Как правильно произвести расчет центробежного насоса

Расчёт и Подбор центробежного Насоса по параметрам

Заполните ниже приведенную форму, и в результате online расчёта будет подобран список центробежных насосов соответствующих заданным параметрам.

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Подбор центробежного насоса

Для подбора центробежного насоса используют графическую зависимость напора от подачи, которая индивидуальна для каждой модели и приводится в каталогах производителей.

Методика подбора центробежного насоса зависит от возложенных на него задач. Чтобы подобрать повысительный насос — задаются подачей и с оси абсцисс проводят перпендикуляр на кривую характеристики насоса, полученная рабочая точка определит напор при заданной подаче.

Циркуляционный насос подбирают, накладывая на характеристику насоса, гидравлическую характеристику циркуляционного кольца, отображающую зависимость потерь напора от протекающего расхода. Рабочая точка будет находиться в точке пересечения характеристик насоса и циркуляционного кольца.

Если заданным параметрам соответствует несколько моделей, выбирают менее мощный насос работающий в режиме с большим КПД. Подбирая центробежный насос для сети с изменяющимся расходом воды, лучше отдать предпочтение модели с более пологой напорной характеристикой и широким диапазоном подачи.

Шумовые характеристики, часто становятся преобладающим параметром при подборе насосов для установки в жилых домах. В таких случаях рекомендуется выбрать насос с электродвигателем меньшей мощности и частотой вращения не более 1500 оборотов в минуту.

Расчёт центробежного насоса

Расчёт центробежного насоса заключается в определении двух параметров, необходимых для работы системы — подачи и напора. В зависимости от схемы установки подход к вычислению заданных параметров должен быть различным.

Расчёт повысительного насоса для системы водоснабжения выполняется по нагрузке часа максимального водопотребления, а напор определяют разницей между заданным давлением на входе в систему водоснабжения и давлением на вводе водопровода.

Давление на вводе в систему водоснабжения равно сумме избыточного давления у верхней водоразборной точки, высоты водяного столба от насоса до верхней точки и потерь напора на участке от повысительного насоса до верхней точки. Избыточное давление у верхней водоразборной точки обычно принимают 5-10 м.вод.ст.

Расчёт подпиточного насоса для системы отопления выполняют исходя из максимально допустимого времени заполнения системы и её ёмкости. Время заполнения системы отопления обычно принимают не более 2 часов. Напор подпиточного насоса определяется разницей между давлением выключения насоса (система заполнена) и давлением в месте подключения подпиточной линии.

Расчёт циркуляционного насоса для системы отопления выполняют исходя из тепловой нагрузки и расчётного температурного графика. Подача насоса пропорциональна тепловой нагрузке и обратно пропорциональна расчётной разнице температур в подающем и обратном трубопроводе. Напор циркуляционного насоса определяется только гидравлическим сопротивлением системы отопления, который должен указываться в проекте.

Кавитация

Кавитацией называют образование в толще движущейся жидкости пузырьков пара при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков в толще где гидростатическое давление повышается.

В центробежных насосах кавитация образуется на входной кромке рабочего колеса, в месте с максимальной скоростью потока и минимальным гидростатическим давлением. Схлопывание пузырька пара происходит во время его полной конденсации, при этом в месте схлопывания возникает резкое увеличение давления до сотен атмосфер. Если в момент схлопывания пузырёк находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию метала. Поверхность метала подверженная кавитационной эрозии носит выщербленный характер.

Кавитация в насосе сопровождается резким шумом, треском, вибрацией и что особенно важно, падением напора, мощности, подачи и КПД. Материалов, имеющих абсолютную устойчивость против кавитационного разрушения не существует, поэтому работа насоса в кавитационном режиме не допускается.

Минимальное давление на входе в центробежный насос называют кавитационным запасом NPSH и указывается производителями насосов в техническом описании.

Пособие KSB
Расчёт параметров центробежных насосов

Формула расчета насоса для системы отопления

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

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

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

Для чего необходимы расчеты

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

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

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

Что нужно знать, чтобы рассчитать мощность

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

Следующим шагом будет определение величин, необходимых для расчета.

Нужно узнать три основных параметра:

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

Расчет мощности источника тепла (АОГВ)

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

Для вычисления этого параметра воспользуемся следующей формулой:

Qn = Sn × Qуд ÷ 1000

мощность источника тепла

удельная тепловая потребность помещения

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

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

300 × 100 ÷ 1000 = 30 кВт.

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

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

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

Объем помещения новый дом (м³)

Тепловая мощностьОбъем помещения старый дом (м³)

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

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

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

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

Расчет производительности насоса

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

Воспользуемся следующей формулой:

Qpu = Qn ÷ kτ × Δt

мощность источника тепла (АОГВ)

коэффициент теплоемкости жидкости

температурный перепад на входе и выходе системы

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

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

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

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

Qpu = 30 ÷ 1,163 × 15 = 1,72 м³/час

Теперь один из пунктов технической характеристики циркуляционного насоса известен.

Расчет необходимой мощности (высоты) напора

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

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

Расчет напора насоса отопления производится по следующей формуле:

Hpu = R × L × ZF ÷ 10000

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

Мощность (высота) напора

Потери в трубах подачи и «обратки»

Протяженность отопительного контура

коэффициент гидравл. сопротивления фасонной и запорной арматуры системы

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

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

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

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

150 × 85 × 2,2 ÷ 10000 = 2,8 м.

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

Гидравлическое сопротивление

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

К ним можно отнести:

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

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

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

ОбозначениеПараметрЕдиницы измерения

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

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

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

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

Выбираем насос

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

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

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

Цены на разные модели насосов для системы отопления

Как рассчитать насос, если известна мощность котла

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

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

Q = N ÷ (t2 — t1), где:

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

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

Количество скоростей у насосов

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

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

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

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

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

Полезные рекомендации

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

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

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

Видео

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

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 26.10.2018

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Как легко рассчитать напор и производительность насоса

Упрощенный расчет напора и производительности насоса

В данной статье мы остановимся на упрощенном расчете напора и производительности.

Напор, создаваемый насосом должен складываться из трех важных значений:

1. При определении требуемого напора насоса нужно помнить, что 1 метр напора по вертикали примерно равен 10 метрам напора по горизонтали (на самом деле на данное отношение влияет множество факторов).

Если в характеристиках насоса написано, что максимальный напор при нулевой производительности достигает Hmax = 48 метров, то значит, что по вертикали данный насос поднимет воду на высоту 48 метров или при нулевой высоте подъема он сможет доставить воду примерно на 480 метров по горизонтали (но при этом вода будет вытекать слабой струйкой).

Например, вы устанавливаете насос в подвале дома или гаража, находящемся на 3 метра ниже уровня земли. До входа системы водоснабжения в одноэтажный дом, куда подается вода — 20 метров. Значит, Вам необходим насос с напором свыше 5-ти метров при определенной производительности:

Но для нормальной работы системы водоснабжения Вам нужен насос с определенными напором и производительностью.

Вы спросите: «Почему при определенной производительности?»

Ответ: «Вам нужно, чтобы вода из шланга или крана не капала (а на насосе указан максимальный напор при нулевой производительности, либо наоборот), а вытекала с производительностью, достаточной для удаления воды из емкости. Для бытовых целей производительности насоса хватит, если максимальный напор, создаваемый насосом (указан в характеристиках насоса) превышает расчетный на 3 метра. В данном случае 8 метров. Опять-таки, не стоит забывать, что в ряде случаев необходим запас по напору, определяющему производительность насоса, то есть напор должен быть существенно больше.

Более точные расчеты напора и производительности насоса в зависимости от сложности системы трубопроводов, дальности перемещения воды и высоты подъема определяется по специальным диаграммам, таблицам или для сложных условий работы системы водоснабжения производятся сложнейшие расчеты, в которых с определенной степенью погрешности учитываются все параметры и характеристики системы.

2. Давление, рекомендуемое (необходимое) в точке потребления, как правило, для всех потребителей бытового назначения, должно быть от 1,5 до 3,0 бар (bar), что соответствует напору от 15-ти до 30-ти метров Hпотр = (15 . 30) м.

3. Расчетный напор насоса до основных точек потребления (например, до входа системы водоснабжения в одноэтажный дом):

Где: Нрасч — расчетный напор, создаваемый насосом, м;

Hгео — геодезическая высота подъёма воды (расстояние по вертикали от места установки насоса до наиболее высокорасположенного потребителя), м.

Hпотр — напор, который необходимо создать в самой удаленной точке и высоко расположенной точке потребления, м.

Hпот — суммарное гидравлическое сопротивление по всей длине Lтр всасывающего и нагнетательного трубопроводов (суммарные потери напора).**

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при + 65-ти градусах Цельсия (°С) забор воды становится невозможен.

Обычно геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5-ти, 7-ми метров и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 9-ми метров.

**Точный расчет суммарных гидравлических потерь напора по всей длине Lтр трубопроводов и элементах инсталляционной аппаратуры, элементах управляющей автоматики и т.д. крайне сложен – приходится учитывать очень большое количество факторов.

Для крайне приблизительных и упрощенных расчетов зачастую достаточно принимать, что для горизонтального участка трубопровода длиной 100 метров разница между напором на входе и выходе с учетом потерь напора условно принимаем снижение напора на 10 м, что соответствует падению давления около 1 бар (bar).

Упрощенный пример расчета на уровне «двух пальцев» (за основу взят погружной насос).

а) Приведем пример или задачу:

Длина трубы 25 метров в высоту (от динамического уровня воды до дальней точки потребления). Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода достигла точки потребления?

Решение очень простое — нам нужен напор, равный высоте от динамического уровня воды до точки потребления, то есть 25 метров!

Обратите внимание! В задаче указано, что вода должна достигнуть точки потребления, а не литься из трубы фонтаном.

б) Если Вы хотите понять: «Как найти величину напора, чтобы на выходе в точке потребления вода выходила фонтаном?» — решим следующую задачу.

Расстояние от уровня воды до точки потребления составляет 35 метров в высоту. Какой нам нужен напор насоса, чтобы вода выходила из трубы фонтаном или как минимум превысила высоту точки потребления? Решение тоже очень простое! Необходимо, чтобы у насоса высота напора была выше 35 метров!

Но нам необходимо рассчитать напор, достаточный для системы водоснабжения, чтобы на выходе из последней точки потребления создавался минимальный стандартный напор по водопотреблению.

Задача: Длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления 35 метров. Какой нам нужен напор насоса, чтобы на выходе трубы (или другими словами в точке потребления) создать напор, равный 30 метрам?

Решение: Необходимо, чтобы у насоса был напор, равный 65 метрам! Эта цифра получена путем сложения двух данных: 35 м (длина трубы по вертикали от уровня воды до точки потребления) + 30 м (стандартный, рекомендованный в точке потребления напор – детальнее указано выше) = 65 метров.

4. Потери создаваемого напора — потери напора, снижение давления между входом и выходом элемента конструкции гидросистемы, к которым относятся трубопроводы, арматура, электронасосы, элементы управляющей автоматики и т.д.

Потери напора, создаваемого насосом при перекачивании жидкости, зависят от:

материала, из которого изготовлены элементы трубопроводов;

геометрических характеристик трубопроводов (длины, диаметров, углов изгибов используемых переходников, отводов и т.д.);

наличия клапанов, фильтров (как грубой, так и тонкой очистки), изгибов, приспособлений и других вспомогательных устройств;

фактического технического состояния гидросистемы, в том числе степени шероховатости внутренних поверхностей;

вязкости перекачиваемой жидкости.

Потери создаваемого напора можно приблизительно рассчитать по таблицам, в которых указываются значения уменьшения напора, выраженного в метрах водяного столба.

С учетом того, что:

Нужно при любых расчетах привести все величины к одним единицам измерений.

Заметно снизилось (уменьшилось) давление в системе водоснабжения — попробуем найти причину — обоснуем необходимость замены труб, элементов трубопровода или существующего насоса, а затем изменим внутренний диаметр (следовательно, увеличим сечение трубы) и тип материала, из которого изготовлены трубы системы водоснабжения, или существующий насос.

1) Система водоснабжения была смонтирована из стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d1 = 25 мм.

2) Для перекачивания жидкости в системе водоснабжения применяется условный центробежный насос с производительностью Q = 4,0 м 3 /ч.

3) Общая длина трубопроводов составляет L = 100 м.

4) Для наглядности и упрощения примера не берём во внимание количество и углы изгибов используемых переходников, отводов — считаем только потери напора по длине прямого трубопровода (что имеет мало общего с реальной жизнью, так как в действительности любая система водоснабжения состоит из всевозможных изгибов, переходников, штуцеров, различных элементов запорной арматуры, в том числе кранов, вентилей; о действительном состоянии внутренних стенок стальных труб после определенного срока мы умышленно умалчиваем!).

На сколько изменится создаваемый напор, если при реконструкции системы водоснабжения взамен демонтированных стальных труб будут использоваться трубы из ПХВ с внутренним диаметром

1) По ниже приведенной таблице потерь напора определяем потерю напора при длине L = 100 м трубопровода и производительности Q = 4,0 м 3 /ч для труб из ПХВ с внутренним диаметром d1 = 25 мм.

2) Внизу таблицы в примечании указано, что полученное значение потерь давления для стальных оцинкованных труб нужно умножить на поправочный коэффициент k = 1,5. В результате получим значение потерь давления:

h2 = 21,5 м × 1,5 = 32,25 м (м.в.ст.), что примерно соответствует уменьшению давления на величину: ∆P2 = 3,23 бар (bar). (Это результат на условном трубопроводе длиной 100 метров!)

4) После замены стальных оцинкованных труб с внутренним диаметром d1 = 25 мм на трубы из ПХВ с внутренним диаметром d2 = 38 мм, при одинаковой длине трубопровода L = 100 м и при той же производительности Q = 4,0 м 3 /ч условного насоса (по условию задачи насос не меняли!) получили меньшие потери напора и давления:

Вывод: поменяем трубы для системы водоснабжения, а не насос (насос не «виноват»)!

Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для труб из ПХВ и полипропилена в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)


Таблица расчета потерь напора (в метрах водяного столба) для стальных труб при перекачивании сточных вод в зависимости от производительности, длины и диаметра трубопровода. (Все числовые значения потерь напора, приведенные в таблице, являются экспериментально установленными, так как не существует простых формул для расчета потерь!)


Расчет производительности следует производить по двум основным значениям:

1. Расход в точке потребления.

2. Потери производительности по длине трубопровода от насоса до точки потребления.

Что касается расхода потребления воды, то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт.

Примерный расход воды из потребителей:

умывальник — 6 л/мин;

посудомоечная машина — 8 л/мин;

поливочный кран — 18 л/мин;

стиральная машина — 10 л/мин;

бассейн — 15 л/мин;

полив газонов и цветников требует до 6 л/мин воды на один м 2 , расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива;

сауна или баня потребует около 16 л/мин .

На практике обычно считается расход из одного открытого крана равен 10 литрам/минуту.

Возьмем для примера смеситель в ванной. По опыту для комфортного использования смесителя необходимо, чтобы расход воды на выходе примерно равнялся 15 литрам в минуту. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору расхода в данной задаче.

Но ведь у нас не одна точка водоразбора, тогда необходимо рассчитать общий поток для всех точек потребления. Соответственно расход всех точек потребления необходимо суммировать и найти максимальный показатель расхода.

Предположим, у нас имеется две ванны и кухня. И представим, к примеру, что в первой ванной работает душ, во второй — непосредственно смеситель и стиральная машина, на кухне открыт кран и работает посудомоечная машина.

Суммируем расходы из всех точек потребления 10 + 15 + 10 + 6 + 8 = 49 литров в минуту — получили наш расход из пяти основных потребителей.

Можем подбирать необходимую производительность насоса с учетом примерного расхода.

Важно! При расчете максимальной производительности (объемной подачи) насоса или при установке насоса повышения давления необходимо брать запас не менее (40 … 50) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Важно! При расчете фактической производительности (объемной подачи) насоса необходимо учитывать, что все потребители в системе водоснабжения никогда не работают одновременно, соответственно клиент может взять поправочный коэффициент (коэффициент запаса по производительности), равным kзап = 0,8 … 0,9 = (80 … 90) % от суммарного максимально возможного водопотребления.

Пример расчета колеса центробежного насоса

Марку требуемого насоса выбирают из числа серийных насосов, выпускаемых на отечественных или зарубежных специализированных заводах. Но в практике встречаются случаи, когда необходим поверочный расчёт насоса или расчет с целью создания новой конструкции.

Исходные данные. Часовой расход жидкости Q = 150 м 3 /час, секундный расход 0,0416 м 3 /с; требуемый напор Н = 18 м; частота вращения вала насоса
n = 1450 мин -1 ; угловая скорость = 152 сек -1 . Перекачиваемая жидкость – нефтепродукт плотностью 850 кг/м 3 .

На рис. 7.9 показан разрез колеса центробежного насоса.

Рис. 7.9. Разрез колеса центробежного насоса

Передача энергии происходит путем силового воздействия лопаток на поток жидкости. За счет вращательного движения и создания центробежных сил частицы жидкости перемещаются от центра к периферии (окраине), повышая абсолютную скорость до 20 – 80 м/с. Скорость жидкости в трубопроводе из-за гидравлических потерь не превышает 3 – 5 м/с. По этой причине абсолютную скорость жидкости на выходе из колеса снижают в расширяющихся каналах – диффузорах. В диффузоре и спиральной камере энергия скорости снижается и переходит в энергию давления.

1. В начале расчета насосного колеса определяем его степень быстроходности [21]

По степени быстроходности из данных таблицы 7.3 определяем, что колесо нормальное, отношение D2/D1 = 2.

2. Определяем диаметр канала на входе в колесо без учета диаметра ступицы

Диаметр канала приближенно можно определить, найдя площадь F по известному расходу Q и принятой допустимой средней скорости жидкости, равной 1 – 2,5 м/с.

.

Для принятой скорости 2,5 м/с диаметр канала на входе в колесо будет равен 0,145 м.

3. Принимаем объемный КПД ( ), равный 0,95; гидравлический КПД
( ), равный 0,9; механический КПД ( ), равный 0,97, тогда

.

4. По величине требуемых значений подачи Q и напора Н определяем мощность на валу насоса по формуле:

5. Мощность двигателя, приводящего в движение насос, равна

.

6. Определяем крутящий момент на валу привода насоса

Для приводного вала выбираем сталь марки 20 с допустимым напряжением кручения tкр = 150∙10 6 Н/м 2 . Момент сопротивления круглого сечения вала
W = 0,2 D .

7. Напряжение вала от его кручения находим из выражения tкр = М/W.

8. Диаметр вала выбираем по формуле

С учетом запаса прочности (3–4) и стандартного значения вала выбираем его значение 0,05 м.

9. Диаметр ступицы колеса насоса

10. Определяем скорость на входе в колесо

11. Уточняем диаметр колеса на входе с учетом диаметра ступицы

12. Выбираем радиус на входе в колесо r1, радиальную составляющую абсолютной скорости (вход в колесо радиальный) и ширину входа в колесо b1.

13. На диске колеса имеются лопатки, которые уменьшают площадь входа и увеличивают скорость жидкости. Увеличение скорости учитывается коэффициентом стеснения К1

14. Окружная скорость на входном радиусе колеса и угол b1 на выходе из лопатки находятся из выражений:

15. Определяем требуемый напор с учетом гидравлического КПД.

16. Для создания данного напора у колеса с радиальным выходом лопаток окружная скорость должна быть не менее

.

Для колес с лопатками, загнутыми назад, значение u2 должно быть увеличено на 30 – 50 %.

.

17. Определяем наружный радиус колеса и его диаметр

18. Из конструктивных соображений принимаем

19. Увеличение радиальной скорости на выходе из колеса учитываем коэффициентом стеснения К2, равным 0,9.

20. Определив значения радиальной и окружной скорости на выходе из колеса, определим абсолютную скорость по формуле

= + u = 12,3 2 + 20 2 = 551 м/с или = 23 м/с.

Число лопаток на колесе центробежного насоса зависит от его наружного диаметра и может лежать в пределах 5 – 13. Для рассчитываемого колеса принимаем число лопаток 7.

Расчеты показали, что насосное колесо с радиальным входом, наружным диаметром 0,26 м, с числом лопаток 7, шириной на выходе из колеса 0,028 м, частотой вращения 1450 мин -1 обеспечит часовой расход нефтепродукта 150 м 3 /час при напоре 18 м.

По данным расчета выбираем марку насоса, изменяя частоту вращения, при необходимости.

Насосный парк нефтебаз или АЗС состоит из нескольких насосов, включенных по определенной схеме. Насосы включают последовательно и параллельно. Для повышения напора в два раза два насоса с одинаковыми характеристиками включают последовательно. Если нужно увеличить подачу нефтепродукта в два раза, то насосы включают параллельно.

В том случае, когда насос с двигателем должен работать круглосуточно, параллельно ему монтируется запасная насосная установка. При поломках или профилактических работах основного насоса включается запасная насосная установка. Несколько насосных установок, включенных в сеть параллельно, последовательно или смешанно, образуют насосную станцию.

В таблице 7.5 приведены характеристики центробежных консольных насосов, применяемые при перекачке нефтепродуктов (частота вращения 2950 мин -1 ). В обозначении центробежного насоса, например НК 65/35 – 70, следует понимать, что Н – нефтяной насос; К – консольный; число в числителе – подача при роторе 1 (наружный диаметр колеса), м 3 /час; число в знаменателе – подача при роторе 2, м 3 /час; следующее число – напор, м [53].

Расчёт центробежного насоса, эксплуатация и ремонт

Центробежные насосы: причины неисправности

Лопастные насосы, к которым по общей классификации относятся столь популярные насосы центробежные, являют собой обширный класс оборудования, используемого, в основном, для перекачки воды. Причём, используют их и в быту, и в промышленности, а потому интерес читателей к ним неиссякаем.

Как производится подбор и установка центробежного насоса, ремонт и его техническое облуживание? Ответ вы получите, ознакомившись с видео в этой статье, где найдёте и много другой интересной информации.

Особенности центробежных насосов

Главным рабочим органом в лопастных насосах является колесо с лопастями. Они производят силовое воздействие на обтекающий их поток жидкости, за счёт чего и создаётся напор. Разные конструктивные решения варьируют механизм этого взаимодействия, и, соответственно влияют на эксплуатационные характеристики.

  • Основным конструктивным отличием центробежных насосов является количество колёс. По этому признаку, они делятся на две группы: одноступенчатые насосы и многоступенчатые насосы. Количество ступеней, диаметр колёс и скорость их вращения, влияют на мощность всасывания и создаваемый напор.

Схема многоступенчатого насоса

  • В многоступенчатых модификациях все колёса насажены на общий вал – на фото сверху это показано схематически. Жидкость проходит последовательно через каждую ступень, и напорная характеристика насоса при этом, равна суммированным показателям каждого колеса в отдельности. Количество ступеней может быть достаточно большим: если в бытовых насосах их не более восьми, то в погружных глубинных агрегатах бывает и больше пятисот.
  • По способу установки, насосы делятся на две категории. Они могут работать на поверхности, а так же полностью или частично погружаться в воду. Это вовсе не означает, что если насос, к примеру, погружной, то он непременно обладает большей мощностью, чем поверхностный.

Поверхностные насосы промышленные

И те, и другие варианты бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми – разница только в манометрической глубине всасывания. Особенности обслуживания центробежных насосов не зависят от их классификации, и заключаются в осуществлении систематического контроля давления на напорном трубопроводе. Более подробно об этом расскажет инструкция в следующей главе.

Достоинства, недостатки и комплектность

Росту популярности способствует огромный ряд преимуществ, которые есть у центробежных насосов перед моделями других классов. Среди достоинств можно выделить такие критерии, как: простота конструкции, позволяющая производить обслуживание и замену деталей своими руками; высокая степень надёжности; непрерывность подачи и большая глубина всасывания.

  • К тому же, работу насосов данного типа несложно автоматизировать, что значительно облегчает и процесс эксплуатации, и контроль всей системы. Автоматика позволяет создать для агрегата щадящий режим, при котором ремонт насосов центробежных, может не понадобиться в течение всего срока службы.

Автоматическая насосная станция производственного назначения

  • Есть у центробежных насосов и недостатки, основным из которых можно считать зависимость подачи от давления в трубопроводе – чем выше напорная характеристика, тем ниже производительность насоса. Ещё одним неудобством является необходимость заливки рабочей камеры жидкостью в том случае, если входной патрубок находится выше зеркала воды. Но это касается только поверхностных моделей.

При внедрении центробежного насоса в сеть, он должен быть оборудован определённым набором запорной и измерительной аппаратуры.

В обязательном порядке это:

Элемент системыПотери давленияЕдиницы измерения
Комплектность насосаМесто установки арматуры
Фильтрующая сеткаСетка ставится на всасывающий патрубок, и предотвращает попадание крупных взвесей внутрь корпуса.
Обратный клапанКлапан ставят в точке присоединения отводящего патрубка к трубопроводу. Его задача – предотвращение слива воды в обратном направлении.
ВакуумметрУстанавливают на напорном трубопроводе, между корпусом насоса и задвижкой. Используется для определения степени разрежения во всасывающей части.
ВантузТак называется кран для удаления воздуха из рабочей камеры. Находится вантуз на верхнем сегменте корпуса.
ЗадвижкаЭто запорная арматура, и предназначена она для остановки и запуска системы, а так же регулирования подачи воды.
Предохранительный клапанСтавится сразу за задвижкой, предохраняет трубопровод от гидроударов.
МанометрС помощью данного измерительного прибора контролируется давление на напорном патрубке.
Устройство для осуществления заливаИспользуется при подготовке насоса к первоначальному запуску.

Всё перечисленное обязательно для каждого насоса. Что касается автоматики, то владелец может оснастить ею систему по своему усмотрению, поставив, например, пускозащитное устройство или инвертор с частотным преобразователем.

Что касается приборов автоматического контроля, то ими, в той или иной степени, оснащено большинство современных насосов. Здесь, так же как и в автомобилях: чем полнее комплектация, тем выше цена агрегата.

Эксплуатация и ремонт

Назначение насосов и их мощностные характеристики совершенно разные. Ремонт центробежного насоса, предназначенного для бытового использования, это совсем не то, что ремонт промышленного агрегата.

  • Разница между ними не только в габаритах, но и в сложности схем подключения, в конструкциях и мощностях двигателей. Зная динамический уровень водозабора, высоту подачи и протяжённость трубопровода, а так же уровень потребления сети, соответствующий нормам, расчёт центробежного насоса для обустройства домашнего водопровода, несложно произвести самостоятельно.

Установка бытового центробежного насоса

  • Формулы, по которым это делается, вы можете найти и на нашем сайте. Имея при себе эти данные, вы можете так же обратиться в магазине к консультантам, и вам рассчитают напор и подачу насоса, предложат на выбор подходящие по показателям варианты. Вам останется только оценить их стоимость, и сделать выбор согласно своему бюджету.
  • Подбор насосов производственного назначения осуществляется совсем не так, как для домашней водопроводной сети. Там, мощностные характеристики агрегатов рассчитывают в процессе проектирования трубопровода, и никакие отклонения от проектных показателей недопустимы. Тем более что на производствах устанавливают насосные станции, состоящие из группы насосов.

Ремонт насосов центробежных

  • Соответственно, их техническое обслуживание производится несколько иначе. Об этом мы расскажем чуть позже, а сейчас обратим ваше внимание на проблемы, с которыми можно столкнуться в процессе эксплуатации бытового центробежного насоса. На его безаварийную работу влияют, не только условия эксплуатации, но и правильность подбора.

Важно, чтобы мощность насоса не превышала возможностей водозабора. Пусть лучше подача будет немного меньше расчётной – в любом случае, все краны в доме одновременно никогда не открываются.

Калькулятор расчета центробежного насоса

Данный калькулятор способен расчитать основные параметры насоса при изменении частоты вращения. Для этого необходимо внести в первую таблицу четыре параметра:

  • Исходную подачу, м 3 /ч
  • Напор, (м. в. ст.)
  • Обороты электродвигателя, (об/мин)
  • Частота, (Гц)

Далее, нужно ввести новые обороты электор двигателя, при которых должны расчитываться параметры. Все вычисления происходят по формулам, представленым ниже. Три нижних пустых поля используются для вывода результатов. Также вы сможете увидеть всё на графике.
Индексами 1 и 2 помечены начальные и новые параметры соответственно. Для того, чтобы подсчитать напор или подачу, в обязательном порядке необходимо заполнить исходную подачу, исходный напор, обороты электродвигателя исходные n1 и новые n2.


где F – частота, H – напор, Q – подача, n – обороты электродвигателя

Начальные параметры
Подача (Q1, м3/ч)
Напор (H1, м. в. ст.)
Обороты э/д (n1, об/мин)
Частота (F1, Гц) (по умолчанию 50Гц)
Измененные параметры
Обороты э/д (n2, об/мин)
Частота (F2, Гц)
Подача (Q2, м3/ч)
Напор (H2, м. в. ст.)

При организации водоснабжения и отопительных комплексов элемент – жидкость циркулирует по всей системе. Этот процесс обеспечивают множество компонентов, включая самый основной – центробежный насос(ЦН). Силовой агрегат выполняют наиболее важную задачу по транспортировке воды и отопительного элемента по трубопроводу и топливным радиаторам. Однако для получения успешного результата необходимо провести качественный расчет центробежного насоса.

Принцип работы таких агрегатов заключается в перекачке жидкости за счет центробежной силы. Однако стоит помнить, что выбирать ЦН необходимо правильно, в противном случае компонент не сможет выполнить поставленные на него задачи. Также на выбор влияет специфика задач, для которых будет применять центробежный насос.

Алгоритм функционирования не отличается сложностью, что делает использование агрегата наиболее простым и в то же время крайне эффективным. Принцип работы центробежного насоса заключается в следующих действиях:

  • жидкость поступает к центру рабочего колеса(РК). Это происходит за счет всасывающей трубы – патрубка;
  • крыльчатка рабочего колеса начинает функционировать благодаря работе электрического двигателя;
  • создается центробежная сила, за счет которой жидкость от крыльчатки прижимается к стенкам, создавая давление;
  • далее, жидкость проходит через нагнетательный патрубок.

Производительность центробежного насоса зависит от напора, потребляемой мощности, объема рабочего колеса и высоты, для которых также необходим правильный расчет. Непосредственно подсчет характеристик центробежного насоса для отопительной системы производится с учетом тепловой нагрузки и температурного графика. Напор рассчитывается гидравлическим сопротивлением системы.

Что такое кавитация в отопительной системе?

Этот показатель – образование пузырьков пара в перекачиваемой жидкости во время снижения гидростатического давления(СД) и схлопывания этих пузырьков, где СД имеет повышенный показатель.

Особенностью кавитации в центробежных насосах является тот факт, что она образуется на входной кромке РК в месте, где скорость перемещения потока максимальная, а гидростатическое давление минимальное.

Кавитация имеет характерные особенности. Вследствие ее возникает шум, треск, возникновение вибрационного воздействия. Этот процесс сопровождается и падением напора, мощности, что сказывается на КПД.

Важно: Нет материалов, которые имеют повышенную устойчивость к кавитации. Поэтому при ее возникновении необходимо останавливать работу насоса так, как этот процесс может спровоцировать поломку всей системы.

Как правильно рассчитать необходимый насос

Для того, чтобы выполнить гидравлический расчет центробежного насоса следует рассчитывать каждый параметр, включая производительность (W = l1*(п*d1 – b*n)*c1 = l2*(п*d2 – b*n)*c2), напор (N = (h2 – h1)/(p * g) + Ng + sp), потребляемую мощность (M = p*g*s*N), пиковую высоту всасывания воды или любого другого отопительного элемента (Nv = (h1 – h2)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N).

Но, как показывает практика, расчет центробежного насоса по заданным формулам занимает крайне много времени и не всегда является точным так, как всегда есть вероятность возникновения ошибки из-за человеческого фактора. Поэтому, для решения этой проблемы мы на сайте предоставляем калькулятор центробежных насосов, включающий все необходимые параметры.

Преимущества калькулятора центробежных насосов от «CNP»

Наша компания занимается компонентами водоснабжения и отопительной системы свыше 5-лет, а потому специалисты точно знают, как правильно рассчитывать необходимые параметры центробежного насоса для того, чтобы он выполнял любую специфику задач, включая обеспечение теплом.

В структуру калькулятора вошли все необходимые для правильного расчета напора, мощности, высоты, рабочего колеса центробежного насоса. Указав базовые параметры, вы получите максимально точный результат и потратите минимальное количество времени – до двух минут.

Калькулятор отличается многофункциональностью, что немаловажно для подсчета. Ранее, чтобы выполнить расчет, необходимо было пользоваться сразу несколькими калькуляторами. Теперь вам доступен многофункциональный продукт, который является и максимально точным конвектором. Используя калькулятор центробежных насосов, вы сможете одновременно переводить единицы измерения в любые другие, наиболее удобные для проведения расчета.

Наш калькулятор абсолютно бесплатный и доступен для каждого. Пользуйтесь им и выполняйте расчеты правильно, что сэкономит вам массу денег и времени.

Адрес: г.Москва, Каширское ш, д. 3, корп. 2, стр. 2

Читайте также:  Как выбрать газовый котел - для квартиры и частного дома, фирма, мощность, цена и другие критерии
Ссылка на основную публикацию