Tlak čerpadla – co to je? Jak určit požadovanou hlavu čerpadla

Provoz čerpadla je charakterizován jeho průtokem, tlakem, spotřebou energie, užitečným výkonem, účinností a rychlostí.

napájení čerpadlaje množství kapaliny dodávané čerpadlem za jednotku času nebo průtok kapaliny tlakovým potrubím, obvykle označovaný latinským písmenem Q.

Hlava čerpadla je rozdíl mezi energiemi hmotnosti kapaliny v průtokovém průřezu ve výtlačném potrubí (za čerpadlem) a v sacím potrubí (před čerpadlem), vztažený k hmotnosti kapaliny, tzn. energie jednotkové hmotnosti kapaliny, obvykle označovaná latinským písmenem H. Dopravní výška čerpadla se rovná rozdílu mezi celkovou výškou kapaliny za čerpadlem a před čerpadlem.

kde indexy „n“ a „slunce“ označují tlakové a sací čáry. Hlava je vyjádřena v jednotkách sloupce tekutiny, která se pohybuje.

Příkon čerpadla se nazývá energie dodaná čerpadlu z motoru za jednotku času, značenáNд.

Čistý výkon čerpadlanebo výkon vyvíjený čerpadlem je energie, kterou čerpadlo předá celému průtoku tekutiny za jednotku času, označované -Nп.

Za jednotku času se váží kapalina Gf = (Qρ)*g. Každá jednotka této hmotnosti získává energii v množství Н (m).

Tato energie nebo užitečný výkon čerpadla se rovná

Nn = QρgH=QP(15.2)

kde protože P =ρgH.

Příkon čerpadla Nдvíce využitelný výkonNп na výši ztrát v čerpadle. Tyto ztráty výkonu jsou měřeny účinností čerpadla.

Účinnost čerpadla je poměr užitečného výkonu čerpadla k výkonu motoru spotřebovaného čerpadlem:

η= NP/Natd.(15.3)

Pokud je známa účinnost, lze určit příkon čerpadla Nd = QρgH/η (15.4)

Hodnota výkonu je vyjádřena v soustavě SI ve wattech, v technické soustavě jednotek v kGm/s.

15.2 Pracovní postup lamelového čerpadla

Moment odporových sil vzhledem k ose působí proti otáčení oběžného kola, takže lopatky jsou profilovány s ohledem na množství průtoku, rychlost otáčení a směr pohybu tekutiny.

Po překonání okamžiku oběžné kolo funguje. Hlavní část, přiváděná na kolo energie, se přenáší do kapaliny a část energie se ztrácí při překonávání odporů.

Pokud je pevný souřadnicový systém spojen se skříní čerpadla a pohyblivý souřadnicový systém s oběžným kolem, pak trajektorie absolutního pohybu částic bude součtem rotace (translačního pohybu) oběžného kola a relativního pohybu v mobilní systém podél lopatek.

Absolutní rychlost je rovna vektorovému součtu translační rychlosti Ujsou rychlost rotace částice s oběžným kolem a relativní rychlostW pohyb podél lopatky vzhledem k pohyblivému souřadnicovému systému spojenému s rotujícím kolem.

Na Obr. 15.2 čerchovaná čára znázorňuje trajektorii částice od vstupu k výstupu čerpadla v relativním pohybu – AB, trajektorie přenosného pohybu se shodují s kružnicemi na poloměrech kola, např. poloměry R₁andR₂. Trajektorie částic v absolutním pohybu od vstupu čerpadla k výstupu – AC Pohyb mobilního systému je relativní, v mobilním systému je přenosný.

Paralelogramy rychlostí pro vstup a výstup z oběžného kola:

Součet relativní rychlosti W a přenosný U poskytne absolutní rychlostV _.

Rychlostní paralelogramy na obr. 15.2 ukazují, že moment rychlosti částice kapaliny na výstupu z oběžného kola je větší než na vstupu:

V₂Cosα₂R₂ > V₁Cosα₁R₁

Proto při průjezdu kolem moment hybnostizvyšuje. Nárůst momentu hybnosti je způsoben momentem síly, kterým oběžné kolo působí na kapalinu v něm obsaženou.

Pro ustálený pohyb kapaliny je rozdíl momentů hybnosti kapaliny opouštějící kanál a vstupující do něj za jednotku času roven momentu vnějších sil, kterými oběžné kolo působí na kapalinu.

Moment sil, kterými oběžné kolo působí na kapalinu, je roven:

М = Qρ(V₂Cosα₂R₂ – V₁Cosα₁R₁), kde Q je průtok kapaliny oběžným kolem.

Vynásobte obě strany této rovnice úhlovou rychlostí oběžného kola ω.

М ω= Qρ(V₂Cosα₂R₂ω – V₁Cosα₁R₁ω),

Práce Мωse nazývá hydraulický výkon nebo práce, kterou oběžné kolo vyrobí za jednotku času, působící na kapalinu v něm.

Z Bernoulliho rovnice je známo, že měrná energie, přenesená na jednotkovou hmotnost kapaliny se nazývá hlava. V Bernoulliho rovnici byl zdrojem energie pro pohyb tekutiny rozdíl hlavy.

Při použití čerpadla je energie nebo tlak přenášen do kapaliny oběžným kolem čerpadla.

Teoretický tlak oběžného kola – Н_Т tzv. specifická energie, přenášené na jednotkovou hmotnost kapaliny oběžným kolem čerpadla.

N=Мω = H_Т*Qρg

Vzhledem k tomu u₁=R₁ω — přenosná (obvodová) rychlost oběžného kola na sání au₂ = R₂ ω – rychlost oběžného kola na výstupu a že průměty vektorů absolutní rychlosti do směru přenosové rychlosti (kolmo na poloměry R1 a R2) jsou stejnéV_u2 =V₂Cosα₂ иV_u1 = V₁Cosα₁Kde V_u2иV_u1 , získáme teoretickou hlavu ve tvaru

H_Т*Qρg = Qρ(V₂Cosα₂R₂ω – V₁Cosα₁R₁ω),odkud

Skutečná dopravní výška čerpadla je menší než teoretická dopravní výška, protože využívá skutečné hodnoty rychlosti a tlaku.

Lamelová čerpadla jsou k dispozici v jednostupňových a vícestupňových typech. U jednostupňových čerpadel prochází kapalina oběžným kolem jednou (viz obr. 15.1). Tlak takových čerpadel při dané rychlosti je omezený. Pro zvýšení tlaku se používají vícestupňová čerpadla, která mají více oběžných kol zapojených do série, namontovaných na jedné hřídeli. Tlak čerpadla se zvyšuje úměrně s počtem kol.

Lopatkové čerpadlo může pracovat v různých režimech, tj. při různých posuvech a rychlostech.

Uzavřením ventilu instalovaného na výtlačném potrubí čerpadla se sníží průtok. Tím se také změní tlak vyvíjený čerpadlem. Pro provoz čerpadla je potřeba vědět, jak se mění tlak, účinnost a výkon spotřebovaný čerpadlem při změně jeho napájení, t.j. znát charakteristiku čerpadla, což znamená závislost tlaku, výkonu a účinnosti čerpadla na jeho dodávce. při konstantní rychlosti (obr. 15.3).

Provozní režim čerpadla, při kterém je jeho účinnost na maximu, se nazývá optimální.

Hlava čerpadla je tlak vytvářený pracovním prvkem čerpadla (lopatkovým kolem, membránou nebo pístem) pomocí přenosu energie z pracovního prvku čerpadla (oběžného kola, membrány nebo pístu) na kapalinu, tzn. čerpadlo skutečně tlačí kapalinu.

Hlava je jednou z hlavních charakteristik čerpadla.

Dopravní výška je přírůstek mechanické energie přijaté každým kilogramem kapaliny procházející čerpadlem, tzn. rozdíl energie na výstupu z čerpadla a na vstupu do něj.

• Hlava: definice a vlastnosti
• Tlak vrtu a ponorného čerpadla
• Hlava drenážního a povrchového čerpadla
• Hlava oběhového čerpadla pro vytápění
• Způsoby, jak zvýšit hlavu čerpadla

Hlava: definice a vlastnosti

Fyzikální podstata tlaku je snadno pochopitelná zapamatováním si základů hydromechaniky. Pokud je k sacímu potrubí čerpadla, odebírajícího kapalinu z nádoby umístěné nad její osou, připojena plnotlaká trubka, hladina kapaliny v ní se zvedne do určité výšky nad osou čerpadla. Tato výška se nazývá celková výška a je určena vzorcem

• p – tlak v čerpadle
• ρ je hustota média
• g – zrychlení volného pádu

Na úrovni domácnosti se tlak nazývá tlak čerpadla. A pro názornost, tlak čerpadla je výška, do které může čerpadlo zvednout sloupec kapaliny.

Tlak má lineární rozměr – metr.

Při výběru čerpadla je tlaková charakteristika jednou z klíčových, protože při nedostatečném tlaku neteče voda z kohoutku a při příliš vysokém tlaku nemusí vodovodní potrubí vydržet.

Tlak a průtok, které čerpadlo vytváří, spolu souvisí. Tento vztah je graficky znázorněn jako křivka nazývaná charakteristika čerpadla. Na jedné ose grafu je tlak vypuštěn (v metrech) na druhé ose – průtok čerpadla (v m 3 / h).

Každé čerpadlo má svou vlastní charakteristiku a provozní bod stanovený výrobcem. Pracovní bod – bod, ve kterém se vyrovná užitečný výkon čerpadla a výkon spotřebovaný vodovodní sítí. Se změnou průtoku se mění i tlak.

S poklesem průtoku se tlak zvyšuje a se zvýšením klesá. Nalezení optimálního provozního bodu je hlavní výzvou při provozu čerpadla.

Tlak vrtu a ponorného čerpadla

Výpočet požadovaného tlaku vrtného čerpadla je určen vzorcem:

H = výška + Hloss + Hout

• Výška – výškový rozdíl mezi místem, kde je umístěno čerpadlo, a nejvyšším bodem vodovodního systému;
• Hlosses – hydraulické ztráty v potrubí. Hydraulické ztráty v potrubí jsou spojeny s třením kapaliny o stěny potrubí, poklesy tlaku v ohybech a jiných armaturách. Takové ztráty jsou určeny experimentálními nebo vypočítanými tabulkami.
• Výlevka – volný tlak na výlevku, což usnadňuje použití vodovodních armatur. Tuto hodnotu je nutné odebírat v rozmezí 15 – 20 m, minimální hodnota je 5 m, ale v tomto případě bude voda přiváděna tenkým proudem.

Všechny výše popsané parametry jsou měřeny v metrech.

Hlava drenážního a povrchového čerpadla

Povrchové čerpadlo je určeno k zásobování vodou z mělkých studní nebo studní. Také povrchová samonasávací čerpadla se používají k zásobování vodou z otevřených zdrojů nebo nádrží. Taková čerpadla jsou umístěna přímo v areálu a do zdroje vody je vedeno potrubí.

Možnost 1: Zdroj vody je umístěn nad čerpadlem. Například nějaká nádrž nebo nádrž na vodu na půdě domu. Potom je hlava čerpadla určena vzorcem:

H = Výška + Hloss + Hout – Výška nádrže

• H výška nádrže – vzdálenost (výška) mezi nádrží na vodu a čerpadlem

Možnost 2: Čerpadlo je umístěno nad zdrojem vody. Například čerpadlo je umístěno v domě a čerpá vodu ze studny nebo studny. Potom je hlava čerpadla určena vzorcem:

H = výška + Hloss + Hspout + Hsource

• Hzdroj – vzdálenost (výškový rozdíl) mezi zdrojem vody (studna, studna) a čerpadlem.

Hlava oběhového čerpadla pro vytápění

Oběhová čerpadla se používají v domácích topných systémech k zajištění nuceného oběhu chladicí kapaliny. Výpočet oběhového čerpadla je velmi zodpovědný a obtížný úkol, který se doporučuje zadat specializovaným institucím, protože pro výpočty je nutné znát přesné tepelné ztráty doma.

Hlava oběhového čerpadla pro vytápění závisí nikoli na výšce budovy, ale na hydraulickém odporu trasy.

H = (R × L + Zsum) / (p × g)

• R – ztráty třením v přímém potrubí, Pa/m. Podle výsledků experimentů je odpor v přímém potrubí 100 – 150 Pa / m.
• L je celková délka potrubí, m.
• p je hustota čerpaného média. Pro vodu = 1000 kg/m3
• g je zrychlení volného pádu, 9,8 m/s 2 .
• Zsum – bezpečnostní faktory pro potrubní prvky

Z = 1,3 – pro armatury a armatury;

Z = 1,7 – pro termostatické ventily;

Z = 1,2 – pro směšovače nebo kohoutky, které brání cirkulaci.

Jak vidíte, nebude těžké určit požadovaný tlak, pokud se tomuto úkolu věnujete s požadovanou trpělivostí a pozorností.

Způsoby, jak zvýšit hlavu čerpadla

Namontujte čerpadlo, co by mohlo být jednodušší? Potrubí napojíme na sací potrubí, druhé na výtlačné potrubí, přivedeme proud a nyní můžete sklízet plody práce.

Podívejme se na nejčastější chyby při instalaci, jejichž odstranění přispívá ke zvýšení dopravní výšky čerpadla

Instalace není na první pohled pracný proces, ale pokud se podíváte hlouběji, měli byste vzít v úvahu chyby, které mohou výrazně snížit životnost zařízení.

Nejčastější chyby při instalaci:

1 Průměr potrubí je menší než průměr sacího potrubí čerpadla. V tomto případě se zvyšuje odpor v sacím potrubí a v důsledku toho se snižuje sací hloubka čerpadla. Snížené, ve srovnání se sacím potrubím čerpadla není potrubí schopno propustit objem kapaliny, pro který je čerpadlo dimenzováno.

2 Připojení k sací větvi klasické hadice. Tato možnost není tak kritická, za předpokladu, že je nízkokapacitní čerpadlo umístěno ve spodní části trasy. V jiných případech čerpadlo v důsledku podtlaku v sací dutině vytvořeného oběžným kolem stlačí hadici a výrazně zmenší její průřez. Průtok čerpadla se výrazně sníží a může se dokonce úplně zastavit.

Pokud se rozhodnete připojit hadici k vysoce výkonnému čerpadlu, řiďte se radami výrobců čerpadel – používejte pouze vlnitou hadici

3 Prověšená trubka na vodorovných vedeních nebo svažující se směrem od čerpadla na sací straně. Při provozu odstředivého čerpadla je nutné, aby oběžné kolo neustále pracovalo ve vodě, tzn. pracovní komora čerpadla musí být naplněna čerpaným médiem. Při prověšení potrubí nebo při záporném sklonu potrubí odteče kapalina z pracovní komory vypnutého čerpadla do nejnižšího bodu trasy a oběžné kolo se roztočí ve vzduchu. Nedojde tedy k žádnému pohybu média v potrubí, což znamená, že tlak klesne na 0.

3 Velké množství závitů a ohybů v potrubí. Tato možnost instalace vede ke zvýšení odporu, a tedy ke snížení výkonu.

4 Špatná těsnost v sací části potrubí. Špatná těsnost vede k nasávání vzduchu z okolí do potrubí, poklesu tlaku a nadměrné hlučnosti při provozu čerpadla.

V případě stanovení dopravní výšky čerpadla je třeba pamatovat na to, že 1 metr tlaku, který čerpadlo vytváří ve svislé trase, se rovná 10 metrům vodorovně. Pokud například čerpadlo vytvoří tlak rovný 30 metrům ve vodorovné trase, pak maximální tlak stejného čerpadla v případě instalace ve svislé trase bude 300 metrů.

Společně s článkem „Je to tlak čerpadla? Jak určit tlak ponorného, ​​povrchového nebo oběhového čerpadla.“ dívají se: