Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Центробежные насосы

Насосы обычно подразделяют на два главных типа: большие и центробежные.
Большие насосы приводят жидкость в движение за счет конфигурации объема камеры с жидкостью механическими средствами. Большие насосы представляют собой нагрузку с неизменным моментом на валу, тогда как конструкция центробежных насосов подразумевает переменный момент, зависящий от скорости.
Центробежные насосы передают импульс воды за счет вращения рабочего колеса, погруженного в нее. Импульс приводит к росту давления либо подачи на выходе насоса. В данной статье рассматриваются только центробежные насосы.

Центробежный насос является устройством, которое конвертирует энергию привода в кинетическую энергию воды методом ее ускорения к внешнему ободу рабочего колеса — импеллера. Сущность тут заключается в том, что создаваемая энергия является кинетической. Количество энергии, передаваемое воды, соответствует скорости на кромке лопасти импеллера. Чем резвее вращение импеллера либо чем больше его размер, тем выше скорость воды на кромке лопасти и тем выше энергия, передаваемая воды. Образование сопротивления сгустку регулирует кинетическую энергию воды на выходе импеллера. Первоначальное сопротивление создается спиральной камерой насоса (корпусом), в которую жидкость попадает и замедляется. Когда жидкость замедляется в корпусе насоса, часть кинетической энергии перебегает в энергию давления. Конкретно сопротивление подаче насоса регится на манометре, установленном на нагнетательном трубопроводе. Насос делает поток, а не давление. Давление является показателем сопротивления сгустку.

Напор — Сопротивление сгустку

Пример:
Представьте трубу, струя воды из которой ориентирована четко вверх, в воздух. Напором будет высота, на которую подымется вода.

ДЛЯ НЬЮТОНОВСКИХ (Настоящих) жидкостей (такие невязкие воды как вода и бензин) мы используем термин напор для измерения кинетической энергии, создаваемой насосом. Напором является высота водяного столба, которую насос может сделать за счет кинетической энергии, которая передается воды. Основная причина использования напора заместо давления для измерения энергии центробежного насоса заключается в том, что давление на выходе насоса при изменении веса воды изменяется, а напор нет.

Потому с внедрением термина напор мы можем всегда указать производительность насоса по хоть какой ньютоновской воды, тяжеленной (серная кислота) либо легкой (бензин). Помните, что напор связан со скоростью, которую приобретает жидкость при прохождении через насос. Все виды энергии, имеющиеся в системе потока воды, можно охарактеризовать при помощи высоты водяного столба. Сумма различных напоров составляет общий напор системы либо работу, которую насос будет делать в данной системе. Выделяются последующие виды напоров:

Определения, связанные с насосами

ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ существует, когда питающий резервуар находится ниже осевой полосы насоса. Таким макаром, геометрическая высота всасывания является вертикальным расстоянием от осевой полосы насоса до свободного уровня воды, созданной для перекачки.

ПОДПОР появляется, когда питающий резервуар (высота всасывания) находится выше осевой полосы насоса. Таким макаром, геометрический подпор является вертикальным расстоянием от осевой полосы насоса до свободного уровня воды, созданной для перекачки.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НАПОР является вертикальным расстоянием меж осевой линией насоса и точкой свободного истечения либо поверхностью воды в приемном резервуаре.

ПОЛНЫЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НАПОР является вертикальным расстоянием меж свободным уровнем в питающем резервуаре и точкой свободного истечения либо поверхностью перекаченной воды (в приемном резервуаре).

Утраты НА ТРЕНИЕ (hf) — утраты на преодоление сопротивления сгустку, которое появляется в трубопроводе и патрубках. Сопротивление находится в зависимости от размера, состояния и типа трубопровода, количества и типа патрубков, скорости потока и типа воды.

Высокоскоростной НАПОР (hv) — это напор, образующийся в итоге движения воды со скоростью V. Высокоскоростной напор можно вычислить по последующей формуле:
hv = v2 / 2g, где: g = 9,8 м/с , V = скорость воды, м/с
Высокоскоростной напор обычно незначителен, и его можно игнорировать в большинстве высоконапорных систем. Но он может сыграть суровую роль в низконапорных системах, и его нужно учесть.

НАПОР ДАВЛЕНИЯ нужно учесть, когда насосная система начинается либо завершается в резервуаре, имеющем неатмосферное давление. Вакуум в питающем резервуаре либо положительное давление в приемном резервуаре нужно добавить к напору системы, тогда как положительное давление в питающем резервуаре либо вакуум в приемном резервуаре нужно отнять. Перечисленные выше виды напоров, а конкретно гидростатический напор, утраты напора при трении, высокоскоростной напор и напор давления совместно образуют напор системы при определенной скорости потока.

ВАКУУМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (hs) является геометрической высотой всасывания с учетом утрат и высокоскоростного напора. Вакуумметрическая высота всасывания определяется по свидетельствам прибора на поглощающем фланце. Если допустимая вакуумметрическая высота превышена, то в насосе появляется кавитация.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАПОР НА ВЫХОДЕ (hd) — это геометрический гидростатический напор, плюс высокоскоростной напор на выпускном фланце насоса, плюс общие утраты напора на трение в нагнетательном трубопроводе. Общий гидродинамический напор на выходе (определяется при испытании насоса) является показанием измерительного прибора на выпускном фланце.

ПОЛНЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАПОР (TDH) — это гидродинамический напор на выходе с учетом вакуумметрической высоты всасывания:
TDH = hd + hs (при подъеме воды на высоту всасывания)
TDH = hd — hs (при наличии подпора)

МОЩНОСТЬ Работа, совершаемая насосом, является функцией полного напора и веса закачиваемой воды за определенное время. В формулах обычно употребляют объемную подачу насоса и удельный вес воды, а не реальный вес перекачиваемой воды. Потребляемая мощность (N) является реальной мощностью, подводимой к валу насоса. Подача насоса либо нужная гидравлическая мощность (Nn) является мощностью, которую насос передает воды. Эти две величины определяются последующими формулами:

Свойства насоса

Свойства насоса, такие как подача, напор, КПД и потребляемая мощность показаны графически на кривых работы насоса.

Размер насоса, 2×3-8, показан в высшей части графика. Числа 2×3-8 указывают на то, что выход (выпускной канал) имеет размер 2 дюйма (может быть представлено в мм), вход (поглощающий канал) — 3 дюйма, а импеллер — поперечником в 8 дюймов. Некие производители указывают этот код в виде 3×2-8. Большее из первых 2-ух цифр — это впускной канал. Скорость насоса (об/мин) также указывается в верхней части графика, и указывает производительность при скорости в 2960 об/мин.

Вся информация представлена для данной рабочей скорости. Производительность либо большая подача показаны повдоль нижней части кривой. Все разные уровни подачи показаны для рабочей скорости в 2960 об/мин, но демонстрируют воздействие напора при дросселировании выхода. Левая часть кривых производительности указывает напор, создаваемый при различных скоростях потока.

На графике сопоставлены несколько кривых подачи и напора, любая охарактеризовывает различные (урезанные) размеры импеллера. Для данного насоса спектр импеллеров варьируется от 5,5 до 8,375 дюймов.Кривые КПД накладываются на график (вертикальные полосы) и охарактеризовывают КПД данного насоса от 64 до 45 процентов. По мере того как возрастает напор, поток и КПД уменьшаются. Потребляемая мощность показана пунктирной линией, проведенной на искосок с правого нижнего угла к верхнему левому. Кривые потребляемой мощности показаны для спектра 80 — 325 кВт. При использовании 8-ми дюймового импеллера с подачей в 250 м /ч, потребляемая мощность составит около 270 кВт.

Рабочие свойства насоса и системы

Кривая работы насоса является обычный функцией физических черт насоса. Кривая работы системы стопроцентно находится в зависимости от размера трубопровода, его длины, количества и расположения коленчатых патрубков и от других причин. Место скрещения этих 2-ух кривых является фактической рабочей точкой. В этой точке давление насоса соответствует потерям системы, и все сбалансировано.

Если система подвержена частым либо длительным изменениям, нужно изменять свойства насоса либо характеристики системы.
Есть два способа, которые употребляются для обеспечения переменного потока. Один из способов — это дросселирование, которое приводит к изменению свойства системы за счет дроссельного клапана. Другой способ заключается в изменении скорости вращения насоса, что приводит к изменению рабочей свойства насоса.

Дросселирование

При использовании этого способа дополнительное сопротивление сгустку наращивает напор. Свойства системы при 2х различных положениях клапана показаны ниже.

Для сопоставления давайте воспользуемся примером для определения потребляемой мощности системы при дросселировании, потом для системы с регулированием скорости. Употребляется насос (с 8-ми дюймовым импеллером), работающий с номинальной скоростью 2960 об/мин. Насос предназначен для работы в системе, требующей напора в 250 метров при потоке 250 м /ч. Смотрите кривую работы насоса ниже

На базе инфы, представленной на графике, можно выяснить разные требования по мощности при скоростях потока, обозначенных в таблице ниже, для системы дросселирования.

где,
Nn — гидравлическая мощность (кВт)
N — потребляемая мощность (кВт)

Система с регулированием скорости

В отличие от вышеприведенного способа, при регулировании скорости меняются свойства насоса.

Более низкая скорость насоса изменяет кривую работы насоса на базе высокоскоростного напора, образованного скоростью перекачиваемой воды. Помните, что этот напор равен v2 / 2g.

Законы подобия

Набор формул, применяемых для того, чтоб спрогнозировать работу центробежного насоса в хоть какой рабочей точке на базе начальных черт насоса именуется законами подобия.

где,
n = Скорость вращения насоса
Q = Подача (м /ч) Р = Давление (м) N = Мощность (кВт)
Используя тот же пример, как при дросселировании, можно посчитать потребляемую мощность для систем, когда скорость насоса составляет:

где N — потребляемая мощность на валу в кВт.
Воспользуйтесь законами подобия для вычисления значений в других рабочих точках.

Разумеется, что при регулировании скорости потребляемая мощность в режиме не полной подачи существенно меньше, чем при дросселировании. Чтоб найти реально потребляемую электронную мощность, нужно также учесть КПД электропривода. КПД электродвигателя работающего от сети понижается при не полной нагрузке на валу (как в случае дросселирования), тогда как КПД регулируемого электропривода остается постоянным, что дает дополнительную экономию. Сбережение энергии будет зависеть от количества времени, которое насос будет работать на каждом значении пониженной скорости.

Для подсчета реальной экономии потребляемую мощность необходимо помножить на количество часов работы. Приобретенное значение потом множится на цена за кВт*ч, чтоб показать цена работы насоса при каждом значении подачи. Отымите значения потребляемой мощности при регулировании скорости от значений мощности при дросселировании, чтоб получить разницу в цены затраченной энергии.

В нашем примере при подаче в 200 м /ч при дросселировании потребляется 240 кВт, а при регулировании скорости для той же подачи требуется всего 136,2 кВт. Если нужно обеспечить таковой режим в течение 2000 часов в год при стоимости в 2 рубля за кВт/ч, сопоставление цены будет последующим:

Система дросселирования:
240 х 2000 = 480000 кВт*ч
480000 х 2 = 960 тыс. рублей
Система с регулированием скорости:
136,2 х 2000 = 272400 кВт*ч
272400 х 2 = 545 тыс. рублей
Экономия:
960-545 = 415 тыс. рублей

Данный пример не был привязан к напору. Напор не оказывает влияние на характеристику системы и потребляемую мощность при регулировании подачи. Чем выше гидростатический напор системы, тем ниже способности по сбережению энергии. Связано это с тем, что черта системы более плоская, т.к. большая часть энергии употребляется на подъем воды на нужную высоту.

по материалам Rockwell Automation, Inc.

Комментарии запрещены.