От чего зависит кпд центробежного насоса

КПД циркуляционных насосов

Отзывы довольных покупателей это подтверждают! Пользователи сервиса Яндекс.Маркет в среднем оценивают насосы Wilo на 5 из 5 баллов.

Комфорт в эксплуатации

Вместе с приобретенным у нас товаром Вы получаете в комплекте следующие документы: гарантийный талон, инструкцию по монтажу и эксплуатации, кассовый чек товарную накладную. В случае выхода из строя оборудования, гарантийный талон дает право на бесплатный гарантийный ремонт в специализированных сервисных службах.

Двойная защита от ржавчины! Оборудование имеет катафорезное и дополнительное лаковое покрытие корпуса.

Устойчивость к коррозии

Гарантируем качественную сборку! Заводы Wilo расположены в странах с высокой производственной культурой.

Германская или корейская сборка

КПД (коэффициент полезного действия) насосов Wilo, как и других агрегатов, определяется отношением производимой полезной мощности к количеству потребляемой энергии. Для обозначения показателя используют индекс η. Поскольку пока не существует приводов без потерь энергии, показатель мощности всегда меньше 100%.

Какие показатели учитывают при расчете общего КПД циркуляционного насоса?

Общий КПД насосного агрегата циркуляционного типа (η_tot) является произведением КПД механического или электрического мотора (η_M) и КПД гидравлической части (η_p):

Как насосы отличаются по КПД?

Насосы различных типоразмеров существенно отличаются по КПД. Так, КПД агрегатов с мокрым ротором колеблется от 5% до 54% (в высокоэффективных моделях). Механизмы с ротором сухого типа имеют η_tot = 30-80%.

В зависимости от особенностей режима работы КПД в каждый конкретный момент времени изменяет значение от нуля до расчетного максимума. При закрытом клапане насос создает высокое давление, но, поскольку перемещения воды нет, КПД равно нулю. Аналогичная ситуация возникает при открытой трубе: воды перекачивается много, но без напора, а значит, КПД=0.

Как КПД зависит от характеристик насоса?

Наибольшим КПД циркуляционного насосного устройства, установленного в систему отопления, является в средней части его рабочих характеристик. Производители указывают этот оптимальный параметр в каталогах отдельно для каждой модели.

Поскольку механизм практически никогда не функционирует с постоянной подачей, при расчете системы важно определиться, что рабочая точка агрегата большую часть отопительного сезона будет находится в средней трети его характеристик. В таком случае можно обеспечить оптимальный КПД.

Какие факторы влияют на КПД?

КПД насосного агрегата зависит от его модели, размеров, эксплуатационного режима, возможных потерь энергии, передаваемой от привода к рабочей среде.

Существует 3 основных типа таких потерь:

• Гидравлические, обусловленные завихрениями жидкости при изменениях сечения или архитектуры трубопровода и трением рабочей среды о направляющие поверхности;
• Механические, возникающие из-за трения вращающихся крыльчатки и вала о жидкость и трения сальниковых подшипников;
• Объемные, вызванные обратным током уже перекачанной жидкости во всасывающий трубопровод.

Как точно рассчитать КПД гидравлической части?

Расчет выполняется по формуле:

η_p = (Q×H×ρ)/(P₂×367), где:

• η_p — КПД гидравлики;
• Q — подача, м 3 /ч;
• H — напор, м;
• ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;
• P₂ — мощность агрегата, кВт;
• 367 — постоянный коэффициент

Каким бывает КПД стандартных насосов с сухим и мокрым ротором?

Ориентировочная информация о КПД насосов разной конструкции и мощности приведена в таблицах.

КПД насосов с ротором сухого типа:

Мощность (P₂)

Мощность и КПД насоса

Гидравлические потери в насосе состоят из потерь на преодоление гидравлических сопротивлений в рабочем колесе и корпусе при движении потока жидкости от всасывающего патрубка к напорному. Они зависят от конструктивных особенностей насосов, размеров их проточной части, качества обработки (шероховатости) стенок и поверхностей насоса. Гидравлические потери прямо пропорциональны квадрату скорости перекачиваемой жидкости.

Механические потери обусловлены трением, имеющим место в опорах радиальных и осевых подшипников, а также в торцевом уплотнении. Также данные потери обусловлены трением рабочего колеса и ротора насоса о перекачиваемую жидкость. Механические потери также зависят от конструкции, качества изготовления и типоразмера насоса.

КПД насоса оценивает его энергетическую эффективность. Он определяется, как отношение полезной мощности к потребляемой.

Следовательно, путем к повышению КПД насоса является уменьшение потерь — гидродинамическое совершенствование проточной части, качественная обработка стенок насоса, качество торцевых уплотнений и подшипников.

КПД насоса рассчитывается по следующей формуле:

Q [м3/ч] – производительность насоса;

P2 [кВт] – мощность насоса;

367 – постоянный коэффициент;

ρ [кг/м3] – плотность воды.

Так насос постоянно приводится в действие приводом двигателя, и этот двигатель забирает мощность P1 из сети, чтобы в месте подсоединения насосной части передать мощность валу P2, то КПД двигателя рассчитывается следующим образом:

Тогда общий КПД насоса ŋ_tot определяется произведением КПД электродвигателя и КПД насоса:

ŋ_tot = ŋ_м • ŋ_p

КПД насосов различных типов и размеров могут варьироваться в очень широком диапазоне. Для насосов с мокрым ротором КПД ŋ_tot составляет 5–54%, причем последнее значение характерно для высокоэффективных насосов. Насосы с сухим ротором имеют больший КПД ŋ_tot – порядка 30–80%.

Даже в пределах характеристики насоса H(Q) текущий КПД в тот или иной момент меняется от нуля до максимального значения.

Если насос работает при полностью закрытом клапане, то им создается максимальное давление, но перемещения воды нет, поэтому КПД насоса в этот момент равен нулю. Аналогичная ситуация возникает и при открытой трубе. Несмотря на большое количество перекачиваемой воды, давление не создается, поэтому КПД насоса также равен нулю.

Кстати, посмотрите предыдущую статью. Там много полезной информации для вас — Характеристика сети. Рабочая точка насоса

Максимальный общий КПД циркуляционного насоса системы отопления достигается в средней части характеристики насоса H(Q). В каталогах изготовителей насосов графики характеристики насосов и зависимости КПД от подачи указаны отдельно для каждого конкретного насоса.

Насос никогда не работает при постоянной производительности. Поэтому при первичном расчете системы отопления необходимо подобрать такой насос, чтобы его рабочая точка находилась в средней трети характеристики насоса большую часть отопительного сезона. Это будет являться гарантией работы насоса при оптимальном КПД.

ОЦЕНКА УРОВНЯ КПД И КАВИТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА (применение компьютерной программы при подборе центробежных насосов с максимально возможным КПД)

Приводятся примеры, и показывается применение компьютерной программы для определения наивысшего уровня КПД и кавитационных качеств центробежных насосов. Это важно для подбора и анализа заменяющих и вновь проектируемых насосов. Использование программы позволит подобрать более экономичный насос, снизить затраты электроэнергии и увеличить надежность оборудования.

Ключевые слова: центробежный насос, КПД, С_кр— кавитационный коэффициент быстроходности , NPSH – кавитационный запас, D₀ – диаметр входа в рабочее колесо, энергоэффективность.

Любой центробежный насос рано или поздно приходится заменять из-за износа проточной части, выработки ресурса, случайного повреждения и т.д.

Иногда требуется заменить насос в связи с изменением потребностей технологии.

Бывает, что пришла пора построить давно спроектированную установку, в которой предусмотрены насосы, выпускавшиеся в момент проектирования.

Часто ранее выпускавшиеся насосы сняты с производства или модернизированы настолько, что имеют существенно иные характеристики даже при внешней похожести маркировки.

Во всех этих случаях предстоит выбирать насос другой марки и даже производства другой фирмы, причем, при подборе нового насоса стремятся не только удовлетворить требованиям по назначению и параметрам, но и выбрать объект наиболее экономный по затратам, которые предстоят при покупке, монтаже и при дальнейшей эксплуатации.

За исключением не так уж редких случаев кратковременного использования насосов, например, в противопожарных системах, затраты на приобретение и последующий ремонт в 5-6 раз меньше стоимости электроэнергии, которая нужна для привода насоса в течение его эксплуатации до списания и замены. Поэтому важно выбрать насос, у которого коэффициент полезного действия (КПД) был бы МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНЫМ для заданных назначения, конструктивного типа и режимных параметров: подачи, напора и частоты вращения.

Производители насосов, особенно иностранных, в рекламе продукции обязательно указывают, что их насосы – это верх совершенства, в том числе и по экономичности. Однако это далеко не так.

Для того, чтобы помочь потребителям насосов, проектировщикам насосных установок и разработчикам новых насосов из десятков и даже сотен возможных моделей однотипных насосов выбрать изделие с самым высоким КПД, или приближающихся к наивысшему, отечественные специалисты в восьмидесятых годах проанализировали множество характеристик центробежных насосов, наиболее часто встречающихся в различных областях использования. Необходимость анализа была вызвана рядом причин, среди которых была задача отбора лучших по КПД и кавитации центробежных насосов, модельный пересчет которых помог бы повышению экономичности всех отечественных насосов.

Анализу подлежали характеристики известных зарубежных фирм, традиционно обладающих высоким уровнем технологии изготовления. На основе этого анализа получены зависимости наивысшего КПД от указанных выше режимных параметров и от характерного размера для одноступенчатых центробежных консольных насосов с закрытыми, открытыми рабочими колесами, а также насосами с корпусами «In-line», у которых патрубки расположены «в линию», благодаря чему насосы могут быть «врезаны» в прямолинейную трубу. Четвертый тип насосов, для которых определен наивысший уровень КПД, это одноступенчатые насосы с колесом двухстороннего входа.

Обобщенные режимные параметры насоса традиционно определяются т.н. коэффициентом быстроходности, вычисляемым по формулам:

В формулах (1), (2) и далее

n– частота вращения [об/мин],

Q– подача насоса [м3 /ч],

H– напор насоса при заданной подаче [м].

Характерный размер для первых трех типов насосов определяется по формуле

А для насосов колесом двухстороннего входа

По физическому смыслу D₀ – это диаметр входа в рабочее колесо, обычно вычисляемый для оценки кавитационных качеств насоса в оптимальном режиме. При построении зависимостей η=(n_s, D₀) использовались значения максимальных (оптимальных) КПД, взятых с характеристик соответствующих насосов для оптимальной подачи, напора и частоте вращения на рассматриваемой характеристике.

Обсуждение аргументов, положенных в основу данной методики, выходит за рамки данной работы. Заметим лишь, что при ее создании информация, содержащаяся в каталогах, не подвергалась сомнению.

Пример зависимости максимально достижимого КПД от коэффициента быстроходности для одного из диапазонов D₀= 80-100 мм применительно к свойствам консольных насосов с закрытым рабочим колесом показана на рис.1.

Рис. 1. Наивысший уровень КПД консольных насосов с закрытым рабочим колесом D₀=80-100 мм

Этот рисунок пригодится нам для рассмотрения одного из примеров.

Набор зависимостей наивысшего КПД от коэффициента быстроходности для разных диапазонов характерных размеров D₀, по характеру аналогичен показанному на рис.1. Такие зависимости D₀ введены в программу расчета в отдельности для каждого из указанных выше конструктивных типов центробежных насосов.

Теперь для того, чтобы узнать величину максимально достижимого КПД центробежного насоса необходимо в соответствующую компьютерную форму ввести:

— тип насоса (1, 2, 3 или 4);

— частоту вращения [об/мин];

— заданную подачу [м 3 /ч];

— напор для заданной подачи [м].

Программа вычислит коэффициент быстроходности n_s, характерный размер D₀ выберет из памяти график зависимости η_ур= f(n_s) для соответствующего диапазона по D₀ и выдаст значение η_ур для вычисляемого n_s.

Требуется заменить отечественный насосный агрегат К45/55, перекачивавший воду в режиме: подача 50 м 3 /ч, напор 50 метров, частота вращения 2900 об/мин. Будем считать указанный режим технически обоснованным.

Конструктивно этот насос относится к насосам первого типа (консольный с закрытым рабочим колесом). Подвод, отвод и рабочее колесо – чугунные.

После введения в компьютер указанных данных, компьютер вычислит n_s=66, D₀=98,7 мм и выберет график зависимости наивысшего КПД, показанный на рис.1

Из него следует, что наивысший уровень КПД насоса для данного случая будет η_ур= 75%.

После несложных поисков найден такой же по параметрам насосный агрегат, разработанный существенно позже. Его марка К 80-50-200, а характеристика, взятая из каталога завода «ЭНА», показана на рис. 2.

Рис. 2. Характеристика электронасоса КМ 80-50-200/2-5 (n=2900 об/мин)

Здесь насос также с проточной частью из чугуна с закрытым рабочим колесом.

Казалось бы, всё хорошо. Однако, КПД насоса в заданном режиме равен 65 %, т.е. на 10 % уступает наивысшему уровню. Много это или мало – зависит от задач и возможностей потребителя.

Для получения характеристик, помещенных в каталог, центробежные насосы испытывают при перекачивании холодной воды. Подачу, напор, мощность и КПД насоса, измеряемые и вычисляемые во время испытаний, связывает формула:

N – мощность на валу насоса,

η — КПД в процентах.

После вычислений находим для «идеального» варианта:

N_ид =9,15 кВт, а для найденного N=10,45 кВт, т.е.

Насос К 80-50-200 оснащается электродвигателем мощностью 15 кВт, который в заданном режиме будет недогружен. КПД серийного отечественного электродвигателя АИР с частотой вращения 2900 об/мин при мощности 15 кВт составляет 88 %. Будем считать (и на это есть основания), что при недогрузке примерно в 1,5 раза против номинала КПД электродвигателя не изменится и будет η_эд=88%. Тогда мощность, потребляемая агрегатом с «идеальным» насосом составит

Разница в мощности составляет

При тарифе 5 руб. за 1 кВт дополнительные затраты за оплату электроэнергии от эксплуатации неидеального варианта составляет

Если агрегат с насосом К 80-50-200 будет эксплуатироваться от случая к случаю, например, 100 часов в год, то годовые потери составят 715 руб., что для потребителя может быть и несущественно. И тогда найденный насос его устроит.

Если же новый насосный агрегат будет эксплуатироваться 4000 часов в год, да еще предстоит закупка двух насосов (рабочего и резервного), то годовые потери на оплату электроэнергии составят 7,15·8000 = 57 200 руб. Эта сумма может быть признана ощутимым основанием для того, чтобы предпринять попытку поискать насос с КПД, более близким к «идеальному», хотя искать можно только среди доступных, в том числе и импортных, которых не так много. Если учесть, что расчетный ресурс насосных агрегатов с двигателем мощностью 15 кВт составляет 40 000 часов, то потери средств за 10 лет эксплуатации составят около 286 000 руб. Попытка найти более экономичный агрегат заслуживает внимания, тем более, что тарифы на электроэнергию, как правило, растут.

Среди доступных импортных электронасосных агрегатов со сварной из нержавеющей стали проточной частью обращает на себя внимание агрегат марки 3М 50-200/11 фирмы «Эбара». У него закрытое рабочее колесо. При подаче 50 м3 /ч напор насоса 51,5 метра, что близко к искомому значению 50 метров. КПД насоса в этом режиме составляет 73%, что близко к «идеальному» наивысшему значению (75%). Характеристика этого насоса показана на рис. 3.

Рис. 3. Характеристика электронасоса 3М 50-200/11 (n=2900 об/мин)

Мощность комплектующего электродвигателя — 11 кВт при 2900 об/мин. КПД этого электродвигателя по современным европейским нормам не менее 89,4% (минимальный уровень энергоэффективности IE2). Если обточкой рабочего колеса по наружному диаметру на 0,8-1% устранить излишек напора, равный 1,5 метрам, то получим потребляемую агрегатом мощность 10,35 кВт. т.е. столько же, сколько у «идеального» насоса с отечественным двигателем (см. пример 1).

На рисунке 4 показан набор данных по консольным насосам с закрытым рабочем колесом разных фирм по КПД и Скр, где

а NPSH – это кавитационный запас в метрах для группы насосов, оптимальные параметры которых соответствуют коэффициентам быстроходности n_s =60. 70, и для которых D₀=80. 100мм.

Разные значки соответствуют продукции разных фирм. Из рисунка видно, что современный отечественный насос, упомянутый в примере 1, отнюдь не самый худший в этой группе, хотя хуже его по КПД лишь немногие насосы. Однако, здесь же есть насосы с КПД, очень близким к наивысшему. Обсуждать величины с_кр и NPSH здесь не будем.

По указанной работе и методике создана программа, которая размещена на сайте www.pumps-seals.ru , применяя которую можно оценить уровень КПД и всасывающую способность конкретного насоса, а также сравнить с достигнутым мировым уровнем.

Пример отчета программы по нескольким насосам указан на рисунке 5.

Рис. 5. Сравнение насосов 3М с уровнем КПД и Скр в соответствующих группах D₀

1. Оценка наивысшего уровня КПД, возможного для заданного режима работы насоса, помогает целенаправленно подобрать насосные агрегаты с наименьшими затратами электроэнергии во время эксплуатации.

2. Разработанная компьютерная программа оценки наивысшего достижимого уровня КПД насоса ускоряет процедуру этой оценки.

3. Эффективность подбора связана с информированностью специалистов, имеющих представление об уровне энергетического совершенства тех или иных типоразмеров насосов, выпускаемых разными фирмами.

4. В результате правильного подбора затраты на электроэнергию во время эксплуатации насосов могут быть снижены на 12-15%.

5. Даются практические примеры, применения методики, позволяющей: а) быстро выбрать насос взамен «старого», б) обеспечить существенную экономию электроэнергии и средств при эксплуатации за счет выбора не «случайного» агрегата, а за счет выбора именно энергоэффективного изделия.

6. Программа и методика могут быть полезны механикам и энергетикам, которым приходится заменять вышедшее из строя или устаревшее оборудование, а также проектировщикам технологических установок с новыми или модернизируемыми насосными агрегатами.

1. Лунаци, Э.Д. Определение наивысшего уровня гидравлического совершенства центробежных насосов по материалам зарубежных фирм / Барановская Е.С., Лунаци Э.Д., Малащук Г.М. – технический отчет ВНИИгидромаш. М. – 1984

2. Бендерович, В.А. Разработка логической структуры и состава определяющих параметров базы данных модельных проточных частей крупных центробежных насосов / Бендерович В.А., Байбиков А. С. – технический отчет ВНИИгидромаш. М. – 1988

Загляните в каталог, там вы найдете нужное оборудование

Оптимальная производительность насоса – факторы, влияющие на КПД

Насос или насосная система являются незаменимыми элементами большого количества технологических процессов. Поэтому, оборудование должно работать правильно, чтобы обеспечивать наилучшую производительность. Однако на эффективность работы насоса влияет множество факторов. КПД крупных насосов может достигать 0,92, а КПД небольших насосов — до 0,6 — 0,7 и менее. Мощность двигателя, приводящего в движение насос, всегда больше мощности насоса.

Эффективность самих насосов является наиболее важным фактором. Для насосов при одинаковых условиях работы, КПД может отличаться более чем на 15%. Если рабочие условия насоса ниже номинальных, эффективность насоса снижается, а потребление энергии растет. КПД двигателя во время работы практически не меняется, поэтому важно выбрать двигатель с высоким КПД. Правильное соответствие характеристик насоса и требований системы во многих случаях может снизить затраты на электроэнергию в среднем на 20 процентов.

На величину КПД насоса также влияют различные потери энергии, которые случаются во время ее передачи от привода к качаемой жидкости. Такие потери принято делить на три типа:

• Гидравлические
• Механические
• Объемные

Гидравлические потери насоса

В насосе складываются из потерь на преодоления сопротивлений (трение) в рабочем колесе и корпусе в процессе перемещения жидкости от всасывающего патрубка, к напорным и вихревым потерям. Потери на преодоление сопротивления трения очень сильно зависят от качества конструкции насосов, размеров их проточной части, качества обработки (шероховатости) стенок и поверхностей насоса. Данные потери пропорциональны квадрату скорости течения жидкости. Возникающие в насосе вихревые потери обуславливаются многими факторами. Масштабные вихревые потери возникают при резком расширении сечения или крутом повороте потока жидкости. Образовываются вихревые потери в результате отрыва потока от поверхности рабочего колеса или при режимах работы насоса вне предела его рабочих характеристик. Со временем, поверхность рабочего колеса, лопасти и т.п. неизбежно изнашивается, гидравлические потери увеличиваются, а гидравлический КПД снижается.

Механические потери насоса

Обусловлены процессами трения, возникающими в опорах радиальных и осевых подшипников, в механических торцевых уплотнениях, а также потерями на трение о рабочую жидкость образующимися при вращении рабочего колеса и вала насоса. Механические потери также очень сильно зависят от конструкции, качества изготовления и типоразмера насоса. Даже некачественная смазка подшипников и сальников может увеличить потери на трение.

Объемные потери насоса

Как правило, случаются в процессе перетекания перекачиваемой среды из области с высоким давлением в область низкого давления, через зазоры между рабочим колесом и диффузором или неподвижными деталями корпуса насоса. Например, в центробежном насосе часть жидкости из спирального отвода в обход рабочего колеса перетекает обратно во всасывающий патрубок, при этом она не поступит в напорный патрубок, хотя на нее уже была затрачена энергия