Зависимость между давлением на входе/выходе насоса и напором

Основная формула (самая важная)

Напор (H) = (Давление на выходе насоса - Давление на входе насоса) / (Плотность жидкости × Ускорение свободного падения)

Обозначается символами:

H = (P2 - P2) / (ρ × g)

Где:

H: Напор, создаваемый насосом, измеряемый в метрах (м).

P₂: Абсолютное давление на выходном фланце насоса, обычно в паскалях (Па).

P₁: Абсолютное давление на входном фланце насоса, обычно в паскалях (Па).

ρ: Плотность перекачиваемой жидкости в килограммах на кубический метр (кг/м³). Для воды при комнатной температуре ρ ≈ 1000 кг/м³.

g: Гравитационное ускорение, приблизительно 9,81 м/с².

Объяснение ключевых понятий

Что такое голова?

Высота не имеет значения: напор — это не просто физическая высота подъема. Это понятие энергии, представляющее собой полную механическую энергию, передаваемую насосом единице веса жидкости. Его единица измерения — метры (м), которые можно понимать как теоретическую высоту, на которую насос может поднять жидкость.

Независимо от среды: напор — это параметр производительности самого насоса. Один и тот же насос при одинаковой скорости будет создавать одинаковое значение напора (H) независимо от того, перекачивает ли он воду, масло или другую жидкость. Однако потребляемая мощность и результирующее давление будут различаться.

Что такое давление?

Давление — это сила, действующая на единицу площади. Манометрическое давление на выходе, создаваемое насосом, наглядно отражает величину его тяги.

Тесная связь со средой: согласно формуле P = ρ × g × H, давление (P), создаваемое насосом, напрямую зависит от плотности жидкости (ρ). Перекачивание более плотной жидкости (например, масла) создаст большее давление при том же напоре.

Ключевое отличие и связь

Напор — это причина, давление — это следствие. Характеристики насоса определяют напор, который он может обеспечить. Этот напор, воздействуя на жидкость определенной плотности, в конечном итоге проявляется как разница давлений между входом и выходом.

Представьте себе напор как номинальную производительность насоса, а давление как эффект, возникающий при воздействии данной производительности на определенный объект (определенную жидкость).

Пример применения (с использованием воды, упрощенно: ρ ≈ 1000 кг/м³, g ≈ 10 м/с²)

Предположим, что напор насоса составляет 100 метров.

Рассчитайте создаваемую им разницу давлений:

ΔP = ρ × g × H = 1000 кг/м³ × 10 м/с² × 100 м = 1 000 000 Па = 1 МПа ≈ 10 бар

Это означает, что если входное давление атмосферное (0 бар избыточного давления), то выходное избыточное давление будет около 10 бар.

Руководитель отдела оценки стоимости работ на объекте:

Если при измерении на месте вы обнаружите, что манометр на выходе насоса показывает 0,8 МПа (8 бар), а манометр на входе — 0,1 МПа (1 бар).

Тогда разница давлений ΔP = 0,8 - 0,1 = 0,7 МПа = 700 000 Па.

Рассчитайте напор: H = ΔP / (ρ × g) = 700 000 / (1000 × 10) = 70 метров.

Эти 70 метров — это фактический напор, который насос обеспечивает в текущих условиях эксплуатации.

Важные примечания

Для расчета необходимо использовать абсолютное давление: P₁ и P₂ в формуле теоретически являются абсолютными давлениями. Однако на практике, когда давление на входе и выходе измеряется манометрами с использованием одного и того же эталонного значения (обычно местного атмосферного давления), использование разницы манометрических давлений дает совершенно правильный результат. То есть, H = (манометрическое давление на выходе - манометрическое давление на входе) / (ρ × g).

Входное давление должно превышать требуемый чистый положительный напор на всасывании (НПШр): если входное давление (P₁) слишком низкое, жидкость будет испаряться внутри насоса, вызывая кавитацию, что серьезно повреждает насос. Требуемый чистый положительный напор на всасывании (НПШр) на кривой производительности насоса является ключевым параметром, устанавливаемым для обеспечения достаточно высокого значения P₁.

Сопротивление системы определяет рабочую точку: фактическое выходное давление насоса в трубопроводной системе определяется точкой пересечения кривой зависимости напора от расхода и кривой сопротивления трубопроводной системы. Насос регулирует свою производительность до тех пор, пока создаваемый им напор точно не сравняется с сопротивлением, требуемым системой при данном расходе (включая перепад высот, трение в трубах, сопротивление клапанов и т. д.).