГУ, 2000. – 719 с.
4. Сопротивление материалов: Учебник для вузов/ Под общ. Ред. Акад. АН УССР Г.С. Писаренко. – 4 – е изд. перераб. и доп. – Киев: Высшая школа, 1979. – 696 с.30106.2105000000.
5. Бурдин Г.Д., Базакуза В.А., Единицы физических величин: Справочник – Харьков: Высшая школа, 1984.
6. Стоцкий Л.Р. Физические величины и их единицы. – М.: Просвещение, 1984.
7. Теория механизмов и машин: Терминология. Буквенное обозначение величин. – М.: Наука, 1984.
8. Курсовое проектирование и его унификация в Московском институте нефти и газа имени И.М. Губкина.4.1 и 4.2 – М. – : МИНГ, 1987.
9. Методическое пособие для выполнения курсовой работы по гидравлике / Зозуля Н.Е., Альметьевск, 2001.
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.
P4 = Q•ρ•g•H,
где ρ – плотность воды;
g – ускорение свободного падения.
P2 = P4 + Pvp,
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.
ŋp = P4/P2 = P4/(P2+Pvp)
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:
ŋp = Q•H•ρ/367•P2,
где ŋp – КПД насоса;
Q [м3/ч] – производительность насоса;
H [м] – напор;
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:
ŋм = P2/P1 = P2/(P2 + Pvm)
Тогда общий КПД насоса ŋtot определяется произведением КПД электродвигателя и КПД насоса:
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).
Здравствуйте, читатели блога nasos-pump.ru
Мощность и КПД
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).
Распределение мощности
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)
Распределение мощности
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.
Характеристика насоса и КПД
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