4.3. Основные характеристики насосов

Основными параметрами, характеризующими работу насосов, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия. Напор - это приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него, которое может быть определено разностью напоров на выходе из насоса Н₂ и на входе в насос Н₁:

. (4.10)

В свою очередь напор на входе 1 и выходе 2 из насоса (рис. 4.2) согласно уравнению Бернулли есть сумма трех удельных энергий: Z - геометрического напора потенциальной энергии положения (высоты); р/ - пьезометрического напора потенциальной энергии за счет развиваемого давления и v²/2g - скоростного напора кинетической энергии жидкости. В соответствии с этим напор, создаваемый насосом, можно определить по выражению:

, (4.11)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

Z₁,Z₂ - отметки центров тяжести, т.е. расстояния от точек присоединения вакуумметра и манометра до плоскости сравнения или уровня воды в расходном резервуаре, м;

р₁,р₂ - абсолютное давление во всасывающем и нагнетательном патрубках насоса;

v₁,v₂ - скорости потока жидкости на входе и выходе из насоса, м/с, которые можно определить по расходу (Q, м³/с) и диаметру (d, м) патрубков, исходя из уравнения неразрывности:

. (4.12)

При подборе насоса требуемый напор вычисляется по формуле:

Н = Н_ст + h_н + h_в. (4.13)

где Н - напор, создаваемый насосом, м;

Н_ст - статический напор в системе водоснабжения;

h_н и h_в- потери напора соответственно в коммуникациях насосной станции и водоводах.

Подача насоса - расход, объем жидкости, подаваемый насосом в единицу времени и измеряемый в л/с, м³/с или м³/час. Таким образом, подача характеризует производительность насоса.

Полезная мощность насоса - это работа, совершаемая в единицу времени и пропорциональная плотности жидкости (, кг/м³), производительности (Q, м³/с) и развиваемому напору (Н, м):

N_пол=QH. (4.14)

При этом величина N_пол имеет размерность кгм/с. Вследствие неизбежных потерь энергии в самом насосе потребляемая мощность на валу насоса N должна быть больше полезной на величину этих потерь, которые определяют коэффициент полезного действия (КПД) насоса

. (4.15)

Откуда мощность, потребляемая насосом равна:

. (4.16)

Путем деления на число 102 размерность мощности N_пол в кгм/с переводится в кВт. Мощность привода насоса определяется по формуле:

, (4.17)

где k_з- коэффициент запаса, учитывающий перегрузки двигателя и снижение его КПД в процессе эксплуатации;

_пер - КПД передачи от двигателя к ротору насоса.

Г рафики, определяющие зависимость между основными параметрами насосов, называются его характеристиками (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Рабочие характеристики насоса: H=f(Q) – напор;

N=f(Q) – мощность; =f(Q) – коэффициент полезного действия

Характеристики насосов строятся по результатам их испытаний при различной производительности, т.е. при различных степенях открытия задвижки на напорном трубопроводе работающего насоса. Таким образом, по результатам испытаний определяются зависимости напора H=f(Q), мощности N=f(Q) и КПД =f(Q).

Математической моделью этих характеристик являются параболы вида:

H=a₁ ‑ b₁Q², (4.18)

N=a₂ + b₂Q², (4.19)

=a₃ + b₃Q + b₄Q², (4.20)

где а₁, а₂, а₃, b₁, b₂, b₃ и b₄ - коэффициенты характеристики для данного насоса.

Р абочие характеристики в виде графиков прикладываются к паспорту выпускаемых заводами насосов. Кроме того, эти данные сводятся в специальные каталоги, в соответствии с которыми и производится подбор насосов (рис. 4.4).

м³/час

Рис. 4.4. Сводный график характеристик Q=f(H) насосов типа К