Не все то кавитация, что шумит

Кавитация в камере насоса явление, мягко говоря, не желательное. Последствия разрушительного действия тысяч микроскопических гидроударов на рабочие колеса насосов видны на Рис 1, 2. Процесс кавитации сопровождается характерным звуком, шипением с металлическим звоном.
Рис 1 Рис 2

Но если вы слышите звук и думаете, что это кавитация, то это не всегда так. Вернемся к физике процесса.

Кавитация и как её избежать

Кавитация — это процесс образования и схлопывания пузырьков пара в движущейся жидкости. Причиной возникновения пузырьков является локальное снижение давления на всасывающей стороне насоса и часть воды там закипает.

Из курса физики известно, что температура кипения воды зависит от давления. При нормальном атмосферном давлении вода закипает при 100°С, а на высокогорных плато, где атмосфера разрежена и давление ниже, уже при 70°.

В приемной камере насоса давление может падать до нескольких процентов от атмосферного и часть воды закипает даже при температуре 7-10°С, с образованием множества микроскопических пузырьков пара. А при прохождении жидкости через рабочее колесо, давление резко возрастает, процесс кипения прекращается, пузырьки схлопываются. Процесс резкого схлопывания сопровождается ударной волной (гидроударом), которая и разрушает рабочие части насоса и вызывает характерный шум.

Чтобы не допустить возникновения кавитации производители насосов в характеристиках указывают параметр NPSH: Net Positive Suction Head – чистый гидравлический напор (кавитационный запас). Измеряется в метрах водяного столба.

По сути, он значит, что давление перекачиваемой жидкости на всасывающей стороне насоса не должно опускаться ниже указанного уровня NPSH.

На Рис 3 изображен образец графика кривой насоса. Для выбранной рабочей точки Q=16,2м3\ч; H=45,5м кавитационный запас составляет 1,4 метра.

Чтобы оценить склонность системы к возникновению кавитации нужно сравнить реальное давление на всасывающей стороне (маркируется NPSHa) с данными от производителя (паспортным NPSH, в нашем примере =1,4 м, его еще маркируют NPSHr). Для стабильной работы насоса рекомендуется, чтобы уровень NPSHa был больше NPSHr минимум на 0,5м – в нашем примере NPSHa должен быть не меньше 1,4+0,5=1,9 метра.

Проще всего измерить уровень NPSHa с помощью манометра, установленного на всасывающей стороне перед насосом.

Но сделать это не всегда возможно, поэтому приводим несколько формул для расчета уровня NPSHa, для самых распространенных вариантов. Эскизы и формулы также полезны для понимания физики процесса.
Рис 4 Рис 5

Pb = атмосферное давление, в метрах;

Vp = Давление насыщенных паров жидкости при максимальной рабочей температуре жидкости, в метрах;

P = Давление на поверхности жидкости в закрытой емкости, в метрах;

Ls = Максимальная высота всасывания, в метрах;

Lh =Максимальная высота подпора, в метрах;

Hf = Потери на трение во всасывающем трубопроводе при требуемой производительности насоса, в метрах.

Воздухововлечение — что это и чем грозит

Но похожий звук могут давать и растворенный в воде воздух, который тоже образовывает пузырьки при падении давления. Вреда от этих пузырьков существенно меньше, так как они не могут так резко схлопнуться, чтобы образовать ударную волну.

Но если воздуха в воде будет слишком много, а так бывает если идет подсос через трещину в трубе или повреждение фланцевых уплотнений, то в рабочей камере насоса может образоваться «воздушный замок» и движение жидкости останавливается. Насос все же не компрессор и протолкнуть воздушную пробку не может, и в результате перестает качать. Давление на выходе падает, и хорошо, если насос отключит система защиты от сухого хода. Иначе насос выйдет из строя.

Но даже если воздуха в жидкости недостаточно чтобы образовать воздушную пробку и остановить поток, эта «гремучая смесь» вызывает вибрацию, которая вредит подшипниками и торцевым уплотнениям, а шум легко спутать с кавитацией.

Эта проблема чаще присуща самовсасывающим системам (см. Рис. 4, 6). Давление на всасывающей стороне у них ниже атмосферного и, если погруженный в емкость патрубок оказывается слишком близко к поверхности, он засасывает водно-воздушную смесь, которая и вызывает вышеописанные проблемы.

Чтобы рассчитать минимально необходимую глубину погружение патрубка существует множество формул главными переменными, в которых являются размер (производительность) насоса и скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе. Но по опыту эксплуатации и эмпирическим данным известно, что:

• для маломощных самовсасывающих насосов – минимальный уровень погружения патрубка – 1 метр;
• для больших насосов – уровень погружения патрубка не менее 3 метров.

Вихри и водовороты в области заборного патрубка

Бывают ситуации, когда выдержать требования по глубине погружения или скорости движения жидкости через водозаборный патрубок невозможно. В таких случаях есть опасность образования водных вихрей (водоворотов) в районе всасывающего патрубка. Структура формирования вихря показана на Рис 8.

Рис 8

Закручивающийся водный поток образует «хобот», который затягивает воздух во всасывающий патрубок. К чему это может привести описано в предыдущем пункте.

А если сам «хобот» вихря поднимется по трубе в камеру насоса, то перед тем как он будет «разрублен» рабочим колесом, вал, само колесо и подшипниковые узлы испытывают значительные динамические нагрузки, и вибрацию. Тем более, что сам по себе водяной вихрь нестабилен, и его конец «гуляет» по радиусу рабочего колеса.

Эффективно противостоять возникновению вихря внутри всасывающего патрубка помогает раструб (колокол) на конце трубопровода, диаметр которого в 1,3 раза больше диаметра основной всасывающей трубы, см. Рис. 9. Кромка колокола разрубает «хобот» водоворота и не дает ему подняться в трубу.

Если раструба недостаточно специалисты рекомендуют также вертикальные перегородки вокруг труб, похожие на ракетные стабилизаторы.

На Рис 10, 11 изображены крайне нежелательные варианты взаимного расположения труб, которые увеличивают опасность возникновение вихрей во всасывающем трубопроводе.
Рис 10 Рис 11

Если конструкция и размеры резервуара не позволяют максимально удалить всасывающие и напорные трубопроводы друг от друга, специалисты-гидротехники рекомендуют устанавливать между ними перегородку, которая будет разрушать вихревые потоки.

Надеемся материал статьи был для вас полезен, если есть дополнительные вопросы по подбору и эксплуатации насосного оборудования, звоните нам +38 (044) 587-78-30. Наш технический отдел всегда к вашим услугам.

Поделитесь статьей в соц сетях с Вашими коллегами, которым важно знать такие факты.

Циркуляционные насосы для систем отопления технические характеристики

Кавитация в отопительной системе и в системе водоснабжения

Кавитация – это такой процесс, во время которого в отопительной установке благодаря уменьшению давления образуются молекулы пара. Такой процесс имеет место в том случае, если в трубах снизится или повысится скорость потока жидкости.

Если отопительная система характеризуется слишком низкими или слишком высокими температурами, то такое явление может сказаться отрицательным образом. Пар, который образуется, собирается в пузырьки, и если они лопаются, то, тем самым, наносят повреждение материалу, из которого изготовлены трубы или другие компоненты системы отопления.

Если у вас не получается самостоятельным образом произвести такие операции, как как рассчитать насос для отопления, или вы сомневаетесь в их правильности, то лучше доверить это дело профессионалу в данной области. Специалист не только поможет с выбором помпы или произведением расчетов, но также займется непосредственно и установкой насоса.

Расчет давления

Если циркуляционный насос устанавливается во время монтажа основного обогревательного оборудования, существует необходимость в расчёте давления, относительно указанного аппарата. Осуществляется сие мероприятие при посредстве следующей формулы:

Здесь присутствуют такие величины и значения:

R
-показатель сопротивления, касательно прямого участка трубопровода.

L
— длина самого трубопровода.

Z
— сопротивление, спровоцированные различными препятствиями, присутствующими на пути циркулирующего вещества (фитинги, арматура).

p
— показатель плотности носителя тепла при конкретной температуре.

g
— показатель ускорения, относительно свободного падения.

При расчёте насоса, устанавливаемого в уже функционирующую систему обогрева, используются приблизительные данные:

Здесь присутствуют следующие параметры:

R
-сопротивление прямой трубы. Примерное значение данной величины равняется 100-150 Паскаль на метр. Его следует отобразить в показателях давления. Тогда оно примет такой вид: 0,010-0,015 метра на один метр трубопровода.

В данном случае надо отталкиваться от максимального значения. Подобные действия не окажут отрицательного влияния на энергопотребление.

L
— общая длина труб. Если речь идёт о двухтрубной системе обогрева, следует учитывать продолжительность и подающего контура, о обратного.

ZF
— коэффициент умножения, который значительно упрощает процесс выполнения расчётных операций. Его значение зависит от таких обстоятельств:

• если система оснащена обычными шаровыми вентилями, исключающими уменьшение просвета, а также фитингами с соответствующими габаритами, коэффициент умножения равняется 1,3;
• когда в системе присутствует дроссель либо термостатический регулятор, который разрывает схему, применяется дополнительное значение, равное 1,7;

Если общая площадь квадратного помещения равны 150м2, то длина каждой из стен составит 12,25 метра. Следовательно, суммарную протяжённость трубопровода вычислить достаточно просто: 12,25 надо умножить на 4, в результате получится 49 метров.

Стоит отметить, что дроссели монтируются непосредственно на обогревательные приборы. При этом, разрыв основного кольца должен быть полностью исключён.

Подставляя имеющиеся значения в соответствующую формулу, можно определить искомое давление:

Важно заметить, что приобретаемый циркуляционный насос должен обладать запасом по напору,Э величина которого составляет, как минимум, десять процентов. Циркуляционный насос является обязательным элементом системы водяного отопления дома с принудительной или комбинированной (совмещенной) циркуляцией

А для того, чтобы она работала эффективно необходимо правильно выбрать модель с наиболее подходящими характеристиками. Из материала этой статьи вы можете узнать, как самостоятельно осуществить подбор циркуляционного насоса для системы отопления

Циркуляционный насос является обязательным элементом системы водяного отопления дома с принудительной или комбинированной (совмещенной) циркуляцией. А для того, чтобы она работала эффективно необходимо правильно выбрать модель с наиболее подходящими характеристиками. Из материала этой статьи вы можете узнать, как самостоятельно осуществить подбор циркуляционного насоса для системы отопления.

Расчёт оборудования

Прежде, чем приступить к расчёту насоса циркуляционного для отопления, необходимо изучить функции, выполняемые устройством, поскольку именно они являются определяющими при проведении указанного мероприятия:

1. Водяной насос осуществляет перекачивание теплоносителя, объём которого зависит от площади отапливаемого помещения.
2. Аппарат преодолевает сопротивление труб и арматуры.

Опираясь на эту информацию, осуществляется расчёт насоса для отопления.

Исходя из потребности обогреваемого помещения в тепловой энергии, необходимо уточнить рабочую мощность, которой должен обладать приобретаемый аппарат. Для этого требуется применение следующей формулы:

Здесь использованы следующие величины и значения:

Q
— количество тепловой энергии, которое потребляется обогреваемым помещением.

DT
— показатель разницы температур теплоносителя, циркулирующего в прямом и обратном контурах. Данная величина является постоянной, однако её значение зависит от типа отопления:

• двадцать градусов — обычное обогревательное оборудование;
• десять градусов — низкотемпературное отопление;
• пять градусов — система “тёплый пол”;

1,16
— удельная теплоёмкость. Речь идёт об обычной воде. В случаях, когда в системе присутствует другой теплоноситель, следует подставлять значение, присущее именно ему.

Стоит заметить, что расчёт мощности водяного насоса может быть осуществлён при посредстве иной формулы:

c
— означает удельную теплоёмкость жидкости, которая циркулирует в трубопроводе.

Результат подобных вычислений отображается в кг/ч. Однако достаточно часто производительность рассматриваемого агрегата указывается в кубометрах. Дабы отобразить полученное значение в м3\ч, следует разделить его на плотность воды.

Пример расчёта

Если площадь дома равна 150 метров квадратных, то потребность такого помещения в тепле составит 15000 Ватт. Поскольку отопление здания осуществляется посредством стандартной системы обогрева, оснащённой обычными радиаторами, дельта температур будет равна 20 градусам.

Подставляя имеющиеся данные в соответствующую формулу, можно получить значение искомой величины:

При пересчёте на кубометры, получается:

Формула для подсчета

Пути потери тепла в доме

Тепловой насос способен полностью справиться с отоплением помещений.

Чтобы выбрать подходящий вам агрегат, следует рассчитать его необходимую мощность.

В первую очередь нужно понимать баланс тепла в здании. Для этих расчетов можно воспользоваться услугами специалистов, онлайн-калькулятором или самостоятельно с помощью несложной формулы:

R=(k x V x T)/860, в которой:

R — потребляемая мощность помещения (кВт/час); k — средний коэффициент потерь тепла зданием: например, равно 1 — отлично утепленное здание, а 4 — барак из досок; V — суммарный объем всего отапливаемого помещения, в куб.м.; T — максимальный перепад температуры между улицей и внутри помещения. 860 — значение, необходимое для перевода получившихся ккал в кВт.

В случае с геотермальным тепловым насосом типа «вода-вода» нужно еще рассчитать необходимую длину контура, который будет находиться в водоеме. Здесь расчет еще проще.

Известно, что 1 метр коллектора дает примерно 30 Вт. Другими словами 1 кВт мощности насоса требует 22 метра труб. Зная требуемую мощность насоса, мы без труда рассчитаем сколько нам нужно труб для изготовления контура.

Расчет на примере системы вода-вода

Рассчитаем для примера дом со следующими исходными данными:

• отапливаемая площадь 300 кв.м.;
• высота потолков 2,8 м;
• здание хорошо утеплено;
• минимальная температура зимой на улице -25 градусов;
• комфортная температура в помещении +22 градуса.

В первую очередь высчитываем отапливаемый объем помещения: 300 кв.м. х 2,8 м = 840 куб.м.

Затем вычисляем значение «Т»: 22 — (-25) = 45 градусов.

Подставляем эти данные в формулу: R=(1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 кВт/час

Мы получили требуемую мощность теплового насоса в 44 кВт/час. Без труда определяем, что для его функционирования нам потребуется коллектор общей длиной не менее 968 метров.

Т.о. для хорошо утепленного помещения площадью 300 кв.м. подойдет насос с мощностью не менее 44 кВт. Как и везде, лучше сделать запас по мощности хотя бы в 10%. Следовательно, приобретать лучше агрегат на 48-49 кВт.

Рано или поздно мы все придем к использованию альтернативной энергетики и можно сделать первый шаг уже сегодня. Используя тепловые насосы, вы уменьшите свои затраты на отопление, станете независимым от поставщиков газа или угля, сохраните экологию родной планеты.

С помощью этой статьи сможете рассчитать параметры геотермального оборудования, которые подойдут вашему помещению. Но не забывайте, что лучше всего справятся со своей задачей профессионалы. Да и у вас всегда будет с кого спросить, в случае неправильной работы системы.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет принципы расчета мощности теплового насоса для отопления дома:

Расчет мощности отопительного насоса

Как рассчитать мощность отопления насоса? Выбирая насос для отопительной системы, необходимо обратить внимание на ту рабочую точку, с которой начинается его работа. В этой же точке будет произведена его установка

Расход и напор воды будут показателями, характеризующими позицию насоса. Для измерения расхода воды используется такое значение, как кубические метры воды в час (скорость насоса в системе отопления), а напор измеряется в метрах. Такие показатели во многом зависят от того, какими характеристиками обладает насос.

Производя расчет насоса для отопления, лучше всего выбрать такой вариант, при котором мощность его начальной точки будет приравнена к той мощности, которую потребляет сама система отопления.

Данную закономерность можно отследить только на особом графике. Эта процедура поможет определить, если тот или иной насос по своим показателям мощности подходит для вашей отопительной системы.

Ниже приведена формула, которая поможет узнать мощность циркуляционного насоса для отопления:

P2(кВт) = (p * Q * H) / 367 * КПД

Р
– уровень плотности воды;

Q
– уровень расхода воды;

Н
– уровень напора воды.

Таким образом и делается расчет мощности насоса для отопления.

Источники тепловой энергии

Источниками энергии для тепловых насосов могут выступать солнечный свет, тепло воздуха, воды и грунта. В основе процесса лежит физический процесс, благодаря которому некоторые вещества (хладогенты) способны закипать при низких температурах. При таких условиях коэффициент производительности тепловых насосов может достигать 3 и даже 5 единиц. Это означает, что, затратив 100 Вт электроэнергии на работу насоса, можно получить 0,3-0,5 кВт.

Таким образом, геотермальный насос способен полностью отопить дом, однако при условии, что температура уличной среды не будет ниже температуры расчетного уровня. Как рассчитать тепловой насос?

Техника расчета мощности теплового насоса

С этой целью можно использовать специальный онлайн калькулятор расчета теплового насоса либо выполнить расчеты вручную. Прежде, чем определить необходимую для отопления дома мощность насоса вручную, необходимо определить тепловой баланс дома. Вне зависимости от того, для дома какой площади производится расчет (расчет теплового насоса на 300м2 или на 100м2), используется одна и та ж формула:

• R — это тепловые потери/мощность дома (ккал/час);
• V — объем дома (длина*ширина*высота), м3;
• Т — самый высокий перепад между температурами снаружи дома и внутри в холодное время года, С;
• k — это усредненный коэффициент теплопроводности здания: k=3(4) — дом из досок; k=2(3) — дом из однослойного кирпича; k=1(2) — кирпичный дом в два слоя; k=0,6(1) — тщательно утепленное здание.

Типовой расчет теплового насоса предполагает, что для того, чтобы перевести полученные значения из ккал/час в кВт/час, необходимо разделить ее на 860.

Пример расчета мощности насоса

Расчет теплового насоса для отопления дома на конкретном примере. Предположим, что необходимо обогреть здание площадью 100 м.кв.

Чтобы получить его объем (V), необходимо умножить его высоту на длину и ширину:

Чтобы узнать T, необходимо получить разницу температур. Для этого из минимальных внутренних температур вычитаем минимальные наружные:

Теплопотери здания примем равными k=1, тогда тепловые потери дома будут рассчитаны следующим образом:

Программа расчета теплового насоса предполагает, что расход домом тепловой энергии должен быть переведен в кВт. Переводим ккал/час в кВт:

12500 ккал/час / 860 = 14,53 кВт.

Таким образом, для отопления дома из двухслойного кирпича площадью 100 м.кв., необходим тепловой насос на 14,5 кВт. Если необходимо произвести расчет теплового насоса на 300м2, то в формулах производится соответствующая подстановка. В данном расчете учтены потребности в теплой воде, необходимой для отопления. Для определения подходящего теплового насоса потребуется таблица расчета теплового насоса, демонстрирующая технические характеристики и производительность той или иной модели.

Как можно сделать рекуператор воздуха своими руками
КПД хорошего теплового насоса — считаем коэффициент преобразования ТН