Производительность насоса: расчёт и регулирование

Что такое производительность насоса

Производительность насоса, она же подача или объемный расход — это количество жидкости, перекачиваемый аппаратом за единицу времени. Данный параметр в формулах обозначается буквой Q, единицы измерения – м3/с, м3/ч, л/с, л/ч. Максимальную величину данной технической характеристики отмечают на идентификационной табличке каждого насоса – шильде.

Если подачу измеряют не объёмом, а количеством перемещаемой жидкости в единицу времени, такой расход называется массовым. Массовый расход отмечают буквой G. Соотношение массового и объемного расхода выражается формулой:

G=Q*p

Где ρ – плотность перекачиваемой жидкой среды

Аппараты для измерения производительности насосов

Измерение производительности насосов — это важная часть контроля за их работой, так как помогает установить эффективность работы оборудования и выявить возможные отклонения. Рассмотрим два основных типа приборов для измерения производительности насосных установок: ротаметр и дифманометр.

1. Ротаметр

Ротаметр — это прибор для измерения расхода жидкости или газа в трубопроводе. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки с поплавком, который поднимается в зависимости от потока жидкости. Чем выше скорость потока, тем выше поплавок, что позволяет судить о величине расхода.

• Принцип работы: В трубке ротаметра имеется шкала, которая показывает уровень поплавка, соответствующий определённому расходу. Показания шкалы можно сравнивать с калибровочным графиком, который определяет точность измерений.
• Установка: Ротаметр монтируется непосредственно в трубопровод, где происходит измерение расхода, и обычно используется для измерений с низким и средним расходом.
• Преимущества: Простота в использовании, дешевизна, возможность точного контроля расхода при разных условиях.

2. Дифманометр с мерной диафрагмой

Дифманометр с мерной диафрагмой — это более сложный прибор, используемый для измерения расхода жидкости через трубопровод, основываясь на изменении давления.

• Конструкция: Прибор представляет собой U-образную трубку, заполненную жидкостью, и диафрагму с отверстиями, устанавливаемую в трубопроводе. Устройство подключается к трубопроводу через два шланга — до и после диафрагмы.
• Принцип работы: Когда жидкость проходит через отверстие в диафрагме, её напор снижается. Разница напора между двумя сторонами диафрагмы вызывает разницу уровня жидкости в U-образной трубке. Чем больше производительность, тем больше разница напора и уровня жидкости. Это изменение позволяет вычислить подачу насоса с помощью калибровочного графика.
• Преимущества: Дифманометры обладают высокой точностью, могут использоваться в различных системах, и измеряют изменение давления с высокой чувствительностью.

Преимущества и недостатки этих приборов

• Ротаметр:
• Преимущества: Простота в использовании, недорогие, подходят для маленьких и средних потоков.
• Недостатки: Ограничены по диапазону измеряемых расходных величин, точность измерений зависит от визуальной оценки уровня поплавка.
• Дифманометр:
• Преимущества: Высокая точность, подходит для сложных систем с высокими требованиями к точности измерений.
• Недостатки: Сложнее в эксплуатации, требует регулярного обслуживания, дороже по сравнению с ротаметрами.

Влияние производительности на выбор насоса

Производительность насоса — это важный фактор, определяющий его эффективность и соответствие конкретной системе. Для правильного выбора насоса необходимо учитывать его напор и подачу.

Зависимость напора и подачи

• Напор — это высота, на которую насос может поднять жидкость.
• Подача — это объем жидкости, который насос может перекачать за единицу времени (обычно измеряется в м³/ч).

Чем выше производительность (подача), тем ниже может быть напор, и наоборот. Эти два параметра находятся в обратной зависимости и зависят от характеристик трубопроводной системы. Поэтому, выбирая насос, необходимо заранее знать параметры системы (например, высоту здания, сопротивление труб, диаметр трубопроводов и т.д.).

Типы насосов по производительности

На выбор типа насоса влияет его производительность, и в зависимости от этого различают несколько типов насосов:

• До 10 м³/ч:
• Подходящие типы насосов: бочковые, насосы-дозаторы, винтовые, импеллерные, полупогружные, мембранные, химические, центробежные, оборудование для дезинфекции.
• От 10 до 100 м³/ч:
• Подходящие типы насосов: винтовые, импеллерные, полупогружные, центробежные, мембранные, химические.
• Выше 100 м³/ч:
• Для таких высоких расходов обычно выбираются винтовые, центробежные насосы, так как они обеспечивают стабильную работу при больших потоках.

Факторы, влияющие на производительность насоса

Конструкция и принцип работы насоса оказывают значительное влияние на его производительность и метод расчета этого параметра. На значение производительности влияют следующие факторы:

1. Частота оборотов или тактов устройства:

• Увеличение частоты вращения рабочего колеса насоса приводит к повышению производительности, так как увеличивается скорость потока жидкости. Однако при слишком высокой частоте может возникнуть кавитация или другие негативные эффекты, что снизит эффективность работы.

1. Свойства жидкости:

• Вязкость, плотность и температура жидкости могут существенно влиять на производительность насоса. Например, при перекачивании вязких жидкостей (таких как масла или суспензии) подача может уменьшаться из-за увеличенного сопротивления движению жидкости.

1. Особенности трубопровода:

• Длина, диаметр и конфигурация трубопровода, а также наличие изгибов и поворотов оказывают влияние на сопротивление потоку жидкости. Чем больше сопротивление, тем ниже производительность насоса.

1. Самовсасывание плотной или вязкой жидкости:

• При самовсасывании таких жидкостей подача насоса может значительно уменьшаться из-за необходимости преодолевать дополнительные силы сопротивления.

Производительность центробежных насосов

Центробежные насосы характеризуются высокой эффективностью и равномерной подачей. Однако производительность этих насосов падает с увеличением напора. В сравнении с другими типами насосов, такими как мембранные, винтовые и импеллерные аппараты, центробежные насосы имеют более низкие значения напора при равных условиях.

С повышением производительности увеличивается потребляемая мощность, а коэффициент полезного действия (КПД) достигает максимального значения и начинает снижаться. Наиболее оптимальный рабочий режим соответствует максимальному КПД. Многоступенчатые насосы, при аналогичном объеме расхода, способны выдавать больший напор по сравнению с одноступенчатыми насосами.

Способы управления подачей центробежного насоса

1. Изменение частоты оборотов рабочего колеса:

• Снижение частоты оборотов приводит к уменьшению производительности насоса. При этом также снижается напор и потребление электроэнергии. Этот метод позволяет точно регулировать подачу, но требует наличия частотного преобразователя.

1. Смена положения задвижки на напорном трубопроводе:

• Чем больше открыта задвижка, тем выше подача. Этот метод проще в реализации, но не снижает энергопотребление. При уменьшении подачи с помощью задвижки КПД снижается, а напор, наоборот, возрастает, что может привести к неэффективной работе системы.

1. Байпасирование:

• Использование байпаса, обходного пути с задвижкой, позволяет отводить часть жидкости из напорного трубопровода обратно во всасывающий. Производительность регулируется положением задвижки байпаса. Размер изменения потока определяется по разнице значений двух дифманометров, установленных перед и после байпаса. При открытии задвижки байпаса эффективность системы может увеличиваться, но при этом возрастает потребляемая мощность, а КПД уменьшается. Поэтому этот способ менее эффективен по сравнению с изменением частоты оборотов.

Производительность различных типов насосов

Производительность насоса — это параметр, который показывает, какой объем жидкости или газа насос может перекачать за определенный промежуток времени. Этот показатель зависит от конструкции насоса и условий его работы. Рассмотрим, как производительность зависит от типа насоса, а также от особенностей его работы.

1. Производительность мембранных насосов

Мембранные насосы обладают рядом уникальных характеристик, которые влияют на их производительность:

• Особенности конструкции: Мембранный насос использует эластичную мембрану, которая движется в камере и при этом перекачивает жидкость. Основное преимущество таких насосов — способность работать с жидкостями, содержащими твердые частицы, вязкими или агрессивными жидкостями.
• Производительность: Мембранные насосы характеризуются высоким напором, но их производительность обычно ограничена из-за инерционности движения мембраны. Частота их работы невысока, что приводит к меньшему расходу жидкости.
• Влияние напора на производительность: Напор не оказывает большого влияния на производительность мембранных насосов. Этот тип насосов обеспечивает стабильный напор, однако из-за особенностей конструкции скорость перекачки ограничена, и производительность обычно ниже по сравнению с другими типами насосов.

2. Производительность винтовых насосов

Винтовые насосы перемещают жидкость или газ с помощью вращения одного или нескольких винтов, которые сжимаются или раздвигаются, перекачивая среду.

• Конструкция и принцип работы: В винтовых насосах жидкость перемещается по винтовым каналам. Напор и производительность таких насосов напрямую зависят от частоты вращения винтов.
• Производительность: В отличие от мембранных насосов, производительность винтовых насосов увеличивается с увеличением оборотов винта. Это позволяет винтовым насосам работать с высокой производительностью, особенно при изменении частоты оборотов. Напор при этом остаётся стабильным.
• Модели: Винтовые насосы бывают одновинтовые и многовинтовые. У многовинтовых насосов производительность выше, чем у одновинтовых, так как количество рабочих винтов и каналов для перекачиваемой жидкости увеличивает подачу.

3. Производительность импеллерных насосов

Импеллерные насосы (центробежные) используют вращающийся импеллер для перемещения жидкости. Этот тип насоса широко используется для перекачивания воды и жидкостей с низкой вязкостью.

• Производительность: Производительность импеллерных насосов напрямую зависит от частоты оборотов двигателя. Чем быстрее вращается импеллер, тем больше жидкости насос может перекачать за единицу времени.
• Напор: Импеллерные насосы обеспечивают высокий напор, что делает их идеальными для перекачивания жидкостей, требующих высокой высоты подъема.
• Вязкость жидкости: Импеллерные насосы могут эффективно перекачивать жидкости с низкой или средней вязкостью. Для густых жидкостей их эффективность может снижаться, так как высокая вязкость увеличивает нагрузку на насос и уменьшает производительность.

4. Производительность насосов-дозаторов

Насосы-дозаторы предназначены для точной дозировки жидкости в определённом объеме. Эти насосы чаще всего используются в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

• Точность дозировки: Главное требование к насосам-дозаторам — это точность и повторяемость дозировки. Производительность таких насосов регулируется более точно, чем у других типов, что позволяет обеспечить необходимый объём перекачиваемой жидкости.
• Методы регулировки дозировки:
• Ручное управление: При ручной настройке величина подачи регулируется поворотом ручки на насосе. Это позволяет точно настраивать подачу для небольших объёмов и индивидуальных потребностей.
• Сервопривод: В более сложных моделях дозаторов используется сервопривод, который автоматически регулирует ход насоса в пределах заданных значений. Это позволяет обеспечить стабильную и точную дозировку в автоматическом режиме, что особенно важно в массовом производстве.
• Производительность: Производительность насосов-дозаторов, как правило, низкая, так как они предназначены для дозирования малых количеств жидкости с высокой точностью. Дозаторы могут работать с высокой частотой, но их задача — не максимальная производительность, а точность и надежность.

5. Частотный преобразователь для насосов

Частотный преобразователь — это устройство, которое регулирует скорость работы электродвигателя насоса, изменяя частоту питающего напряжения. Это позволяет адаптировать насос под изменяющиеся условия работы системы, например, изменяя производительность или напор в зависимости от потребностей.

Принцип работы частотного преобразователя:

Частотный преобразователь преобразует постоянное напряжение из сети в переменное с регулируемой частотой. Это дает возможность изменять частоту вращения двигателя насоса, что напрямую влияет на его производительность и эффективность работы.

• Регулировка скорости насоса: С помощью частотного преобразователя можно изменять обороты насоса в зависимости от потребностей системы, что позволяет адаптировать подачу жидкости или газа к текущим условиям.
• Энергосбережение: Использование частотного преобразователя помогает снизить энергозатраты, поскольку двигатель работает только на нужной мощности, а не на максимальной.
• Уменьшение износа оборудования: Регулировка скорости работы насоса снижает механическую нагрузку на насос и его компоненты, что продлевает срок службы оборудования.

Настройка насоса с частотным преобразователем:

1. Электронное управление с дисплеем

Современные частотные преобразователи часто оснащаются электронными блоками управления с дисплеем. Это позволяет оператору настроить насос для работы в оптимальных условиях.

• Интерфейс с дисплеем позволяет легко и быстро настроить необходимые параметры работы насоса. На экране отображается информация о текущей частоте вращения, потребляемой мощности, температуре двигателя и других параметрах, что упрощает контроль и настройку оборудования.
• Программируемые функции: На дисплее можно настроить различные режимы работы насоса, например, регулировку скорости, установку защитных функций, таких как защита от перегрева или от перегрузки по току.
• Мониторинг в реальном времени: Дисплей может отображать состояние устройства в режиме реального времени, что позволяет оперативно реагировать на изменения в системе или в работе насоса.

2. Ручная настройка

Кроме того, многие частотные преобразователи позволяют ручную настройку:

• Регулировка скорости вручную: В случае, если дисплей не используется или требуется более детальная настройка, оператор может вручную установить нужную частоту вращения насоса с помощью регуляторов или кнопок на устройстве.
• Настройка параметров работы: Через ручное управление можно установить параметры, такие как время разгона и торможения, максимальная и минимальная частота вращения, защита от перегрева и другие.

3. Преимущества частотного преобразователя для насоса:

• Гибкость в эксплуатации: Возможность адаптировать насос под текущие условия работы (например, давление или расход жидкости) повышает гибкость и удобство эксплуатации.
• Энергоэффективность: Частотные преобразователи позволяют значительно снизить потребление энергии, так как насос работает только на необходимой мощности, а не на полной мощности.
• Продление срока службы оборудования: Постепенное разгон и замедление насоса при запуске и остановке помогает избежать резких пиковых нагрузок, которые могут привести к износу компонентов.
• Автоматизация: Электронное управление и мониторинг позволяет автоматизировать процессы, свести к минимуму участие человека и повысить точность работы системы.

Применение частотных преобразователей в насосах:

Частотные преобразователи часто применяются в насосных системах для:

• Регулировки производительности: В системах, где нагрузка изменяется в зависимости от внешних факторов (например, в системах отопления, водоснабжения, кондиционирования), частотный преобразователь позволяет автоматически регулировать работу насоса.
• Системы с переменным напором: Например, в системах водоснабжения, где давление в трубах может колебаться в зависимости от потребностей в воде, частотный преобразователь позволяет поддерживать необходимое давление на оптимальном уровне.
• Повышение энергоэффективности: В процессе работы насосов, например, в промышленных установках или в системах отопления, частотный преобразователь помогает значительно снизить потребление энергии, так как позволяет регулировать обороты и адаптировать работу насоса под текущие условия.