В практиката по ремонт на помпи и вентилатори често се налага да се изчисли как ще се държи помпата при промяна на параметрите ѝ. Това е от особено значение при настройка на инвертори, оптимизиране на работни режими и прогнозиране на ефективността на инсталацията.
При използване на характеристичните криви на помпите и вентилаторите и предоставените по-долу калкулатори, може да се добие ясна представа за тяхната работа.
Влияние на скоростта на въртене (обороти) върху работата на помпата и вентилатора
С навлизането на честотните регулатори за трифазни електродвигатели, възможността за контролиране на оборотите на помпата и вентилатора става все по-важна. Това позволява регулиране на дебита и налягането, като се намалява консумираната електроенергия.
Първоначални данни
Нови стойности
Основните зависимости са:
- Дебитът (Q) е пропорционален на оборотите
- Напорът (H) е пропорционален на квадрата на оборотите
- Мощността (P) е пропорционална на куба на оборотите
Благодарение на честотното управление, дори малка промяна в оборотите може да доведе до значителна икономия на енергия.
Влияние на диаметъра на работното колело и турбината
При някои производители, особено при българските водни помпи, е практика в един и същ корпус и с еднакви външни размери да се монтират различни по диаметър работни колела. Това оказва значително влияние върху параметрите на помпата:
Първоначални данни
Нови стойности
- Дебитът (Q) е пропорционален на кубичната степен на диаметъра
- Напорът (H) е пропорционален на квадрата на диаметъра
- Мощността (P) е пропорционална на петата степен на диаметъра
Изборът на по-голямо работно колело ще увеличи дебита и напора, но също така ще изисква повече мощност. По-малко работно колело намалява тези параметри, но може да доведе до по-добра ефективност в определени приложения.
Мощност, Дебит, Напор, Плътност – връзката между тях
За да определим какъв електродвигател е нужен за задвижване на вентилатора или помпата, трябва да изчислим изходната механична мощност, която двигателят трябва да осигури на вала. Старите майстори винаги препоръчват да предвидите малък запас от мощност (обикновено 10-20%), за да избегнете претоварване и да осигурите по-дълъг живот на оборудването.
Изчисляване на необходимата мощност на помпата:

Ефективност на помпата/вентилатора (КПД) и енергийни загуби
Оптималната работна точка на помпата/вентилатора е тази, при която тя работи най-ефективно, т.е. има най-високо КПД - без излишен разход на енергия и без претоварване на компонентите.
Коефициентът на полезно действие (КПД) е ключов показател за ефективността на помпата. Той представлява отношението между входящата електрическа мощност (P) и изходящата хидравлична мощност (Pq).
КПД на помпата зависи както от консумираната електрическа енергия, така и от физическите характеристики на флуида и хидравличните условия.
Как да подобрим ефективността на помпата?
- Подбирайте оптимален диаметър на работното колело и подходяща скорост на въртене.
- Избягвайте работа извън проектираната работна точка, защото това увеличава загубите.
- Осигурете редовна поддръжка – износването на работното колело, уплътненията и лагерите намалява КПД.
Максималното КПД на помпата зависи от скоростта на въртене, размера и типа на помпата.
В заключение, разбирането и оптимизирането на работата на помпите може да доведе до значителни икономии на енергия и по-дълъг експлоатационен живот на оборудването.
- При максимално отворена помпа (когато нагнетателното тяло е напълно отворено), дебитът е максимален, но тогава помпата консумира най-голяма мощност.
- Колкото по-висок е изискваният напор, толкова по-малък е дебитът, тъй като системата изисква повече енергия за преодоляване на хидравличните загуби и съпротивления.
- Като цяло ефективността на помпата расте с размера и скоростта на въртене.
Използвани формули
Закон за подопието при помпи и вентилатори се използва за да се обясни връзката между основни параметри на помпите и вентилаторите - напор, налягане, скорост на въртене и мощност.
Тези закони се отнасят за помпи, вентилатори и някои други хидравлични машини. Като тези закони важат не само за центробежните помпи, а дори и за някои аксиални такива.
- D - диаметър на работното колело
- n - обороти в минута за единица време
- ρ - плътност на флуида
- ΔP - напор или налягане на помпата/вентилатора
- W - механична мощност на вала
Примери
Представете си вертикална тръба с височина 31 метра, свързана към помпа, чийто максимален напор е 30 метра.
- В основата на помпата налягането ще бъде най-високо, защото помпата подава енергията към флуида. Ако на това ниво монтираме изходяща тръба, ще получим максимален дебит – например 10 m³/h (в зависимост от характеристиките на помпата).
- На 15 метра височина, налягането ще бъде половината от максималния напор, тъй като водният стълб вече оказва съпротивление. Ако там има изход, дебитът ще бъде намален, например 7 m³/h, защото част от енергията на помпата вече се използва за преодоляване на височината.
- На 30 метра височина, налягането ще бъде нула, защото помпата е достигнала своя лимит. В този случай ако има отвор, водата ще изтича, но с почти нулева скорост, а дебитът ще бъде крайно малък или нула.
- При 31 метра вода няма да излиза изобщо, защото помпата не може да преодолее тази височина и налягането ще е отрицателно спрямо атмосферното, което ще доведе до спиране на потока.
Този пример показва, че колкото по-високо вдигаме изхода на системата, толкова повече намалява дебитът, тъй като по-голямата част от енергията се използва за повдигане на водния стълб. Ако височината надвиши максималния напор на помпата, дебитът става нула.
Всички посочени стойности и изчисления са приблизителни и Елин Инженеринг ООД не носи никаква отговорност за тях.