Насосна абетка

05.08.2015

Основи насосної техніки

В інженерному обладнанні будинків все більш важливу роль відіграють насоси. Вони виконують різноманітні функції. Найбільш відомими і поширеними є циркуляційні насоси для систем опалення і ГВП. Даними насосів буде приділено переважне увагу на цій сторінці.

Але без насосів можна обійтися і при виконанні завдань, пов’язаних з водопостачанням будівель і видалення з них води. Насамперед тут необхідно назвати наступні установки і насоси:

  • Підвищувальні установки, що використовуються в тому випадку, якщо тиск у міській системі водопостачання недостатньо для водопостачання великої будівлі;
  • Циркуляційні насоси для систем ГВП, що забезпечують наявність гарячої води у будь-який час в будь-якому місці забору;
  • Откачивающие насоси для брудної води, використання яких необхідне в тому випадку, якщо стічні води або води, які містять фекалії, скупчуються нижче рівня зворотного підпору;
  • Інші спеціальні насоси, що використовуються в домашніх господарствах і промисловості, наприклад, в фонтанах або акваріумах, або для цілей пожежогасіння;
  • Не в останню чергу варто згадати збільшується в даний час використання дощової води для промивання туалетів і при проведенні очисних робіт.

Ця сторінка містить інформацію про насосної техніки, яка може допомогти молодим людям, які здобувають освіту, переучивающимся або підвищує свою кваліфікацію в цій області. Інформація подається у вигляді нескладних речень. Сторінка містить численні малюнки, у ній наведені різноманітні приклади. Все це створює міцну основу для застосування даної інформації на практиці. Таким чином, вибір і доцільне використання насосів повинні стати природним і само собою зрозумілим справою.

Історія насосної техніки

Коли ми думаємо про «насосах», то перше, що приходить нам у голову, це те, що людина вже в стародавні часи шукав технічні засоби, з допомогою яких він міг би підняти рідини, особливо воду. Причиною цього пошуку було як зрошення полів, так і заповнення водою оборонних ровів навколо міст і замків.

Найпростіший ківш — людська рука; а з допомогою двох рук можна зробити набагато більше! Таким чином, наші історичні предки прийшли до ідеї надати глиняних судинах форму ковшів. Так був зроблений перший крок до винаходу глечика.

Потім кілька таких глечиків підвішувалися на ланцюг або на колесо. Люди або тварини використовували свою силу для того, щоб привести ці пристрої в рух і підняти воду.

Археологічні знахідки доводять існування таких ковшових механізмів в Єгипті і Китаї вже в X столітті до н. е. На малюнку 1 представлена схематична реконструкція китайського черпального колеса. Мова йде про колесо, до якого прикріплені глиняні горщики, з яких виливається вода, коли вони досягають найвищої точки підйому.

Насосна абетка

Малюнок 1: Китайське черпальное колесо. Великі колеса з прикріпленими до них глиняними горщиками піднімають воду. Вони приводяться В рух людиною або тваринами [1].

Ця ідея була розвинена геніальним чином в 1724 році Я. Лейпольдом, який прикріпив до колеса вигнуті трубки. При обертанні колеса вода піднімалася до його середньої осі (рисунок 2).

Насосна абетка

Малюнок 2: Насосна установка з труб (1724 рік). Потік води колесо приводить у рух. По трубах вода піднімається до центру колеса [1].

Це підйомний пристрій приводиться в рух за рахунок течії річки. У цій конструкції кидається в очі форма зігнутих трубок. Вони мають разючу подібність з каналами робочого колеса сучасного циркуляційного насоса.

Архімед, найбільший математик і вчений стародавності, описав в 250 році до н. е. названий його ім’ям гвинт Архімеда (малюнок 3). Вода піднімалася вгору за рахунок обертання спіралі в трубі або резервуарі. Але в будь-якому випадку невелику кількість води стікала назад по дну труби, так як в той час ще не були відомі надійні ущільнення.

Насосна абетка

Малюнок 3: Гвинт Архімеда. Шнековий механізм піднімає воду в резервуарі або по трубі. Кут нахилу становив від 37° до 45°; досягався напір від 2 до 6 м [1].

Так виникла залежність між нахилом гвинта і потужністю

насоса. Ці гвинтові насоси конструювалися таким чином, що при їх експлуатації можна було вибирати між великою кількістю середовища і великим напором. Чим більше кут нахилу насоса, тим більший напір досягається при зменшенні об’єму середовища.

І знову ж спостерігається разюча схожість з сучасними циркуляційними насосами в поведінці під час експлуатації. При розгляді робочої характеристики насоса, чим ми займемося пізніше, спостерігається та ж залежність між напором і подачею. Використовуючи різні історичні джерела, можна встановити, що ці гвинтові насоси використовувалися з кутом нахилу 37° і 45°. При цьому досягався напір у 2 м та 6 м, а максимальна подача становила приблизно 10 куб. м /год.

Елементи перекачувальної системи

На малюнку 4 схематично представлені елементи перекачувальної системи, завданням якої є перекачування рідини з ємності, розташованої на більш низькому рівні ( Z), ємність, розташовану на більш високому рівні (НВ). Насос всмоктує воду з нижньої ємності і подає її під тиском на необхідну висоту.

Насосна абетка

Малюнок 4: Насосна установка з різним рівнем рідини: Р перекачивающий насос; ZB ємність, з якої забирається перекачуване середовище; НВ ємність, у яку надходить перекачуване середовище; ZL живильна лінія; Stl нагнітальний трубопровід; S поплавковий клапан; Ндео геодезична висота. Напір насоса = геодезична висота + необхідний тиск у споживача + втрати на тертя в трубопроводі

При цьому недостатньо лише розрахувати подачу насоса, необхідну для даної висоти. Так як в місці останнього водозабору, наприклад, у душі на останньому поверсі готелю, тиск повинно залишатися досить високим. При виборі насоса необхідно враховувати втрати, що виникають через тертя в трубопроводі.

Для забезпечення можливості проведення ремонтних робіт на трубопроводі в певних місцях повинна бути встановлена запірна арматура. Перш за все це відноситься до насосів, так як інакше у разі ремонту або заміни насоса буде необхідно зливати великий обсяг води з нагнітального трубопроводу.

Як у нижній ємності, так і у верхній точці розбору слід встановити поплавкові вентилі та інші регулюючі елементи для запобігання можливого переповнення. В нагнітальному трубопроводі у відповідному місці може бути встановлено реле тиску, отключающее насос в тому випадку, якщо всі місця водозабору закриті.

Розвиток опалювальної техніки (малюнок 5)

Насосна абетка

Малюнок 5: Розвиток системи опалення

У Німеччині були знайдені збереглися ще з римських часів залишки систем підлогового опалення. Мова йде про ранній формі систем підлогового опалення. Димові гази відкритого вогню прямували в порожні простору, що знаходилися під підлогою, і розігрівали його.

протягом наступних століть будівлі, в особливості палаци і фортеці, опалювали з допомогою камінів, при цьому каміни розташовували не строго вертикально в будівлях. Теплі димові гази пропускали за спеціальним газоходам, розташованим в стінах житлових приміщень; таким чином, була створена перша система центрального опалення. Також у той час було винайдено системне поділ допомогою поділу кам’яних камер в підвалі стінами. За допомогою вогню розігрівали повітря, який потім безпосередньо направляли в побутові приміщення.

З поширенням парових котлів у другій половині XVIII століття стало розвиватися парове опалення: пар. який не сконденсувалася повністю в паровій машині, направляли допомогою теплообмінників в бюро і житлові приміщення.

Такі знання, набуті людьми, стосувалися того, що не обов’язково пропускати воду у вигляді пари, розігрітого до температури понад 100°С, через систему опалення, якщо необхідно розігріти приміщення лише до 20°С. Воду нагрівали до температури

90°С (тобто трохи нижче температури кипіння). По трубопроводах великого діаметру гаряча вода піднімалася нагору. Після того, як вода віддавала частину свого тепла, під впливом сили тяжіння вона знову стікала в підвал. Таку систему опалення називали опаленням за рахунок сили тяжіння.

У період між 1920 і 1930 роками нарешті було винайдено «пристрій примусової циркуляції» для водяного опалення, яке краще і простіше прогоняло гарячу воду під тиском через трубопроводи. Однак, у той час ще не використовувалося поняття «насос». Дане позначення з’явилося пізніше. З допомогою пристрою примусової циркуляції можна було подавати трубопроводи воду при більш низькій температурі. В даний час відомі різні опалювальні системи, найсучасніші з яких працюють з водою при дуже низькій температурі. Така опалювальна техніка була б немислимою без серця опалювальної установки, тобто без циркуляційного насоса.

Елементи опалювальної системи

На рисунку 6 схематично представлені функціональні відмінності між опалювальною установкою і перекачувальної установкою [3]. В даному випадку мова йде про циркуляційній системі в чистому вигляді. Ще легше зрозуміти цей принцип, якщо уявити собі, що вода в трубопроводі повинна постійно перебувати в русі. Опалювальну систему можна розділити на наступні складові частини: елементи, що виробляють тепло, система переносу тепла і розподілу тепла, споживачі тепла і регулюючі елементи.

Насосна абетка

Малюнок 6: Приклад циркуляційної системи (опалювальна установка): Р циркуляційний насос; V вхідний трубопровід; зворотний трубопровід;WE елемент, що виробляє тепло; WV споживач тепла; DА розширювальний бак; RВ регулюючий елемент.

Під елементами, що виробляють тепло тут слід розуміти опалювальні котли, що працюють на газі, рідкому або твердому паливі, а також циркуляційні водонагрівачі. Тут також необхідно назвати електричні теплонакопительные пристрої з централізованим нагріванням води, теплопередаюшие станції та теплові насоси.

Система переносу тепла і розподілу тепла включає в себе всі трубопроводи, розподільні і накопичувальні станції і, звичайно ж, циркуляційний насос.

При розрахунку продуктивності насоса в опалювальній установці слід враховувати тільки втрати на тертя в трубопроводі. Висота будівлі не має значення, так як вода, що подається насосом в подаючий трубопровід, штовхає воду в зворотному трубопроводі в напрямку котла. Можливе залишковий тиск на всмоктуючому патрубку насоса негативно позначається на тривалості експлуатації насоса.

Під споживачами тепла слід розуміти опалювальні поверхні в опалювальних приміщеннях (радіатори, конвектори, пластинчасті опалювальні елементи і т.п.). Як відомо, теплова енергія перетікає з точок з більш високою температурою до точки з більш низькою температурою, і тим швидше, чим більше різниця температур. Ця передача здійснюється трьома різними фізичними процесами, а саме:

  • Теплопередачею;
  • Конвекцією
  • Тепловим випромінюванням.

Без достатнього регулювання сьогодні неможливо вирішити ні одну технічну проблему. Таким чином, само собою зрозуміло, що у будь-якої опалювальної установки також є регулюючі системи. Найпростіше назвати тут термостатичні вентилі для підтримки постійної температури в приміщенні. Але також і в опалювальних котлах, змішувачах і, звичайно ж, в насосах є сучасні механічні, електричні та електронні регулюючі пристрої.

Вода як засіб для перенесення тепла

В сьогоднішніх системах опалення та гарячого водопостачання вода використовується для транспортування тепла від виробника тепла до споживача тепла. Слід виділити такі властивості води як транспортного засобу:

  • теплоакумулююча здатність;
  • збільшення обсягу, як при нагріванні, так і при охолодженні;
  • пов’язане з цим зменшення щільності;
  • випаровуваність під впливом зовнішнього тиску.

Ми вважаємо, що слід описати дані властивості більш докладно.

Питома теплоємність

Найважливішим якістю будь-якого теплоносія є його теплоакумулююча здатність. Якщо віднести теплоаккумулирующую здатність до масі і різниці температур матеріалу, то можна отримати питому теплоємність. Символ питомої теплоємності — , одиниця виміру-кДж/(кг • К).

Таким чином, питома теплоємність — це кількість тепла, яку необхідно затратити для підвищення температури 1кг матеріалу на 1 0 К. І навпаки, при охолодженні матеріалу він віддає таку ж кількість тепла.

Кубик води (1000 см 3 ) містить при 4°С1000 р
1000 см 3 води (90°С) в 965,3 р Обсяг теплового розширення 35,95 см 3 = 34,7 р

Насосна абетка

Виробник гарячої води
Малюнок 8: Приклад установки з відкритим розширювальним баком: А — розширювальний бак, SV — оберігає подаючий трубопровід, 5В — запобіжний зворотний трубопровід, К — вставна перепускна лінія, Е-видалення повітря, 0 — перелив. Недоліки: вода має контакт з повітрям, небезпека замерзання при низьких температурах [4].

Для води при температурі від 0 до 100°С середня питома теплоємність має наступне значення:

з = 4,19 кДж/(кг • К) або

c= 1,16 Вт*год/(кг*К).

Кількість тепла Q, подаваного і відводиться, вимірюється в Дж або кДж являє собою добуток маси т. виміряної в кг, питомої теплоємності і різниці температур Δ v, виміряної в 0 К. Це різниця між температурою на вході в опалювальну систему і на виході.

Формула для обчислення кількості тепла має наступний вигляд:

Q = m * з * Δ v

Маса m дорівнює добутку об’єму води V, вимірюваною в м 3 на щільність води р, виміряну в кг/м 3. У вигляді формули це може бути представлена в наступному вигляді:

Q= V * р * с* ( v v — v R )

Щільність води змінюється при зміні температури води. Для спрощення розрахунків використовується наступне значення щільності: р = 1 кг/дм 3 при температурі від 4°С до 90°С. Фізичні поняття енергія, робота і кількість тепла тотожні. Для перерахунку Джоулів інші допущені одиниці виміру використовується наступне співвідношення:

1 Дж = 1 Н • м = 1 Вт • с або

1 МДж = 0,278 кВт • год

Збільшення обсягу

Всі речовини на Землі розширюються при нагріванні і зменшуються при охолодженні. Єдина речовина, яка є виключенням з цього правила, — вода.

При температурі +4°С щільність води максимальна, і вона дорівнює:

1 дм 3 = 1 л = 1 кг

Коли температура води знижується нижче цього пункту або підвищується вище нього, то об’єм води збільшується, тобто щільність води зменшується, зменшується і питома вага води. Даний процес зображений на малюнку 7: резервуар з виміряним об’ємом теплового розширення.

Насосна абетка

Малюнок 7: При нагріванні або охолодженні щільність води зменшується, тобто зменшується питома вага води.

В резервуарі знаходиться рівно 1000 см 3 води при температурі v = 4°с. Якщо вода нагрівається, то її певну кількість виливається у вимірювальний склянку. Якщо температура води піднімається до 90°С, то у вимірювальному склянці виявляються 35,95 см 3. що відповідає 34,7 грамам.

Теплове розширення води

В системах опалення температура води в подаючому трубопроводі становить до 90°С. При цьому вода, якою заповнюється трубопровід, має температуру, рівну приблизно 10°С. Слід виключити ситуацію з витоком води, як це показано на малюнку 7. Коли в літній сезон опалення відключається, то вода знову здобуває колишній обсяг. Таким чином, необхідно передбачити установку досить великого приймального резервуара для того об’єму води, який утворюється при тепловому розширенні.

У старих опалювальних установках встановлювалися відкриті розширювальні баки (малюнок 8). Такі баки встановлювалися завжди в самій верхній точці опалювальної системи. При підвищенні температури, тобто при тепловому розширенні води, рівень води в такому баку підвищується. І, навпаки, при зниженні температури — він знижується.

В сучасних опалювальних установках використовуються мембранні розширювальні баки (малюнок 9). При поставці бак заповнений азотом, який знаходиться під тиском (тиск на вході: від 0,5 до 1,5 бар). Вода, що утворюється при тепловому розширенні, надходить в бак і натискає на газову подушку через мембрану. — Так як гази можна стиснути, а рідини-ні!

Насосна абетка

Малюнок 9: Мембранний розширювальний бак: А при максимальній температурі води; під час регульованого опалення; при поставці. Переваги: відсутній контакт з повітрям, майже виключена корозія, велика палітра розмірів, простий монтаж [4].
Охолодження води

Також якщо температура води опускається нижче 4°С, вода розширюється. Завдяки цій аномалії взимку ми може спостерігати, як поверхня річок і озер покривається льодом. Саме тому крижини тримаються на поверхні води. І тільки завдяки цьому весняне сонце може розтопити ці крижини. Сонце не зміг би цього зробити, якби лід поринав на дно. тобто якщо б збільшувався його питома вага.

Але таке розширення води таїть в собі і певні небезпеки. Так, наприклад, мотори автомобілів і трубопроводи лопаються, якщо в них замерзає вода. Для того, щоб уникнути цього, у воду додається антифриз. В опалювальних систем в якості теплоносія використовується гліколь.

Насосна абетка

Малюнок 10: Зміна агрегатних станів.

При розігріві води відбуваються наступні процеси: Нагрівання від 0 до 100°С — Утворення пари при 100°З (const): латентний тепло; повне випаровування всього обсягу води — розігрів пари понад 100°С.

Насосна абетка

Малюнок 11: Температура кипіння води в залежності від тиску. Чим нижче тиск на поверхні води, тим нижче температура кипіння. Або навпаки: Чим вище тиск на поверхні води, тим вище температура кипіння.
Випаровування води

Коли воду розігрівають до температури понад 90°С, то при температурі 100°С вона перетворюється в пар. Якщо при випаровуванні виміряти температуру води, можна встановити, що вона тримається па постійному рівні 100°С до тих пір, поки не випарується остання крапля. Таким чином, приплив тепла повністю використовується для випаровування води, тобто для зміни її агрегатного стану. Цю енергію називають латентним (прихованим) теплом. Якщо потім продовжити нагрівання, то відбувається збільшення температури пари. Ця залежність показана на малюнку 10.

Основною умовою, що забезпечує протікання процесу у відповідності з графіком малюнка 10, є нормальний атмосферний тиск 1013 мбар. При будь-якому іншому атмосферному тиску температура кипіння води відрізняється від 100°С. При повторенні описаного досвіду, але вже на висоті 3000 м на вершині якоїсь гори, можна встановити, що вода закипає вже при 90°С. Причиною цього є зменшення атмосферного тиску зі збільшенням висоти. Чим менше атмосферний тиск на поверхні води, тим нижче температура кипіння. І навпаки, підвищення температури кипіння можна досягти збільшенням тиску. Даний принцип використовується в спеціальному посуді для приготування їжі.

Опалювальні системи також свідомо експлуатують при надлишковому тиску. Таким чином, запобігає утворення бульбашок пари навіть при критичному режимі роботи. Завдяки надлишковому тиску виключається можливість проникнення повітря зовні у водну систему.

Графік на малюнку 11 показує те, яким чином змінюється температура кипіння води в залежності від тиску. При тиску в 2 бари температура кипіння води становить вже до 120°С.

Захист від надлишкового тиску

При підвищеному тиску в установці слід вжити заходів, що запобігають вплив неприпустимою стискаючого навантаження на труби та інші частини установки. Тому опалювальна установка повинна бути обладнана запобіжним клапаном (Дивіться малюнок 8). Він повинен відкриватися при надлишковому тиску в 2,5 бару і випускати воду, утворювану при тепловому розширенні, ту воду, яку не прийняв мембранний розширювальний бак. — В ретельно спроектованою установці подібна ситуація не повинна виникати ніколи.

при розрахунках взагалі не враховували того факту, що циркуляційні насоси ще більше підвищують тиск в опалювальній установці. Дуже важливо враховувати взаємодію таких факторів, як максимальна температура води, тип вибраного насоса, розмір розширювального бака і момент спрацьовування запобіжного клапана. Не можна допускати випадкового вибору частин установки, виходячи тільки із закупівельної ціни.

Робочий тиск установки

В опалювальному контурі слід принципово розрізняти 2 різних види тиску:

1. Статичний тиск існує завжди

Статичний тиск можна визначити двома способами. По-перше, на підставі рівня заповнення відкритого розширювального бака над заданої розрахункової точки. По-друге, статичний тиск залежить від тиску на вході в мембранний розширювальний бак. Тому було б доцільно встановити в безпосередній близькості від входу в розширювальний бак, манометр.

2. Вироблений циркуляційним насосом перепад тиску

Перепад тиску служить для подолання суми всіх втрат на тертя в трубопроводі, тобто за рахунок нього вода підтримується в постійному русі. Перепад тиску підсумовується зі статичним тиском.

Короткий опис статті: насоси для опалення Радіатори, рушникосушки, котли, насоси. Вітчизняні та імпортні. Адаптація зарубіжного обладнання до російських умов експлуатації. Повна комплектація автономних систем. консультації, доставка, установка.

Джерело: Насосна азбука

Також ви можете прочитати