2. Основні робочі параметри та їх характеристики насосів

2.1 Основні робочі параметри

Насос любого виду має наступні основні робочі параметри:

- подача Q;

- напір H;

- потужність N;

- повний ККД ;

- висота всмоктування Н_в (вс.).

1. Подача насосу Q - це об’єм рідини який перекачується в одиницю часу (м³/год, м³/хв, л/с).

Вимір подачі насосу може проводитись при допомозі тарованого мірного баку, водоміра, діафрагм, сопел.

2. Напір насосу Н - це різниця питомих енергій рідини до і після насосу (м, атм).

Визначається двома способами:

- по показниках приладів насосу манометра (напір діючого насосу);

- розрахунками по елементах насосної вставки (при виборі нового насосу).

На малюнку: насос, всмоктуюча сітка, всмоктуючий трубопровід, засувки, вакуумметр, манометр, напірний трубопровід, водоймище, напірний резервуар.

Н_S (вс) - висота всмоктування насоса;

Н₀ - відстань між вакуумметром і манометром по вертикалі;

Н_Н - напір насосу;

Н_Г - геометрична висота підйому води;

Н_В - вільний напір;

V_Н, V_вс - швидкості напірні, всмоктуючі;

h_вс, h_н - втрати напору на всмоктуючій і напірній частинах насосу;

p_в , p_м - тиск вакуумметричний і манометричний (Па), на всмоктуючому і напірному трубопроводі.

Згідно рівняння Бернуллі повна питома енергія рідини перед насосом в перерізі ІІ-ІІ відносно площини зрівняння І-І буде:

(2)

де: P_н - абсолютний тиск у напірному трубопроводі;

P_вс - абсолютний тиск у всмоктуючому трубопроводі;

V_вс - середня швидкість у всмоктуючому трубопроводі (м/с);

 - густина рідини (кг/м³);

g - прискорення вільного падіння (м/с²);

Для перерізу ІІІ-ІІІ:

(3)

Напір на насосі буде:

(4)

Враховуючи, що

Підставляючи ці значення P_н і Р_вс в вираз (4), отримаємо:

Напір на насосі:

(5)

Таким чином, повний напір, створений насосом, визначається сумою показників манометра і вакуумметра (що виражається висотою стовпа перекачуємої рідини), різницею кінетичної енергії, енергії рідини за і перед насосом та відстанню Н₀ між манометром і вакуумметром.

Якщо насос отримує воду із водопроводу, забезпечуючого підпір на виході, то у вакуумметричному патрубку насоса буде не вакуум P_вак , а надлишковий тиск P_вх , то:

P_вс = P_ат + P_вх

Складемо рівняння Бернуллі для перерізів І-І, ІІ-ІІ, ІІІ-ІІІ. ІV-IV:

(6)

(7)

В кінцевому вигляді формула повного напору насоса прийме вигляд:

H=h_вс+h_н+H_н+H_г (8)

Ця формула використовується в практиці, при пожежегасінні для визначення вимагаємого напору проектуємого насосу, при подачі води до місця споживання.

Напір, створений насосом, витрачається на підйом рідини, на переборювання опорів у всмоктуючому і напірному трубопроводах та на створення вільного напору в кінці водопровідної ліні

3. Потужність насосу N - це об’єм роботи, яку виконує насос в одиницю часу.

Визначення потужності насосу: насос перекачує g Q_у рідини і піднімає її на висоту Н. Тому добуток g QH представляє собою секундну роботу або потужність (в даному випадку затрачена потужність витрачається на корисну роботу по перекачці рідини - тому називається ефективною потужністю).

N=gQH (9)

(якщо поділити на 1000, то в кВт)

Затрачена потужність більша корисної потужності, так як в насосі наявні втрати енергії.

4. Повний ККД насосу  - це відношення корисної потужності до затраченої.

(10) _г=_г ₀ _м (11)

Ефективність роботи насосу оцінюється його повним ККД.

Повний ККД насосу враховує гідравлічні, об’ємні, механічні втрати, які виникають при передачі енергії перекачуємій рідині та визначається відповідними ККД:

- Гідравлічний ККД (_г) - враховує втрати енергії напору на

переборення гідравлічних опорів при русі рідини від входу в насос до виходу із нього.

(_г =0,80,95)

- Об’ємний ККД (₀) - враховує втрати енергії в результаті циркуляції рідини через щільові зазори між робочим колесом і корпусом насосу (із нагнітальної частини у всмоктувальну).

(₀ =0,90,98)

- Механічний ККД (_м) - враховує втрати енергії внаслідок тертя в підшипниках, в сальниках, а також через тертя зовнішньої поверхні робочого колеса по рідині.

(_м =0,950,98)

Максимальна величина повного ККД великих насосів досягає 0,9 і більше, а малих 0,60,7.

5. Висота всмоктування насосу

Необхідно відрізняти:

- H_вак - вакуумметричну висоту всмоктування (що характеризує ступінь розрідження у входах в насос);

- Н_вс - геометричну висоту всмоктування (визначає висоту установки осі насоса над рівнем рідини).

Вакуумметрична висота всмоктування (або величина вакууму) - це різниця тисків: атмосферного тиску на вільній поверхні рідини (P_ат /g) та абсолютного тиску на вході в робоче колесо (P_вс /g ):

(12)

Вимірюється вакуумметром

Н_вак залежить від:

- атмосферного тиску;

- температури;

- густини рідини;

- частоти обертання робочого колеса;

- конструктивних особливостей насоса та інших параметрів.

Допустима Н_вак вказується в каталогах насосів, і як правило не перевищує 6- 8м.

Зв’язок між вакуумметричною і геометричною висотою всмоктування можна встановити, використовуючи рівняння Бернуллі для перерізів І-І і ІІ-ІІ:

(13); (14);

так як

(15)

Геометрична висота всмоктування визначається по рівнянню:

(16)

Для відцентрових насосів 5-7м для інших насосів 7,5-8м.

Тобто, геометрична висота всмоктування менше вакуумметричної на величину швидкісного напору і втрат напору у всмоктуючому трубопроводі.

Із збільшення подачі насоса Н_вс буде зменшуватися. Для збільшення Н_вс необхідно зменшити h_вс і швидкість рідини на вході в насос. В зв’язку з чим, всмоктуючу лінію насоса роблять по можливості коротшою, більшого діаметра з мінімум місцевих опорів.

Кавітація - це явище, при якому абсолютний тиск у всмоктуючому патрубку понизиться до тиску пароутворення і із рідини почнуть виділятися пари.

Чим вище температура рідини, тим менше Н_вс і при більш високому наступає кавітація. Практично при температурі +70˚С забір води стає неможливим.