что такое реальная рабочая точка

Определение понятия напора
Повышение давления насосом называется напором. Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

H = E/G [m]

E = механическая энергия [Н•м]
G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:

10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H₀ при нулевой подаче.

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.

— Характеристики насосов
— Различная крутизна при идентичном корпусе и рабочем колесе насосов (например, в зависимости от частоты вращения мотора)

Форма характеристик насоса
На рисунке показана различная крутизна характеристик насоса, которая может зависеть, в частности, от частоты вращения мотора.

Различное изменение подачи и давления

При этом крутизна характеристики и смещение рабочей точки влияет также на изменение подачи и напора:
• пологая кривая
– большее изменение подачи
при незначительном изменении напора
• крутая кривая
– большое изменение подачи
при значительном изменении напора

Характеристика насосной системы

Трение, имеющее место в трубопроводной сети, ведет к потере давления перекачиваемой жидкости по всей длине. Кроме этого, потеря давления зависит от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, свойств арматуры и агрегатов, а также сопротивления, обусловленного диаметром, длиной и шероховатостью стенок труб.
Потеря давления отображается на графике в виде характеристики системы. Для этого используется тот же график, что и для характеристики насоса.

Форма характеристики показывает следующие зависимости:

Причиной гидравлического сопротивления, имеющего место в трубопроводной сети, является трение воды о стенки труб, трение частиц воды друг о друга, а также изменение направления потока в фасонных деталях арматуры.
При изменении подачи, например, при открывании и закрывании термостатических вентилей, изменяется также скорость потока и, тем самым, сопротивление.
Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график будет иметь форму параболы. Эту связь можно представить в виде следующего уравнения:

H1/H2 = (Q1/Q2) 2

Выводы
Если подача в трубопроводной сети уменьшается в два раза, то напор падает на три четверти. Если, напротив, подача увеличивается в два раза, то напор повышается в четыре раза. В качестве примера можно взять истечение воды из отдельного водопроводного крана.
При начальном давлении 2 бара, что соответствует напору насоса прим. 20 м, вода вытекает из крана DN 1/2 с расходом 2 м3/ч.
Чтобы увеличить подачу в два раза, необходимо повысить начальное давление на входе с 2 до 8 бар.

Изменяющаяся рабочая точка

Рабочая точка

Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, является рабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.

При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.

Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.

Такими требованиями являются:
для циркуляционных насосов систем отопления — потребление тепла зданием,
для установок повышения напора — пиковый расход для всех мест водоразбора.
Все остальные рабочие точки находятся слева от данной расчетной рабочей точки.

На двух рисунках показано влияние изменения гидродинамического сопротивления на смещение рабочей точки. Смещение рабочей точки по направлению влево от расчетного положения неизбежно вызывает увеличение напора насоса. В результате этого возникает шум в клапанах. Регулирование напора и подачи в соответствии с потребностью может производиться применением насосов с частотным преобразователем. При этом существенно сокращаются эксплуатационные расходы.

Источник

Что такое «рабочая точка» насоса?

Если Вы впервые сталкиваетесь с необходимостью подобрать насос для перекачивания какой-либо жидкости, то, скорее всего, второй вопрос, который Вы услышите (первый будет касаться как раз перекачиваемой жидкости и типа насоса): «А на какую рабочую точку Вам подобрать насос?». Для специалистов вопрос про рабочую точку достаточно очевидный — это определяющий параметр для корректной работы насоса. И для них определение рабочий точки насоса будет дано чуть ниже.

А для тех, кто впервые столкнулся с понятием «рабочая точка», больше подойдёт такое объяснение: рабочая точка — это точка пересечения характеристики насоса с характеристикой системы. То есть — это напор и подача, которые нужны для того, чтобы получить желаемый результат на Вашей системе. Другими словами, если Вы подбираете насос для водоснабжения, отопления или канализации и не знаете ответа на вопрос «Какова рабочая точка?» — просто обратитесь к специалисту и объясните: что, откуда куда (в метрах по вертикали и горизонтали) и в каком объёме Вы хотите перекачивать. На основе этих данных специалист и рассчитает рабочую точку, которая в свою очередь поможет ему в подборе насоса.

Ну а для желающих подробно разобраться с понятием «рабочая точка насоса», представим полный ответ (на примере центробежного насоса):

Рабочая точка центробежного насоса является точкой пересечения кривой напора H(Q) и характеристической кривой установки HA(Q). При этом кривая H(Q) зависит от параметров насоса, а зависимость HA(Q) обусловлена параметрами установки (см. рис. 1 Рабочая точка)

Положение рабочей точки изменяется, когда кривая напора H(Q) и/или характеристическая кривая установки HA(Q) принимают другое положение или изменяют вид:

H(Q) изменяется, HA(Q) остается неизменной:

HA(Q) изменяется, H(Q) остается неизменной:

Характеристическая кривая установки может изменяться в процессе эксплуатации вследствие увеличения потерь напора (например, в результате дросселирования регулирующей арматурой, образования налета в трубах) или изменения геодезического напора (например, изменения уровня в резервуарах).

Расчетные точки и точки по запросу (требования заказчика) лишь в исключительных случаях полностью совпадают с рабочей точкой. Таким образом, рабочая точка часто приводится в соответствие путем дроссельного регулирования. (см. рис. 4 Рабочая точка)

Источник

Рабочая точка насоса: что это такое и как определить

При использовании циркулярных насосов и при их подборе для перекачивающих установок стоит учитывать множество параметров – степень давления, скорость перемещения жидкости по трубам, трение, изменение напора, показатели расхода мощности и коэффициента полезного действия. Но это еще не все критерии, которые нужно брать во внимание, не нужно забывать про еще один критерий выбора – рабочая точка насоса. Она отражает корректность работы устройства. Если для специалистов данный параметр воспринимается без вопросов, и они понимают, что это такое, то вот у новичков могут появиться недопонимания, поэтому стоит его рассмотреть подробнее.

Что такое рабочая точка

Рабочая точка является областью пересечения параметров насоса с показателями системы. Она отражает напор и подачу жидкости, которая проходит по трубопроводу. Именно эти критерии необходимо брать во внимание во время монтажа системы в помещении.

Ниже имеется точное объяснение понятия «Рабочая точка»:

Рабочая точка центробежного насоса является пересечением кривой напора H(Q).с параметрами кривой установки HA(Q). Кривая H(Q) взаимосвязана с параметрами насоса, а вот HA(Q) зависит от характеристик установки.

Рабочая точка указывает на показатели производительности (подачи) насоса на определенном напоре. Так как могут эти параметры быть связаны между собой?

Под производительностью понимается уровень объема жидкости, который передается насосной установкой по трубным элементам за единицу времени.

Напор является удельной механической работой, которая передается насосом на жидкость. Зависимость между данными показателями считается гидравлическим критерием насоса.

Определение технических параметров насоса

Технические параметры насосных установок, включая рабочую точку, определяют только при помощи испытаний. Основой является зависимость подачи от напора, они обозначаются латинскими буквами Q-H. А вот расход мощности и КПД – это следствие рабочего процесса устройства, при котором создается подача Q и напор H.

При испытаниях учитывается принцип работы насоса и движение жидкости в системе:

Все объемы энергии, которые вырабатывает жидкость в насосе, поглощается в дроссельной задвижке. При закрытии и открытии задвижки можно регулировать подачу воды с нуля до наибольшего показателя. А вот количество оборотов насоса на протяжении исследования остается в неизменном состоянии.

Как провести расчеты

Чтобы понять, какая нужна производительность, и при каких показателях напора, нужно рассмотреть пример. Наиболее понятно будет, если рассмотреть подбор насосного оборудования для фильтрации в бассейнах. Уровень перепадов высоты монтажа прибора и показателя подачи воды будет составлять два метра.

В первую очередь нужно высчитать показатели производительности. Их нужно подбирать в соответствии с предназначением и объемом резервуара бассейна. На нашем примере производительность насоса Q будет равняться 27 м 3 /час.

После требуется определить напор насоса, а именно показатели потерь в системе. Измерять их стоит в метрах водного столба или в барах (1 бар = 10 метров водного столба).

Для выполнения расчетов можно воспользоваться следующей формулой:

Нобщ = Нтруб. + Нфильтра + Нперепад высот

Для примера можно взять трубопровод с длиной 25 метров.

Показатели потерь напора в трубопроводной системе определяются в соответствии с диаметром трубных элементов. Если скоростные параметры передвижения жидкости по трубам в фильтрационном оборудовании будут меньше или будут два метра в секунду, то показатели потери будут низкими.

Область пересечения необходимой производительности со скоростью сможет отразить подходящие показатели диаметра трубных элементов. При помощи нее можно выявить средний расход потери напора на 100 метров трубы. Если имеется точная длина трубопровода, то можно определить общие потери, которые расходуются при трениях в прямых трубах. Для этого на каждый поворот в 90 градусов нужно прибавить по 10 метров.

Если рассматривать наш пример, то на каждые 100 метров прямой трубы расход будет 5 метров. Но поскольку длина трубопровода составляет 25 метров, то потери в трубных изделиях будут 1,25 метров.

Стоит учитывать, что потери напора связаны с загрязненностью фильтрационной системы. Грязь может оказывать давление внутри. Если фильтр чистый, то в нем уровень давления обычно составляет от 0,5 до 0,7 бар. Из этого следует, что потери будут 5-7 метров.

А в сильно загрязненной фильтрационной системе давление может доходить до 1-1,5 бар. Это приводит к сильному смещению рабочей точки насоса, что может грозить выходом из строя прибора, его поломкой. Чтобы это предотвратить важно регулярно промывать фильтр. Но чтобы высчитать потери при выборе оборудования лучше брать потерю 8 метров.

В результате все значения нужно подставить в форму и выполнить расчеты:

Нобщ = Нтрубы (1,25 м) + Нфильтра (8 м) + Нперпад высот (2 м) = 11,25 метров

Их этого следует, что нужно приобретать насос, который прокачивает 27 м 3 /час при напоре 11-12 метров. Это значит, что стоит приобретать модель, у которой рабочая точка располагается максимально близко к гидравлической кривой.

Все эти расчеты и параметры помогут определить рабочую точку насосного оборудования и подобрать подходящий прибор для перекачки жидкости в трубопроводе. Именно от него зависит правильное функционирование системы, долговечность составляющих элементов. По этой причине нужно предварительно выполнить расчеты и определить приблизительные показатели производительности, напора насоса для конкретного трубопровода.

Характеристики насосов:

Коротко о главном

Рабочая точка – основной параметр, который стоит учитывать при выборе насосов для трубопроводов, скважин. Предварительно стоит рассмотреть модели, выполнить расчеты и выделить среднее значение. При высчитывании необходимо брать во внимание мощность, силу напора, производительность и технические характеристики трубопроводной системы. Соблюдение всех этих требований и рекомендаций поможет подобрать подходящее оборудование.

Выбрать подходящий Вашим параметрам насос можно тут.

А как вы думаете, стоит ли проводить расчет рабочей точки, напора и мощности насоса? Или все же стоит довериться профессионалам, специалисты, которые сами подберут насосное оборудование для трубопровода?

Источник

Характеристики насосов – подача, напор и рабочая точка

Повышение давления насосом называется напором. Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

E = механическая энергия [Н•м]

G = вес перекачиваемой жидкости [Н]

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости (подача) зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Возможны также другие масштабы шкалы напора. При этом действительны следующие соотношения:

10 м в.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальной оси (ось абсцисс) нанесена шкала подачи насоса (Q), выраженной в кубометрах в час [м3/ч]. Возможны также другие масштабы шкалы подачи, например [л/с]. Форма характеристики показывает следующие виды зависимости: энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в насосе в такие формы гидравлической энергии, как давление и скорость. Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса H0 при нулевой подаче.

Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму падающей кривой. Теоретически характеристика насоса пересекается с осью подачи. Тогда вода обладает только кинетической энергией, то есть давление уже не создается. Однако, так как в системе трубопроводов всегда имеет место внутреннее сопротивление, в реальности характеристики насосов обрываются до того, как будет достигнута ось подачи.

Форма характеристик насоса

На рисунке показана различная крутизна характеристик насоса, которая может зависеть, в частности, от частоты вращения мотора.

Различное изменение подачи и давления

При этом крутизна характеристики и смещение рабочей точки влияет также на изменение подачи и напора:
• пологая кривая – большее изменение подачи
при незначительном изменении напора
• крутая кривая – большое изменение подачи
при значительном изменении напора

Характеристика насосной системы

Трение, имеющее место в трубопроводной сети, ведет к потере давления перекачиваемой жидкости по всей длине. Кроме этого, потеря давления зависит от температуры и вязкости перекачиваемой жидкости, скорости потока, свойств арматуры и агрегатов, а также сопротивления, обусловленного диаметром, длиной и шероховатостью стенок труб.

Потеря давления отображается на графике в виде характеристики системы. Для этого используется тот же график, что и для характеристики насоса.

Характеристика системы

Форма характеристики показывает следующие зависимости:

Причиной гидравлического сопротивления, имеющего место в трубопроводной сети, является трение воды о стенки труб, трение частиц воды друг о друга, а также изменение направления потока в фасонных деталях арматуры.

При изменении подачи, например, при открывании и закрывании термостатических вентилей, изменяется также скорость потока и, тем самым, сопротивление. Так как сечение труб можно рассматривать как площадь живого сечения потока, сопротивление изменяется квадратично. Поэтому график будет иметь форму параболы. Эту связь можно представить в виде следующего уравнения:

Если подача в трубопроводной сети уменьшается в два раза, то напор падает на три четверти. Если, напротив, подача увеличивается в два раза, то напор повышается в четыре раза. В качестве примера можно взять истечение воды из отдельного водопроводного крана.

При начальном давлении 2 бара, что соответствует напору насоса прим. 20 м, вода вытекает из крана DN 1/2 с расходом 2 м3/ч.

Чтобы увеличить подачу в два раза, необходимо повысить начальное давление на входе с 2 до 8 бар.

Изменяющаяся рабочая точка

Рабочая точка

Точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы, являетсярабочей точкой системы и насоса. Это означает, что в этой точке имеет место равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, потребляемой трубопроводной сетью. Напор насоса всегда равен сопротивлению системы. От этого зависит также подача, которая может быть обеспечена насосом.

При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимального значения. В противном случае это может вызвать слишком сильное повышение температуры в насосной камере и, как следствие, повреждение насоса. Во избежание этого следует неукоснительно соблюдать инструкции производителя.

Рабочая точка за пределами характеристики насоса может вызвать повреждение мотора. По мере изменения подачи в процессе работы насоса также постоянно смещается рабочая точка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку в соответствии с максимальными эксплуатационными требованиями входит в задачи проектировщика.

Такими требованиями являются:

Все остальные рабочие точки находятся слева от данной расчетной рабочей точки.

На двух рисунках показано влияние изменения гидродинамического сопротивления на смещение рабочей точки. Смещение рабочей точки по направлению влево от расчетного положения неизбежно вызывает увеличение напора насоса. В результате этого возникает шум в клапанах. Регулирование напора и подачи в соответствии с потребностью может производиться применением насосов с частотным преобразователем. При этом существенно сокращаются эксплуатационные расходы.

Источник

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

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:

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.

Источник