Výkonové charakteristiky čerpadel pro umělé nádrže a fontány | Hydrologie

Výkonové charakteristiky čerpadel pro nádrže a fontány. Definice.

!Charakteristiky čerpadla znamenají grafické závislosti tlaku, účinnosti a příkonu na napájení!

Tyto charakteristiky jsou u každého čerpadla jiné a navíc po určité době provozu čerpadla se charakteristiky mění v důsledku opotřebení vnitřních dílů. Přes rozdíly mezi jednotlivými charakteristikami jednotlivých čerpadel a změnami provozních podmínek budou charakteristiky čerpadel obdobné konstrukce vyjádřeny podobnými křivkami. Opotřebení má velký vliv především na účinnost čerpadla, která začíná znatelně klesat. Navíc takové čerpadlo již není schopno vyvinout dostatečnou hydrostatickou výšku.

Rýže. 1. Charakteristika odstředivého čerpadla.

Na Obr. 1 znázorňuje výkonnostní charakteristiky odstředivého čerpadla se spirálovou výtlačnou komorou. Křivka dopravní výšky a průtoku ukazuje vztah mezi maximální dopravní výškou a průtokem při konstantní rychlosti daného čerpadla.

!Odstředivá čerpadla se vyznačují poklesem průtoku s rostoucím požadovaným tlakem!

Křivka účinnosti určuje účinnost čerpadla pro různé provozní režimy. Aby byly provozní náklady minimální, musí čerpadlo pracovat s maximální účinností.

Výkon spotřebovaný čerpadlem za různých provozních podmínek se zjistí podle křivky spotřeby energie. Jak je z této křivky patrné, čerpadlo spotřebovává maximální výkon, když je jeho průtok o něco vyšší než hodnota průtoku odpovídající maximální účinnosti. U odstředivého čerpadla je důležité, aby množství spotřebované energie klesalo s průtokem klesajícím z bodu odpovídající maximální účinnosti. To umožňuje bez obav z přetížení pohonného zařízení regulovat výkon čerpadla škrcení (t.j. snížit výstupní průtok zúžením průřezu výstupního potrubí). Způsob škrcení výstupního průtoku je v praxi provozu odstředivých čerpadel zcela běžný, ale snižuje se tím účinnost.

Na Obr. 1 charakteristika se vztahuje na odstředivé čerpadlo pracující při konstantních otáčkách. Charakteristiky čerpadla jsou však často specifikovány pro různé otáčky (obr. 2).

Rýže. 2. Charakteristika odstředivého čerpadla o různých otáčkách s oběžným kolem konstantního průměru.

Když se rychlost otáčení oběžného kola sníží, tlak a průtok, který vyvíjí, se sníží.

Rýže. 3. Charakteristika odstředivého čerpadla s oběžnými koly různých průměrů instalovanými v jedné skříni. Všechna oběžná kola se otáčejí stejnou frekvencí.

Na Obr. Obrázek 3 ukazuje další verzi charakteristik odstředivého čerpadla. Zde je rychlost otáčení oběžného kola udržována konstantní a charakteristiky čerpadla jsou určeny různými geometrickými parametry oběžného kola.

Výkonové charakteristiky odstředivých čerpadel odrážejí vztah hlavních parametrů: tlak, průtok, účinnost, rychlost otáčení, průměr oběžného kola a spotřeba energie. Jak je vidět z Obr. 1 – 3, kterákoli z křivek může odrážet komplexní funkční vztah mezi těmito šesti parametry, z nichž jeden je považován za konstantní. Sada proměnných závisí na zamýšleném použití čerpadla.

Technické charakteristiky čerpadel pro umělé nádrže a fontány. Matematický popis.

Technické vlastnosti jsou dány především konstrukcí oběžného kola, jehož rozměry jsou omezeny rozměry tělesa čerpadla. Na Obr. Na obr. 2 a 3 je dobře patrný vliv rychlosti otáčení oběžného kola a jeho průměru na technické vlastnosti čerpadla. Změny technických charakteristik v určitém rozmezí lze vyjádřit matematicky. Pro stejné čerpadlo pracující za různých podmínek platí následující vztahy:

kde Q je krmivo; N – rychlost otáčení oběžného kola; D je průměr oběžného kola; W je šířka oběžného kola; P je spotřeba energie, h je tlak vytvořený čerpadlem. Indexy 1 a 2 odkazují na odpovídající provozní režimy.

Rovnice (F.1) byla získána pro čerpadlo, jehož průtok se měnil úměrně k rychlosti kapaliny, která byla naopak úměrná rychlosti otáčení oběžného kola. Vztah mezi geometrickými parametry oběžného kola a tlakem tvořil základ rovnice (F.2). Výkon je úměrný napájení Q a protilehlé síle nebo tlaku h. Rovnice (F.1) a (F.2) nám umožňují dospět k závěru, že průtok Q je úměrný rychlosti otáčení oběžného kola N a tlak h je úměrný druhé mocnině rychlosti otáčení N 2. Získáme tak rovnici (F.3).

Často je užitečné porovnat výkonnostní charakteristiky geometricky podobných čerpadel. To lze provést pomocí následující soustavy rovnic:

Analýzou vzorců F.1 – F.3 zjistíme, že výkon čerpadla je úměrný odstředivé rychlosti a obvodové ploše průřezu oběžného kola. Obvodová rychlost je přímo úměrná průměru oběžného kola. Plochy obvodového průřezu oběžných kol geometricky podobných čerpadel jsou úměrné poměru čtverců. průměry těchto kol. Z toho můžeme usoudit, že krmivo je proporcionální. průměr oběžného kola v krychli [rovnice (F.4)]. Podobně, protože tlak je úměrný druhé mocnině průměru kola, získáme rovnici (F.5). Spotřeba energie závisí na součinu průtoku a tlaku. Rovnice (F.6) tedy vyplývá z rovnic (F.4) a (F.5).

Pomocí rovnic (F.4) – (F.6) pro geometricky podobná čerpadla je možné vypočítat Q, h a P jako funkci průměrů oběžných kol. Často je nutné určit kumulativní vliv změny jak průměru, tak rychlosti na dopravní výšku a průtok geometricky podobných čerpadel. Výše uvedené vztahy lze spojit do následující soustavy rovnic:

K získání výrazu spojujícího N nebo D s Q a h, N nebo D s Q a P a také D nebo N s Q a P stačí vyřešit soustavu libovolných dvou rovnic (F.7) – (F .9). Rovnice (F.10) a (F.11) tedy byly získány řešením soustavy rovnic (F.7) a (F.8):

Příklady výpočtu technických charakteristik čerpadel pro nádrže a fontány.

Výpočet charakteristik čerpadel pro nádrže a fontány. Příklad 1.

Čerpadlo běží při rychlosti N₁=1600 ot./min., vytváří tlak h₁=50 m na přívodu Q₁=10 l/s, přičemž spotřeba energie je P₁= 5000 W. Jaké budou hodnoty tlaku h₂, krmivo Q₂ a spotřeba energie P₂, pokud se rychlost otáčení zvýší na N₂= 2500 otáček za minutu?

Dosazujeme známé hodnoty: (10 l/s)/ Q₂ = 1600/2500 XNUMX XNUMX

Nalezení nové hodnoty posuvu Q₂=15,63 l/s.

Dosazujeme známé hodnoty: 50 m/h₂ = (1600/2500) 2.

Dostáváme tlak h₂ = 122,07 m;

Dosazujeme známé hodnoty: 5600/ P₂ = (1600/2500) 3

Zjistíme, že požadovaná spotřeba energie je P₂ = 21,362 W.

Výpočet charakteristik čerpadel pro nádrže a fontány. Příklad 2.

Čerpadlo s průměrem oběžného kola D₁=6 cm posuvy Q₁=3 litry vody za sekundu, překonání tlaku h₁=20 m jaký by měl být průměr oběžného kola D₂ a spotřeba energie P₂ geometricky podobné čerpadlo, pokud je požadovaný průtok Q₂= 5 l/s?

Dosadíme známé hodnoty: (3 l/s)/(5 l/s) = (6/D₂)₃; D₂ 3 = 360.

Zjistíme, že průměr oběžného kola druhého čerpadla je D₂= 7,11 cm.

Pro výpočet příkonu druhého čerpadla je nutné určit novou hodnotu tlaku h₂:

Dosazujeme známé hodnoty: 20 m/h₂ = (6/7,11)2;

Zjistíme, že nový tlak je h₂ = 28,08 m.

Spotřeba energie se vypočítá podle vzorce: P = Q*h

kde Q se měří v newtonech za sekundu (N/s) ah se měří v metrech.

Převeďme jednotky měření l/s na N/s.

5 l/s = 5 kg/s = 49 N/s;

Výpočet charakteristik čerpadel pro nádrže a fontány. Příklad 3.

Podnik pro pěstování vodních organismů používá čerpadlo se spirálovou výtlačnou komorou, průměr oběžného kola D₁= 6 cm, posuv Q₁= 3 l/s, tlak h₁=20 m, rychlost otáčení kola N₁= 1000 ot./min. Podnik však potřebuje čerpadlo, které bude pumpovat Q₂=8 l/s, vyvíjející tlak h₂=35 m Pokud je zakoupeno čerpadlo, geometricky podobné stávajícímu, jaký by měl být průměr D₂ a rychlost otáčení N₂ nová kola čerpadla?

Náhradní známé hodnoty: D₂= 6*[(8 l/s)/(3 l/s)] 1/2 *(20 m/35 m) 1/4

Průměr oběžného kola nového čerpadla, geometricky podobné tomu stávajícímu, by tedy měl být 8,5 cm a rychlost otáčení by měla být 928 ot / min.

Na základě materiálů: Wheaton F. Technická podpora pro akvakulturu.