Что такое манометрическая высота

Расчет манометрической высоты

Практический пример

Требуется закачать 150 м3/час из колодца в резервуар, расположенный выше. Условия перекачки, согласно прилагаемому рисунку, следующие:

На = Геометрическая высота всасывания (3м)
Hi = Геометрическая высота нагнетания (34 м)
Ht = Общая геометрическая высота (37м)
La = Протяженность линии всасывания (8м)
Li = Протяженность линии нагнетания (240м)
Vp = Клапан донный, сетчатый (1 штука)
Vr = Клапан обратный (1 штука)
Vc = Шиберный затвор (1 штука)
Се = Диффузор конусный эксцентрический (1 штука)
Сс = Диффузор конусный концентрический (1 штука)
С = Изгибы: (3 штуки) на линии всасывания (7 штук) на линии нагнетания

Расчет диаметра труб делается по формуле:

для скоростей 1,8 и 2,5 м/сек получаем

Определив диаметр чугунных труб, мы можем подсчитать по таблице потери давления.
Трубопровод всасывания диаметром 200 мм при подаче 150 м3/час дает приблизительно 1%.
Трубопровод нагнетания диаметром 150 мм при подаче 150 м3/час дает приблизительно 4%.

Манометрическая высота всасывания

Манометрическая высота нагнетания

В данном случае следует применить электронасос типа FN 80-200/300 с рабочим колесом диаметром 207 мм, способный обеспечивать подачу 150 м3/час на высоту в 52,5 метра.

ПРИМЕЧАНИЕ
С учетом того, что насос будет качать на высоту в 49 метров, требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса NPSH составляет 4,3 метра; следовательно, выбранный насос способен всасывать приблизительно с 5,5 метра, и в данном случае мы обеспечиваем значительный запас прочности, поскольку всасывание не превышает 3,52 метра.

Источник

Основные рабочие параметры насосов

Работа насосов состоит из двух процессов: всасывания и нагнетания. Насос любого вида характеризуется следующими параметрами: высотой всасывания, высотой нагнетания, полным напором, подачей, мощностью и полным коэффициентом полезного действия (КПД).

Различают теоретическую, вакуумметрическую и геометрическую (практическую) высоту всасывания.

Вакуумметрическая высота всасывания (Н_в) – это величина вакуума создаваемая насосом, а в энергетическом смысле – это энергия, выраженная в метрах, которая необходима жидкости для подъёма на высоту всасывания. Н_в зависит, как правило, от мощности насоса, создающего вакуум и измеряется в метрах водного столба. Показания вакуумметра, установленного на насосе, соответствуют вакуумметрической высоте всасывания. Для пожарного насоса серии ПН-40 и его аналогов Н_в = 8 м. вод. ст.

Геометрической (практической) высотой всасывания Н_г называется разность отметок между поверхностью воды и осью насоса. Геометрическая высота всасывания зависит от значений и величин нескольких параметров:

Прямое влияние на величину Н_г оказывает атмосферное давление, которое заметно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Например, при высоте над уровнем моря 0 м атмосферное давление равно 10,33 м. вод. ст., а на высоте над уровнем моря 2000 м – 7,95 м. вод. ст.

Н_г сильно зависит от давления насыщенных паров всасываемой жидкости. Давление насыщенных паров – это давление, при котором жидкость при данной температуре закипает (речь идёт о давлении жидкости ниже атмосферного). Давление насыщенных паров и, следовательно, высота всасывания в значительной степени зависят от температуры и вида перекачиваемой жидкости. Известно, что с уменьшением давления понижается температура кипения жидкости. Если давление всасывания (оно естественно ниже атмосферного) Р_вс будет ниже давления насыщенных паров всасываемой жидкости Р_n, то начнется образование пара и произойдет срыв в работе насоса.

Таким образом, обязательным условием нормальной работы насоса является:

Р_n 2 (10 м. вод. ст.), а при температуре воды 20 ºС Р_n = 0,024 кг/см 2 (0,24 м. вод. ст.), следовательно, чем выше температура жидкости, тем сложнее забрать её насосом. С этим явлением связана кавитация – процесс образования пузырьков воздуха в жидкости. При кавитации происходит самовскипание жидкости, пузырьки пара увлекаются движущимся потоком и, встречая твёрдые поверхности корпуса и рабочего колеса, разрушаются («схлопываются»). При этом выделятся большая энергия, из-за чего повреждаются и даже при длительном воздействии разрушаются поверхности внутренней полости насоса (явление кавитационной эрозии). Кавитация сопровождается шумом и треском внутри насоса. Во избежание преждевременного износа рабочих органов насоса не допускается его работа в кавитационном режиме.

Кавитационные явления могут возникать в случае работы насоса с большой геометрической высотой всасывания. Поэтому высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

Максимальная допустимая высота всасывания может быть определена по формуле:

где: Р_n – давление насыщенного пара;

γ – удельный вес жидкости;

h_вс – потери напора во всасывающем трубопроводе;

ΔН – кавитационный запас.

Значение кавитационного запаса устанавливается таким, чтобы не было значительного снижения напора, и была ограничена скорость кавитационной эрозии. Например, для насосов серии ПН-40 кавитационный запас составляет 3 м.

Кавитационные явления могут также возникать при больших подачах насоса, вследствие понижения давления (увеличения вакуума) во входном патрубке насоса. Поэтому при появлении кавитации необходимо уменьшить подачу насоса.

Наконец, геометрическая высота всасывания зависит от потерь напора во всасывающей линии или величины преодолеваемого сопротивления во всасывающей линии.

где: S – сопротивление всасывающей линии;

Из всего сказанного следует, что геометрическая (практическая) высота всасывания Н_г определятся выражением:

где: Н_в – вакууметрическая высота всасывания;

h_вс – потери напора во всасываемой линии;

h_рп – температурные потери напора (давление насыщенных паров);

h_р.атм – потери напора, зависящие от высоты местности над уровнем моря.

Например, для пожарного насоса серии ПН-40 Н_г практически не превышает 7 м при работе в нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении Р_атм =1 кг/см 2 (10,33 м. вод. ст.) и температуре воды 20 °С.

Обычно допустимая высота всасывания указывается заводами-изготовителями насосов в паспортах изделий.

Различают геометрическую и манометрическую высоту нагнетания.

Геометрическая высота нагнетания – это расстояние в метрах по вертикали от оси насоса до наивысшей точки нагнетания Н_н.

Манометрической высотой нагнетания называется давление, создаваемое насосом Н_ман. Манометрическая высота нагнетания (показание манометра) всегда больше геометрической высоты нагнетания (реальной точки подачи жидкости) из-за возникающих потерь в напорной линии.

где: h_н – потери напора в напорной линии, h_н = S·Q 2 ;

S – сопротивление напорной линии;

Для высоты нагнетания теоретически пределов не существует, а практически она ограничивается прочностью отдельных деталей насосов и трубопроводов, а также мощностью двигателей привода насосов.

Полный напор, развиваемый насосом Н расходуется на подъем жидкости, преодоление сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводе и на создание свободного напора.

где: Н_г – геометрическая высота подъема воды (м);

h_вс + h_н – потери напора во всасывающей и напорной линии (м);

Н_св – свободный напор (м).

На практике полный напор, развиваемый насосом, оценивают по показаниям манометра и вакуумметра.

Подача насоса – это количество жидкости, перекачиваемое насосом в единицу времени. Различают массовую подачу (кг/с) и объёмную подачу (м 3 /мин или л/с). Чаще всего подачу пожарных насосов указывают в объёмных единицах: м 3 /мин или л/с.

Существует соотношение между количеством жидкости входящей в насос Q₁ и жидкости, выходящей из насоса Q₂:

где: Q_у – объёмные утечки жидкости через щелевые уплотнения.

Рабочие органы насоса во время работы предают энергию потоку жидкости. Эта энергия подводится от двигателя.

Для правильной оценки энергетических показателей мотор-насосной установки следует различать полезную (эффективную) и потребляемую мощность.

Полезная (эффективная) мощность (Ne) насоса идет на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости Q на высоту Н и определяется по формуле.

где: ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

Q – подача насоса, м 3 /с;

Мощность, потребляемая насосом, всегда больше, чем полезная, т.к. часть энергии затрачивается на механические, гидравлические и объемные потери в насосе. Потребляемой мощностью называется мощность N, подводимая к рабочим органам насоса. Она определяется по формуле:

где: М – крутящий момент на валу насоса (двигателя), Н•м;

При передаче энергии от насоса к перекачиваемой жидкости происходят объемные, гидравлические и механические потери энергии

Известно, что фактическая подача насоса всегда меньше теоретической подачи, т.е. количество жидкости выходящей из насоса всегда меньше количества жидкости входящей в насос. Это происходит вследствие:

§ просачивания жидкости через сальники, клапаны и поршни, причем степень просачивания зависит от точности изготовления и состояния указанных деталей насоса;

§ запоздания открытия и закрытия клапанов;

§ наличия воздуха в жидкости.

Величина объемного КПД характеризует степень герметичности насоса, и определяется по формуле:

где: Q – количество жидкости выходящей из насоса;

Q_у – утечки жидкости в насосе;

Q + Q_у – количество жидкости входящей в насос.

Гидравлический КПД – это потери напора в насосе на трение и местные сопротивления. Результатом гидравлических потерь является уменьшение напора.

Значение гидравлического КПД показывает меру расхода энергии в насосе на преодоление сопротивления движения жидкости, и определяется по формуле:

где: Н – действительный (развиваемый) напор насоса;

ΔН – потери напора на преодоление сопротивлений внутри насоса;

Н + ΔН – теоретический напор насоса.

Механический КПД – это потери мощности на трение в подшипниках, уплотнениях вала и т.п. Значение механического КПД характеризует качество изготовления и рациональность конструкции подшипников, сальников (манжет) и других узлов, где происходит трение деталей.

Механический КПД определяют по формуле:

где: N – мощность на рабочем колесе насоса;

ΔN – потери мощности на трение в подшипниках и сальниках насоса;

N + ΔN – мощность на валу насоса.

Полный КПД насоса учитывает все потери, которые возникают в нем при перекачивании жидкости. Он представляет собой произведение трех частных коэффициентов и характеризует отношение полезной мощности N_е к потребляемой N:

Источник

Высота всасывания насоса.

Центробежные насосы обеспечивают широкую область подач и давлений; соотношения между основными параметрами этих насосов очень разнообразны.

Высота всасывания насоса относится одному из очень важных параметров при определении положения насоса по отношению к уровню воды в источнике, из которого он будет перекачивать воду.

В промышленности выделяют геометрическую и вакууметрическую высоту всасывания.

Геометрическая высота всасывания представляет собой разность отметок двух горизонтальных плоскостей, одна из которых проходит через условную линию на всасывании насоса (как правило это ось насоса), а вторая совпадает со свободной поверхностью перекачиваемой жидкости в приемном резервуаре или источнике.

Содержание статьи

Высота всасывания и кавитация насоса

По условиям работы насоса, на стороне всасывания могут быть установлены определенные ограничения, которые обусловлены возможностью возникновения в некоторых зонах всасывающего трубопровода особого явления, называемого кавитацией.

Сущность кавитации заключается в образовании разрывов сплошности потока в тех местах, где давление снижается до величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости. В таких местах происходит быстрое вскипание жидкости, но так как давление в потоке не бывает строго постоянным, а пузырьки пара переносятся потоком, то вслед за вскипанием происходит обратный процесс быстрой конденсации пузырьков пара.

Подробное описание явления кавитации описано здесь

Обобщенно говоря разрушение кавитацией поверхности проточной части насосов имеет весьма характерный вид, а работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, внутренним треском, ударами и повышенной вибрацией.

Явление кавитации обычно возникает во всасывающей части насоса. В некоторых случаях кавитация может возникнуть и на напорной части в месте срыва потока с рабочих поверхностей лопаток.

Геометрическая высота всасывания

Для определении высоты всасывания воды и предупреждения кавитации, для обеспечения нормальной работы центробежного насоса на всасывающей стороне является определение и поддержание такого давления разрежения, при котором кавитация не появится.

Степень разряжения зависит от превышения внешнего атмосферного давления над внутренним абсолютным давлением всасывания жидкости во входной части рабочего колеса.

Для определения высоты всасывания насоса напишем уравнение сохранения энергии (уравнение Бернулли) для струйки жидкости А-Б, движущейся от поверхности нижнего уровня до входа на рабочие лопасти насоса

Наименьшая высота расположения точки Б входа в межлопаточные каналы над нижним уровнем, при которой возникает кавитация, называется срывная или критическая геометрическая высота всасывания.

Н_кав – кавитационный запас

С – коэффициент, определяющий стойкость насоса к кавитационным явлениям. Он лежит в пределах 500 – 1500.

n – частота вращения насоса

Работа насоса при Н_кр.вс. – практически недопустима, потому что малейшее случайное понижение давления в потоке повлечет за собой в этих условиях развитие кавитации и срыв работы насоса. Нормальная работа возможно только когда допустимая высота всасывания ниже критической (максимальной высоты всасывания).

Максимальная высота всасывания

Надежность работы насоса в кавитационном смысле обеспечивается обычно запасом около 25%, т.е.

Разумеется допустимая высота всасывания существенно зависит от температуры жидкости. Очевидно, что повышение температуры всасываемой жидкости уменьшает максимальную и допустимую высоты всасывания.

При высоких температурах жидкости допустимая высота всасывания может быть отрицательной, что указывает на необходимость расположения уровня всасывания жидкости выше оси насоса. Следовательно возможно два различных варианта установки насоса.

Установка насоса по схеме а характерна для насосов, подающих жидкости с низкой температурой, а установка по схеме б – для насосов, подающих жидкости с высокой температурой, а так же при всасывании насосами холодной воды из пространств с достаточно высоким вакуумом.

Установки выполненные по схеме б часто встречаются в теплоэнергетике в схемах регенерации и питания паровых котлов.

Видео по теме

Когда насос перекачивает горячую воду, резервуар, из которого он всасывает, приходится располагать выше насоса. Но по строительным и компоновочным соображениям иногда бывает трудно осуществить требуемую расчетом высоту. Поэтому можно уменьшить её снижением скорости воды во всасывающем трубопроводе и понижением его сопротивления.

Такое достигается увеличением диаметра всасывающего трубопровода, уменьшением его длины, а также выбором рациональной конструкции тех элементов всасывающего трубопровода, которые дают место снижению напора.

В некоторых случаях допускаемую высоту всасывания можно понизить повышением давления в резервуаре, из которого происходит всасывание.

Источник

Высота всасывания насоса: теория, которая поможет разобраться в практике

Насос, работающий на поверхности

Устанавливать в подземный водозабор погружное оборудование не всегда целесообразно. Этому препятствует либо малый диаметр колодца, либо сезонный характер его эксплуатации. В таких случаях приходится качать воду с поверхности.

В связи с этим, на первый план выходит вопрос: «Какова максимальная высота всасывания насоса?» — ведь от неё зависит, какой может быть допустимая глубина водозаборного сооружения.

Что является движущей силой для жидкости?

Существует два способа, с помощью которых жидкость может подниматься вверх:

На заметку: Без давления, которое атмосфера оказывает на жидкость, её подъём был бы невозможен ни при каких условиях. На уровне моря оно соответствует показателю 1 бар или около того, что соответствует примерно 10 метрам водяного столба.

Но эта высота, по сути, чисто теоретическая, потому что, чем выше находится местность над уровнем моря, тем меньше давит атмосфера. На небольшом взгорье высотой в 2000м, давление снижено примерно на четверть — до 0,77 бар.

Так как на находящуюся в колодце воду так же действует атмосфера, то, какое бы разрежение ни создавал насос, находящийся на поверхности земли, вода в низине не сможет поднять выше десятка метров, а на возвышенности высота подъёма насосом не будет выше шести-семи метров. То есть, высота местности имеет решающее значение.

Обратный клапан: что это такое и для чего используется

Кроме особенностей местности, на высоту подъёма воды влияют и другие критерии. Например, следует учитывать и возможные потери давления, которые неизбежно возникают в определённых случаях. Чтобы было понятно, что это за ситуации, рассмотрим, что происходит, когда насос отключается.

Перед первым запуском в насос заливается вода

Принцип работы обратного клапана

Кольцо трубы с обратным клапаном для колодезного насоса

Так как в этой ситуации высота всасывания уменьшится на эти же 2 метра, очень важно приложить все усилия, для того, чтобы воспрепятствовать потерям давления.

Прочие факторы, влияющие на высоту всасывания

Если говорить не только о воде, а о перекачивании жидкости, как таковой, то на высоту всасывания влияет ещё и её плотность. Чем она более вязкая – тем на меньшую высоту жидкость можно поднять.

Расчёт высоты всасывания насоса

Ещё один фактор, который оказывает существенное влияние – температура жидкости. Чем она ниже, тем насосу легче работать, и тем с более низкой отметки он может поднять воду. Заметим, что при нагревании воды появляется опасность явления кавитации, поэтому насосы нужно оберегать от скачков температур и давления.

Насосы с большой высотой всасывания – это те, которые создают разрежение 0,8 бар. То есть, они поднимают воду с отметки 8м, если нет потерь давления. Вы спросите: как тогда откачивают воду с артезианских глубин? Хороший вопрос.

Что может увеличить высоту подъёма

Одним из решений для увеличения высоты подъёма воды на поверхности земли (например, на этажи задания), является ступенчатая установка нескольких насосов. Но это довольно сложная схема, особенно для монтажа своими руками — да и цена вопроса довольно высока. В случае с глубоким колодцем она и вовсе не может быть реализована.

Камера многоступенчатого насоса

Насосы с выносным эжектором

Определение напора таково: это сумма высоты, на которую поднимается вода, и её потерь на трассе между всасывающим и напорным трубопроводом. При этом геометрическая высота подъёма состоит из разницы между верхним и нижним уровнями воды.

Гидравлические потери рассчитываются суммарно, на основании всех конструктивных особенностей трубопровода.

Выше речь шла о положительной высоте всасывания, когда ось насоса находится выше зеркала воды в источнике. Если же свободная поверхность воды располагается над насосом, высота всасывания будет отрицательной.

По этому принципу функционирует погружное оборудование, которое и выручает, когда воду нельзя достать с помощью насоса, работающего на поверхности. Более подробную информацию по этой теме вы получите, посмотрев видео в этой статье, но надеемся, что и наша инструкция оказалась для вас полезной.

Источник

Аркинель

Общая техническая информация о насосах

В этой статье приведены необходимые данные для подбора насосного оборудования: расчет трубопровода, потери давления в сети, мощности и кпд насосов. Представлены основные рабочие характеристики центробежных насосов, расчет полезного объема водозаборного резервуара и т. п. Приведенные примеры расчета насосов относятся к продукции компании ESPA, но они так же могут быть использованы и для подбора насосов других производителей.

Общие понятия о насосах

ПОДАЧА (Q): Объем жидкости, поднимаемой насосом за единицу времени; не зависит от удельного веса и может изменяться при перекачке жидкости, чья вязкость больше вязкости воды.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Ра): Давление атмосферы на единицу площади.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЛИ РЕАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рr): Давление, соотнесенное с атмосферным давлением. Манометрами измеряется положительное давление, а вакуумметрами — отрицательное.

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Pаbs): Давление, превышающее абсолютный ноль (полный вакуум) Pаbs = Ра + Рr.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА (Tv): Давление, при котором жидкость при определенной температуре находится в стадии равновесия со своим газообразным состоянием (паром).

ПЛОТНОСТЬ: масса вещества на единицу объема.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС (γ ): Вес вещества на единицу объема. Удельный вес = плотность x сила притяжения.

ЗНАЧЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВЕСА: Насос может нагнетать жидкости с различным удельным весом, например, воду, алкоголь, серную кислоту и т. д. на одинаковую высоту, причем изменяться при этом будут только показатели давления разгрузки и поглощаемой мощности в прямой зависимости от удельного веса.

ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (На): Геометрическая высота, измеряемая от минимального уровня жидкости до оси насоса (см. прилагаемую схему).

ВЫСОТА НАГНЕТАНИЯ (Нi): Геометрическая высота, измеряемая от оси насоса до максимального уровня подъема (см. прилагаемую схему).

СУММАРНАЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Нt): Нt = На + Нi

ПОТЕРИ НАПОРА (Рс): Высота, теряемая протекающей жидкостью в результате трения о трубы, клапана, фильтры, изгибы и другие приспособления.

ОБЩАЯ МАНОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Hm): Общая высота (или дифференциальное давление), которую должен преодолеть насос.

Рассчитывается по формуле: Hm = Нt + Pc+10/γ(P1-P2) где P1 — давление в напорном резервуаре, а P2 — давление во всасывающем резервуаре.

Установка на напорной линии и установка
на всасывании

Мощность и КПД насоса

(Р1) Мощность, потребляемая от сети

Потребление мощности или активная мощность

(Р2) Номинальная мощность двигателя

Наибольшая мощность, развиваемая двигателем

(РЗ) Мощность, поглощаемая осью двигателя

Для определенных условий работы

Трубопровод, выбор диаметра

Выбор диаметра труб является техническим и экономическим решением. Следует иметь в виду, что во избежании излишних затрат энергии, потери давления, не должны быть чрезмерно высокими. Размер отверстий всасывающего и нагнетающего патрубков насосов указывают только на минимальный размер труб.

Выбор адекватных сечений должен осуществляться таким образом, чтобы максимальная скорость прохождения была следующей:

Важно учитывать скорость потока, так как от этого зависит экономичность и продолжительность срока службы системы нагнетания:

Скорость потока в трубопроводе рассчитывается по следующим формулам:

V — скорость в м/сек;
q — подача в л/м;
D — диаметр в мм;
Q — подача в м 3 /час.

Эквивалентность труб

Определение эквивалентности труб позволяет получить сведения о других системах трубопроводов.

При постоянном диаметре: Потеря давления прямо пропорциональна квадрату подачи:

При постоянной подаче: Потеря напора обратно пропорциональна диаметру труб, возведенному в пятую степень:

При постоянной подаче: Скорость циркуляции обратно пропорциональна сечению труб:

При постоянных потерях напора: Квадрат подачи пропорционален диаметру труб, возведенному в пятую степень:

Эквивалентные потери напора

С помощью последнего уравнения была рассчитана приводимая ниже таблица соответствия труб различного диаметра.

Площадь трубопровода большего диаметра меньше общей площади труб меньшего диаметра. Скорость прохождения жидкости по трубам большего диаметра превышает скорость циркуляции жидкости по трубам меньшего диаметра.

Потери давления

Потери давления во вспомогательных компонентах трубопровода. Соответствие линейным метрам прямого трубопровода. Значения даны приблизительно и зависят от качества арматуры.

Производители клапанов и задвижек сообщают нам значения коэффициента подачи (кп), что позволяет рассчитать потери давления; использование клапанов и задвижек с высоким кп имеет большое значение для сведения к минимуму потерь давления.

Потери давления в трубопроводе из чугуна

Диаграмма, позволяющая определять потери давления и скорость жидкости в зависимости от подачи и внутреннего диаметра труб.

Поправочные коэффициенты для других видов труб

Расчет манометрической высоты

Требуется закачать 150 м 3 /час из колодца в резервуар, расположенный выше. Условия перекачки, согласно прилагаемому рисунку, следующие:

На = Геометрическая высота всасывания (3м);
Hi = Геометрическая высота нагнетания (34 м);
Ht = Общая геометрическая высота (37 м);
La = Протяженность линии всасывания (8 м);
Li = Протяженность линии нагнетания (240 м);
Vp = Клапан донный, сетчатый (1 штука);
Vr = Клапан обратный (1 штука);
Vc = Шиберный затвор (1 штука);
Се = Диффузор конусный эксцентрический (1 штука);
Сс = Диффузор конусный концентрический (1 штука);
С = Изгибы: (3 штуки) на линии всасывания (7 штук) на линии нагнетания.

Расчет диаметра труб делается по формуле:

для скоростей 1,8 и 2,5 м/сек получаем

диаметр 172 мм, ближайший из поступающих в продажу — 200 мм;

диаметр 146 мм, ближайший из поступающих в продажу — 150 мм.

Определив диаметр чугунных труб, мы можем подсчитать по таблице потери давления.
Трубопровод всасывания диаметром 200 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 1%.
Трубопровод нагнетания диаметром 150 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 4%.

Манометрическая высота всасывания

Геометрическая высота — 3 метра

Эквивалентная длина

Длина трубопровода — 8 метров

(Эквивалент) — 30 метров

Изгибы в 90° (3×3) — 9 метров

Диффузор конусный — 5 метров

Итого: 52 метра

Потери давления 52 метра х 1 % = 0,52 метра

Общая манометрическая высота всасывания — 3,52 метра

Манометрическая высота нагнетания

Геометрическая высота — 34 метра

Длина трубопровода — 240 метров

Диффузор конусный — 5 метров

Обратный клапан — 20 метров

Шиберный затвор — 1,5 метра

Изгиб в 90″ (7×2) — 14 метров

Итого: 280,5 метра

Потери давления 280,5 метра х 4% = 11,22 метра

Общая манометрическая высота нагнетания — 45,22 метра

Манометрическая высота = 3,52 + 45,22 = 48,74

Допуск надежности (+5%) — 2,44

Итого: 51,18 метра

В данном случае следует применить электронасос типа FN 80-200/300 с рабочим колесом диаметром 207 мм, способный обеспечивать подачу 150 м 3 /час на высоту в 52,5 метра.

С учетом того, что насос будет качать на высоту в 49 метров, требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса NPSH составляет 4,3 метра; следовательно, выбранный насос способен всасывать приблизительно с 5,5 метра, и в данном случае мы обеспечиваем значительный запас прочности, поскольку всасывание не превышает 3,52 метра.

Кавитационный запас

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы допускаемый кавитационный запас насоса (NPSH D) превышал требуемый кавитационный запас насоса (NPSH R). В качестве предупредительной меры безопасности следует добавить дополнительный запас надежности в 0,5 м к значению требуемого запаса, в результате чего мы получим:

NPSHD > NPSHR+ 0,5 м

Если насос работает с повышенным всасыванием, происходит разряжение на входе во всасывающий патрубок, давление падает, появляются пузырьки-каверны и жидкость преобразуется в пар. Появление пузырьков, которые лопаются при входе в патрубок нагнетания, ведет к возникновению процесса кавитации, наносящего серьезные повреждения механическим частям насоса.

Нежелательные явления, вызываемые кавитацией, — это разрушение внутренних поверхностей насоса, вибрация и шумы. Чрезмерная кавитация, как правило, сопровождается сильным шумом и повреждением насоса; средняя кавитация ведет к небольшому снижению подачи, высоты, производительности и преждевременному износу.

NPSH (Net Positive Suction Head) или чистая позитивная высота всасывания представляет собой разницу между осевым давлением жидкости при нагнетании и давлением насыщенного пара при температуре перекачивания.

Существуют два вида NPSH:

Расчётный NPSH является характеристикой установки, независимой от вида насоса и выводится путем применения принципа сохранения энергии между свободной поверхностью жидкости и всасыванием:

Требуемый NPSH является параметром насоса, указываемый производителем и выражающийся следующим уравнением:

Мощность всасывания насоса при известном значении NPSHr

Ниже приводится основная формула, выражающая нормальную работу насоса на всасывание:

Ha — Геометрическая высота всасывания в метрах. Она может быть положительной в случаях, когда уровень жидкости находится ниже оси насоса, или отрицательной, если этот уровень выше;
Рa — Атмосферное давление или давление в резервуаре всасывания в кг/см 2 ;
Рca — Потери давления при всасывании (трубопровод, клапаны, изгибы и принадлежности, и т.д.), в м;
Tv — Давление насыщенного пара при температуре перекачивания, в кг/см 2 ;
γ — Удельный вес жидкости, в кг/см 2 ;
Va2/2g — Динамическая высота соответствующая скорости жидкости на входе в насос, в м/сек;
Hz — Минимально необходимое давление непосредственно на участке перед лопастями рабочего колеса в м.

Практический пример

Возьмем за исходные параметры насоса, приведенные в практическом примере расчета манометрической высоты. При этом температура воды равняется 60°С, а высота над уровнем моря — 600 м.

Основываясь на данных расчета манометрической высоты, получаем:

Рa = 10,33 — 600/900 = 9,66 mса

По техническому каталогу ESPA находим значение NPSHr на соответствующей кривой номинальной высоты столба над всасывающим патрубком для насоса FN 80-200/300 (2900 об\мин), оно равно 3,85 м.

Таким образом, насос будет бесперебойно работать в установке, даже если параметры близки к расчетным. Давление пара зависит от температуры жидкости и высоты над уровнем моря и для правильного расчета следует использовать нижеприведенную таблицу:

Давление пара и удельный вес воды в зависимости от температуры

Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря рассчитывается по следующей формуле:

Рa (м) = 10,33 — Высота (м) /900

Всасывающий трубопровод

Правильно подобранные размеры и обвязка всасывающего трубопровода гарантируют нормальную работу насоса.

Если закачиваемая жидкость однородна, то скорость во всасывающем трубопроводе следует ограничить значением в 1,8 м/сек.

Если забор ведется из коллектора двумя или более насосами, рекомендованная скорость течения не должна превышать 0,9 м/сек.

В ответвлениях, находящихся под углом в 30°-45° по отношению к основной магистрали, рекомендованная скорость потока может быть увеличена до 1,5 м/сек.

Если диаметр всасывающего отверстая насоса меньше диаметра всасывающего трубопровода, то следует установить эксцентрический конусный диффузор, присоединив его прямым участком к верхней части трубопровода; если же источник снабжения расположен выше насоса, то прямым участком диффузор присоединяется к нижней часта.

Образование вихрей в резервуаре всасывания

Зачастую требуется, чтобы насос производил забор из резервуара со всасывающим трубопроводом, погруженным на минимальную глубину.

Для предотвращения образования вихрей следует рассчитать минимальную глубину погружения по формуле:

SM = V2/2g + 0,1

SM — Минимальное погружение (м);
V — Скорость всасывания (м/сек);
g — Ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 ).

Если поток жидкости всасывающего или нагнетательного трубопровода располагается над уровнем жидкости радиально, то есть опасность образования воздушных пробок и появления дополнительных скоростей, что мешает нормальной работе насоса.

Если невозможно обеспечить необходимую высоту жидкости, то установка разделительных перегородок, противовихревых пластин и разделителей, а также правильно подобранные скорости и т.д. могут помочь в разрешении большинства этих проблем.

Следует избегать резких переходов сечений между входом в насос и резервуаром. Переход должен быть постепенным и достигается с помощью установки конусов с наклоном в 45° причем в этих случаях скорость потока в нижней части должна быть меньше 0,3 м/сек.

Особенно не рекомендуется прокладка трубопровода небольших размеров прямо от резервуара к насосам, установленным поблизости от входа.

В этих случаях, чтобы дойти до всех насосов поток должен резко менять свое направление.

Нежелательно также концентрировать насосы в резервуаре, так как это вызывает образование обширных вихревых зон за ними.

Установки повышения давления

Классификация типов жилья

Для установок с флюксорами требуется другое исследование.

Оборудование следует проектировать таким образом, чтобы оно включалось только при падении напора в сети.

Оборудование следует продублировать с тем, чтобы оно включалось поочередно; при этом насосы должны обладать одинаковыми характеристиками и быть подключены параллельно.

Они должны быть снабжены мембранными баками с реле давления, соединенными с приборами, позволяющими оценить давление в системе, и соответственно автоматически отключить или включать оборудование.

Подача в зависимости от вида и количества единиц жилья

Кол-во устанавливаемых насосов, исключая резервные, зависит от номинальной подачи.

При подаче 10 л/сек (36 мЗ/час), устанавливаются 2 насоса;
при подаче до 30 л/сек (108 м 3 /час) — требуются 3 насоса,
а при подаче, превышающей 30 л/сек (108 м 3 /час) — необходимы 4 насоса.

Расчет давления

Давление при запуске = Геометрическая высота + Общие потери давления в установке + Необходимое давление в наиболее неблагоприятной точке.

Давление при остановке = давление при запуске + 15-30 метров.

Рb = На + Нg + Рс + Рr

Рb = минимальное давление при запуске;
На = Высота всасывания;
Нg = геометрическая высота;
Рс = потери давления;
Рr = остаточное давление.

Потери давления не должны превышать 10-15 % от геометрической высоты.

Минимальное давление при запуске:

Максимальное давление при запуске:

Объем резервуара в зависимости от вида и количества единиц жилья

Резервный или напорный бак

Согласно техническому кодексу строительства (статья Закона), принятому в Испании, перед установкой повышения давления (при всасывании) следует установить РЕЗЕРВНЫЙ ИЛИ ПОДПОРНЫЙ БАК, емкость которого рассчитывается согласно требованиям стандарта UNE 100.030:2.005:

V = Q x t x 60

V = Объем (л);
Q = Подача (л/сек);
t = Время (15-20 мин).

Регулируемая установка повышения давления: можно обойтись без подпорного бака. В этом случае следует включить в установку повышения давления устройство, отключающее всасывание и останавливающее насосы при падении давления в трубопроводе снабжения.

Пример расчета установки повышения давления

Подача

1. По нижеприведенной таблице подсчитаем номинальную подачу и количество точек потребления на единицу жилья:

2. Коэффициент одновременности для единицы жилья можно рассчитать по следующей формуле: (n — число точек потребления на единицу жилья):

3. Экономичная подача для одной единицы жилья равна: Экономичная подача = К х номинальная подача.

4. Подсчитаем коэффициент при одновременном водоснабжении всех видов жилья по формуле: (N: Общее кол-во единиц жилья):

5. Общая подача для снабжения всех единиц жилья определяется следующим образом:
Общая подача (L/S) = Кол-во единиц жилья х Экономичная подача х Kv

Резервуары

Объем резервуара, где:

к = 0,33 (для мембранных баков)
к = 0,45 (для оцинкованных баков с компрессором).
к = 1 (для оцинкованных баков с инжектором).
и:

Vd — Объем резервуара в м 3 ;
Vu — Полезный объем резервуара в м 3 ;
Qm — Средняя подача (Qa + Qp)/2 в м 3 /час;
Qa — Подача при давлении запуска в м 3 /час;
Qp — Подача при давлении остановки в м 3 /час;
Рр — Давление при остановке в кг/см 2 ;
Ра — Давление при запуске в кг/см 2 ;
N — Частота запусков/час.

Воздушные пробки в резервуаре влияют на объем резервуара и на его полезный объем. Контроль за скоростью помогает сберегать энергию, сокращать пространство и избегать преждевременного износа и эффекта гидравлического удара. Расчет устройства повышения давления требует детальной проработки, когда речь идет о снабжении водой таких объектов, как: жилые кварталы, школы, казармы, больницы, поливные хозяйства, магазины, рынки, плавательные бассейны, заводы, очистительные сооружения, гостиницы, офисные здания.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Изменения в зависимости от скорости

Если изменяется скорость, то при постоянном диаметре рабочего колеса, одновременно меняется подача, давление и мощность, согласно законам пропорции в соответствии со следующими формулами, подача, обеспечиваемая насосом, может увеличиваться или уменьшаться пропорционально увеличению или уменьшению скорости.

Манометрическая высота увеличивается или уменьшается в зависимости от квадрата скорости.

Потребляемая мощность растет или падает в зависимости от куба скорости.

NPSH прямо пропорционально квадрату изменения скорости.

Эти зависимости не выдерживаются, если скорость увеличивается более чем вдвое. Они также неверны, если условия всасывания не представляются адекватными.Изменение скорости — эффективный способ изменить характеристики насоса, работающего в переменных режимах. В случаях, когда представляется целесообразным увеличить скорость насоса, рекомендуется предварительно проконсультироваться с изготовителем, так как увеличение скорости может быть ограничено по следующим причинам:

Изменения в зависимости от диаметра рабочей части

Предположим, что скорость — постоянная величина. При изменении диаметра рабочего колеса пропорционально изменяется касательная скорость, а вместе с ней и подача, высота и мощность, в соответствии с нижеприведенными формулами.

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15-20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность — постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Изменения в зависимости от скорости

Если изменяется скорость, то при постоянном диаметре рабочего колеса, одновременно меняется подача, давление и мощность, согласно законам пропорции в соответствии со следующими формулами, подача, обеспечиваемая насосом, может увеличиваться или уменьшаться пропорционально увеличению или уменьшению скорости.

Манометрическая высота увеличивается или уменьшается в зависимости от квадрата скорости.

Потребляемая мощность растет или падает в зависимости от куба скорости.

NPSH прямо пропорционально квадрату изменения скорости.

Эти зависимости не выдерживаются, если скорость увеличивается более чем вдвое. Они также неверны, если условия всасывания не представляются адекватными.Изменение скорости — эффективный способ изменить характеристики насоса, работающего в переменных режимах. В случаях, когда представляется целесообразным увеличить скорость насоса, рекомендуется предварительно проконсультироваться с изготовителем, так как увеличение скорости может быть ограничено по следующим причинам:

Изменения в зависимости от диаметра рабочей части

Предположим, что скорость — постоянная величина. При изменении диаметра рабочего колеса пропорционально изменяется касательная скорость, а вместе с ней и подача, высота и мощность, в соответствии с нижеприведенными формулами.

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15 — 20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность — постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Расчет полезного объема водозаборного резервуара (сточной ямы)

Самый неблагоприятный вариант расчета — это, когда подача на входе равняется половине подачи насоса. Минимальный объем воды в резервуаре зависит от частоты запусков мотора в час и от подачи самого мощного из эксплуатируемых насосов и высчитывается следующим образом:

Vu = Q/4 • N

Vu — Полезный объем (м 3 );
Q — Расход (м 3 /час);
N — частота запусков в час.

Размеры водозаборного резервуара должны быть достаточными для вмещения полезного объема и для работы насосов без гидравлических помех на всасывании (см. Проектирование всасывающего трубопровода), при этом должны учитываться различия уровней остановки-хода для разных вида оборудования. Частота запусков будет меньше, если два или больше двух насосов работают попеременно.

Выходные отверстия и брандспойтные насадки

Выброс воды через выходное отверстие рассчитывается по следующей формуле:

Q — подача в м 3 /час;
V — скорость в м/сек;
S — Площадь отверстия в м 2 ;
Н — Напор в отверстии в метрах;
g — Ускорение свободного падения (9,81 м/сек 2 );
К — Коэффициент выхода 0,62.

Если выходное отверстие круглое, то практический расход составляет приблизительно 62% от теоретического. При К = 0,62 имеется упрощенная формула расчета.

В частном случае применения брандсбойной насадки в виде полированного конуса и при коэффициенте нагнетания равном 0,97, расчет подачи полной струи в зависимости от давления следует делать по следующей формуле:

Найденные параметры выброса верны для наклона в 30° при отсутствии ветра.

Перекачивание вязких жидкостей

Кривые характеристик насосов приводятся в отношении воды с кинематической вязкостью равной примерно 1 cSt. Увеличение вязкости сказывается на работе насосов, поэтому в случае перекачивания вязкой жидкости следует применить поправочные коэффициенты в отношении подачи, высоты и производительности насоса, чтобы найти значения эквивалентные воде:

Ограниченные возможности графиков

Пример применения

Рассчитать параметры насоса, способного при подаче в 150 м 3 /час поднять вязкую жидкость на высоту 28,5 mса.

Чтобы найти поправочный коэффициент, используйте кривую 1,0 х Q:

fQ = 0,95 fH = 0,91 fη= 0,62

Найдя коэффициенты, рассчитаем значения для воды:

Q = 150/0,95 = 158 m 3 /h
Н = 28,5/0,91 = 31,3 mca

Исходя из полученных величин, выберем насос типа FNF 80-160 с диаметром 173 мм, совершающий 2.900 оборотов в минуту; по кривой для воды, определим величину подачи, высоту нагнетания и производительность.

Применив различные поправочные коэффициенты, получим новые условия эксплуатации насоса для перекачки вязких жидкостей. Ниже приводится график, на котором в краткой форме отображены наши расчеты.

Гидравлический удар

L — протяженность трубопровода (т);
V — Скорость жидкости (м/сек);
g — скорость свободного падения (м/сек 2 );
Hm — Манометрическая высота (mса).

а — скорость распространения (м/сек);
D — диаметр труб (мм);
е — толщина стенок труб (мм).

Коэффициент К представляет в основном эффект инерции в движущихся частях насоса и его величины варьируются в зависимости от длины линии нагнетания.

Коэффициент С выведен опытным путем и зависит от наклона (Нm/L)

Подсчет К₁:
К1 = 10 10/ E

Где Е — коэффициент эластичности труб (кг/м 2 ).

Практические значения К, для труб из разных материалов:

Сталь — 0,5;
Чугун — 1;
Цемент — 5;
Фиброцемент — 5,5;
Полиэстер — 6,6;
ПВХ — 33,3.

В работах по гидравлике рекомендуется для расчета сверхдавления использовать следующие формулы:

и, следовательно, необходимо применять формулу Allievi, если круговое перемещение воды продолжается, всегда есть промежуточная точка, для которой будет верно

и к этой зоне следует применить формулу Michaud.

Максимальное давление будет равно сумме статического давления или геометрической высоты и максимального превышения давления + Δ Н.

Н max = Hg +Δ Н

Минимальное давление будет равно разнице между статическим давлением или геометрической высотой и минимальным превышением давления — Δ Н.

Н min = Hg — Δ Н

Защита от гидравлического удара

Выбор силового кабеля

При выборе силового кабеля следует учитывать следующие факторы:

Расчет делается по следующим формулам:

S — сечение кабеля в мм 2 ;
I — номинальная сила тока двигателя в амперах;
L — длина кабеля в метрах;
cos φ — коэффициент мощности при полной нагрузке;
ΔU — Падение напряжения в сети на 3%.

Пример: для 230 V = 6,9 V
для 400 V= 12 V
С — Электропроводимость (56 м/мм 2 для Сu и 34 м/мм 2 для AI).

Максимально допустимая сила тока для кабеля ТРЕХЖИЛЬНОГО или ШЕСТИЖИЛЬНОГО

Тип H07RNF или подобный (согласно ННН)

Повышение температуры в проводнике, вызванное электрическим током, не должно превышать максимально допустимую температуру для изоляции, т.е. 90°С; при температуре окружающей среды выше 40°С применяются следующие поправочные коэффициенты.

На кабель воздействуют и другие факторы, как, например, прямые солнечные лучи (коэффициент 0,9), прокладка кабеля в трубе, на открытом участке или в стене (коэффициент 0,8), сведение воедино нескольких проводов и т.д.

Таблица для выбора кабеля для двигателей диаметром 4″

Таблица расчёта потерь напора для труб из ПВХ/полипропилена

Примечание: для других труб рекомендуется умножать значение потерь давления на следующие коэффициенты:

х 1,2 для труб из фиброцемента;
х 1,5 для стальных оцинкованных труб.

Таблица расчёта потерь напора в метрах водяного столба на 100 метров прямого трубопровода для сточных вод (для стальных труб)

Для трубопроводов из пластика, результат умножать на 0.8.

Для колен и шаровых кранов — прибавить 2 метра фиктивной длины для каждой детали.

Для клапанов — прибавить 10 метров фиктивной дополнительной длины.

Таблица соотношения диаметров трубопроводов и патрубков

Подключение 3-х фазных электродвигателей

Соединение Треугольник

V: Напряжение в сети. Схема соединений

Соединение Звезда

V: Напряжение в сети. Схема соединений

Соединение Треугольник-Звезда

Переключение Звезда-Треугольник осуществляется на электрощите управления.

Источник