центробежные насосы

Обзор

Центробежный насос преобразует вращательную механическую энергию в кинетическую энергию, разгоняя жидкость с помощью вращающегося рабочего колеса. Жидкость поступает через входное отверстие рабочего колеса, отбрасывается радиально наружу на высокой скорости, а затем замедляется в спиральном корпусе, где кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Результирующее давление на выходе отражает сопротивление потоку в трубопроводной системе — сам насос создаёт расход, а не давление.

Напор, измеряемый в метрах столба жидкости, является предпочтительной характеристикой производительности, поскольку остаётся постоянным для данного диаметра рабочего колеса и скорости вращения независимо от плотности жидкости. Давление, напротив, пропорционально удельному весу жидкости.

Напор при нулевой подаче — это максимальная высота, на которую насос может поднять жидкость при перекрытом выходном потоке, и определяется главным образом наружным диаметром рабочего колеса и частотой вращения вала.

Основные формулы

Гидравлическая мощность

$P = \frac{Q \cdot H \cdot \rho \cdot g}{\eta}$

Доступный чистый положительный напор на входе

$NPSH_a = \frac{P_s}{\rho g} + \frac{v_s^2}{2g} - \frac{P_v}{\rho g}$

Полный развиваемый напор

$h = \frac{p_2 - p_1}{\rho g} + \frac{v_2^2}{2g}$

Законы подобия (пересчёт по скорости)

$Q \propto n, \quad H \propto n^2, \quad P \propto n^3$

Расход изменяется линейно с частотой вращения, напор — пропорционально квадрату, а мощность — пропорционально кубу.

Переменные

Типы напоров насосов

КПД насоса

КПД насоса — это отношение гидравлической мощности, передаваемой жидкости, к мощности на валу, подводимой к насосу. КПД зависит от расхода и обычно достигает максимума вблизи точки наилучшей эффективности (BEP); работа вдали от BEP увеличивает энергопотребление, вибрацию, нагрузку на подшипники и риск рециркуляции.

Калькулятор мощности насоса

Конвертер единиц

Восстановленные исходные таблицы

Извлечение из оригинального источника включает общую разметку таблицы макета/поиска сайта без строк инженерных данных по центробежным насосам. Эти несущественные строки пользовательского интерфейса намеренно исключены; содержательное содержимое источника сохранено в виде формул, калькуляторов, заметок и оригинального изображения ниже.

Интерактивная диаграмма мощности насоса

Исходное изображение pump_power.png сравнивает мощность насоса в единицах СИ и имперских единицах. Интерактивная диаграмма ниже представляет то же гидравлическое соотношение для воды при 1000 kg/m3 и КПД насоса 75%.

Исходные изображения

Следующие исходные изображения сохранены, чтобы избежать потери визуального справочного материала. Когда изображение содержит диаграмму или табличные данные, извлечённые значения представлены в таблицах страницы, калькуляторах или интерактивных диаграммах; оставшиеся изображения сохраняются как визуальные источники.

Инженерные заметки

• Напор не зависит от плотности жидкости. Кривая производительности насоса, построенная для воды, применима к любой ньютоновской жидкости при той же скорости. Только потребляемая мощность изменяется с удельным весом.
• Насосы создают поток, а не давление. Давление на выходе является реакцией системы на сопротивление ниже по потоку. Придушение клапана увеличивает манометрическое давление, уменьшая при этом расход.
• Запас NPSH важен. Доступный NPSH должен превышать требуемый NPSH (из кривой насоса) с достаточным запасом — обычно не менее 0,5–1,0 м — во избежание кавитации, которая вызывает шум, вибрацию и эрозию крыльчатки.
• Ограничения закона подобия. Изменения скорости в пределах ±20% от номинальных RPM обычно безопасны для применения законов подобия. Более значительные изменения могут сместить рабочую точку за пределы устойчивой области кривой.
• КПД зависит от рабочей точки. Каждый центробежный насос имеет точку максимального КПД (BEP). Работа вдали от BEP увеличивает нагрузки на подшипники и уплотнения, вибрацию и энергопотребление.
• Поправка на вязкость. Для жидкостей, значительно более вязких, чем вода (например, масла выше ~10 сП), напор, расход и КПД насоса должны быть скорректированы в соответствии со стандартами Hydraulic Institute; одних законов подобия недостаточно.

Источники

• Исходный источник — Engineering ToolBox: Центробежные насосы