Характеристика сети. Рабочая точка насоса.
Характеристика сети показывает зависимость ее гидравлического сопротивления от расхода жидкости. Понятие сети включает в себя совокупность резервуаров, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры, фильтров, через которые проходит жидкость до насоса и от насоса до потребителя. Каждый из этих элементов обладает своими гидравлическими характеристиками, которые в совокупности представляют собой общую характеристику сети.
Эффективность насосного оборудования в первую очередь определяется его правильным подбором, проведенным с учетом всех особенностей технологического процесса. Поэтому основой энергоэффективного использования насосного оборудования является согласование характеристик насоса и сети, т.е. работа насоса в режиме, при котором рабочая точка находится в рабочей области характеристики насоса.
Нахождение рабочей точки в данной области обеспечивает работу насоса с максимальным КПД. Выполнение этого требования позволяет эксплуатировать насосы с высокой эффективностью и надежностью.
Рабочая точка насоса
Режим работы насоса определяется пересечением характеристики насоса и характеристики сети. Точка пересечения называется рабочей точкой. Одним из основных требований при подборе насоса является обеспечение его работы в рабочем диапазоне (рабочей области), лежащем в пределах 70. 120% от номинальной подачи.
Схема установки скважинного насоса, характеристики насоса и сети.
Характеристика насоса
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
Поскольку насосы предназначены для перекачивания жидкостей, одной из основных характеристик любого агрегата является напор, проявляемый повышением давления в системе.
Как рассчитывается напор?
Напор насоса (H, м) отображает удельную механическую работу, которую агрегат передает транспортируемой среде. Напор рассчитывается по формуле:
H = E/G, где
E — механическая энергия (Н⋅м)
G — вес транспортируемой жидкости (Н)
Что такое характеристика насоса?
Производители насосной техники под характеристикой насоса подразумевают графическую кривую, отображающую взаимосвязь между создаваемым напором и подачей рабочей среды.
Как связаны напор и подача насоса?
Между создаваемым напором и подачей (расходом перекачиваемой рабочей среды) существует взаимосвязь, отображаемая на графике характеристики насоса.
Горизонтальная ось используется в качестве шкалы подачи (Q, м 3 /ч или л/с), вертикальная служит для отображения напора (H). Традиционно величину напора выражают в метрах водного столба (м в.ст.), однако допустимы и другие единицы измерения, связанные между собой следующими соотношениями:
10 м в.ст. = 100000 Па = 100 кПа = 1 бар
Детальный анализ кривой позволяет утверждать, что насос преобразует энергию электромотора (с учетом общего КПД) в две формы гидравлической энергии — скорость и давление.
Какие особенности имеет график характеристики насоса?
Работа насоса с закрытым клапаном позволяет создавать в системе максимальное давление — напор при нулевой подаче (H0). При медленном открытии клапана начинается движение перекачиваемой жидкости с преобразованием части энергии привода в кинетическую. В таком случае поддерживать первоначальный напор уже невозможно, поэтому график характеристики имеет форму падающей кривой, которая теоретически в какой-то точке должна пересечься с осью подачи. В нулевой точке напора у рабочей среды есть только кинетическая энергия, но давление отсутствует.
Кривая характеристики насоса:
Однако, в реальных условиях из-за наличия внутреннего сопротивления в трубопроводной системе кривая характеристики насоса обрывается до достижения оси подачи.
Какие существуют варианты формы характеристик насоса?
На форму характеристики насосного агрегата влияет множество параметров. Предложенный график наглядно отображает различную крутизну характеристик насоса в зависимости от частоты вращения его привода:
Различают пологую и крутую форму характеристики насоса.
От крутизны характеристик насосного агрегата и смещения его рабочей точки зависят подача и напор:
- Вариант с пологой кривой: при большом изменении подачи напор изменяется незначительно;
- Вариант с крутой кривой: при большом изменении подачи существенно изменяется напор
Характеристика сети. Рабочая точка насоса
В любой системе трубопроводов неминуемы потери давления. Они возникают, в основном, вследствие трения жидкости о стенки труб, а также от изменения направления потока в фасонных деталях арматуры. Потери давления зависят от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, диаметра, протяженности трубопроводов, шероховатости стенок труб. Потери давления в системе трубопроводов можно отобразить на графике в виде характеристики сети HA(Q). Причем для изображения характеристики сети используется такой же график зависимости напора от подачи, как и для характеристики насоса. При изменении подачи в системе, например, при открытии или прикрытии клапанов, изменяется также скорость потока и, исходя из этого, гидродинамическое сопротивление. Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, то получается, что сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график характеристики системы будет иметь форму параболы. Эту зависимость можно представить в виде следующего уравнения:
По данной теме есть похожая статья. Вам она покажется очень интересной — Мощность и КПД насоса
- при увеличении подачи в трубопроводной сети вдвое напор увеличится в четыре раза;
- при уменьшении подачи в сети в два раза напор уменьшится на 75%.
Рабочая точка
Рабочая точка – это точка пересечения графика характеристики насоса с характеристикой системы трубопроводов. Это означает, что в этой точке полезная мощность насоса равна мощности, которую потребляет трубопроводная сеть, а напор насоса равен сопротивлению системы. От положения рабочей точки также зависит и производительность, которая может быть обеспечена насосом.
При этом необходимо обращать внимание на то, что подача насоса не должна быть ниже определенного минимального значения, установленного производителем. Иначе это может вызвать слишком сильное повышение температуры воды в насосной камере и, как следствие, повреждение оборудования. Во избежание этого необходимо полностью соблюдать инструкции производителя. Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора.
Понятно, что любые изменения в гидравлической системе, например, потери напора вследствие дросселирования регулирующей арматурой или образования отложений в трубопроводе, сказываются на характеристике системы HA(Q), в результате чего положение рабочей точки изменится. Аналогичным образом изменения параметров насоса вследствие, например, износа рабочего колеса или изменения частоты вращения, вызовут возникновение новой рабочей точки.
Кстати, посмотрите предыдущую статью. Там много полезной информации для вас — Технические характеристики насосов — напор, подача
Рабочие характеристики насоса H(Q) имеют достаточно высокую точность, так как они определяются производителями оборудования экспериментальным путем. Характеристика же системы HA(Q) имеет достаточно приблизительный вид, так как гидравлическое сопротивление трубопроводной системы точно неизвестно и выводится только с помощью расчетов. Необходимо учитывать все нюансы, так как если характеристика системы будет рассчитана неверно, то насос, установленный в нее, не сможет обеспечить требуемые параметры напора и подачи.
Нахождение оптимальной расчетной рабочей точки в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями является одной из основных задач при проектировании трубопроводных систем. Такими требованиями для циркуляционных насосов систем отопления является теплопотребление здания, для установок повышения давления – пиковый расход для всех точек водоразбора. Определившись с расчетной рабочей точкой, подбирают циркуляционный насос с наиболее близкой характеристикой. Так как найти насос точно под конкретную систему практически невозможно, то выбирают модель «с запасом». Все остальные рабочие точки будут находится в левой стороне от данной расчетной рабочей точки.
Характеристика центробежного насоса
Графики зависимостей напора, мощности, КПД, высоты всасывания от подачи называют графическими характеристиками насоса.
Эти характеристики позволяют определить режим и параметры работы насоса в гидравлической системе, том числе и на этапе проектирования. Характеристики насоса позволяют правильно выбрать насос для конкретной гидравлической системы.
Характеристики насоса изменяются при изменении частоты вращения приводящего вала, соответственно для каждой частоты вращения существует свое семейство характеристик насоса.
Напорная характеристика центробежного насоса
Наиболее важной и распространенной является напорная (рабочая, основная) характеристика — зависимость напора от расхода. Эта характеристика может быть рассчитана с помощью теоретических зависимостей или измерена на специальном испытательном стенде.
В паспортах существующих насосов, как правило, приводятся напорные характеристики, для соответствующей частоты вращения вала насоса. Внешний вид основной характеристики центробежного насоса показан на рисунке.
Как видно по графику характеристики, чем большее сопротивление насос вынужден преодолевать, тем меньшую подачу он может обеспечить. Максимальный напор насос создает при нулевом расходе.
Согласование характеристик насоса и сети
Как уже указывалось ранее, характеристики позволяют определить параметры насоса в конкретной гидравлической сети. Но как эти параметры определить? Для это необходимо построить характеристику сети (совокупности трубопроводов, задвижек, и прочих элементов). Характеристика сети определяется совокупностью гидравлических потерь, при заданном расходе. Строится характеристика сети следующим образом: задаются расходом и рассчитывают потери в сети и ставят точку на графике, затем создаются следующим расходом и строят новую точку, и так далее.
Характеристику сети можно построить и экспериментальным путем, измеряя потери в сети при различных расходах. Построение характеристики сети необходимо для определения положения рабочей точки насоса.
Рабочая точка насоса
Для того, чтобы определить расположение рабочей точки нужно нанести характеристики насоса и сети на один и тот же график. Точка пересечения этих графиков и будет являться рабочей точкой насоса, проецируя ее на оси координат можно определить напор насоса и его подачу при работе в данной трубопроводной системе.
График, на котором показаны характеристики насоса и сети, а также рабочая точка вы можете увидеть на рисунке ниже.
Регулирование работы центробежного насоса
Характеристике насоса и сети соответствует только одна рабочая точка. Как изменить ее положение? Изменить характеристику насоса или сети.
Для изменения характеристики насоса можно изменить:
- частоту вращения рабочего колеса;
- угол наклолна лопастей;
- полезную подачу насоса, отправив часть жидкости обратно на слив;
Частотное регулирование — наиболее экономичный вариант. При изменении частоты вращения рабочая тока смещается вдоль характеристики насоса.
Схема регулирования перепуском показана на рисунке.
Открывая или закрывая задвижку можно изменять соотношение поступающего в систему и отправляемого на слив расходов.
При дроссельном регулировании задвижка устанавливается в линии нагнетания насоса.
Изменяя проходное сечение задвижки можно изменять положение рабочей точки насоса.
Перепуск и дросселирование — простые в реализации, но не экономичные способы изменения положения рабочей токи насоса.