Работа центробежного насоса | Оптимизация насосной системы
top of page
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
КАК РАБОТАЕТ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС?

Насос - это машина, которая преобразует механическую энергию вращающегося вала в гидравлическую энергию потока жидкости.

Кордис R.png
АНАЛОГИЯ С ВЕДРОМ
Pump-operation.png

Рассмотрим аналогию с ведром.
В днище ведра есть отверстие. Наполняем ведро водой и начинаем вращать.
Что начнет происходить? Под действием центробежной силы вода начнет вытекать из под определенным углом.
Мы можем наблюдать ту же картину, когда едем на велосипеде по лужам и капли воды летят с колеса.

Если вращать ведро быстрее или по большей траектории, то жидкость будет вытекать с большей скоростью.  

Аналогичный процесс происходит в центробежном насосе.

Жидкость поступает во всасывающий трубопровод, а затем на вход вращающегося рабочего колеса.

Лопатки рабочего колеса воздействуют на жидкость и перемещают ее от центра к периферии. Жидкость ускоряется и приобретает скорость или скоростной напор.

После выхода из рабочего колеса жидкость попадает в отвод наиболее часто встречаются спиральные отводы (улитка), где скоростной напор преобразуется в давление, а затем поступает в напорный патрубок.

 

Pump_operation_2.png

Гидравлическая мощность потока жидкости пропорциональна подаче и напору и может быть рассчитана по этой формуле.

КОЭФФИЦИЕНТ БЫСТРОХОДНОСТИ (ПОДОБИЯ)  (NS)

Коэффициент быстроходности насоса ns - это коэффициент подобия рабочих колес насоса, зависящий от их параметров Подача Q (м3/с) Напор (м), H и частота вращения, n (об/мин).

Взаимосвязь между этими параметрами определяет геометрию рабочего колеса.

Если нам нужен насос с более высоким напором и меньшим расходом, ns будет меньше. Это означает, что необходим насос с большим диаметром рабочего колеса и меньшим диаметром входа в рабочее колесо (горловины).

Если величина расхода увеличивается относительно напора, диаметр рабочего колеса становится меньше по сравнению с диаметром входа в рабочее колесо.

Разобраться помогает аналогия с ведром. Если нам нужно больший расход, мы должны проделать отверстие большего диаметра. Если нам нужно больше напора, мы должны вращать ведро с большей скоростью или по кругу большего диаметра.

Ниже вы видите, как изменяется геометрия рабочего колеса в зависимости от ns, что означает изменение рабочего колеса с большим расходом и меньшим напором.

NQ_pump.png
Pump_opeation_imp.png

Для создания более высокого напора нам понадобится рабочее колесо большего диаметра. Давайте сравним два рабочих колеса с одинаковым подачей, но с разным напором 135 м и 38 м. Вы увидите разницу в диаметрах и 655 и 338 мм. значение ns для первого  11,5 и для второго 29,8.

Pump operation_eff.png

Мощность на валу электродвигателя равна мощности на валу насоса.

Электродвигатель развивает мощность, равную мощности, потребляемой насосом.

Р насос = Р двигатель

Pump operation_power.png

Эти формулы могут быть полезны при проведении аудита насосной системы и перепроверки измеренных параметров насосов.

ПОТЕРИ В НАСОСЕ 

Все потери в насосах можно разделить на три группы:

  1. Гидравлические потери.

  2. Механические потери.

  3. Объемные потери.

Pump operation-losses.png
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ

Вихри жидкости, возникающие в рабочем колесе во всасывающем и нагнетательном патрубках и других гидравлических каналах.

Гидравлический КПД говорит о совершенстве конструкции каналов проточной части насоса. Когда насос работает далеко от точки максимального КПД, гидравлические потери возрастают снижая КПД. 

Pump operation_HL.png
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ

На рисунке ниже показаны места возникновения механических потерь на примере насоса двойного всасывания типа Д.  

  1. Потери на трение в подшипниках.

  2. Потери на трение в уплотнениях.

  3. Потери на трение на цилиндрических поверхностях валов о жидкость. Вал вращается в жидкости и из-за вязкости жидкость сопротивляется вращению вала.

  4. Дисковое трение дисков рабочего колеса о жидкость. См. Более подробное объяснение ниже.

Механические потери могут увеличиваться если в насосе возникает дополнительные механические потери.

Признаком увеличенных механических потерь является увеличение потребляемой мощности.

Увеличение механических потерь может быть вызвано следующими причинами:

- Касание рабочего колеса о кольца щелевых уплотнений.

- Попадание посторонних предметов (песка) в зазор щелевого уплотнения рабочего колеса.

- Разрушением подшипников.

- Нарушение центровки валов насоса и электродвигателя.

- Чрезмерная затяжка сальниковых уплотнений. 

Pump operation_ML.png
ОБЪЕМНЫЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Pump operation VL.png

Каждый насос имеет область с высоким давлением (давление нагнетания) и низким давлением (давление всасывания), вращающиеся элементы и неподвижные элементы. Жидкость стремиться течь из области с высоким давлением в область с низким давлением. 

Узел, который отделяет  эти две области, называется щелевым уплотнением. Объем жидкости, протекающей через узел щелевого уплотнения, определяется величиной зазора и перепадом давления.

Объем жидкости перетекающий через зазор щелевого уплотнения называется объемными потерями. 

ДИСКОВЫЕ ПОТЕРИ В НАСОСЕ
Pump operation_DL.png

Дисковые потери - это особый вид потерь в насосе.

Давайте еще раз посмотрим на рабочие колеса для разных насосов с разными напорами и одинаковым расходом. Хорошо видна разница в поверхности дисков рабочих колес. Большая площадь дисков приводит к большим потерям на трение и большим потерям мощности. Рабочее колесо насоса с большим напором имеет меньшее значение ns и меньшее КПД.

Pump operation_Eff-disk.png

Это реальная иллюстрация влияния диаметра рабочего колеса и значения ns на КПД. Мы видим разницу в КПД между насосами с разными напорами, разными диаметрами рабочих колес (290 и 450 мм), практически одинаковыми расходами.

Насос с напором 21 м имеет КПД 86%, насос с напором 61 м имеет КПД 82%.

bottom of page