Производительность насоса

Что такое производительность насоса

Под производительностью насоса, она же подача или объемный расход, понимают объем жидкости, перекачиваемый оборудованием в единицу времени. Параметр обозначается буквой Q. Основные единицы измерения – м3/с, м3/ч, л/с, л/ч. Максимальное значение данной технической характеристики указывают на идентификационной табличке каждого насоса – шильде.

Производительность включает только объем реально перемещенной жидкости, обратные утечки не учитываются. Соотношение теоретического и реального расходов называют объемным КПД. У современного насосного оборудования уровень герметизации очень высок, поэтому реальная производительность практически равна теоретической.

Иногда вместо объемного расхода пользуются массовым. В этой ситуации величину подачи измеряют не объемом, а массой перемещаемой жидкости в единицу времени. Массовый расход обозначают буквой G.

Соотношение между массовым и объемным расходом выражается формулой:

Где ρ – плотность перекачиваемой жидкой среды.

Способы измерения производительности

• Ротаметр. Прибор представляет собой стеклянную трубку с поплавком, немного расширяющуюся кверху. Ротаметр вмонтирован в трубопровод, для измерения прибор снабжен шкалой и калибровочным графиком. С ростом подачи поплавок поднимается вверх. Вид калибровочного графика определяется конструкцией измерительного прибора и свойствами жидкой среды.
• Дифманометр с мерной диафрагмой. Прибор выглядит как U-образная трубка с жидкостью. Диафрагма в виде переборки с отверстием ставится в трубопровод, трубка подключается двумя шлангами, подсоединенными перед диафрагмой и за ней. Жидкости в трубопроводе и дифманометре не перемешиваются. Напор перекачиваемой жидкой среды после прохода через диафрагму снижается. По шлангам напор передается жидкости в U-образной трубке. Чем выше производительность, тем больше отличается напор с обеих сторон диафрагмы и тем выше разница между уровнями жидкости в двух ветвях дифманометрической трубки. Измерительные показания дифманометра переводятся в подачу с помощью градуировочного графика.
• Автоматические измерительные приборы. Информация о величине подачи передается на компьютер в виде электрического сигнала.

На что влияет производительность

Потребительские свойства насоса выражаются зависимостью напора от подачи. Максимальной подаче соответствует минимальный напор, и наоборот.

График зависимости получают опытным путем и заносят в сопровождающую техническую документацию. Если по каким-либо причинам соответствующая информация отсутствует, ее запрашивают на предприятии-изготовителе или самостоятельно тестируют оборудование на месте.

Длительная бесперебойная работа насоса возможна только при соответствии производительности условиям эксплуатации. Обычно требуемая величина объемного расхода известна заранее, поскольку оборудование подбирают под конкретную трубопроводную систему.

Каждый тип насосного оборудования используют в определенной сфере применения. В ряде случаев возможные направления использования перекрываются. Например, винтовые насосы в отдельных областях успешно конкурируют с центробежными.

Если эксплуатационным требованиям удовлетворяют сразу несколько типов насосов, предпочтение отдают оборудованию, наиболее подходящему к конкретной величине производительности. Учитывают цену и затраты на эксплуатацию, включая размер потребляемой мощности и расходы на обслуживание или ремонт.

Расчет производительности, взаимосвязь с типом насоса

Конструкция и принцип действия насоса влияют на характеристику производительности и способ расчета. На величине параметра отражаются частота оборотов или тактов, свойства жидкости, характеристики трубопровода. При самовсасывании, увеличении плотности и вязкости жидкости подача снижается.

Центробежные

Центробежные насосы показывают высокую производительность, отличаются равномерностью подачи, однако показатели резко снижаются с возрастанием напора. По величине напора модели центробежного типа уступают оборудованию с мембранной, винтовой или импеллерной конструкцией.

С ростом производительности растет потребляемая мощность, а КПД проходит через максимальное значение и начинает уменьшаться. Наиболее благоприятный эксплуатационный режим при заданной частоте оборотов достигается при максимальном КПД.

Зависимость напора, потребляемой мощности и КПД от производительности при постоянной частоте оборотов отражается в универсальной характеристике. Показатели зависимости получают при проведении контрольных испытаний.

Насосы центробежного типа с несколькими колесами на одном валу называют многоступенчатыми. Жидкость поочередно перемещается через каждое из колес. При одинаковом с одноступенчатым насосом объемном расходе у многоступенчатого устройства напор будет больше.

Способы регулирования подачи:

• Изменение частоты оборотов рабочего колеса. С уменьшением частоты оборотов колеса снижается производительность насоса. Данный способ регулировки наиболее эффективен с энергетической точки зрения, поскольку со снижением подачи сокращается напор насоса, соответственно, уменьшается потребление электроэнергии. До сравнительно недавнего времени широкому применению рассматриваемого способа мешала высокая стоимость преобразователей частоты. Сегодня промышленность массово выпускает преобразователи частоты надлежащего качества, произошло снижение цен, что сказалось на изменении ситуации в пользу подобного способа регулировки.
• Смена положения задвижки на напорном трубопроводе. Изменение производительности достигается за счет регулирования задвижкой гидравлического сопротивления в трубопроводной системе. Чем сильнее открыта задвижка, тем выше подача. Этот способ проще, чем изменение частоты оборотов, но более затратен с точки зрения энергопотребления. При снижении производительности положением задвижки уменьшается КПД, а напор возрастает. Явление сопровождается бесполезным расходом энергии.
• Байпасирование. Производительность регулируют байпасом – обходным путем с задвижкой для отвода части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий. Подачу изменяют положением задвижки. Величину изменения можно определить по разнице показаний двух дифманометров, установленных перед и после байпаса. При открытии задвижки байпаса возрастает производительность и потребляемая мощность, а КПД снижается. По этой причине данный способ регулировки подачи энергетически менее эффективен по сравнению с изменением частоты оборотов колеса.

Объемный расход устройств центробежного типа определяют по формуле:

• Q – производительность, м³/с
• b₁, b₂ – ширина колеса на внутренней и внешней окружности, м
• D₁, D₂ – внешний диаметр впускного отверстия и колеса, м
• σ – толщина лопаток, м
• z – количество лопаток
• c₁, c₂ – радиальные составляющие абсолютной скорости на входе и выходе из колеса, м/с

Мембранные

Агрегаты мембранного типа обеспечивают высокий напор в нагнетательной линии, при этом величина напора практически не сказывается на производительности. Ввиду инерционности движения мембранные устройства работают с малой частотой, что выливается в низкую подачу.

Винтовые

В винтовых насосах жидкость перекачивается вращением одного или нескольких сцепленных винтов. Профиль винтов позволяет герметично изолировать нагнетающую область от всасывающей.

При вращении винтов во впадинах между корпусом и винтом создаются заполненные жидкостью зоны замкнутого пространства. Жидкая среда постепенно перемещается вдоль винтовой оси в сторону нагнетающей области.

Вращательное движение винтовых насосов в отличие от мембранных не затруднено инерцией. Оборудование подобного типа может работать с высокой частотой и демонстрировать производительность, сравнимую с моделями с центробежным принципом действия, прежде всего многоступенчатыми со средними значениями подачи.

Производительность насосных агрегатов с винтовой конструкцией увеличивается с ростом частоты оборотов, при этом напор не изменяется. У многовинтовых моделей размер подачи выше, чем у одновинтовых.

Подачу насоса с одним винтом вычисляют по формуле:

• Q – производительность, м³/с
• ε – эксцентриситет, м
• D – диаметр винта, м
• Т – шаг винтовой поверхности статора, м
• n – частота вращения ротора, сек−1
• η_V – объемный КПД

Импеллерные

Производительность импеллерного насоса напрямую зависит от частоты оборотов вала электрического двигателя. По этой причине оборудование применимо для использования в качестве насоса-дозатора.

В моделях с импеллерным устройством сочетаются достоинства агрегатов с центробежным принципом действия и объемного типа. Остается достижимым высокий уровень напора и подачи, одновременно сохраняется возможность перекачки густых жидкостей с сильной вязкостью.

Насосы-дозаторы

Объемный расход насосов-дозаторов регулируют жестче по сравнению с остальными типами насосов, поскольку основное требование к дозирующему оборудованию – точность дозировки перемещаемой жидкости.

Способы регулировки:

• Ручное управление. Значение подачи выставляется поворотом ручки настройки.
• Сервопривод. Ход насоса ограничен до нужной величины, дозирование совершается автоматически. При отключении электроэнергии допускается настройка в ручном режиме.
• Частотный преобразователь. Настройка осуществляется через электронный блок управления с дисплеем. Возможна ручная настройка.

Среди разных типов насосов-дозаторов по уровню производительности и напора первенство принадлежит электромеханическим устройствам, на втором месте электромагнитные, замыкают ряд агрегаты с перистальтическим принципом действия.