Что такое гидравлическая мощность насоса: Гидравлическая мощность и КПД центробежных насосов

Содержание

Гидравлическая мощность и КПД центробежных насосов

MaxPlant

Опубликовано 08.02.2018

Гидравлическая мощность насоса

P_Г = ρ x g x Q x H [Вт]

ρ — плотность жидкости [кг/м³]
g — ускорение свободного падения [м/сек²]
Q — расход [м³/сек]
H — напор [м]

Для насосов, у которых всасывающий и напорный патрубки имеют одинаковый диаметр и находятся на одном уровне,
напор можно рассчитать по упрощённой формуле:

H = (p₂ — p₁) / (ρ x g) [м]

p₂ — давление на напорном патрубке [Па]
p₁ — давление на всасывающем патрубке [Па]

Таким образом, гидравлическая мощность насоса пропорциональна перепаду давления и расходу:

P_Г = (p₂ — p₁) x Q [Вт]

Если диаметр напорного патрубка меньше диаметра всасывающего патрубка, то для расчёта гидравлической мощности
насоса напор необходимо увеличить на величину:

v₂ — скорость жидкости в напорном патрубке [м/с]
v₁ — скорость жидкости во всасывающем патрубке [м/с]
Q — расход [м³/с]
g — ускорение свободного падения [м/с²]
d₂ — внутренний диаметр напорного патрубка [м]
d₁ — внутренний диаметр всасывающего патрубка [м]

Если напорный и всасывающий патрубок расположены не на одной линии, то напор нужно ещё увеличить на разницу высот между
двумя патрубками:

ΔH = h₂ — h₁

Потребляемая мощность насоса

Если вал насоса жёстко соединён с валом двигателя, то потребляемая мощность насоса равна механической
мощности на валу электродвигателя.

P_П = P_В

КПД насоса

КПД насоса равен отношению гидравлической мощности к потребляемой:

η_Н = P_Г / P_П

Насос выбирается так, чтобы в рабочей точке его КПД был максимальным (см. рис.).

Механическая мощность на валу электродвигателя:

P_В = η_Д x P_Э

η_Д — КПД электродвигателя,
P_Э — электрическая мощность, потребляемая двигателем из сети.

Электрическая мощность, потребляемая 3-х фазным электродвигателем из сети

P_Э = √3 х U х I х cos φ

U — напряжение сети [В]
I — ток, потребляемый электродвигателем [А]
cos φ — косинус угла между векторами тока и напряжения

Выводы: как вычислить КПД насоса

С помощью специального прибора с токовыми клещами измеряем электрическую мощность P_Э,
потребляемую электродвигателем из сети. Если электродвигатель работает от преобразователя частоты,
то ПЧ сам измеряет мощность и сохраняет это значение в одном из своих параметров
С шильдика электродвигателя списываем его КПД и вычисляем мощность на валу P_В.
На шильдике, конечно, указана и номинальная мощность электродвигателя, но в данном случае нас интересует
мощность электродвигателя в рабочей точке насоса
Если между двигателем и насосом существует жёсткая механическая связь (а не ременная передача, редуктор или муфта
с проскальзыванием), то считаем потребляемую насосом мощность Р_П равной мощности на валу
электродвигателя Р_В
Измеряем перепад давления на напорном и всасывающем патрубках и вычисляем напор (если необходимо, то корректируем его
с учётом разницы диаметров и высот напорного и всасывающего патрубков)
Измеряем расход и рассчитываем гидравлическую мощность насоса Р_Г
Вычисляем КПД насоса.

Если КПД насоса оказался ниже, чем вы ожидали, то стоит задуматься о профилактике, ремонте или замене насоса.

Регулирование скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса

Центробежные насосы: кавитация, NPSH, высота всасывания

Мощность насоса. КПД и потери мощности в насосе.

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.

Содержание статьи

Напор и мощность насоса

КПД и потери мощности насоса

Расчет мощности насоса

Видео по теме

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 = η_о * η_г * η_м

η_о — объемный КПД насоса – характеризует объемные потери

η_г — гидравлический КПД – характеризует гидравлические потери

η_м — 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:

Гидравлические расчеты и формулы — Гидравлика онлайн

Поделиться этой публикацией

07 октября 7 октября 2019 г.

Харпер Дженни2021-10-12T10:16:52+01:00

К
Харпер Дженни

Центр технических знаний

Комментарии отключены на Гидравлические расчеты и формулы

Нужна помощь с гидравлическими расчетами? Наши опытные технические инженеры могут помочь с подробным расчетом для вашего конкретного проекта и приложения. Для начала мы подготовили для вас краткий обзор.

Есть много гидравлических расчетов.

Например, расчет выходной мощности. Гидравлическая мощность определяется как произведение потока на давление. Гидравлическая мощность, обеспечиваемая насосом:

Пример: если насос подает 180 литров в минуту и давление 250 бар, то гидравлический расчет мощности первичного двигателя насоса:

Мощность = (250 x 180 ) ÷ 600 = 75 кВт **

** при КПД 100%; Эффективность 90% будет равняться 75 ÷ 0,9= 83,3кВт. Это всегда будет зависеть от типа используемого насоса, т. е. шестеренчатого, лопастного или поршневого и т. д.

Общий КПД насоса, ηtotal, необходимо учитывать при расчете потребляемой мощности насоса. Этот КПД является произведением объемного КПД ηvol и гидромеханического КПД ηhm. Потребляемая мощность = Выходная мощность ÷ ηобщ. В среднем для аксиально-поршневых насосов ηобщ = 0,87.

Кроме того, источник энергии (например, дизельный двигатель или электродвигатель) должен иметь мощность не менее 75 ÷ 0,87 = 86 [кВт].

Гидравлические двигатели и цилиндры, которые насос снабжает гидравлической энергией, также имеют КПД. А общий КПД системы (без учета перепада давления в гидротрубах и клапанах) в итоге составит примерно 0,75.

Цилиндры обычно имеют общий КПД около 0,95. А гидравлические аксиально-поршневые моторы и насосы имеют 0,87. Кроме того, общие потери мощности в гидравлической передаче энергии составляют около 25% и более при идеальном диапазоне вязкости 25–35 [сСт].

Выполните следующие 3 шага, чтобы рассчитать требуемую максимальную выходную мощность дизельного двигателя.

ЭТАП 1

Сначала проверьте точку максимальной мощности, т. е. точку, в которой соотношение давления и расхода достигает своего максимального значения. Базовая оценка будет следующей:

Где:

Qtot = теоретический расход насоса для потребителей, не включая утечки, в точке максимальной мощности.
Pmax = фактическое давление насоса в точке максимальной мощности.
Примечание: η — общий КПД = (выходная механическая мощность ÷ входная механическая мощность). Для приблизительных оценок η = 0,75, хотя обычно вы можете добавить 10-20% в зависимости от приложения к этому значению мощности.

ЭТАП 2

Рассчитайте требуемый рабочий объем насоса по требуемой максимальной сумме расхода для потребителей в наихудшем сценарии и оборотах дизельного двигателя в этой точке. Максимальный расход может отличаться от расхода, используемого для расчета мощности дизельного двигателя.

Средний объемный КПД насоса, поршневые насосы: ηvol= 0,93

ЭТАП 3

Расчет производительности предварительного охладителя: Отвод тепла от баков гидравлического масла, клапанов, труб и гидравлических компонентов составляет менее нескольких процентов в стандартном мобильном оборудовании и мощность кулера должна включать в себя некоторые запасы. Минимальная производительность охладителя, Ecooler = 0,25Ediesel

Не менее 25 % потребляемой мощности должно рассеиваться охладителем при длительном использовании пиковой мощности. Однако в обычном случае пиковая мощность используется только в течение коротких периодов, поэтому фактическая требуемая мощность охладителя может быть значительно меньше. Объем масла в гидравлическом баке также действует как аккумулятор тепла при использовании пиковой мощности.

Эффективность системы очень сильно зависит от типа гидравлического рабочего оборудования, используемых гидравлических насосов и двигателей, а также от потребляемой мощности гидравлики. Каждая цепь должна быть оценена, а цикл нагрузки оценен. Новые или модифицированные системы всегда должны быть проверены на практике, охватывая все возможные циклы нагрузки.

Простой способ измерения фактических средних потерь мощности в системе состоит в том, чтобы оборудовать машину испытательным охладителем и измерить температуру масла на входе в охладитель, температуру масла на выходе из охладителя и расход масла через охладитель, когда машина находится в нормальном рабочем режиме. По этим цифрам можно рассчитать рассеиваемую мощность тестового кулера, которая равна потерям мощности при стабилизации температуры. По результатам этого теста можно рассчитать фактический требуемый охладитель для достижения заданной температуры масла в масляном баке. Одной из проблем может быть сборка измерительного оборудования в линию, особенно расходомера масла.