Щоб розрахувати центробіжний насос правильно, потрібно враховувати безліч параметрів, як-от продуктивність, натиск, потужність, а також втрати в системі й ефективність роботи насоса. Цей процес вимагає точного підходу, щоб насос відповідав необхідним експлуатаційним умовам і забезпечував надійну і довговічну роботу. Розглянемо кожен етап детально.
Як розрахувати продуктивність центробіжного насоса
Продуктивність, або витрата насоса, визначається як об’єм рідини, який насос перекачує за одиницю часу. Продуктивність вимірюється в літрах на секунду (л/с) або кубометрах на годину (м³/год). Для визначення необхідної продуктивності потрібно враховувати:
- Потреби системи. Наприклад, для систем водопостачання враховується необхідне водопостачання на конкретну ділянку, а для системи охолодження, як-от чилер, – об’єм рідини, необхідний для підтримання необхідної температури.
- Втрати в трубопроводах і фітингах. На витрату також впливають втрати тиску на кожній ділянці системи, особливо якщо є ділянки з поворотами, фільтрами або редукційними клапанами.
Як розрахувати напір центробіжного насоса
Напір – це показник, що характеризує енергію, яку насос має затратити, щоб забезпечити рух рідини з певною швидкістю і на потрібну висоту. Напір включає дві основні складові:
- Геометрична висота підйому. Це різниця в рівнях між точкою всмоктування і точкою подачі рідини. Геометрична висота підйому позначається як H (геом) і безпосередньо залежить від відстані, на яку потрібно підняти рідину.
- Втрати на тертя в трубопроводах. У процесі перекачування рідини виникає опір, що залежить від довжини трубопроводів, їхнього діаметра, матеріалу, а також кількості поворотів, вентилів і клапанів. Усе це вносить додаткові втрати, які позначаються як H (втрати).
Загальний напір H визначається за формулою: H = H (геом) + H (втрати).
Для точного розрахунку втрат на тертя рекомендується використовувати формулу Дарсі-Вейсбаха: H (втрати) = (f * L * v^2) / (2 * D * g), де:
- f – коефіцієнт тертя, який залежить від матеріалу труб і режиму потоку,
- L – довжина трубопроводу,
- v – швидкість потоку рідини,
- D – діаметр труби,
- g – прискорення вільного падіння (зазвичай приймається як 9,81 м/с²).
Приклад розрахунку: Припустимо, що геометрична висота підйому H(геом) становить 15 м, а втрати на тертя H(втрати) дорівнюють 5 м. Тоді загальний напір: H = 15 + 5 = 20 м
Як розрахувати споживану потужність відцентрового насоса
Споживана потужність насоса визначається необхідною роботою, яку насос виконує для перекачування рідини із заданою витратою і напором. Формула для розрахунку потужності насоса: P = (Q * H * ρ * g) / η, де:
- Q – витрата рідини, м³/с,
- H – повний напір насоса, м,
- ρ – густина рідини, що перекачується, кг/м³ (для води зазвичай приймається 1000 кг/м³),
- g – прискорення вільного падіння (9,81 м/с²),
- η – коефіцієнт корисної дії (ККД) насоса.
Приклад розрахунку потужності насоса:
Припустимо, що для насоса з необхідною витратою Q = 0,1 м³/с і напором H = 20 м потрібно визначити потужність, при цьому ККД насоса дорівнює 0,8 (80%). Тоді: P = (0,1 * 20 * 1000 * 9,81) / 0,8 = 24525 Вт, або 24,525 кВт.
Як розрахувати ККД відцентрового насоса
ККД відцентрового насоса показує, наскільки ефективно насос перетворює підведену енергію на корисну. ККД насоса залежить від його конструкції та режиму роботи. Найпоширеніші значення ККД для відцентрових насосів варіюються від 60% до 90%, але під час вибору насоса бажано орієнтуватися на характеристики конкретної моделі, надані виробником.
Коефіцієнт корисної дії (ККД) відцентрового насоса (η) визначається як відношення корисної потужності (Ркорисна) до витраченої потужності (Рвитрачена):
η=(Ркорисна/Рвитрачена)⋅100%
Розрахунок корисної потужності:
Корисна потужність розраховується за формулою:
Ркорисна=Q⋅H⋅ρ⋅g
де Q – витрата рідини (м³/с), H – напір (м), ρ – щільність рідини (кг/м³), g – прискорення вільного падіння (9,81 м/с²).
Розрахунок витраченої потужності:
Витрачена потужність визначається як:
Рвитрачена=U⋅I⋅cosφ
де U – напруга (В), I – струм (А), cosφ – коефіцієнт потужності.
Розрахунок ККД:
Підставте значення Ркорисна і Рвитрачена в основну формулу:
η=(Ркорисна/Рвитрачена)⋅100%.
Приклад розрахунку:
Припустимо, Q=0,02 м³/с, H=15H м, ρ=1000 кг/м³, Рвитрачена=5 кВт.
- Корисна потужність:
Ркорисна=0,02⋅15⋅1000⋅9,81=2943 Вт=2,943 кВт
- ККД насоса:
η=(2,943/5)⋅100%≈58,86%
Підсумок:
ККД насоса становить приблизно 58,86%
Перевірка відповідності характеристик насоса розрахунковим параметрам
Після розрахунку витрати, напору і потужності необхідно перевірити, чи відповідає обраний відцентровий насос цим параметрам. Для цього слід використовувати робочу характеристику насоса, яка описує його поведінку за різних значень витрати та напору. На що варто звернути увагу:
- Робоча точка насоса. Це точка на характеристичній кривій, в якій значення напору і витрати відповідають розрахунковим параметрам.
- Режим роботи насоса. Бажано, щоб насос працював у зоні оптимальної ефективності, що забезпечить його довговічність і економічність.
Додаткові фактори для розрахунку і вибору відцентрового насоса
- Кавітація. Відцентрові насоси схильні до кавітації, яка виникає за низького тиску у вхідній частині насоса. Це може призвести до пошкодження робочого колеса і зниження ефективності. Щоб уникнути кавітації, необхідно розраховувати мінімальний тиск на вході в насос.
- Робоче середовище. Якщо насос працюватиме з агресивними або абразивними середовищами, потрібно врахувати матеріали виготовлення насоса, стійкі до корозії та зносу.
- Температурний режим. Високі температури рідини можуть вплинути на продуктивність і довговічність насоса, тому під час вибору враховують температурний діапазон, у якому насос здатний ефективно працювати.
