Расчет центробежного насоса: принцип действия агрегата и формулы для определения показателей, влияющих на его производительность

Ни для кого, наверное, не секрет, что для перемещения жидкости люди, как правило, используют всевозможное насосное оборудование. Наиболее распространенными агрегатами этого вида являются центробежные насосы, в которых перекачка жидкости осуществляется с помощью центробежной силы. Для того, чтобы центробежное насосное оборудование всегда функционировало бесперебойно и безотказно, всегда стоит очень внимательно подходить к его выбору. Чтобы правильно выбрать центробежный насос, прежде всего, необходимо будет знать, для каких целей будет использоваться этот вид оборудования. И только после этого стоит рассчитать необходимые технические характеристики этих насосных агрегатов. Поэтому в этой статье мы постараемся подробно осветить, как правильно произвести расчет центробежного насоса, а также какие показатели функционирования при этом стоит учитывать.

• 2 Определение переменных
• 3 Пример применения формул

Принцип функционирования

Для того, чтобы правильно выполнить расчет агрегата этого вида, прежде всего, необходимо знать по какому принципу работает это устройство. Принцип функционирования центробежного насоса заключается в следующих важных моментах:

• вода через всасывающий патрубок поступает к центру рабочего колеса;
• крыльчатка, размещенная на рабочем колесе, которое установлено на основном валу приводится в движение с помощью электродвигателя;
• под воздействием центробежной силы вода от крыльчатки прижимается к внутренним стенкам, при этом создается дополнительное давление;
• под создавшимся давлением вода выходит через нагнетательный патрубок.

Примите к сведению: для того, чтобы увеличить напор выходящей жидкости, необходимо увеличить диаметр крыльчатки или повысить обороты двигателя.

Блочные насосные станции от производителя

Таблица 4.3 — Расчет профилирования цилиндрической лопасти

Определение переменных

На производительность центробежного насоса влияют следующие составляющие:

• напор воды;
• необходимая потребляемая мощность;
• размер рабочего колеса;
• максимальная высота всасывания жидкости.

Итак, рассмотрим более детально каждый из показателей, а также приведем формулы расчета для каждого из них.

Расчет производительности центробежного насосного агрегата проводится согласно следующей формуле:

W = l1*(п*d1 – b*n)*c1 = l2*(п*d2 – b*n)*c2

Обозначение этой формулы следующее: W – производительность насоса, измеряемая в м3/с; l1,2 – ширина рабочего колеса соответственно по диаметрах d1,2; d1 – диаметр всасывающего патрубка; d2 – диаметр рабочего колеса; b – толщина лопаток крыльчатки; n – количество лопаток; п – число «пи»; с1,2 – меридианные сечения входящего и выходящего патрубков.

Возможно, Вас заинтересует статья о классификации центробежных насосов. Статью о центробежных самовсасывающих насосах читайте здесь.

Создаваемый центробежным насосом напор воды рассчитывается по формуле:

N = (h2 – h1)/(p * g) + Ng + sp

Переменные в формуле обозначают: N – высота напора, измеряемая в метрах; h1 – давление в емкости забора жидкости, измеряемое в Па; h2 – давление в емкости приема жидкости; p – плотность жидкости, которая перекачивается насосом, измеряется в кг/м3; g – постоянная величина, указывающая ускорение свободного падения; Ng – показатель необходимой высоты подъема жидкости; sp – сумма потерь напора жидкости.

Расчет необходимой потребляемой мощности производится по следующей формуле:

M = p*g*s*N

Переменные формулы означают: M – необходимая потребляемая мощность; p – плотность перекачиваемой жидкости; g – величина ускорения свободного падения; s – необходимый объем расхода жидкости; N – высота напора.

Максимальная высота всасывания жидкости рассчитывается по формуле:

Nv = (h1 – h2)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N

Обозначение переменных следующее: Nv – высота всасывания жидкости; h1 – давление в емкости забора; h2 – давление жидкости на лопатки крыльчатки; p – плотность жидкости, которая перекачивается; g – ускорение свободного падения; sp – количество потерь во входящем трубопроводе при гидравлическом сопротивлении; q2/(2*g) – напор жидкости во всасывающей магистрали; k*N – потери, зависящие от прибавочного сопротивления; k – коэффициент кавитации; N – создаваемый насосом напор.

Возможно, Вас также заинтересует статья о способах ремонта центробежных насосов своими руками. Интересную статью о многоступенчатых центробежных насосах для воды читайте здесь.

Модификации насоса и технические параметры

Исходя из особенностей конструкции, насосы характеризуется производительной мощностью двигателя, типом ротора и управления.

Двигатель

Точный расчет параметров двигателя выполняется для конкретной отопительной системы, но общее правило подбора простое – мощность пропорциональна производительности (размера) рабочей части.

Управление работой

Управление насоса – это выбор скоростных режимов, от которых зависит эффективность всей системы. Для подогрева используется минимальный режим, в то время как при низких температурах быстрый отвод тепла требует увеличения скорости. Для регулирования этого процесса используется 2 типа управления:

1. Механический. Выбор скорости производится самостоятельно, а переключение вручную. Такое управление эффективно для небольших контуров, где реагирование на изменение скорости происходит быстро. Насос для отопления в частном доме, чаще всего, приобретается с таким управлением благодаря невысокой стоимости и более высокой ремонтопригодности.
2. Умные модернизированные модели управляются системой автоматики, которая в зависимости от температуры теплоносителя регулирует скорость потока. Стоят они дороже, но при установке многокомпонентных систем с коллекторами, он незаменимы. Кроме этого они увеличивают энергоэффективность на 25-35%.

Каждый производитель использует свои разработки, способствующие безаварийной работе в течение срока годности, поэтому цены на модели с одинаковыми характеристиками отличаются, также как и качество оборудования.

У внешне одинаковых насосов могут быть совершенно различные характеристики

Снижение стоимости в более дешевых фирмах происходит за счет минимального запаса прочности. Чаще всего это подразумевает уменьшение толщины на неответственных элементах деталей, использование менее прочных и дешевых материалов, которых хватает только на указанный срок эксплуатации. Выбор фирмы–производителя во многом определяет качественные характеристики изделия. Сориентироваться в них можно, прочитав отзывы или углубившись в изучение используемых для деталей материалов.

Ротор или маховое колесо

Существует 2 принципа работы ротора:

Сухой. Трущиеся детали и сам ротор находится в герметично закрытом корпусе, – с водой соприкасаются только лопасти, создающие поток. Такие модели характеризуются высокой мощностью, эффективностью, но более чувствительны к механическому загрязнению энергоносителя. Требуется прохождение ежегодной технической профилактики электродвигателя. Кроме того, их установка должна проводиться удалено от жилых комнат из-за повышенного уровня шума.

Циркуляционный насос с сухим ротором – двигатель и нагнетатель расположены в разных корпусах

Мокрый. Наиболее распространенный тип за счет неприхотливости в обслуживании, стоимости и разнообразия моделей. В открытой конструкции движущиеся детали (подшипники, валы, ротор и т. д.) находятся в воде, которая одновременно является для них смазочным материалом и охладителем для двигателя. Используются соответствующие нержавеющие сплавы, прокладки из водостойких материалов. Система менее прихотлива к механическим примесям в энергоносителе, а срок службы бытового прибора рассчитан на 7 лет.

В насосе с мокрым ротором двигатель и нагнетатель расположены в одном корпусе

насос центробежный колесо профилирование

1. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М., «Машиностроение», 1966 г.

2. Степанов А.Н. Центробежные и осевые насосы. М., «Машгиз», 1960 г.

3. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., «Энергия», 1977 г.

4. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., «Машиностроение», 1976 г.

Расчёт напора

Произвести расчёт напора для скважинного насоса центробежного или вибрационного типа вовсе не сложно. Для этого используют такую формулу:

H = Hgeo + (0,2 x L) + 10 [м],

в которой значения таковы:

Сколько электроэнергии потребляет кондиционер и расчет мощности

• Н — итоговый напор для конкретного скважинного центробежного или вибрационного насоса;
• Hgeo м— высота трубы от места установки скважинного насоса до самой высокой вертикальной точки водозабора;
• 0,2 — коэффициент сопротивления трубопровода по всей его протяженности;
• L — горизонтальная длина трубы системы водоснабжения;
• 10-15 приблизительный показатель, необходимый для получения стабильного напора в системе, который требуется добавить к результату при расчёте.

Технические аспекты алюминиевых батарей

Для обустройства автономной системы отопления необходимо не только выполнить монтажные работы в соответствии с действующими нормативами, но и правильно выбрать алюминиевые радиаторы. Это возможно сделать только после тщательного изучения и анализа их свойств, конструктивных особенностей, технических характеристик.

Классификация и конструктивные особенности

Производители современного отопительного оборудования изготавливают секции алюминиевых радиаторов не из чистого алюминия, а из его сплава с кремниевыми добавками. Это позволяет изделиям придать устойчивость к коррозии, большую прочность и продлить срок их службы.

Сегодня торговая сеть предлагает широкий ассортимент алюминиевых радиаторов, отличающихся по своему внешнему виду, которые представленными такими изделиями как:

• панельные;
• трубчатые.

По конструктивному решению отдельно взятой секции, которые бывают:

• Цельными или литыми.
• Экструзионными или составленными из трех отдельных элементов, внутренне закрепленных между собой болтами с поролоновыми или силиконовыми прокладками.

Также различают батареи и по габаритам.

Стандартных размеров с шириной в пределах 40 см и высотой, равной 58 см.

Низкие, высотой до 15 см, что дает возможность устанавливать их на очень ограниченных пространствах. В последнее время производители выпускают алюминиевые радиаторы этой серии «плинтусного» исполнения с высотой от 2 до 4см.

Высокие или вертикальные. При небольшой ширине, такие радиаторы в высоту могут доходить до двух или трех метров. Такое рабочее расположение по высоте, помогает достаточно эффективно обогреть большие объемы воздуха в помещении. Кроме этого, такое оригинальное исполнение радиаторов выполняет дополнительно и декоративную функцию.

Срок службы современных алюминиевых радиаторов определяется качеством исходного материала и не зависит от количества составляющих его элементов, их размеров и внутреннего объема . Производитель гарантирует их стабильную работу при правильной эксплуатации до 20 лет.

Основные рабочие характеристики

Сравнительные характеристики

Технические характеристики и конструктивные решения алюминиевых радиаторов разрабатываются для обеспечения ими удобного и надежного нагрева помещений. Основными составляющими, характеризующими их технические свойства и эксплуатационные возможности являются такие факторы.

Рабочее давление. Современные алюминиевые радиаторы рассчитаны на показатели давления от 6 до 25 атмосфер. Для гарантии этих показателей в заводских условиях каждая батарея тестируется при давлении в 30 атмосфер. Этот факт дает возможность устанавливать это теплотехническое оборудование в любую систему отопления, где исключается возможность образования гидроударов.

Мощность. Этот показатель характеризует термодинамический процесс передачи тепла с поверхности батареи отопления в окружающую среду. Он указывает, какое количество тепла в ваттах может произвести прибор в единицу времени.

Кстати, происходит способом конвекции и теплового излучения в соотношении 50 на 50. Числовое значение параметра теплоотдачи каждой секции указывается в паспорте прибора.

При расчете необходимого для установки количества батарей, их мощность играет первостепенную роль. Максимальная теплоотдача одной секции отопительного алюминиевого радиатора довольно велика и доходит до 230 Ватт. Такой внушительный показатель объясняется высокой способностью алюминия к теплопередаче.

Это значит, что для его нагрева нужно затратить меньше энергии, чем для чугунного аналога.

Температурный диапазон нагрева теплоносителя в алюминиевых батареях превышает 100 градусов.

В качестве справки, стандартная секция алюминиевого радиатора высотой 350–1000 мм, глубиной 110–140 мм, с толщиной стенок от 2 до 3 мм, имеет объем теплоносителя 0,35– 0,5 литра, и способна нагреть площадь в 0,4–0,6 квадратного метра.