Общая техническая информация о насосах. Основные рабочие параметры насосов

Выбор насоса, если вы не обладаете специальными знаниями, дело непростое. В этом обзоре мы постараемся помочь вам определится какой тип насоса вам нужен. Насосы условно делятся на несколько групп.

Это погружные, т.е. непосредственно погружаемые в воду (для скважин и колодцев, дренажа,и удаления фекалий) и поверхностные, работающие над поверхностью воды (различные садовые и дачные насосы, напорные, циркуляционные, а также насосные станции).

ПОГРУЖНЫЕ НАСОСЫ

Работают при частичном или полном погружении корпуса насоса в воду, что требует надежную изоляцию от контакта оголенной проводки и управляющей электроники с водой. В конструкциях используются такие материалы, как нержавеющая сталь, различные "водостойкие" и прочные полимеры.
Насосы для скважин (или глубинные) служат для подъема воды из артезианских скважин и отличаются высоким напором. Характер использования аппаратов накладывает существенные ограничения, прежде всего на диаметр корпуса и материал, из которого они изготовлены. Обычно это цилиндры из нержавеющей стали менее 100 мм в поперечнике и длиной от 500 до 2500 мм.

Учитывая жесткое ограничение площади основания, для создания высокого напора и хорошей производительности конструкторам приходится прибегать к сложным техническим решениям (пример - многоступенчатая система всасывания), что, естественно, приводит к удорожанию аппаратов.
Поскольку обычный бытовой насос, установленный на поверхности, не в состоянии обеспечить подачу воды с больших глубин (его максимальная высота всасывания, как правило, не превышает 10 метров), то в таких случаях необходимо использование скважных насосов. Действие глубинных насосов основано на том, что легче создать достаточное для подъема давление воды снизу, чем пытаться за счет откачки воздуха поднимать ее сверху.
Колодезные насосы похожи на скважные и могут работать не только в колодцах, но и в специальных резервуарах или естественных водоемах. Они также имеют форму цилиндра, но уже большего диаметра, что позволяет им эффективнее использовать возможности двигателя. Такие насосы по сравнению со скважными имеют большую производительность и меньшую стоимость при той же потребляемой мощности и напоре.
Из-за сильной тяги, образующей так называемый "конус всасывания", их нельзя приближать менее чем на метр ко дну колодца (сам насос, возможно, и не испортится, а вот качество воды ухудшится заметно).
Колодезные насосы комплектуются регулируемым поплавковым выключателем, обеспечивающим работу в автономном режиме.
Дренажные насосы предназначены для откачки воды из затапливаемых подвалов, бассейнов и других мест, нуждающихся в быстром осушении. Иногда их используют и в целях перекачки питьевой воды, однако это не их работа.
Аппараты подобного класса очень производительны, но обладают низким напором и в большинстве своем не способны функционировать на глубинах свыше 7 метров. Их устанавливают непосредственно на дно емкости с водой или на пол залитого помещения.
Область применения фекальных насосов ясна из названия. Стоит сказать, что конструкция предусматривает работу с мягкими и вязкими субстанциями. Специально для подобных целей входные отверстия агрегатов увеличены (по сравнению с дренажными насосами).

ПОВЕРХНОСТНЫЕ НАСОСЫ

Стоит пояснить, что термин "поверхностные" означает "не погружные". Иными словами, корпус такого насоса чаще всего удален от перекачиваемой жидкости. Некоторые из них тем не менее могут быть закреплены на специальном поплавке (если позволяют вес и габариты), например, пенопластовом, и установлены непосредственно на воду. Необходимость в этом возникает, когда около берега скапливается много водорослей или дно водоема илистое.
Высота всасывания у них не превышает 10 метров, так что для подъема воды с больших глубин приходится прибегать к всевозможным ухищрениям. Одно из них заключается в применении внешнего эжектора - специального устройства, опускаемого в воду вместе с всасывающим шлангом. Во время работы насоса часть поднятой жидкости поступает по дополнительному шлангу обратно в эжектор, повышая тем самым давление на входе. Иначе говоря, вода "подталкивается" снизу.

С ростом глубины производительность системы падает, а потребляемая мощность и сложность конструкции, наоборот, растут. При глубинах около 25 метров цены поверхностного и скважного насосов уравниваются.
Универсальные садовые насосы обычно конструктивно просты и, следовательно, недороги. Их используют для перекачки воды как для питья, так и для различных хозяйственных нужд. Для обеспечения бесперебойного водоснабжения их дополнительно комплектуют гидроаккумулятором и контролирующей автоматикой.

Напорные насосы изначально оснащены необходимой автоматикой и рассчитаны на бесперебойное водоснабжение даже без дополнительного гидроаккумулятора. Это важно не только в случае водопровода, но и при орошении участка. Например, при возможном перегибе шланга и остановке водотока насос отключится автоматически, предотвращая перегрузку двигателя. Аппарат "подождет", пока помеха не будет устранена, и продолжит подачу воды. В полной мере это относится и к простому крану при стационарном подключении насоса к водопроводу - как только он будет открыт, агрегат немедленно начнет работать.
Насосные станции являются "полноценными" системами бесперебойного водоснабжения, состоящими из насоса, реле давления и гидроаккумулятора. Они предназначены только для стационарного применения.
При небольшом расходе, за счет имеющегося запаса воды, двигатель насосной станции не включается, благодаря чему его ресурс вырабатывается медленнее.
По принципу действия насосы разделяются на центробежные и вибрационные.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

Самая многочисленная группа бытовых насосов. Главная деталь рабочего механизма - закрепленное на валу внутри корпуса вращающееся колесо (иногда их несколько). Оно состоит из двух дисков, соединенных находящимися между ними лопастями. Каждая из них изогнута в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса.
Во время работы насоса полости между лопастями ("межлопастные каналы") заполняются перекачиваемой средой. При вращении такого колеса на жидкость действует центробежная сила, создающая область пониженного давления в центре и повышенного - на периферии. За счет разности давлений вода извне (атмосферное давление) поступает в эпицентр (разрежение) этого своеобразного урагана и выбрасывается через выходной патрубок наружу.

ВИБРАЦИОННЫЕ НАСОСЫ

"Рабочим органом" таких насосов является гибкая мембрана. По одну сторону от нее находится полость, заполненная перекачиваемой жидкостью, а по другую - вибратор, периодически заставляющий мембрану деформироваться. В зависимости от направления ее изгиба рабочий объем изменяется в большую или меньшую сторону, сопровождаясь соответственно уменьшением или увеличением давления.
Сначала создается разрежение, открывается впускной клапан, и вода всасывается внутрь. Затем вибратор делает рабочее давление избыточным, в результате жидкость выталкивается через выпускной клапан наружу (насос «Ручеек»).

ЧТО МОЖЕТ ВЫЗВАТЬ ПОЛОМКУ НАСОСА

* "Сухой ход" (иными словами, работа при отсутствии воды) ведет к перегреву двигателя, поскольку перекачиваемая среда, как правило, выполняет еще и охлаждающую функцию. Кроме того, работа "всухую" вредна для уплотнителей, которые обычно "смазываются" жидкостью в процессе ее перекачки.
* Гидравлический удар происходит при включении "сухого" насоса - закачиваемая в него жидкость ощутимо бьет по лопастям крыльчатки и может повредить их. Попадание воздушного пузыря в водозаборный шланг во время работы также сопровождается гидравлическим ударом.
Имейте в виду: рабочий объем большинства поверхностных бытовых насосов перед началом работы необходимо вручную наполнить водой.
* Замерзание жидкости в корпусе недопустимо, так как это может серьезно повредить аппарат. Если насос находится в том месте, где температура окружающей среды опускается ниже 0 градусов Цельсия (например, остается зимовать в неотапливаемом помещении), всю воду из него надо слить.
* Превышение максимально допустимой температуры перекачиваемой среды не столь пагубно действует на насос, как "сухой ход", но "симптомы" те же: при высокой температуре воды теплоотдача происходит медленнее, и двигатель перегревается.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Абразивное действие песка - истирание поверхности (от латинского "abrasio" - "соскабливание").
Асинхронный электродвигатель - обороты ротора зависят от нагрузки и не совпадают с частотой вращения магнитного поля статора. В результате обеспечивается, например, плавный пуск мотора.
Вал - деталь, передающая крутящий момент и поддерживающая вращение других деталей. В случае насоса это металлический цилиндр, на котором крепятся рабочие колеса.
Высота всасывания - разность высот между местом установки насоса и точкой водозабора.
Гидроаккумулятор (по-другому - мембранный или накопительный бак) - герметичная емкость, перегороженная внутри специальной резиновой или каучуковой мембраной (от греческого "hydor" - "вода" и латинского "accumulator" - "собиратель"). В одной, отделенной таким способом части этого устройства находится воздух под определенным давлением. Другая в процессе работы насоса заполняется водой.
Крыльчатка - совокупность лопастей, расположенных по окружности рабочего колеса и представляющих собой пластины, изогнутые в противоположном водотоку направлении.
Многоступенчатая система всасывания - последовательное использование нескольких рабочих колес.
Напор - высота, на которую насос способен доставить перекачиваемую жидкость.
Обратный клапан - клапан, предотвращающий отток воды из всасывающей магистрали (шланга, трубы и т.п.).
Патрубок - короткая труба на корпусе насоса, предназначенная для ввода или вывода перекачиваемой жидкости.
Рабочее колесо - состоит из двух отстоящих друг от друга дисков, между которыми находится соединяющая их крыльчатка.
Ротор - вращающаяся деталь (от латинского "roto" - "вращаюсь"), в данном случае электродвигателя, расположенная внутри статора.
Станина - основная несущая часть машины, на которой крепятся рабочие узлы.
Статор - часть электродвигателя, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Состоит из сердечника с обмоткой и станины.
Термореле - устройство для автоматического управления электрической цепью насоса. Состоит из релейного элемента, имеющего два положения устойчивого равновесия, и нескольких электрических контактов. Последние замыкаются или размыкаются при изменении состояния релейного элемента (соответственно "нормальная температура" или "перегрев").

ВЫБОР ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА

Циркуляционный насос является основным элементом в отопительных системах с принудительной циркуляцией и заставляет теплоноситель двигаться внутри системы, что особенно актуально для домов, имеющих более одного этажа с разветвленной системой разводки труб. Циркуляционный насос помогает теплоносителю преодолеть сопротивление в трубе. Чем труба толще, тем меньше сопротивление и меньше необходимая мощность насоса. Циркуляционные насосы создают определенный перепад давления в месте установки. Перепад давления служит для преодоления суммы всех гидравлических потерь на трении в трубопроводах, то есть за счет него жидкость поддерживается в постоянном движении. Для определения фактического давления перепад давления суммируется со статическим давлением.

При выборе циркуляционного насоса необходимо знать: Условия эксплуатации (температура теплоносителя, вещество используемое в качестве теплоносителя или его процентное содержание в растворе, диаметры трубопроводов). Производительность. При подборе насоса необходимо учитывать гидравлические потери, возникающие в трубопроводах при полученной скорости циркуляции.

Параметры циркуляционного насоса подбираются таким образом, чтобы в течение часа через него прогонялся троекратный полный объем теплоносителя системы. Производительность конкретной модели насоса определяется по напорно-расходной характеристике второй скорости вращения насоса, при напоре, равному гидравлическому сопротивлению системы. Как правило, вследствие небольшой скорости циркуляции теплоносителя, величина гидравлического сопротивления для частного дома не приводит к потерям более 1-2 метров (0,1 - 0,2 атм). Поэтому, если расчет гидравлического сопротивления проблематичен, то производительность конкретной модели насоса рекомендуется определять в средней точке его напорной характеристики.

ВЫБОР ПОВЕРХНОСТНОГО НАСОСА

Поверхностные насосы устанавливаются вне источника и могут обычно поднимать воду с глубины до 7-8 м. Поверхностные насосы в свою очередь делятся на самовсасывающие, предназначенные для забора воды непосредственно из источника, и так называемые насосы с нормальным всасыванием, которые используются для повышения давления в существующем водопроводе. Самовсасывающие аппараты перед запуском необходимо заполнять водой; для этого предусмотрено специальное отверстие с пробкой. При подборе поверхностного насоса необходимо учитывать следующие параметры: требуемую производительность напор потери давления глубину зеркала воды Максимальную производительность поверхностный насос выдает при подъеме воды с глубины до 9 м. (из речки, озера, неглубокого колодца). Чтобы хоть как-то компенсировать потерю мощности при работе на большой глубине, производители стали комплектовать насосы эжекторами, поддерживающими циркуляцию воды.

ВЫБОР ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Погружной насос внешне очень похож на скважинный, но предназначен для подъема воды с глубины не больше 10 м, а это уже роднит его с поверхностным насосом. При одинаковых технических характеристиках двух типов насосов сразу встает вопрос, а какой лучше купить - поверхностный или погружной? Выбор зависит от глубины водоема. Для работы погружного насоса нужна глубина не меньше метра, иначе он начнет всасывать со дна ил и песок, которые довольно быстро выведут его из строя.

Поверхностный насос может качать воду с глубины в несколько сантиметров. Если Вы берете воду для питья из колодца, а для полива участка - из речки или озера, то лучший вариант – поверхностный насос. Можно перенести сам насос, либо переставить шланг. С погружным насосом так не поступишь. Надо отсоединять шланг, вытаскивать насос из колодца, потом делать все в обратном порядке. Для добычи воды только из колодца обычно покупают насос погружной. Он висит в колодце, не шумит, его не видно. Важно только, чтобы уровень воды не снижался, так как работа всухую для насоса быстро приведёт к его выходу из строя.

ВЫБОР СКВАЖИНОГО НАСОСА

Насос подбирается по двум основным параметрам: производительность (расход) - сколько литров в минуту или кубометров воды в час может перекачать насос, и напор - на какую высоту в метрах насос может доставить эту воду. Для нормального комфортного существования обычно достаточно 1000 литров воды в сутки на человека (если даже дважды принимать ванну). Поэтому легко получить необходимое количество: умножьте количество людей, постоянно проживающих в этом доме, на 1000 литров (1 м3) в сутки.

Например, для трех человек вполне достаточно 3000 литров. Дополнительный показатель - максимальный расход. Он определяется возможностью одновременного пользования несколькими точками потребления воды. Например, если у Вас три человека могут одновременно пользоваться: душем (ванной) - 8-10 литров в минуту краном в кухне - 6 литров в минуту туалетом - 6 литров в минуту то максимальный расход воды составит 22 литра в минуту.

Для семьи из 4-5 человек вполне достаточно, если максимальный расход составляет 30 литров в минуту (1800 л = 1,8 м3 в час), и общее суточное потребление равно 3000 л = 3 м3 воды в сутки. Отдельно надо рассмотреть случай выбора насоса, если Вы используете его и для полива огорода. З десь все определяется размерами Вашего хозяйства и погодой. Обычно 2000 л в сутки для этого случая вполне достаточно. Для определения минимально необходимой для Вас напорной характеристики насоса, возьмите высоту Вашего дома в метрах и добавьте 6 метров. Затем умножьте это число на 1,15(коэффициент потерь напора в трубопроводе).

Например, Ваш дом имеет высоту 10 м, тогда минимально необходимая напорная характеристика Вашего насоса равна (10+6)х1,15=18,4м. Если у Вас колодец, то Вам необходим насос с напором 18,4 м., обеспечивающий расход при этом напоре 1800 литров в час (30 литров в минуту). Если у Вас скважина, то к этому напору Вам надо добавить глубину скважины. А точнее, расстояние от поверхности земли до зеркала воды в скважине.

Например, если это расстояние равно 30 метрам, то для рассматриваемой системы водоснабжения Вам необходим насос с напором 30+18,4=48,4 метров и расходом при этом напоре 1800 литров в час. Если источник водоснабжения удален от дома,то надо учесть, что на 10 метрах длины горизонтального трубопровода теряется примерно 1 метр напора насоса. На самом деле важнее правильно определить напорную характеристику, а расход вполне достаточно принять исходя из величины в 800 - 1000 литров в час, так как одновременное пользование всеми точками потребления воды бывает очень редко, и обеспечить максимальный расход в этом случае можно с помощью гидроаккумулятора.

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным; оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности другими факторами.

Для установления точной зависимости между всеми этими параметрами рассмотрим три возможных схемы установки центробежного насоса.

Схема I. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен ниже оси рабочего колеса насоса

Применяя теорему Бернулли для двух сечений (уровня свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре 0-0 и сечения /-/ на входе в насос) и пренебрегая значением скоростного напора в первом из них, можем получить уравнение для определения абсолютного давления в интересующем нас сечении

Схема II. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен выше оси рабочего колеса насоса

Если мы примем за плоскость отсчета опять сечение 0-0, то единственное отличие данной схемы от схемы I будет заключаться в том, что величина Hs будет иметь отрицательное значение.

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

В зависимости от конструктивного исполнения центробежного насоса отсчет геометрической высоты всасывания ведется по-разному. Для горизонтальных насосов она равна разности отметок оси рабочего класса и свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре. Для насосов с вертикальным валом она отсчи-тывается от середины входных кромок лопастей рабочего колеса (первой ступени для многоступенчатых насосов) до свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Применительно к осевым насосам понятия геометрической и вакуум-метрической высот всасывания остаются теми же самыми. Некоторым отличием, при определении Hs для высокопроизводительных осевых насосов, к которым вода подводится конфузорными изогнутыми всасывающими трубами, является необходимость учета скоростного напора при входе в трубу и фактического характера распределения скоростей по сечениям потока.

Отсчет геометрической высоты псасывания насосов ведется от свободной поверхности воды в приемном резервуаре до плоскости, проходящей через оси лопастей рабочего колеса, у насосов с вертикальным валом и до наивысшей точки лопасти рабочего колеса у насосов с горизонтальным валом.

Необходимо обратить внимание на то, что высота всасывания насоса отн0сится к числу параметров, имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Параметр Hs, определяя положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоисточнике, определяет тем самым и глубину заложения фундамента машинного здания. С точки зрения уменьшения объема земляной выемки и облегчения конструкции машинного здания, а следовательно, и снижения капиталовложений на сооружение насосной станции в целом увеличение Hs является крайне желательным.

Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов; даже для одного и трго же рассматриваемого насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации. Уравнение позволяет установить функциональную зависимость значения Hs от всех параметров, характеризующих конструктивные и эксплуатационные особенности насосной установки.

Атмосферное давление рат, определяющее положительную составляющую Hs и, в частности, возможность размещения насоса над уровнем жидкости в приемном резервуаре, существенно меняется в зависимости от высоты расположения насосной станции над уровнем моря.

Аналогичная ситуация наблюдается при откачивании насосом жидкости из замкнутого объема (схема III), так как отрицательное значение избыточного давления рИЗб над свободной поверхностью, по существу, равносильно изменению геодезической отметки.

Влияние конструкции проточной части рассматриваемого насоса на геометрическую высоту всасывания оценивается наличием в уравнении (2.65) члена р\ - абсолютное давление на входе в насос. Значения р\, необходимого для бесперебойной и надежной работы насоса во всем диапазоне изменения напора и подачи, зависят от особенностей, конструкции лопастной решетки рабочего колеса и определяются специальными расчетами.

Высота всасывания Hs заметно изменяется в зависимости от режимов работы насоса, характеризуемых, в частности, скоростным напором на входе v2\/(2g). Возрастание скорости потока, вызываемое увеличением подачи насоса, приводит к уменьшению Hs и, следовательно, к необходимости расположения насоса ближе к уровню свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре.

Особенности компоновки насосной станции и в том числе конструкции всасывающей линии, характеризуемой гидравлическими потерями также являются важным фактором в определении значения геометрической высоты всасывания Hs. Структура формулы указывает на предпочтительность коротких всасывающих линий с малой скоростью течения и минимумом местных сопротивлений.

В заключение следует сказать, что отметка уровня свободной прверхности в приемном резервуаре насосной установки в процессе ее эксплуатации, как правило, непрерывно меняется. Это обстоятельство также необходимо учитывать при определении Hs- Более подробно об этом говорится далее

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным, оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности, другими факторами. Для определения зависимости всех этих параметров необходимо учитывать различные схемы установки центробежного насоса (рисунок 1.4).

Высота всасывания насоса относится к числу параметров, имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Следует различать вакуумметрическую игеометрическую высоту. Эти понятия взаимосвязаны.

а – уровень свободной поверхности жидкости в открытом резервуаре расположен ниже оси рабочего колеса; б – уровень свободной поверхности жидкости в открытом резервуаре расположен выше оси рабочего колеса; в – забор воды из закрытого резервуара;

Н s – разность отметок оси рабочего колеса насоса и свободной поверхности жидкости в резервуаре

Рисунок 1.4 – Схемы установки насосов

Геометрическая высота всасывания – это высота расположения оси насоса над уровнем жидкости.

Вакуумметрическая высота всасывания – это степень разряжения на входе в насос. Она зависит от атмосферного давления, температуры, удельного веса жидкости конструктивных особенностей насоса.

По схеме (рисунок 1.4, а) геометрическая высота всасывания равна:

, (1.14)

а вакуумметрическая высота

. (1.15)

Зависимость между геометрической высотой всасывания и вакуумметрической определяется следующим образом:

(1.16)

Единственное отличие расчета по второй схеме (рисунок 1.4, б) заключается в том, что величина геометрической высоты всасывания будет иметь отрицательное значение. В этом случае зависимость между высотами имеет следующий вид:

. (1.17)

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

Принципиальное отличие схемы при откачке жидкости из замкнутого резервуара (рисунок 1.4, в) от предыдущей заключается в том, что вакуумметрическая высота всасывания в этом случае равна:

где р изб – избыточное давление, которое в зависимости от технологического назначения насосной установки, конструктивных особенностей ее исполнения и режима работы может быть положительным, отрицательным или даже знакопеременным.

Геометрическая высота всасывания определяет глубину заложения фундамента машинного здания насосной станции. Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов. Даже для одного и того же насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации. В обычных условиях максимальная геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5-7 м, для некоторых насосов – до 8 м.

С увеличением подачи насоса Q во всасывающей линии растет скоростной напор и потери. Поэтому уменьшается максималь­но допустимая геометрическая высота всасывания.

Наиболее часто встречающиеся при эксплуатации насосов проблемы связаны с условиями всасывания на входе гидросистемы и почти всегда они бывают вызваны слишком низ­ким гидростатическим давлением (подпором) на входе насоса. Причина этого может корениться либо в выборе насоса с неоптималь­ными для данных условий эксплуа­тации параметрами, либо в ошибках, допущенных при проектировании ги­дросистемы.

Раз­ряжение на входе насоса зависит от разницы между уровнем положения впускного отверстия и поверхности перекачиваемой жидкости, от потерь давления на трение во всасывающем клапане и трубопроводе, а также от плотности самой жидкости.

Это разряжение ограничено давлени­ем насыщенного пара жидкости при данной температуре (таблица 1.3), т.е. давлением, при котором будут образовываться пузырьки пара. Любая попытка сни­зить гидростатическое давление до величины, меньшей чем давление насыщенного пара, приведет к тому, что жидкость отреагирует на это образованием пузырьков пара, по­скольку она начнет закипать при нормальных температурных условиях. т.е. возникнет явление кавитации.

Примечание:

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания;

При 70 °С и более забор воды насосом практически невозможен.

В насосе кавитация возникает тог­да, когда давление с той стороны лопаток рабочего колеса, которая обращена в сторону всасывающей полости (обычно вблизи впускного отверстия насоса), падает ниже дав­ления насыщенного пара жидкости, вызывая образование пузырьков газа. Пузырьки разрушаются (взрываются), а возникающая при этом волна давления может вызвать повреждение насоса. Это повреждение, которое может возникнуть в течение нескольких минут или через несколько лет, на­столько серьезно, что может отри­цательно подействовать не только на насос, но и на электродвигатель. Наиболее уязвимыми деталями при этом являются подшипники, сварные швы и даже поверхности рабочего колеса.

Масштабы повреждений рабочего колеса зависят от характеристик ма­териала, из которого оно изготовле­но (таблица 1.4).

Кавитация внешне проявляется в виде шума, треска, вибрацией, понижения значений напора, подачи и КПД. Поэтому минимально допустимое давление во всасывающей полости насоса должно быть выше давления парообразования.

Таблица 1.4 – Потери в массе материала при повреждении рабочего колеса (чугун используется как исходное значение)

Величина удельной энергии (рисунок 1.3) потока на входе в насос в сечении II равна

, (1.19)

где p вс – давление во всасывающей полости насоса;

v вс – средняя скорость во всасывающей полости насоса;

ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

Для обеспечения бескавитационной работы необходимо предусмотреть избыток давления ΔН

, (1.20)

, (1.21)

где p пар – давление парообразования воды.

Подставив в формулу (1.14) найдем максимально допустимую геометрическую высоту всасывания H S max

,(1.22)

где φ – коэффициент запаса (φ= 1,2…1,4).

Произведение φ×ΔН , так называемый кавитационный запас. необходимый для устранения опас­ности кавитации. Его величина зависит от атмосферного давления; потерь давления на трение во всасывающем клапане и присоединительном трубопроводе; коэффициента, учитывающего минимальное давление на всасывании; давления насыщенного пара; запаса прочности. Если запас положительный , насос может работать при данной высоте всасывания. Если он отрицательный , для работы насоса необходимо создать условия, при которых он станет положительным. На практике эта величина не превышает 3 м.

Кавитации в насосе не будет, если вакуумметрическая высота всасывания не превышает допустимого значения, определенного в результате кавитационных испытаний и указанного в заводских характеристиках.

Кавитацию можно устранить или предотвратить, учитывая следующие параметры:

– насос всегда необходимо устанавливать как можно ниже;

– поднять уровень жидкости со стороны всасывания;

– длина всасывающего трубопровода минимально возможная;

– минимальное количество колен, клапанов, вентилей и фитингов на всасывающем трубопроводе;

– следует выбирать насос с возможно наименьшим минимальным давлением на всасывании;

– снизить подачу насоса путем частичного закрытия нагнетательного (или напорного) клапана.

1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ НАСОС ИЛИ ПОГРУЖНОЙ НАСОС?

Правильный подбор насоса это одна из важных задач, которые необходимо решить для реализации автономной системы водоснабжения. Для систем водоснабжения загородных домов и дач используют либо погружной либо поверхностный насос (автоматическую станцию водоснабжения). Для того чтобы определить какой тип насоса вы можете использовать, необходимо измерить высоту всасывания, то есть расстояние между минимальным уровнем воды в резервуаре и уровнем установки насоса.

Если высота всасывания менее 7 метров, Вы можете применять насосы как поверхностного, так и погружного типа.

2. Расчет подачи воды

Q, м3/ч (1 м3/ч = 1000 л/ч)?

Для расчёта требуемой подачи необходимо найти сумму расходов всех точек водоразбора.

Требуемая производительность: = 2,4 м3/час (2400 л/час)

3. КАК РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПОЛНЫЙ НАПОР?

Полный напор складывается из следующих составляющих:

Для насосной станции или поверхностного насоса:

* Эта величина приблизительно соответствует потерям давления на трение в трубах и трубной арматуре

Пример 1:

Для скважинного насоса:

Пример 2:

4 КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТРЕБУЕМУЮ РАБОЧУЮ ТОЧКУ? ПОДБОР НАСОСА ПО ГРАФИКУ

Если значения требуемой подачи и полного напора определены, то требуемая рабочая
точка найдена. Для приведённых примеров требуемые рабочие точки будут следующими:

Пример 1: Q=2,4 м3/ч H=38 м (2400л/ч, 38 м)

Пример 2: Q=2,4 м3/ч H=33 м (2400л/ч, 33 м)

На диаграмме Q-H насоса следует обозначить полученную точку. Если требуемая рабочая точка
расположена выше кривой, то характеристики насоса не соответствуют Вашим требованиям.
В случае, когда точка находится ниже кривой, насос отвечает Вашим требованиям.

Также следует обращать внимание, чтобы для подобранного насоса рабочая точка находилась
в средней части кривой для обеспечения наилучшего КПД. Чтобы облегчить подбор насоса многие производители в графиках производительности выделяют зону наилучшего КПД насоса цветом,

5 ПОДБОР ГИДРОАККУМУЛЯТОРА

Для расчета объема гидроаккумулятора используйте данную формулу:

V - Объем гидроаккумулятора литр
Qmax - Максимальное значение потребного расхода воды литр/минуту
А - Количество допустимых почасовых включений насоса
Ps - Давление выключения насоса атм.
Pa - Давление включения насоса атм.
Pp - Предварительное давление воздуха в гидроаккумуляторе (Pp=0.9Pa) атм.

Количество почасовых включений для различных мощностей электродвигателей, А:

Вам необходимо определить величину расхода (производительности) насоса, обозначаемую как Q

Расход считается как сумма расходов всех имеющихся точек водоразбора.
В среднем на умывальник расходуется около 8 л/мин, на душ или ванну - 12 л/мин

При работе насоса разность давлений в приемном резервуаре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопротивления во всасывающем трубопроводе, поэтому расчет и проектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при проектировании насосной установки.

Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называют геометрической высотой всасывания hвс. Для нахождения допустимой геометрической высоты всасывания запишем уравнение Бернулли. Для сечений О-О и 1-1 (рис. а):

где Shs - сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, …
что z1- z0 = hвс , а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Если давление P1 опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости Ps при данной температуре, то наступит кавитация.

Кавитация в переводе на русский язык означает пустотообразование. Явление кавитации представляет собой процесс нарушения сплошности течения жидкости, который происходит там, где давление, понижаясь, достигает давления насыщенных паров жидкости. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Находясь в области пониженного давления, пузырьки объединяются, превращаясь в большие пузыри каверны. Потоком жидкости каверны сносятся в область повышенного давления, где разрушаются вследствие конденсации заполняющего их пара. В центре каждой каверны происходит соударение частиц жидкости, что вызывает гидравлические удары. Опытами установлено, что, когда пузыри лопаются, повышаются местное давление и местная температура.

При этом местное давление достигает значений, больших 100 МПа, что сопровождается образованием положительно и отрицательно заряженных частиц ионов.

Это явление приводит к разрушению рабочих органов насоса. Поэтому кавитация в насосах недопустима. Особенно быстро разрушаются алюминий и механически обработанный чугун, а наиболее стойкой оказывается обладающая большой вязкостью нержавеющая сталь. При шлифовке и полировке стойкость металлов против кавитационного разрушения повышается. Применение стойких в отношении кавитационного разрушения материалов позволяет непродолжительное время работать в условиях местной кавитации.

Первым и главным условием устранения кавитации является правильное назначение допустимой высоты всасывания.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DRзап — запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

Следовательно,

кавитационный запас напора,

Из формулы видно, что для увеличения геометрической высоты всасывания необходимо уменьшать потери во всасывающем трубопроводе, скорость при входе в насос и давление насыщения паров. В связи с этим всасывающую линию насоса делают возможно короче, большого диаметра, с минимумом перегибов и местных сопротивлений. Снизить значение Рs в большинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температурой перекачиваемой жидкости. Однако если представляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшить.

Максимальная геометрическая высота всасывания насосов не может быть более Рат/pg, что для воды составляет 10 м. Высота всасывания центробежных насосов обычно не превышает б…7 м. Если по расчету получается hвс < 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как

где Нвак - вакуумметрическая высота всасывания,

то можно записать

Следовательно, вакуумметрическая высота всасывания складывается из геометрической высоты всасывания hвс, потерь напора Shs во всасывающем трубопроводе и скоростного напора при входе в насос v 2 1/2g.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

В каталогах и паспортах насосов приводят допустимую вакуумметрическую высоту или допустимый кавитационный запас.

находим геометрическую высоту всасывания насоса: