Характеристики насосів - подача, натиск та робоча точка

Визначення поняття натиску
Підвищення тиску насосом називається натиском. Під напором насоса (H) розуміється питома механічна робота, що передається насосом рідини, що перекачується.

H = E/G [m]

E = механічна енергія [Н•м]
G = вага рідини, що перекачується [Н]

При цьому напір, створюваний насосом, і витрата рідини, що перекачується (подача) залежать один від одного. Ця залежність відображається графічно як характеристики насоса. Вертикальна вісь (вісь ординат) відображає напір насоса (H), виражений у метрах [м]. Можливі інші масштаби шкали напору. При цьому дійсні наступні співвідношення:

10 м ст.ст. = 1 бар = 100 000 Па = 100 кПа

На горизонтальній осі (вісь абсцис) нанесена шкала подачі насоса (Q), вираженої в кубометрах за годину [м3/год]. Можливі інші масштаби шкали подачі, наприклад [л/с]. Форма характеристики показує такі види залежності: енергія електроприводу (з урахуванням загального ККД) перетворюється на насосі в такі форми гідравлічної енергії, як тиск і швидкість. Якщо насос працює при закритому клапані, він створює максимальний тиск. У цьому випадку говорять про напір насоса H₀ при нульовій подачі.

Коли клапан починає повільно відкриватися, середовище, що перекачується, починає рухатися. За рахунок цього частина енергії приводу перетворюється на кінетичну енергію рідини. Підтримка початкового тиску стає неможливою. Характеристика насоса набуває форми падаючої кривої. Теоретично характеристика насоса перетинається із віссю подачі. Тоді вода має тільки кінетичну енергію, тобто тиск вже не створюється.Однак, оскільки в системі трубопроводів завжди має місце внутрішній опір, насправді характеристики насосів обриваються до того, як буде досягнуто вісь подачі.

- Характеристики насосів
- Різна крутість при ідентичному корпусі та робочому колесі насосів (наприклад, залежно від частоти обертання двигуна)

Форма характеристик насосу
На малюнку показано різну крутість характеристик насоса, яка може залежати, зокрема, від частоти обертання двигуна.

Різна зміна подачі та тиску

При цьому крутість характеристики та зміщення робочої точки впливає також на зміну подачі та напору:
• полога крива
- Більша зміна подачі
при незначній зміні напору
• крута крива
- велика зміна подачі
при значній зміні напору

Характеристика насосної системи

Тертя, що має місце в трубопровідній мережі, веде до втрати тиску рідини, що перекачується, по всій довжині. Крім цього, втрата тиску залежить від температури і в'язкості рідини, що перекачується, швидкості потоку, властивостей арматури і агрегатів, а також опору, обумовленого діаметром, довжиною і шорсткістю стінок труб.
Втрата тиску відображається на графіку як характеристики системи. Для цього використовується той самий графік, що й для характеристики насоса.

Форма характеристики показує наступні залежності:

Причиною гідравлічного опору, що має місце у трубопровідній мережі, є тертя води об стінки труб, тертя частинок води один про одного, а також зміна напрямку потоку у фасонних деталях арматури.
При зміні подачі, наприклад, при відкриванні та закриванні термостатичних вентилів, змінюється швидкість потоку і, тим самим, опір.
Так як переріз труб можна розглядати як площу живого перерізу потоку, опір змінюється квадратично. Тому графік матиме форму параболи. Цей зв'язок можна подати у вигляді наступного рівняння:

H1/H2 = (Q1/Q2) 2

Висновки
Якщо подача у трубопровідній мережі зменшується вдвічі, то натиск падає на три чверті. Якщо, навпаки, подача збільшується вдвічі, то натиск підвищується вчетверо. Як приклад можна взяти витікання води з окремого водопровідного крана.
При початковому тиску 2 бари, що відповідає напору насоса прим. 20 м, вода витікає із крана DN 1/2 з витратою 2 м3/год.
Щоб збільшити подачу вдвічі, необхідно підвищити початковий тиск на вході з 2 до 8 бар.

Робоча точка, що змінюється

Робоча точка

Точка, в якій перетинаються характеристики насоса та системи, є робочою точкою системи та насоса. Це означає, що в цій точці є рівновага між корисною потужністю насоса і потужністю, що споживається трубопровідною мережею. Напір насоса завжди дорівнює опору системи. Від цього залежить подача, яка може бути забезпечена насосом.

При цьому слід мати на увазі, що подача не повинна бути нижчою за певне мінімальне значення. В іншому випадку це може спричинити занадто сильне підвищення температури насосної камери і, як наслідок, пошкодження насоса. Щоб уникнути цього, слід неухильно дотримуватися інструкцій виробника.

Робоча точка за межами характеристики насоса може спричинити пошкодження двигуна. У міру зміни подачі в процесі роботи насоса постійно зміщується робоча точка.Знайти оптимальну розрахункову робочу точку відповідно до максимальних експлуатаційних вимог входить до завдань проектувальника.

Такими вимогами є:
для циркуляційних насосів систем опалення - споживання тепла будинком,
для установок підвищення напору - пікова витрата для всіх місць водорозбору.
Всі інші робочі точки знаходяться ліворуч від цієї розрахункової робочої точки.

На двох малюнках показано вплив зміни гідродинамічного опору на усунення робочої точки. Зміщення робочої точки в напрямку ліворуч від розрахункового положення неминуче викликає збільшення напору насоса. Внаслідок цього виникає шум у клапанах. Регулювання напору та подачі відповідно до потреби може здійснюватися застосуванням насосів із частотним перетворювачем. При цьому суттєво скорочуються експлуатаційні витрати.

Як правильно вибрати насос

Досить часто нам ставлять просте на перший погляд питання: як правильно вибрати насос. На жаль, на подібні запитання немає однієї чи двох простих відповідей. Під кожну ситуацію необхідно шукати свої варіанти підбору насоса. Тут дуже важливо чітко сформулювати завдання, які саме функції повинен виконувати насос.
Для того, щоб відповісти, як правильно підібрати насос, потрібно описати кілька принципово важливих моментів, які визначають правильність вибору насоса:

- що ви перекачуватимете (необхідно знати назву або формулу, властивості рідини, температуру, склад і т.д.),
- за який час який обсяг вам треба перекачати (скільки часу ви хочете витратити на виконання завдання з перекачування),
- на яку відстань перекачуватимете, і який тиск потрібно на виході з напірної магістралі (перекачувати можна як з однієї ємності в іншу на 1 метр, так і на кілька кілометрів по трубопроводу).

Крім цього, важливо правильно підібрати насос під свою рідину за його типом. Не можна використовувати фекальний насос для дренажної ями (і навпаки, дренажний для відкачування фекалій або гною), а ручний садовий насос для колодязя - для перекачування кислоти або луги.
Правильно підібрані насоси не тільки довго працюють на радість своїм власникам, але й дешевші в обслуговуванні, дарують впевненість, а не клопіт.
Компанія «НАСОСИ АМПІКА», ґрунтуючись на своєму багаторічному досвіді підбору насосів, думці та відгуках наших клієнтів, хоче показати, які помилки можуть бути допущені при неправильному підборі насосного обладнання (це також і шланги, фітинги, лічильники рідин, електрощити та автоматика, фільтри, запчастини).
Усього типових помилок можна нарахувати безліч, але в цій вступній статті ми розглянемо 13 найбільш часто зустрічаються.

13 помилок покупців при виборі насоса

1. Впевненість у тому, що найдорожчі насоси (наприклад усім відомий Grundfos) працюватимуть краще за дешевші.

Насправді, ціна далеко не завжди є гарантом якості, хоча варто зазначити, що саме насоси Grundfos дійсно мають високу якість виготовлення. Але їхня ціна, на наш погляд, виглядає завищеною.

Щоб розвіяти міф про «високу ціну – найкращі насоси», пропоную ознайомитися з тим, з чого ця ціна складається:
- Витрати на рекламу,
- витрати на просування товару по чітко збудованому ланцюжку збуту: мережа дистриб'ютор - дилер - субдилер - роздрібний продавець - кінцевий покупець,
- стимулювання проектних організацій та постачальників,
- Витрати обслуговування,
- Витрати на НДДКР.

Мабуть, із цього списку найбільша вага має великий маркетинг.
Дилери першої ланки дають дилерам знижки до 45-50% плюс при цьому мають самі знижки від компанії-виробника (не менше 10-20%).
Тобто на товар, який продається в роздріб, одразу закладено націнку лише для розповсюджувачів не менше 50-65% (а буває й більше).
Плюс витрати на рекламу у друкованих виданнях та інтернеті, участь у виставках, проведення семінарів тощо. Кому цікаво, ціна одного кліку на початку 2017 року на слово "насос" в Яндексі складає 1010 рублів за показ на першому місці.
Після всіх подібних накруток ціна продукту може перевищувати собівартість більш ніж в 3 рази.

Але, безумовно, є і плюси купівлі розкручених брендів: це і строгий контроль якості, і техпідтримка, і сервіс, грамотні інженери.

2. Бути впевненим, що насос європейського виробництва завжди кращий, ніж китайський.

Реально більше 70% всіх насосів світові фірми роблять у Китаї і продають їх потім, наприклад, з Європи під своїми торговими марками. Можна знайти чимало насосів аналогічних «європейським» за конструкцією, зовнішнім виглядом і навіть запахом, які возять до Росії безпосередньо (наприклад, Ампіка так і робить) і продають по-чесному як китайські, але за ціною в 2 рази дешевше. "Китайські" не говорить про те, що це погані насоси.
Нині майже всі китайські виробники насосів мають сучасні обробні центри з ЧПУ, що дозволяє виробляти стабільно якісні комплектуючі, тому що це не так. виключається людський чинник.

Але потрібно купувати насос тільки у фірм, які працюють багато років і нагромадили достатній досвід.Тільки в цьому випадку там не торгуватимуть тим, що швидко розвалюється і нормально не працює – інакше ці фірми не змогли б залишатися на ринку тривалий час. Такі фірми стежать за якістю того, що ввозять, та здійснюють як гарантійний, так і післягарантійний ремонт, тримають у наявності всі запчастини та витратні матеріали до насосів.

Тут є одне золоте правило: не потрібно купувати найдешевше, а краще вибрати щось посередині цінового сегмента.

3.При покупці не запитувати про наявність сервісу та запчастин.

Рекомендуємо ОБОВ'ЯЗКОВО дізнаватися у продавця наявність ремонту (бажано, щоб він був свій) та запасних частин до насосів.
Це говорить не тільки про серйозність фірми, але й про те, що ці насоси не знімуть з обслуговування через рік, і ви зможете завжди оперативно відремонтувати своє обладнання, якщо це буде потрібно.

Зараз існує велика кількість контор, які привозять найдешевші насоси та намагаються їх продавати за мінімальними цінами.
Тут є каверза, т.к. для зниження собівартості:
- на заводі замість мідної обмотки в електродвигун ставлять алюмінієву,
- зменшують кількість просочень статора електродвигуна лаком, що веде до швидкого згоряння статора при роботі навіть з невеликим навантаженням,
- використовують виливки найнижчого класу лиття (з раковинами та тріщинами),
- ставлять найдешевші підшипники, які швидко розвалюються,
- Продавці не завозять запчастини і не мають служби сервісного обслуговування.
До нас щодня привозять насоси в ремонт від таких «диво-економ-продавців», які не мають нічого ні для ремонту, ні для заміни витратних матеріалів.
І це далеко не весь перелік прихованих недоліків насосів, які неспеціалісту важко визначити з погляду.Наприклад, така малозначна деталь, як красива червона кнопка включення з найдешевшої м'якої пластмаси, цілком здатна після кількох успішних спрацьовувань доставити чимало «радісних» хвилин користувачеві, якому треба качати, а насос не включається.

Наприклад, можна купити пластинчасто-роторний насос для палива, який має в конструкції робочого органу витратний матеріал - пластикові лопатки. Вашого інтер'єру. Якщо станеться гарантійний випадок, то ремонтувати насос буде просто нічим. лаятися і займатися тільки цим щодня протягом тижня-двох, то вам звичайно можуть поміняти насос на новий (та й якщо він недорогий і якщо він є в наявності). Але, за досвідом, це буває вкрай рідко. ви його зіпсували самі.
Коли вам кажуть, що запчастини завжди є на складі, не полінуйтеся, зателефонуйте та дізнайтесь, чи продадуть вам ці запчастини, і чи є вони насправді.
Будете приємно здивовані, тому що більш ніж у 80% продавців запчастин немає і постачати їх вони не збираються, продав-забув.

Як правило, ті, хто торгує насосами за 30 копійок, працюють не більше 1-2 років і потім закриваються. Не знаємо не один десяток таких контор. і щось заробляти (адже ще є податки тощо).

4. Вибирати насос, не враховуючи гідравлічну схему.

Дуже часто при виборі насоса не враховують гідравлічний опір труб.
У нас був клієнт (один із багатьох), який періодично приходив купувати занурювальний дренажний насос, тому що у нього постійно згоряли попередні.
Як «найрозумніший» він щоразу купував насос із більшою потужністю електродвигуна.
Після 15 хвилин умовлянь, нам таки вдалося встановити, що на виході насоса продуктивністю 10 м3/год і натиском 8 метрів був встановлений шланг діаметром 19 мм і довжиною 25 метрів. Згідно з розрахунками, гідравлічний опір такої труби за такої витрати – 30 метрів. Відповідно, насос постійно працював із перевантаженням. Через що перегрів його електродвигун і відбувалося коротке замикання обмоток.
У результаті після проведеної бесіди з рекомендаціями поставити напірний шланг більшого діаметра, клієнт "дозрів". Ось уже кілька років насос у нього нормально працює.

5. Відмовлятися від автоматики захисту.

Дуже часто намагаються заощаджувати на пристроях захисту, а дарма. Це часто обертається купівлею нового насоса.

- занурювальний насос у колодязі для перекачування питної води та поливу.
Не секрет, що вода у більшості колодязів прибуває дуже повільно і середній насос на 1,5 м3/год може відкачати всю воду за 1-2 години. Відсутність поплавця, що відключає насос при зниженні рівня води, призведе до перегріву торцевого ущільнення та/або електродвигуна та виходу з ладу насоса.
Відразу чую популярне питання: «А в багатьох насосах є тепловий захист, який його відключить». Все правильно, є. Але це аварійний захист і він не може спрацьовувати сто разів без наслідків для насоса.
Кожен перегрів призводить до деструктивних змін в ізоляції статора, що призводить до короткого замикання в обмотці.

- занурювальний фекальний насос із подрібнювачем, який використовується без автомата захисту електродвигуна.
При попаданні твердого предмета під ніж подрібнювача насос заклинює і, якщо немає автомата захисту, відбувається перегрів та вигоряння обмоток електродвигуна.

6. Ігнорування законів фізики.

Наведемо два найбільш популярні приклади:
- люди купують поверхневі насоси для відкачування води із глибини понад 9 метрів. Це фізично неможливо (Рекомендуємо до прочитання статті - Чому насоси не можуть всмоктувати рідину з глибини більше 9 метрів?),
- намагаються всмоктувати гарячу воду з температурою понад +80С із колодязів поверхневим насосом. Це неможливо, тому що гаряча вода просто закипає у трубопроводі, що всмоктує, при створенні в ньому розрядження насосом.

7. Незнання хімії (ігнорування хімічних і фізичних параметрів рідин, що перекачуються).

- ставлять дешеві побутові насоси до роботи з хімічними рідинами. Причому, скільки ми не пишемо на сайті «не можна використовувати для…» - Ніхто не читає.
Результат – насос на смітник, реактив на підлозі.
Хімічні насоси тому і коштують дорого, що в конструкції застосовуються спеціальні (і, що важливо, правильно підібрані до цього агресивного середовища) матеріали проточної частини, прокладок та ущільнень для роботи з хімічно активними рідинами.

- не враховують, що концентровані розчини кислот і лугів мають велику щільність, що вимагає установки електродвигунів підвищеної потужності прямо пропорційної величині щільності.

8. Перекачування абразивних рідин без застосування спеціальних ущільнень.

Часто приносять насоси, які вийшли з ладу через попадання рідини в електродвигун.Це з руйнацією торцевого ущільнення.
У 95% випадків у звичайних насосах ставлять ущільнення з парою тертя «кераміка – графіт». Під час роботи з абразивом такі кільця можуть стертися протягом 1 робочої зміни.

Приклад на цю тему з нашої практики:
Одна турецька компанія купила спочатку насос, потім через кілька днів 2 запасні ущільнення до нього. Потім за тиждень ще 2 ущільнення валу.
Потім приїхав представник компанії та почав скандалити. Приблизно через годину спілкування на підвищених тонах з'ясувалося, що вони качають воду з пилом мармуровим звичайним насосом для води.
За 2 тижні вони 2 рази перемотали електродвигун та купили 4 ущільнення валу для звичайного водяного насоса.

Вирішення проблеми було простим: встановлення абразивостійкого ущільнення з парою тертя «карбід кремнію - карбід кремнію». Копійне питання в порівнянні з численними ремонтними роботами, проведеними користувачами.

9. Відмова від установки подвійного торцевого ущільнення коли ми пропонуємо це зробити.

Приклад 1: перекачування цукрового сиропу (або іншої подібної рідини, яка кристалізується).
При використанні насоса з одинарним ущільненням після зупинки насоса потрібно промити не тільки проточну частину, але і саме ущільнення валу.
Якщо цього не зробити, то після простою відбувається приклеювання кілець ущільнення один до одного і при наступному запуску розривається гумовий сильфон ущільнення.
А установка подвійного ущільнення дозволила б позбутися цієї проблеми, т.к. між ущільненнями заливається вода, яка не дає кристалізуватися рідини, що перекачується.

Приклад 2: перекачування рідин, пари яких можуть згубно впливати на організм людини (викликають проблеми зі здоров'ям, або просто «смердючі»).
Аміачну воду можна перекачувати насосом з одинарним торцевим ущільненням, але навіть невеликі витікання через ущільнення (а вони є завжди) призведуть до того, що в приміщенні з насосом ну просто неможливо буде знаходитись (згадайте запах нашатирного спирту, який дають понюхати людям у несвідомому стані, щоб «підбадьоритися» і прийти до тями).

10. Неврахування підвищення в'язкості рідини при зниженні температури.

Щороку, приблизно з кінця вересня, ми постійно чуємо від клієнтів: "у нас перестав всмоктувати/перекачувати насос", або "у нашого насоса впала продуктивність".
Клієнти купують влітку насоси для олій, все літо успішно користуються, нормально перекачують відпрацювання, наприклад.
З приходом холодів починає збільшуватися в'язкість олії. І якщо насос, а також діаметр всмоктувального і напірного трубопроводів, підібрані неправильно, то рідина, що загуснула, нормально вже не перекачується.
Тому, якщо вам потрібна робота при негативних температурах, обов'язково потрібно це обговорювати при замовленні (хоча грамотні фахівці самі повинні вас про це запитати). Часто проблему можна вирішити, змінивши діаметр шлангів. Але якщо напірний шланг занадто довгий, а тиску насоса недостатньо, єдиним шляхом відновлення нормальної роботи буде заміна насоса. Ну чи підігрів рідини.

11. Неправильний підбір насоса під час роботи за часом роботи насоса протягом дня.

Існує багато насосів, які не можуть працювати у постійному режимі цілодобово.Робота в таких режимах призведе до передчасного виходу з експлуатації агрегату.

Наприклад, будь-які насоси із щітковими електродвигунами (щітковий вузол швидко перегрівається). Або насоси з м'яким ротором (імпелерні) небажано експлуатувати у постійному режимі, оскільки швидко розвалиться крильчатка. Ці насоси доцільно використовувати для періодичної роботи (наприклад, для завантаження/вивантаження продуктів реактор і т.п.).

Ось приклад неправильного вибору гвинтового насоса: завод, який виробляє харчові продукти, придбав гвинтовий насос Бурун СХ 3,6/4-0,75/2Б для постійної роботи протягом доби для подачі рослинної олії.
Насос чудово працював та виконував свої функції, але постійно доводилося змінювати гумовий статор через його руйнування. Це відбувалося через те, що швидкість обертання валу електродвигуна у даного насоса становить 2900 об/хв, а статор (обойма гвинтового насоса) при роботі здійснює прецесуючий рух навколо своєї осі, і через постійний тривалий вплив знакозмінного навантаження відносно швидко виходить з ладу. Це не означає, що поганий насос. Просто не призначений для цілодобової роботи. Такі насоси можна використовувати для періодичної роботи, і вони є роками.
Заміна на насос зі зниженими оборотами до 350 об/хв вирішила питання з частими замінами статора (за останні 2 роки обойму ще жодного разу не змінювали).

12. Неправильний вибір конструкції (принципу дії) насоса.

Часто, намагаючись заощадити, купують відцентрові насоси для перекачування продуктів, у яких при інтенсивному впливі робочого колеса може руйнуватися структура.
Наприклад, перекачування вершків відцентровим насосом призводить до їх збиттю в масло, яке потім налипає на колесо, і в результаті насос остаточно перестає перекачувати продукт. Природно, що на виході це будуть вже не ті вершки, які увійшли в насос.
Або при перекачуванні живих дріжджів (або живих бактерій тощо), колесо, що обертається зі швидкістю 2900 об/хв, може їх вбити. І вони не зможуть нормально працювати згідно з техпроцесом, і не вийде тісто і т.д.
Такими ж простими відцентровими харчовими насосами намагаються перекачувати продукти, що піняться. У цьому випадку на виході з насоса виходить багато піни і нічого до ладу не гойдається.

Дуже важливо при виборі насосів звертати на це увагу і використовувати для рідин, які в процесі перекачування можуть змінити структуру, низькооборотні насоси об'ємної дії (імпелерні, кулачкові, гвинтові, мембранні тощо).

13. Вибирати самостійно насоси.

Як бачите, при виборі насосів потрібно звертати увагу на дуже багато нюансів. Поклавши руку на серце, дайте відповідь, на яку кількість наведених вище проблем і особливостей ви звернули б увагу при самостійному виборі насоса? Адже тут розписані не всі підводні камені, які можуть зустрічатися.
Виходячи з усього вищесказаного, можемо рекомендувати:
- завжди консультуватися з фахівцями Ампіки при виборі насоса, і якомога детальніше відповідати на запитання (без «та яка різниця», «безглузді питання», «навіщо ви це питаєте, я і так все знаю», «що ви морочите мені голову » і т.п.), які вам задають наші спеціалісти.
Це може призвести до суттєвого зниження ціни (буває і таке), а також до того, що ви залишитеся задоволені роботою правильно підібраного обладнання.
- якщо при замовленні насоса вам не ставлять хоча б половини тих питань, які тут були розглянуті, то краще зверніться в інше місце.

Сподіваємося, що наведена інформація була вам цікавою, і допоможе при виборі найкращого насоса.

Технічний директор
ТОВ «Насоси Ампіка»
Моїсеєв Юрій.