КПД любого механизма представляет собой отношение его полезной мощности к потребляемой.
Это отношение обозначается греческой буквой n
(эта).
Поскольку не существует такого понятия как
"привод, не имеющий потерь", n
всегда меньше 1 (100 %). Для циркуляционного насоса системы отопления общий КПД определяется значением КПД мотора n M
(электрического и механического) и КПД насоса n p
. Произведение этих двух
значений представляет собой общий КПД n tot
.
n tot = n M n p
Требуемая высота подъема воды и производительность насоса зависят от типа сопла и расчетной высоты потока фонтана. Эти параметры обычно указаны на упаковке форсунок. Расположение насоса. Чтобы насос не мульчировал, установите его на лифте, а не на дно, или принесите воду, впитанную и очищенную через фильтр перед насосом. Некоторые насосы продаются с фильтром. Есть также насосы, работающие на поверхности воды.
Форсунки с различными эффектами покупаются вместе с насосом или отдельно. Если насос расположен глубоко, для сопла могут потребоваться удлинительные трубки. Сопло должно быть выбрано так, чтобы оно не теряло воду вне глаз, даже когда ветер дует. Для питания каскадов и потоков используются специально сконструированные насосы с высокой эффективностью, способные всасывать грязную воду. Для этого вы также можете использовать насос фильтра или фонтанный насос, но из фонтана необходимо удалить фильтровальную губку, чтобы она не ограничивала поток воды.
КПД насосов разных типов и размеров могут отличаться в очень широком диапазоне. Для насосов с мокрым ротором КПД n tot равен от 5% до 54 % (высокоэффективные насосы); для насосов с сухим ротором n tot равен от 30 % до 80%. Даже в пределах характеристики насоса текущий КПД в тот или иной момент времени меняется от нуля до максимального значения. Если насос работает при закрытом клапане, создается высокое давление, но вода не перемещается, поэтому КПД насоса в этот момент равняется нулю. То же самое справедливо при открытой трубе. Несмотря на большое количество перекачиваемой воды, давление не создается, а значит КПД равняется нулю.
Если насос подходит для грязной воды, он может стоять на дне, и если он чист, он должен стоять на поднятом. Используя насос с губкой - одновременно поставляя фонтан и каскад или поток - вы не должны ожидать слишком высокой эффективности: ручей должен быть коротким, а каскад - очень низким.
Эффективность выбирается в соответствии с шириной, глубиной и высотой потока или каскада. Необходимую эффективность можно оценить, читая ее из распечатанных в каталогах таблиц. Требуемая высота подъема зависит от высоты струи, а также от диаметра и длины шланга, подающего его.
Самый большой общий КПД циркуляционного насоса системы отопления достигается в средней части характеристики насоса. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая характеристика указана отдельно для каждого насоса.
Насос никогда не работает при постоянной подаче. Поэтому, при расчете насосной системы, убедитесь, что рабочая точка насоса находится в средней трети характеристики насоса большую часть отопительного сезона. Это гарантирует работу насоса при оптимальном КПД.
Чтобы выбрать насос или весь комплект, необходимо точно определить ваш колодец. Начните с определения того, какой тип насоса будет наиболее выгодным для нас? Если у нас хорошо просверливается, то есть, например, из земли появляется голубая трубка диаметром 32 мм, мы можем подключить только всасывающий насос, потому что глубокая вода не подойдет. Если у нас хорошо просверленный глубокий, например, 110 мм в диаметре, а уровень воды не ниже 8 метров, то мы можем использовать всасывающий насос и погружной насос.
Конечно, погружной насос удобнее, потому что он не слышен. Еще одно преимущество заключается в том, что нас не беспокоят потери давления и падение производительности всасывания, как в случае с поверхностными насосами. Если у нас в бетонных кругах есть старый тип, а вода высока, мы также можем установить один тип насоса. Однако мы должны помнить, что для установки погружного насоса в позвоночной скважине следует использовать обсадную трубу.
КПД насоса определяется по следующей формуле:
n p =Q H p/3670 P 2
n p
= КПД насоса
Q [м3/ч]
= Подача
H [м]
= Напор
P 2 [кВт]
= Мощность насоса
3670
= Постоянный коэффициент
p [кг/м3]
= Плотность жидкости
КПД насоса зависит от его конструкции. В следующих таблицах показаны значения КПД в зависимости от мощности выбранного мотора и конструкции насоса (с мокрым ротором/с сухим ротором).
Если вы уже определили тип насоса, который хотите, или можете его установить, тогда вы должны получить представление о производительности нашего скважины. Такая информация должна быть предоставлена нам колодцем при приеме скважины. Эффективность нашего скважины определит мощность и эффективность насоса. Мы не можем выбрать более сильный, чем эффективность скважины. Поскольку на всасывающих насосах уровень воды будет разрушен, даже при использовании мощных насосов, а также с глубокими водяными насосами, мы будем иметь больший риск сухого хода и повреждения гидравлики.
Потребление энергии центробежными насосами
Мотор приводит во вращение вал насоса, на котором установлено рабочее колесо. В насосе создается повышенное давление и жидкость перемещается через него, что является результатом преобразования электрической энергии в гидравлическую. Энергия, необходимая мотору, называется потребляемой энергией P 1 насоса.
Самое главное: Производитель насоса на паспортной табличке всегда дает максимальные значения. Это означает, что мы должны вычесть потери от прессования и всасывания, а также все узкие места и длину установки. На этой основе необходимо рассчитать, сколько давления и эффективности будет доступно на кране. То же самое с давлением, производитель дает максимум 5 бар, а насос на манометре не может дать больше 3, 5 бар. Вы должны понимать, что это нормально и в разных колодцах, где вода находится на разных глубинах в конце отвода, мы можем получить другое давление.
Выходные характеристики насосов
Выходные характеристики центробежных насосов приведены на графике: вертикальная ось, ордината, означает потребляемую энергию P 1
насоса в ваттах [Вт]. Горизонтальная
ось или абсцисса показывает подачу Q
насоса в кубических метрах в час [м3/ч]. В каталогах характеристики напора и мощности часто объединяются для наглядной демонстрации взаимосвязи.
Выходная характеристика демонстрирует следующую взаимосвязь: мотор потребляет минимум энергии при низкой подаче.
При увеличении подачи потребление энергии также увеличивается.
Характеристики насоса
Влияние частоты вращения мотора
При изменении частоты вращения насоса и неизменных остальных условиях системы потребление энергии P изменяется пропорционально значению частоты n
в кубе.
P 1 /P 2 = (n 1 /n 2) 3
На основании данных соображений, изменяя частоту вращения насоса можно адаптировать насос к требуемой тепловой нагрузке потребителя. При увеличении частоты вращения в два раза, подача увеличивается в той же пропорции. Напор возрастает в четыре раза. Поэтому, энергия, потребляемая приводом, получается умножением примерно на восемь. При снижении частоты, подача, напор в трубопроводе и потребление энергии уменьшаются в той же пропорции.
Постоянная частота вращения, обусловленная конструкцией
Отличительной характеристикой центробежного насоса является то, что напор зависит от используемого мотора и его частоты вращения. Насосы с частотой n > 1500 об/мин
называются быстроходными насосами, а те, у которых частота n называются тихоходными
.
Моторы тихоходных насосов имеют более сложную конструкцию, а значит, они более дорогие. Однако в случаях, когда использование тихоходного насоса возможно или
даже необходимо из-за характеристик контура отопления, применение быстроходного насоса может привести к неоправданно высокому потреблению энергии.
Конструкция, принцип действия центробежного насоса. Подача, полный напор (правило двух манометров), высота всасывания, КПД, потребляемая и полезная мощности центробежного насоса.
Центробежные насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.
Рис. 1 Принципиальная схема центробежного насоса:
5 - лопатка рабочего колеса;
6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок;
8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка);
10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник);
11 - всасывающий патрубок.
На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.
Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.
Подача центробежного насоса
Основой для подачи центробежного насоса, т.е. количества жидкости, протекающего через рабочее колесо в секунду, может служить известное уравнение расхода жидкости: Q = F · υ.
Для рассматриваемого случая (рис. 2.5.): QT = (π · D 2 - z · δ 2)· b 2 · c m2 (2.11)
где D2 - наружный диаметр колеса; z - количество лопаток; δ2 - толщина лопатки по окружности диаметром D2;
b2 - ширина колеса на внешнем диаметре; сm2 - скорость выхода жидкости из колеса в меридиональном направлении.
Рис. 2.5. Живое сечение на выходе жидкости из рабочего колеса
В уравнении (2.11) площадь живого сечения колеса на внешней окружности можно выразить:
F = λ · π · D 2 · b 2
где λ - коэффициент стеснения потока жидкости, учитывающий площади, занимаемые концами лопаток.
Этот коэффициент в зависимости от числа и толщины лопаток находится в пределах 0,92...0,95.
С учетом того, что сm 2 = c 2 · sinα 2 и
после преобразований получим: 
Следовательно, теоретическую подачу центробежного насоса можно представить формулой: Q T = 0,164 · λ · ψ · D 2 2 · b2 · n * ψ.
Отсюда видно, что подача центробежного насоса пропорциональна квадрату внешнего диаметра колеса, ширине его, числу оборотов и коэффициенту ψ, зависящему от изменения углов α2 и β2. Пределы изменения ψ = 0,09...0,13. Действительная подача Q несколько меньше QT:
Q = η O · Q T ,
где ηO - коэффициент утечки или объемный КПД, учитывающий щелевые потери жидкости через зазор между колесом и корпусом. Эти утечки жидкости обусловлены разностью давлений на выкиде и приеме колеса.
Следовательно, количество жидкости, протекающей через колесо, больше действительной подачи насоса в напорную линию. Для уменьшения утечек указанный зазор делают небольшим - примерно 0,3...0,6 мм. Величина ηO в зависимости от конструкции и размеров насоса изменяется в пределах 0,92...0,98. Таким образом, подачу насоса можно определить из выражения:
Q = 0,164 · λ · ψ · ηO · D 2 2 · b 2 · n. (2.12)
Найденная величина подачи Q будет примерно соответствовать нормальной подаче насоса при данном напоре H. При других режимах работы насоса подача будет изменяться в зависимости от изменений напора согласно характеристике насоса.
Полный напор , развиваемый центробежным насосом, является суммой вакуумметрической высоты всасывания, геометрической высоты нагнетания и потерь напора в напорном трубопроводе. Так как сумму двух последних слагаемых измеряют манометром, то можно сказать, что полный напор, развиваемый центробежным насосом, является суммой показаний вакуумметра и манометра. Если манометр и вакуумметр установлены на разных отметках, то к сумме их показаний надо прибавить z(разность отметок точки (подключения вакуумметра и центра манометра).
Высота всасывания насоса
увеличивается с возрастанием давления р0 в приёмной ёмкости и уменьшается с увеличением давления рвс, скорости жидкости ω вс и потерь напора hп..вс во всасывающем трубопроводе.
Если жидкость перекачивается из открытой ёмкости, то давление р0 равно атмосферному ра. Давление на входе в насос рвс должно быть больше давления рt насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре всасывания (рвc > рt), т.к. в противном случае жидкость в насосе начнёт кипеть. Следовательно, 
т.е. высота всасывания зависит от атмосферного давления, скорости движения и плотности перекачиваемой жидкости, её температуры (и соответственно – давления её паров) и гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода. При перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приёмной ёмкости, чтобы обеспечить некоторый подпор со стороны всасывания, или создают избыточное давление в приёмной ёмкости. Таким же образом перекачивают высоковязкие жидкости.
КПД центробежного насоса , как и любого другого механизма, представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой. Обозначается он буквой η.
η ни при каких условиях не может быть больше единицы, т.к. привода, не имеющего потерь не существует. Потери мощности в насосе складываются из механических, объёмных, гидравлических потерь.
Механические потери мощности обусловлены трением в уплотнениях и подшипниках, а также гидравлическим трением о поверхности рабочих колёс и разгрузочных дисков. Механический KПД насосов изменяется в пределах ηМ = 0,9...0,98.
Объёмные потери в центробежных насосах обусловлены перетеканием жидкости через переднее уплотнение колеса и уплотнение втулки вала. Значения объёмного КПД η0 у современных центробежных машин лежат в диапазоне от 0,96 до 0,98.
Гидравлические потери связаны с гидравлическим трением, ударами и вихреобразованием в проточной части. Плавно очерченные каналы рабочего колеса, отсутствие резких поворотов, расширений и сужений, тщательная обработка внутренних поверхностей проточной части обеспечивают высокий гидравлический КПД насоса. Для современных насосов хорошего изготовления значения ηГ лежат в пределах от 0,85 до 0,96
Произведение η_О∙η_М∙η_Г=η даёт полный КПД. Изменение величин сомножителей даёт и изменение величины полного КПД. Это изменение задаётся функцией от подачи в характеристике насоса.
Полезная мощность
– это энергия, отдаваемая жидкости за единицу времени при работе насоса. 
[Вт]
Потребляемая мощность – это энергия, потребляемая насосом за единицу времени.