Напор на помпата спрямо налягане: разлики, формули и изчисление

Когато избирате индустриална центробежна помпа, два от най-важните параметъра са дебит и напор. Въпреки това, купувачите и инженерите на помпи понякога бъркат напора на помпата с налягането, приемайки, че определено налягане на изхода пряко представлява необходимия напор на помпата.

Въпреки че тези два параметъра са тясно свързани, те описват различни физични величини. Разбирането на тяхната връзка е от съществено значение за избора на правилната помпа, тълкуването на кривите на производителността, изчисляването на системните изисквания и отстраняването на работни проблеми.

Това ръководство обяснява разликата между напора на помпата и налягането, как да изчислите общия динамичен напор (TDH) и как тези понятия влияят върху избора на индустриална помпа.

 

 

• Какво представлява главата на помпата?

Напорът на помпата е механичната енергия, добавена към течност от помпа, изразена като енергия на единица тегло и представена от еквивалентна височина на колона течност. Обикновено се измерва в метри (m) или футове (ft).

За центробежна помпа напорът показва колко енергия помпата прехвърля на течността при определен дебит и скорост на въртене.

Например, помпа с номинална височина 100 m е проектирана да добавя приблизително това количество хидравлична енергия на единица тегло течност в определената работна точка. Това не означава непременно, че помпата може да повдигне течност на 100 m вертикално при всяко условие на монтаж. Действителната доставка зависи от надморската височина на системата, изискванията за налягане и хидравличните загуби.

Главата на помпата обикновено се разделя на три компонента:

Статична глава:Разликата в надморската височина и, където е приложимо, разликата в налягането между източника и местоназначението.

Фрикционна глава:Енергия, загубена през тръби, колена, клапани, филтри и други ограничения на потока.

Глава на скоростта:Кинетичната енергия, свързана със скоростта на течността.

За практически избор на помпа, инженерите изчисляват общия напор, необходим на системата, и го сравняват с кривата на производителността на помпата.

 

• Какво е налягане на помпата?

Налягането на помпата се отнася до силата, упражнявана от течност на единица площ. Обикновено се измерва в:

бар

килопаскал (kPa)

мегапаскали (MPa)

паунда на квадратен инч (psi)

Манометрите обикновено се инсталират на смукателните и нагнетателните връзки на помпата, за да наблюдават работните условия.

Повишаването на налягането в помпата е разликата между нагнетателното налягане и смукателното налягане.

Покачване на налягането=Налягане на изпускане - Налягане на засмукване

Например, ако нагнетателното налягане е 8 bar, а смукателното налягане е 1 bar:

Покачване на налягането=8 - 1=7 bar

Това е увеличението на налягането, измерено в помпата. Не трябва автоматично да се третира като общ динамичен напор на системата, тъй като може също да се наложи да се вземат предвид разликите в скоростта и надморската височина.

 

• Напор на помпата спрямо налягане: основните разлики

Напорът на помпата и налягането са свързани, но не са взаимозаменяеми във всяка ситуация.

Параметър	Глава на помпата	Налягане на помпата
Смисъл	Енергия, добавена към единица тегло течност, изразена като височина на колона течност	Сила, упражнявана от течността на единица площ
Общи единици	м, фута	бар, kPa, MPa, psi
Основни фактори	Работна точка на помпата и поведение на течността	Развита глава и плътност на течността
Типично измерване	Получени от данни за производителността на помпата или изчислени от условията на системата	Измерва се с помощта на манометри или трансмитери
Основно приложение	Избор на помпа и оценка на кривата на работата	Мониторинг на системата и контрол на налягането

Ключовата разлика е, че една и съща помпа може да съответства на различни покачвания на налягането при изпомпване на течности с различна плътност.

 

• Как да конвертирате напора на помпата в налягане

За приблизително преобразуване повишаването на налягането, произведено от дадена глава, може да се изчисли с помощта на плътността на течността.

Формула 1: Изчислете налягането от главата

Покачване на налягането (бар)=Напор (m) x Специфично тегло / 10,2

Тук специфичното тегло (SG) е съотношението на плътността на течността към плътността на водата при референтните условия, използвани за изчислението.

За водата SG е приблизително 1,0.

Пример: Какво налягане произвежда 100 m глава?

Ако приемем, че помпата развива 100 m напор, приблизителното покачване на налягането варира в зависимост от плътността на изпомпваната течност.

Плътност на течността	Специфично тегло (SG)	Глава	Приблизително повишаване на налягането
1000 kg/m³	1.00	100 m	9.81 bar
1100 kg/m³	1.10	100 m	10.79 bar
700 kg/m³	0.70	100 m	6.87 bar

Тези цифри показват защо напорът на помпата и налягането не трябва да се третират като идентични стойности. По-плътната течност предизвиква по-голямо повишаване на налягането при същия напор, като се приемат сравними работни условия на помпата.

Стойностите по-горе са приблизителни и са предназначени за предварителни изчисления. Действителните резултати зависят от свойствата на течността и работните условия.

Формула 2: Преобразувайте налягането в напор

Когато разликата в налягането е известна, съответният напор на налягането може да се оцени с помощта на следната формула.

Напор (m)=Разлика в налягането (bar) x 10,2 / Специфично тегло

За имперски единици:

Напор (ft)=Разлика в налягането (psi) x 2,31 / Специфично тегло

Тези формули оценяват компонента на налягането. Те не включват автоматично разликите в напора на скоростта и надморската височина в пълно изчисление на системата.

Пример: Преобразувайте повишаване на налягането от 7 бара в напор

Да приемем, че една помпа работи с течност със специфично тегло 1,05 и развива измерено повишаване на налягането от 7 бара.

Напор=7 x 10,2 / 1,05

Напор=приблизително 68,0 m

Следователно повишаването на налягането съответства на приблизително 68 m височина на налягането.

Това е опростено изчисление. Ако височини на засмукване и изпускане или скорости на флуида се различават значително, общият динамичен напор може да е различен.

 

• Какво представлява общата динамична глава (TDH)?

Общият динамичен напор (TDH) представлява общата енергия на единица тегло, която помпата трябва да достави, за да премести течността през системата при определени работни условия.

Той включва разликите в налягането, скоростта и надморската височина между дефинираните секции за измерване на засмукване и изпускане.

Общото уравнение е:

TDH=Разлика в налягането + Разлика в скоростта + Разлика в надморската височина

Под формата на уравнение:

TDH=(Pd - Ps) / (rho xg) + (Vd² - Vs²) / (2 xg) + (Zd - Zs)

където:

Pd= изходно налягане

Пс= налягане на засмукване

ро= плътност на течността

g= гравитационно ускорение

Vd= средна скорост на флуида в изпускателната секция

срещу= средна скорост на течността в смукателната секция

зд= надморска височина на секцията за измерване на разряда

Зс= надморска височина на секцията за измерване на засмукването

За това уравнение налягането трябва да се изрази с помощта на последователни единици, плътност в kg/m³, скорост в m/s и надморска височина в метри. Полученият напор се изразява в метри.

Когато скоростите на засмукване и изпускане са сходни и разликите във височината са незначителни, разликата в налягането може да осигури полезно приближение на компонента на налягането. В други системи допълнителните условия не трябва да се пренебрегват.

Когато избират помпа, инженерите трябва да оценят пълните системни изисквания, вместо да разчитат само на изходното налягане.

 

• Защо кривите на центробежната помпа използват напора вместо налягането

Кривите на производителност на центробежните помпи обикновено представят напор спрямо дебита. Това улеснява оценката на хидравличната производителност на помпата в различни работни точки.

Основните причини включват:

1. По-полезно за сравняване на хидравличната производителност

Главата изразява добавената енергия за единица тегло течност. Това позволява кривите на помпата да опишат хидравличната производителност на помпата, без директно да обвързват докладвания напор с плътността на една конкретна течност.

2. По-добра поддръжка за системен анализ

Съпротивлението на системата обикновено се изразява като глава. Инженерите могат да сравнят кривата на помпата с кривата на системата, за да идентифицират работната точка, където се пресичат характеристиките на помпата и системата.

3. По-надежден предварителен подбор

Използването на напор помага на инженерите да оценят енергийните изисквания за дадена система, преди да я преобразуват в налягане за определена течност.

Въпреки това, само главата не е достатъчна, за да изберете помпа. Дебитът, свойствата на течността, ефективността, мощността на двигателя, изискванията за NPSH, материалите и очакваният работен диапазон също трябва да бъдат взети предвид.

 

• Често срещани грешки при избора на помпа

Няколко грешки могат да доведат до неправилен избор на помпа или неочаквана работа на място.

Изборът на помпа се основава само на изходното налягане

Изпускателното налягане се влияе от смукателното налягане, плътността на течността, надморската височина и условията на системата. Инженерите трябва да определят необходимия дебит и общия динамичен напор, преди да изберат модел.

Пренебрегване на плътността на течността

Помпа, работеща с течност с по-голямо специфично тегло, може да генерира по-голямо повишаване на налягането при същия напор. Това също може да увеличи необходимата мощност на вала.

Объркваща статична глава с тотална динамична глава

Разликата в статичната надморска височина е само един компонент от системното изискване. Триенето на тръбите, фитингите, клапаните, разликите в налягането и промените в скоростта също могат да повлияят на общото изискване за напор.

Игнориране на действителната работна точка

Номиналният или максималният напор на помпата не представлява непременно напора, който тя ще произведе при необходимия дебит. Избраната помпа трябва да бъде проверена спрямо нейната крива на работа и кривата на системата.

Използване на приблизителни преобразувания като окончателни проектни стойности

Преобразуването на напор към налягане е полезно за предварителна оценка, но окончателният избор на помпа трябва да използва последователни изчисления на системата и данни за производителността на производителя.

 

• Как да изберете правилната промишлена центробежна помпа

Надеждният процес на избор на помпа започва с точни работни изисквания.

Преди да се свържете с производител, подгответе следната информация:

Необходим дебит

Необходим общ динамичен напор

Тип течност, температура, плътност и вискозитет

Условия на засмукване и налична информация за NPSH

Размер на тръбата, дължина на тръбата, разлики във височината и изисквания за системно налягане

Работни часове, метод на управление и очакван работен диапазон

Необходими материали, устройство за запечатване и приложими индустриални стандарти

За приложения с висок напор може да е подходяща хоризонтална многостъпална центробежна помпа, тъй като множество работни колела генерират необходимия напор на етапи. Самобалансиращите се многостепенни конструкции могат да бъдат разгледани, когато намалената аксиална тяга е важна проектна цел.

За големи скорости на потока и относително ниски до умерени напори, двойно засмукваща помпа с разделен корпус може да бъде подходяща опция, в зависимост от изискванията на системата.

 

• Заключение

Напорът и налягането на помпата описват свързани, но различни аспекти на работата на помпата. Главата представлява добавената енергия на единица тегло течност, докато налягането представлява сила на единица площ. Плътността на течността определя как даден напор се превръща в налягане.