Sūkņa galva pret spiedienu: atšķirības, formulas un aprēķini

Izvēloties rūpniecisko centrbēdzes sūkni, divi no svarīgākajiem parametriem ir plūsmas ātrums un augstums. Tomēr sūkņu pircēji un inženieri dažreiz sajauc sūkņa galvu ar spiedienu, pieņemot, ka norādītais izplūdes spiediens tieši atspoguļo vajadzīgo sūkņa galvu.

Lai gan šie divi parametri ir cieši saistīti, tie apraksta dažādus fiziskos lielumus. To saistību izpratne ir būtiska, lai izvēlētos pareizo sūkni, interpretētu veiktspējas līknes, aprēķinātu sistēmas prasības un novērstu darbības problēmas.

Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrota atšķirība starp sūkņa galvu un spiedienu, kā aprēķināt kopējo dinamisko augstumu (TDH) un kā šie jēdzieni ietekmē rūpnieciskā sūkņa izvēli.

 

 

• Kas ir sūkņa galva?

Sūkņa galva ir mehāniskā enerģija, ko šķidrumam pievieno sūknis, izteikta kā enerģija uz svara vienību un attēlota ar līdzvērtīgu šķidruma kolonnas augstumu. To parasti mēra metros (m) vai pēdās (pēdas).

Centrbēdzes sūknim galva norāda, cik daudz enerģijas sūknis nodod šķidrumam ar noteiktu plūsmas ātrumu un rotācijas ātrumu.

Piemēram, sūknis ar nominālo augstumu 100 m ir paredzēts, lai pievienotu aptuveni šādu hidrauliskās enerģijas daudzumu uz šķidruma svara vienību tā norādītajā darbības punktā. Tas ne vienmēr nozīmē, ka sūknis var pacelt šķidrumu 100 m vertikāli visos uzstādīšanas apstākļos. Faktiskā piegāde ir atkarīga no sistēmas augstuma, spiediena prasībām un hidrauliskajiem zudumiem.

Sūkņa galva parasti ir sadalīta trīs komponentos:

Statiskā galva:Pacēluma starpība un attiecīgā gadījumā spiediena starpība starp avotu un galamērķi.

Berzes galva:Enerģijas zudums caur caurulēm, līkumiem, vārstiem, filtriem un citiem plūsmas ierobežojumiem.

Ātruma galva:Kinētiskā enerģija, kas saistīta ar šķidruma ātrumu.

Praktiskai sūkņa izvēlei inženieri aprēķina kopējo sistēmai nepieciešamo augstumu un salīdzina to ar sūkņa veiktspējas līkni.

 

• Kas ir sūkņa spiediens?

Sūkņa spiediens attiecas uz spēku, ko šķidrums iedarbojas uz laukuma vienību. To parasti mēra:

bārs

kilopaskāli (kPa)

megapaskāli (MPa)

mārciņas uz kvadrātcollu (psi)

Spiediena mērītājus parasti uzstāda pie sūkņa iesūkšanas un izplūdes savienojumiem, lai uzraudzītu darbības apstākļus.

Spiediena pieaugums sūknī ir starpība starp izplūdes spiedienu un sūkšanas spiedienu.

Spiediena pieaugums=Izplūdes spiediens — sūkšanas spiediens

Piemēram, ja izplūdes spiediens ir 8 bāri un sūkšanas spiediens ir 1 bārs:

Spiediena paaugstināšanās=8 - 1=7 bar

Tas ir spiediena pieaugums, ko mēra visā sūknī. To nevajadzētu automātiski uzskatīt par sistēmas kopējo dinamisko galvu, jo var būt jāņem vērā arī ātruma un augstuma atšķirības.

 

• Sūkņa galva un spiediens: galvenās atšķirības

Sūkņa galva un spiediens ir saistīti, taču tie nav savstarpēji aizvietojami katrā situācijā.

Parametrs	Sūkņa galva	Sūkņa spiediens
Nozīme	Enerģija, kas pievienota šķidruma svara vienībai, kas izteikta kā šķidruma kolonnas augstums	Šķidruma spēks uz laukuma vienību
Kopējās vienības	m, pēdas	bārs, kPa, MPa, psi
Galvenie faktori	Sūkņa darbības punkts un šķidruma uzvedība	Attīstīta galva un šķidruma blīvums
Tipisks mērījums	Iegūti no sūkņa veiktspējas datiem vai aprēķināti no sistēmas apstākļiem	Mēra, izmantojot manometrus vai raidītājus
Galvenais pielietojums	Sūkņa izvēle un veiktspējas līknes novērtējums	Sistēmas uzraudzība un spiediena kontrole

Galvenā atšķirība ir tāda, ka viena un tā pati sūkņa galva var atbilst dažādiem spiediena paaugstinājumiem, sūknējot dažādu blīvumu šķidrumus.

 

• Kā pārvērst sūkņa galvu uz spiedienu

Aptuvenai konversijai spiediena pieaugumu, ko rada dotā galva, var aprēķināt, izmantojot šķidruma blīvumu.

Formula 1: Aprēķiniet spiedienu no galvas

Spiediena pieaugums (bārs)=Augstums (m) x īpatnējais svars / 10.2

Šeit īpatnējais svars (SG) ir šķidruma blīvuma attiecība pret ūdens blīvumu atsauces apstākļos, ko izmanto aprēķināšanai.

Ūdenim SG ir aptuveni 1,0.

Piemērs: kādu spiedienu rada 100 m gara galva?

Pieņemot, ka sūknis attīsta 100 m augstumu, aptuvenais spiediena pieaugums mainās atkarībā no sūknējamā šķidruma blīvuma.

Šķidruma blīvums	Īpatnējais svars (SG)	Galva	Aptuvenais spiediena pieaugums
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

Šie skaitļi parāda, kāpēc sūkņa galvu un spiedienu nevajadzētu uzskatīt par identiskām vērtībām. Blīvāks šķidrums rada lielāku spiediena pieaugumu tajā pašā augstumā, pieņemot, ka sūkņa darbības apstākļi ir salīdzināmi.

Iepriekš minētās vērtības ir aptuvenas un paredzētas provizoriskiem aprēķiniem. Faktiskie rezultāti ir atkarīgi no šķidruma īpašībām un darbības apstākļiem.

Formula 2: pārveidojiet spiedienu uz galvu

Ja ir zināma spiediena starpība, atbilstošo spiediena augstumu var novērtēt, izmantojot šādu formulu.

Spiediena augstums (m)=Spiediena starpība (bar) x 10,2 / īpatnējais svars

Impērijas vienībām:

Spiediena galva (pēdas)=Spiediena starpība (psi) x 2,31 / īpatnējais svars

Šīs formulas novērtē spiediena galvas komponentu. Tie automātiski neietver ātruma un augstuma atšķirības pilnā sistēmas aprēķinā.

Piemērs: pārveidojiet 7 bāru spiediena pieaugumu par galvu

Pieņemsim, ka sūknis apstrādā šķidrumu, kura īpatnējais svars ir 1,05, un attīsta izmērīto spiediena pieaugumu par 7 bāriem.

Spiediena galva=7 x 10,2/1,05

Spiediena augstums=aptuveni 68,0 m

Tāpēc spiediena pieaugums atbilst aptuveni 68 m spiediena augstuma.

Šis ir vienkāršots aprēķins. Ja sūkšanas un izplūdes pacēlumi vai šķidruma ātrums būtiski atšķiras, kopējā dinamiskā slodze var atšķirties.

 

• Kas ir kopējā dinamiskā galva (TDH)?

Kopējā dinamiskā augstuma (TDH) ir kopējā enerģija uz svara vienību, kas sūknim jāpiegādā, lai šķidrums pārvietotos pa sistēmu noteiktos darbības apstākļos.

Tas ietver spiediena, ātruma un augstuma atšķirības starp definētajām sūkšanas un izplūdes mērīšanas sekcijām.

Vispārējais vienādojums ir:

TDH=Spiediena un augstuma starpība + ātruma un augstuma starpība + augstuma starpība

Vienādojuma formā:

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

Kur:

Pd= izplūdes spiediens

Ps= sūkšanas spiediens

rho= šķidruma blīvums

g= gravitācijas paātrinājums

Vd= vidējais šķidruma ātrums izplūdes sadaļā

Vs= vidējais šķidruma ātrums sūkšanas sadaļā

Zd= izplūdes mērījumu sadaļas pacēlums

Zs= sūkšanas mērījumu sadaļas pacēlums

Šim vienādojumam spiediens jāizsaka, izmantojot konsekventas vienības, blīvumu kg/m³, ātrumu m/s un augstumu metros. Iegūtā galva ir izteikta metros.

Ja sūkšanas un izplūdes ātrums ir līdzīgs un augstuma atšķirības ir niecīgas, spiediena starpība var sniegt noderīgu spiediena galvas komponenta tuvinājumu. Citās sistēmās papildu nosacījumus nevajadzētu ignorēt.

Izvēloties sūkni, inženieriem ir jāizvērtē visas sistēmas prasības, nevis jāpaļaujas tikai uz izplūdes spiedienu.

 

• Kāpēc centrbēdzes sūkņa līknēs spiediena vietā tiek izmantota galva

Centrbēdzes sūkņa veiktspējas līknes parasti parāda augstumu pret plūsmas ātrumu. Tādējādi ir vieglāk novērtēt sūkņa hidraulisko veiktspēju dažādos darbības punktos.

Galvenie iemesli ir:

1. Noderīgāks hidrauliskās veiktspējas salīdzināšanai

Galva izsaka pievienoto enerģiju uz šķidruma svara vienību. Tas ļauj sūkņa līknēm aprakstīt sūkņa hidraulisko veiktspēju, tieši nesaistot ziņoto augstumu ar viena konkrēta šķidruma blīvumu.

2. Labāks atbalsts sistēmas analīzei

Sistēmas pretestība parasti tiek izteikta kā galva. Inženieri var salīdzināt sūkņa līkni ar sistēmas līkni, lai noteiktu darbības punktu, kur krustojas sūkņa un sistēmas raksturlielumi.

3. Uzticamāka sākotnējā atlase

Galvas izmantošana palīdz inženieriem novērtēt sistēmas enerģijas nepieciešamību, pirms to pārvērš spiedienā konkrētam šķidrumam.

Tomēr sūkņa izvēlei ar galvu vien nepietiek. Jāņem vērā arī plūsmas ātrums, šķidruma īpašības, efektivitāte, motora jauda, ​​NPSH prasības, materiāli un paredzamais darbības diapazons.

 

• Biežākās kļūdas, izvēloties sūkni

Vairākas kļūdas var izraisīt nepareizu sūkņa izvēli vai neparedzētu lauka darbību.

Sūkņa izvēle, pamatojoties tikai uz izplūdes spiedienu

Izplūdes spiedienu ietekmē sūkšanas spiediens, šķidruma blīvums, pacēlums un sistēmas apstākļi. Pirms modeļa izvēles inženieriem jānosaka nepieciešamais plūsmas ātrums un kopējais dinamiskais spiediens.

Šķidruma blīvuma ignorēšana

Sūknis, kas apstrādā šķidrumu ar lielāku īpatnējo svaru, var radīt lielāku spiediena pieaugumu tajā pašā galvā. Tas var arī palielināt nepieciešamo vārpstas jaudu.

Mulsinoša statiskā galva ar kopējo dinamisko galvu

Statiskā augstuma atšķirība ir tikai viena no sistēmas prasībām. Cauruļu berze, veidgabali, vārsti, spiediena atšķirības un ātruma izmaiņas var ietekmēt arī kopējo galvu.

Faktiskā darbības punkta ignorēšana

Sūkņa nominālais vai maksimālais augstums ne vienmēr atspoguļo spiedienu, ko tas ražos ar nepieciešamo plūsmas ātrumu. Izvēlētais sūknis ir jāpārbauda attiecībā pret tā veiktspējas līkni un sistēmas līkni.

Aptuveno reklāmguvumu izmantošana kā galīgās noformējuma vērtības

Augstuma pret spiedienu pārveidošana ir noderīga sākotnējam novērtējumam, taču galīgajā sūkņa izvēlē ir jāizmanto konsekventi sistēmas aprēķini un ražotāja veiktspējas dati.

 

• Kā izvēlēties pareizo rūpniecisko centrbēdzes sūkni

Uzticams sūkņa izvēles process sākas ar precīzām darbības prasībām.

Pirms sazināties ar ražotāju, sagatavojiet šādu informāciju:

Nepieciešamais plūsmas ātrums

Nepieciešamā kopējā dinamiskā galva

Šķidruma veids, temperatūra, blīvums un viskozitāte

Sūkšanas apstākļi un pieejamā NPSH informācija

Caurules izmērs, cauruļvada garums, augstuma atšķirības un sistēmas spiediena prasības

Darba stundas, kontroles metode un paredzamais darbības diapazons

Nepieciešamie materiāli, blīvējuma izkārtojums un piemērojamie nozares standarti

Lietojumiem ar augstu spiedienu var būt piemērots horizontāls daudzpakāpju centrbēdzes sūknis, jo vairāki lāpstiņriteņi pakāpeniski ģenerē vajadzīgo augstumu. Var apsvērt pašbalansējošas daudzpakāpju konstrukcijas, ja samazināta aksiālā vilce ir svarīgs projektēšanas mērķis.

Lieliem plūsmas ātrumiem un salīdzinoši zemiem vai vidējiem augstumiem, atkarībā no sistēmas prasībām piemērota izvēle var būt dubultsūknis ar dalītu korpusu.

 

• Secinājums

Sūkņa galva un spiediens apraksta saistītos, bet atšķirīgos sūkņa darbības aspektus. Galva ir enerģija, kas pievienota šķidruma svara vienībai, savukārt spiediens ir spēks uz laukuma vienību. Šķidruma blīvums nosaka, kā dotā galva pārvēršas spiedienā.