Выбор мощности электродвигателя насосной установки
Для того чтобы выбрать тип и мощность электронасосной установки, необходимо исходя из местных условий решить вопрос о схеме водоснабжения. Подачу воды осуществляют в основном через водонапорный котел или водонапорный бак с приводом центробежных насосов от асинхронных двигателей.
Непосредственная подача воды от насоса в распределительную сеть осуществляется в открытых оросительных системах с приводом от асинхронных двигателей.
Для принятой схемы водоснабжения выбирают насос (в большинстве случаев надежный и простой в эксплуатации насос центробежного типа).
Для выбора насоса и определения его мощности по водопотреблению определяют требуемые подачу и напор.
Подачу Q н (л/ч) насоса находят из следующего соотношения:
где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, k ч — коэффициент неравномерности часового расхода, k сут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 — 1,3), η — КПД установки, учитывающий потери воды), Q ср.сут — среднесуточный расход воды, л/сут.
Напор насоса выбирают таким, чтобы он мог подавать воду при необходимом давлении в заданную точку. Требуемый напор насоса Ннтр определяется высотой всасывания Нвс и высотой нагнетания Ннг, сумма которых определяет статический напор Нс, потерями в трубопроводах H п и разностью давлений на верхнем Рву и нижнем Рну уровнях.
Учитывая, что напор H = P/ ρg , где Р — давление, Па, ρ — плотность жидкости, кг/м3, g — 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости, к/м3, получаем:
Ннтр = Hc + H п + (1/ ρ ) х (Рву — Рну)
Зная требуемые расход и напор, по каталогу выбирают насос подходящих параметров с учетом возможной частоты вращения приводного двигателя. Далее определяют мощность электродвигателя насоса.
По универсальной характеристике выбранного насоса уточняют его подачу Qн напор Нн и определяют коэффициент полезного действия η н и мощность насоса Рн.
Мощность (кВт) двигателя привода насоса P дв = (k з х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп),
где — k з коэффициент запаса, зависящий от мощности электродвигателя насоса: Р, кВт — (1,05 — 1,7), т.к. в реальных условиях работы насосов могут происходить утечки воды из напорного трубопровода (вследствие неплотностей соединений, разрывов трубопровода и пр, поэтому электродвигатели для насосов выбирают с некоторым запасом мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять. Так для мощности электродвигателя насоса 2 кВт — k з = 1,5, 3 кВт — k з = 1,33, 5 кВт — k з =1,2, при мощности больше 10 кВт — k з = 1,05 — 1,1. ηп — КПД передачи (для прямой передачи 1, клиноременной 0,98, зубчатой 0,97, плоскоременной 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 — 0,9, центробежных 0,4 — 0,8, вихревых 0,25 — 0,5.
Для центробежных насосов особенно важен правильный выбор угловой скорости насоса, так как его производительность пропорциональна угловой скорости, напор и момент — квадрату угловой скорости, мощность — ее кубу: Q ≡ ω , H ≡ ω 2 , М ≡ ω 2 , P ≡ ω 3
Из этих соотношений следует, что при увеличении угловой скорости насоса мощность его возрастает, что может привести к перегреву электродвигателя. При занижении угловой скорости двигателя напор насоса может оказаться недостаточным для расчетной подачи.
Выбирая электронасосный агрегат по каталогу, необходимо учитывать его рабочие характеристики (рис. 1) и характеристику магистрали, на которую работает насос, то есть зависимость между подачей и суммарным значением напора, требуемого для подъема воды на заданную высоту, преодоления гидравлических сопротивлений и создания избыточного давления на выходе из нагнетательного трубопровода. Нужно стремиться к тому, чтобы рабочая точка А находилась в зоне максимальных значений КПД агрегата.
Рис. 1. Характеристики насоса при различных частотах вращения (1, 2, 3, 4), магистрали при различных степенях дросселирования (5, 6) и КПД (7) насоса при номинальной частоте вращения.
Тип электродвигателя выбирают, исходя из условии окружающей среды и особенностей монтажа. Например, для привода погружных насосов типа ЭЦВ применяют электродвигатели мощностью 0,7 — 65 кВт специального исполнения типа ПЭДВ, рассчитанные для работы в буровых скважинах диаметром от 100 до 250 мм с подачей на высоту до 350 м. Обмотка статора двигателя выполнена проводом с полихлорвиниловой влагостойкой изоляцией.
Электродвигатель вместе с насосом устанавливается в скважине погруженным в откачиваемую воду (рис. 3). Пример условного обозначения агрегата: ЭЦВ-6-10-80-М, где ЭЦВ-6 — электронасосный скважинный агрегат для воды с характеристикой «6» по диаметру скважины, а именно — для скважины с внутренним диаметром 149,5 мм, 10 — номинальная подача насоса, м3/ч, 80 — номинальный напор, м, М — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69.
Условное обозначение электродвигателя, применяемого в агрегате: ПЭДВ4-144 (ПЭДВ — погружной электродвигатель водозаполненный, 4 — номинальная мощность, кВт, 144 — максимальный размер в поперечном сечении, мм).
Рис. 2. Электронасосный центробежный скважинный агрегат для воды: 1 — насос, 2 — обойма, 3 — головка, 4 — обратный клапан, 5 — рабочее колесо, 6 — лопаточный отвод, 7 — муфта, 8 — двигатель, 9 — верхний подшипниковый щит, 10 — статор, 11 — ротор, 12 — нижний подшипниковый щит, 13 — днище, 14 — пробка, 15 — пробка-фильтр, 16 — шпилька, 17 — сетка, 18 — кожух
Рис. 3. Схема расположения агрегата в скважине: 1 — агрегат, 2 — водоподъемная колона, 3 — датчик «сухого хода», 4 — кабель, 5 — муфта, 6 — опорная плита или оголовок, 7 — колено, 8 — кран трехходовой, 9 — манометр, 10 — задвижка, 11 — станция управления и защиты, 12 — хомут, 13 — фильтр
В приводе непогружных центробежных и вихревых насосов используют асинхронные короткозамкнутые двигатели я и двигатели с фазным ротором с влагостойкой изоляцией мощностью 1,5 — 55 кВт.
Погружные электронасосы в зависимости от уровня залегания водоносного слоя эксплуатируют на глубинах 40 — 230 м.
Механическая характеристика центробежного насоса имеет вентиляторный вид. Момент сопротивления трения в подшипниках насоса Мс — 0,05 Мн.
Средний момент поршневого насоса при работе на магистраль, где поддерживается постоянный напор, не зависит от угловой скорости вращения. Пуск поршневого насоса осуществляется при открытой задвижке на напорном трубопроводе. Иначе может произойти авария.
Центробежный насос можно пускать как при открытой, так и при закрытой задвижке на напорном трубопроводе.
С учетом условий окружающей среды, особенностей монтажа, необходимой мощности и частоты вращения насоса по справочным таблицам выбирают электродвигатель соответствующего типа.
Мощность насоса
Мощность является одной из основных характеристик насоса. В настоящее время под термином «водяной насос» понимается специальное устройство, служащее для перемещения перекачиваемой среды (твердых, жидких и газообразных веществ).
В отличие от водоподъемных механизмов, которые тоже предназначены для перемещения воды, насосный агрегат увеличивает давление или кинетическую энергию перекачиваемой жидкости.
Содержание статьи
Напор и мощность насоса
Мощность — работа, которую совершает агрегат в единицу времени.
Полезная мощность насоса – мощность, сообщаемая устройством подаваемой жидкой среде. Но прежде чем перейти к понятию мощности необходимо рассмотреть ещё два параметра: подача и напор.
Подача насоса представляет собой количество жидкости, подаваемой в единицу времени и обозначается символом Q.
Напором насоса называется приращение механической энергии, получаемой каждым килограммом жидкости проходящей через насосный агрегат, т.е. разность удельных энергий жидкости при выходе из насоса и входе в него. Другими словами напор устройства показывает, на какую высоту в метрах насос поднимет столб воды.
И, наконец, третьим, интересующим нас параметром является мощность насоса N. Мощность обычно измеряется в киловаттах (кВт).
Полезная мощность насоса Nп – это полное приращение энергии, получаемое всем потоком в единицу времени. Чтобы рассчитать мощность насоса используется формула:
где y – удельный вес жидкости;
Q – подача насоса;
Н – напор насоса.
Потребляемая мощность насоса N – мощность потребляемая устройством – мощность подводимая на вал устройства от двигателя.
В зависимости от источника информации она ещё может называться:
Мощность на валу насоса Nв – это мощность которую затрачивает центробежный агрегат на то, чтобы покрыть потери энергии
Формула мощности на валу насоса:
Nв =Nп / η = yQH / η
где η — коэффициент полезного действия (КПД насоса)
КПД и потери мощности насоса
Вследствие потерь внутри машины только часть механической энергии, полученной им от двигателя, преобразуется в энергию потока жидкости. Степень использования энергии двигателя измеряется значением полного КПД насоса центробежного типа.
КПД насоса – коэффициент полезного действия – является одним из его основных качественных показателей и характеризует собой величину потерь энергии.
Формула кпд насоса выглядит так:
ηо — объемный КПД насоса – характеризует объемные потери
ηг — гидравлический КПД – характеризует гидравлические потери
ηм — механический КПД – характеризует механические потери
Расчет КПД насоса показывает возможные потери:
Потери в насосе = 1 – КПД
Анализируя причины возникновения потерь в насосе, можно найти пути к повышению его КПД.
Все виды потерь делятся на три категории: гидравлические, объемные и механические.
Гидравлические потери – часть энергии, получаемой потоком от колеса насоса, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока внутри насосного агрегата, ведут к снижению высоты напора.
Объемные потери – паразитные протечки (утечки) внутри насосной части — в уплотнениях лопастного колеса и в системе уравновешивания осевого давления ведут к уменьшению подачи.
Механические потери – часть энергии, получаемой насосом от двигателя, расходуется на преодоление механического трения внутри агрегата. В машине имеют место: трение колеса и других деталей ротора о жидкость, трение в сальниках и трение в подшипниках. Механические потери ведут к падению мощности всего устройства.
Таким образом, полный КПД центробежного насоса определяется гидродинамическим совершенствованием проточной части, качеством системы внутренних уплотнений и величиной потерь на механическое трение.
Расчет мощности или сколько потребляет насос
Мощность насоса фактически – это мощность сообщаемая ему электродвигателем. Циркуляционные аппараты, установленные в бытовых системах имеют довольно небольшую мощность и как следствие низкое энергопотребление. Фактически такие машины не поднимают воду на высоту, а только способствуют её перемещению далее по трубопроводу преодолевая местные сопротивления такие как изгибы, краны и отводы.
Кроме циркуляционных агрегатов в систему трубопровода могут быть смонтированы насосы для повышения давления.
При использовании в трубопроводе циркуляционного насоса значительно увеличивается эффективность системы отопления дома. К тому же появляется возможность сократить диаметр трубопровода и подсоединить котел с повышенными параметрами теплоносителя.
Для обеспечения бесперебойной и эффективной работы системы отопления необходимо выполнить небольшой расчет.
Требуется определить необходимую мощность котла – эта величина будет базовой при расчете системы отопления.
Согласно СНиП 2.04.07 “Тепловые сети” для каждого дома существую свои нормы потребления тепла (для холодного времени года, т.е. минус 25 – 30 градусов цельсия).
для домов в 1-2 этажа требуется 173 – 177 Вт/квадратный метр
для домов в 3-4 этажа требуется 97 – 101 Вт/квадратный метр
если 5 этажей и более нужно 81 – 87 Вт/квадратный метр.
Рассчитайте площадь отапливаемых помещений Вашего дома и умножьте на соответствующее этажности Вашего дома значение.
Оптимальный расход воды, рассчитывается по простой формуле:
Q=P,
где Q — расход теплоносителя через котел, л/мин;
Р — мощность котла, кВт.
Например, для котла мощностью 20 кВт расход воды составляет примерно 20 л/мин.
Для определения расхода теплоносителя на конкретном участке трассы, используем эту же формулу. Например, у Вас установлен радиатор мощностью 4 кВт, значит расход теплоносителя составит 4 литра в минуту.
Далее требуется определить мощность циркуляционного насоса. Чтобы определить мощность циркуляционного устройства воспользуемся правилом, на 10 метров длины трассы требуется 0,6 метра напора. Например при длине трассы 80 метров требуется агрегат с напором не менее 4,8 метра.
Следует отметить, что представленный в статье расчет носит справочный характер. Для того чтобы определить мощность центробежного насоса для Вашего дома воспользуйтесь советами наших специалистов или рекомендациями инженеров-теплотехников.
Для того, чтобы обеспечить постоянное функционирование системы отопления желательно установить два насоса. Один агрегат будет функционировать постоянной, второй (установленный на байпасе) – находится в резерве. При поломке или какой-то неисправности рабочего оборудования, Вы всегда сможете отключить его и демонтировать из контура, а в работу вступить резервный механизм. В случае когда монтаж байпасной ветки трубопровода затруднен, возможен другой вариант: один агрегат установлен в системе, а другой лежит в запасе на случай выхода из строя или поломки первого.
Видео по теме
Подбор необходимого насоса осуществляется по каталогу. Из выбранных насосов предпочтения отдаются тем, которые потребляют меньшую мощность и обладают более высоким КПД. Ведь показатели мощности и КПД в дальнейшем определяют затраты на электроэнергию при эксплуатации оборудования.
