Wydajność i wysokość podnoszenia pompy

Wydajność - Q [m³/godzinę] - objętość wody dostarczanej przez pompę w jednostce czasu. Wydajność pompy jest określana przez punkt pracy na jej charakterystyce i, oprócz cech konstrukcyjnych, zależy od prędkości obrotowej wirnika oraz charakterystyki hydraulicznej sieci.

Optymalna wydajność pompy jest osiągana przy maksymalnej wartości współczynnika sprawności. Rzeczywistą wydajność pompy można określić na podstawie charakterystyki wysokości podnoszenia, znając wygenerowaną wysokość.

Wysokość podnoszenia - H [m] - różnica ciśnień między króćcami wlotowymi a wylotowymi pompy.

H = Hz + (Pwej - Pwyj)/(ρg) + dh + (C²wej - C²wyj)/(2g)

gdzie

Hz - wysokość geometryczna podnoszenia, m, równa różnicy poziomów powierzchni cieczy w zbiorniku górnym (ssącym) i dolnym (tłocznym);
(Pwej - Pwyj)/(ρg) - wysokość, m, odpowiadająca różnicy ciśnień, Pa, w zbiorniku górnym i dolnym;
dh - suma strat hydraulicznych (na tarciu i oporach miejscowych) w rurach ssących i tłocznych, m;
(C²wej - C²wyj)/(2g) - wysokość, m, odpowiadająca różnicy energii kinetycznej poruszającej się cieczy przy prędkości Cwej m/s na wyjściu z rury tłocznej do górnego zbiornika i prędkości Cwyj m/s na wejściu do rury ssącej z dolnego zbiornika;
ρ - gęstość cieczy
g - przyspieszenie ziemskie, równe 9,8 m/s²

Jeśli ciśnienie działające na powierzchnię cieczy w obu zbiornikach jest jednakowe, na przykład w otwartych zbiornikach, a ciecz w obu zbiornikach jest w spoczynku, wyrażenie definiujące wysokość podnoszenia pompy można uprościć do:

H = Hz + dh

Z powyższych wyrażeń wynika, że wysokość podnoszenia pompy podnoszącej wodę jest określana przez wysokość podnoszenia i straty ciśnienia w rurach. W zamkniętym obiegu cyrkulacyjnym, na przykład w systemach grzewczych, wysokość podnoszenia pompy jest określana przez sumę strat ciśnienia we wszystkich elementach obiegu i nie zależy od wysokości systemu ani od miejsca zamontowania pompy.

Charakterystyka wysokości podnoszenia — graficzne przedstawienie zależności wysokości podnoszenia pompy od jej wydajności w układzie współrzędnych Q [m³/godz] / H [m]. Charakterystyka wysokości podnoszenia jest główną cechą wykorzystywaną do wyboru pomp i jest prezentowana w katalogach producentów w postaci wykresów.

Punkt pracy pompy — punkt przecięcia charakterystyki wysokości podnoszenia z linią poziomą, prowadzoną z punktu na osi rzędnych odpowiadającego wygenerowanej wysokości podnoszenia. Aby określić rzeczywistą wydajność pompy z punktu pracy, opuszcza się prostopadłą na oś wydajności (odciętych).

Dlatego wydajność pompy jest określana przez wygenerowaną przez nią wysokość podnoszenia, która w pompach podnoszących jest określana przez wysokość podnoszenia i straty w rurach, natomiast w pompach cyrkulacyjnych przez charakterystykę hydrauliczną obiegu cyrkulacyjnego. Ponieważ w obiegu cyrkulacyjnym zmiana strat ciśnienia jest proporcjonalna do kwadratu zmiany przepływu, charakterystyka hydrauliczna sieci w układzie współrzędnych Q [m³/godz] / H [m] ma kształt paraboli.

Wysokość ssania — Hss [m] — w warunkach pobierania wody ze zbiornika dolnego, w którym na powierzchnię wody działa ciśnienie atmosferyczne, wysokość ssania pompy odpowiada różnicy w metrach między osią wirnika a poziomem cieczy w zbiorniku dolnym, z uwzględnieniem strat ciśnienia w rurze łączącej zbiornik dolny z pompą.

Podnoszenie wody ze zbiornika dolnego następuje dzięki różnicy ciśnień, przy czym w wirniku pompy powstaje podciśnienie, a na wodę działa ciśnienie atmosferyczne. Ponieważ ciśnieniu atmosferycznemu odpowiada słup wody o wysokości 10,3 metra, a pompa nie może wytworzyć absolutnej próżni w wirniku, wysokość ssania pompy nie może przekraczać 8 metrów.

Zapas kawitacyjny — NPSH [m słupa wody] — minimalne ciśnienie w gałęzi ssącej pompy, które zapewnia pracę bez kawitacji. Wartość zapasu kawitacyjnego jest określana eksperymentalnie przez producentów pomp i przedstawiana w postaci wykresu w zależności od wydajności pompy.

Moc użyteczna pompy — Nu [W] — odpowiada energii przekazywanej cieczy w jednostce czasu.

Nu = ρ · g · Q · H

Moc na wale pompy — Nw [W] — moc mechaniczna przekazywana na wał pompy. Moc mechaniczna jest większa od mocy użytecznej o wartość strat hydraulicznych i strat tarcia w wirniku.

Nw = Nu / η

Sprawność pompy — η [%] — wskaźnik efektywności pompy odśrodkowej, określany jako stosunek mocy użytecznej do mocy na wale.

Średnica nominalna — DN — oznaczenie liczbowe średnicy wewnętrznej króćców przyłączeniowych pompy, wspólne dla wszystkich elementów rurociągu. Średnica nominalna pompy nie ma wymiaru, ale jej wartość jest w przybliżeniu równa średnicy wewnętrznej rury przyłączeniowej.

Szereg średnic nominalnych DN elementów rurociągu jest regulowany przez normę GOST 28338-89 «Nominalne średnice (DN)». Alternatywne oznaczenie średnicy nominalnej, powszechnie stosowane w krajach byłego Związku Radzieckiego, to średnica warunkowa.

Ciśnienie nominalne — PN [bar] — maksymalne ciśnienie nadciśnienia wody o temperaturze 20°C, przy którym dopuszczalna jest ciągła praca pompy.

Alternatywne oznaczenie ciśnienia nominalnego, powszechnie stosowane w krajach byłego Związku Radzieckiego, to ciśnienie warunkowe. Szereg ciśnień nominalnych PN (Ru) elementów rurociągu jest regulowany przez normę GOST 26349-84 «Ciśnienia nominalne (PN)».