Напор и давление в чем разница

Характеристика насоса – напор, давление, мощность

Содержание

Показатели насоса обычно описываются с помощью набора кривых, которые называются характеристиками насоса. В этой части приведено описание таких кривых и методы их анализа.

Характеристики насоса используются заказчиком для выбора насоса, соответствующего требованиям для данного применения.

Заказная спецификация содержит информацию о напоре (H) для разной подачи (Q), см. рисунок 2.1. Требования к напору и подаче определяют габаритные размеры насоса.

Кроме напора, в заказных спецификациях также приводится потребляемая мощность насоса (P). Потребляемая мощность используется для расчета мощности источника питания насоса. Потребляемая мощность также отображается как функция подачи.

Информация о КПД насоса (η) и NPSH также содержится в заказной спецификации. NPSH — это сокращение термина «допускаемый кавитационный запас» (Net Positive Suction Head). Кривая NPSH показывает напор на входе, который необходим для предотвращения кавитации. Кривая КПД предназначена для выбора самого экономичного насоса в определенном рабочем диапазоне. Пример характеристик в заказной спецификации приведен на рисунке 2.1.

Желаемые характеристики являются важной частью технических условий на проектирование при создании нового насоса. Подобные кривые осевых и радиальных нагрузок используются для расчета подшипников насоса.

Характеристики описывают показатели всей насосной установки, см. рисунок 2.2. Если выбран насос без электродвигателя, то для привода насоса можно использовать стандартный электродвигатель соответствующей мощности, Характеристики могут быть пересчитаны с учетом выбранного двигателя.

Для насосов, которые поставляются как с электродвигателем, так и без него, приводятся характеристики только для проточной части, то есть без электродвигателя и контроллера. Для комплектных изделий характеристики приводятся для изделия в целом.

Давление

Давление (p) выражает силу, действующую на единицу площади, и делится на статическое и динамическое давление. Сумма этих двух давлений представляет собой полное давление.

Измерение статического давления производится с помощью манометра, исключительно при неподвижной жидкости или с помощью отвода давления, установленного перпендикулярно направлению потока, см. рисунок 2.3.

Для измерения полного давления приемное отверстие отвода давления следует расположить навстречу направлению потока, см. рисунок 2.3. Динамическое давление определяется как разность между полным и статическим давлением. Такое измерение может быть выполнено с помощью трубки Пито.

Динамическое давление зависит от скорости жидкости, Динамическое давление может быть рассчитано по следующей формуле, в которой скорость (V) получена с помощью измерения, а плотность (ρ) жидкости известна:

Динамическое давление может быть преобразовано в статическое, и наоборот. При течении в расширяющейся трубе происходит преобразование динамического давления в статическое, см. рисунок 2.4. Течение в трубе называется потоком в трубе, а участок трубы, в котором диаметр трубы увеличивается, называется диффузором.

Абсолютное и относительное давление

Давление может быть выражено двумя различными способами — как абсолютное или относительное давление. Абсолютное давление измеряется относительно абсолютного 0 и, таким образом, может иметь только положительное значение. Относительное давление измеряется относительно давления окружающей среды. Положительное относительное давление означает, что давление выше барометрического давления, а отрицательное относительное давление указывает на то, что давление ниже барометрического давления.

Определение абсолютной и относительной величины известно также по измерениям температуры, где абсолютная температура измеряется в Кельвинах (K), а относительная температура измеряется в градусах Цельсия (°C). Температура в Кельвинах всегда положительна и измеряется относительно абсолютного 0. В отличие от этого, температура в градусах Цельсия измеряется относительно точки замерзания воды (соответствует 273,15 K), и поэтому может быть отрицательной.

Барометрическое давление измеряется как абсолютное давление. Барометрическое давление зависит от погоды и высоты. Переход от относительного давления к абсолютному осуществляется добавлением существующего барометрического давления к измеренному относительному давлению.

На практике статическое давление измеряется с помощью манометров трех различных типов.

Напор

На следующих страницах представлены различные характеристики.

Кривая QH показывает напор (H) как функцию подачи (Q). Подача (Q) — это объем жидкости, проходящей через насос на единицу времени. Подача обычно выражается в кубических метрах в час (м 3 /ч), но в формулах используются кубические метры в секунду (м 3 /с). Типичная кривая QH показана на рисунке 2.5.

Построение кривой QH для заданного насоса производится с помощью установки, показанной на рисунке 2.6.

Насос запускается и работает с постоянной частотой вращения. При полном закрытии арматуры Q равно нулю, а H достигает максимального значения. При постепенном открытии арматуры Q увеличивается, а H уменьшается. H — это высота столба жидкости в открытой трубе за насосом. Кривая QH представляет собой последовательность точек, соответствующих парам значений Q и H, см. рисунок 2.5.

В большинстве случаев измеряется давление насоса Dp_полн, а напор H рассчитывается по следующей формуле:

Кривая QH будет точно такой же, если опыт, изображенный на рисунке 2.6, провести с жидкостью, плотность которой отличается от плотности воды. Таким образом, кривая QH не зависит от перекачиваемой жидкости. Это можно объяснить с помощью теории, где доказано, что Q и H зависят от геометрии насоса и скорости вращения рабочего колеса, но не от плотности перекачиваемой жидкости.

Повышение давления в насосе можно измерить в метрах водяного столба (м вод. ст.). Метр водяного столба — это единица давления, которую нельзя путать с напором, выраженным в метрах. Как видно из таблицы физических свойств воды, при повышении температуры плотность воды существенно изменяется. Таким образом, необходимо выполнять преобразование давления в напор.

Давление насоса — описание давления насоса

Полное давление насоса рассчитывается как сумма трех составляющих:

Статическое давление может быть измерено непосредственно с помощью датчика дифференциального давления, или можно установить датчики давления на входе и выходе насоса. В этом случае статическое давление может быть найдено по формуле:

Динамическое давление (разность динамических давлений между входом и выходом насоса) определяется по следующей формуле:

На практике при испытаниях насоса измерение динамического давления и скорости потока на входе и выходе насоса не производится. Вместо этого динамическое давление определяется расчетным методом на основе расхода жидкости и диаметра трубы на входе и выходе насоса:

Как следует из формулы, динамическое давление равно нулю, если диаметры трубы до и после насоса одинаковы.

Разность барометрических давлений

Разность барометрических давлений в точках установки датчиков давления на входе и выходе насоса может быть определена следующим образом:

Δz — разность высот между точками установки манометра, соединенного с трубой на выходе, и манометра, соединенного с трубой на входе.

Разность барометрических давлений имеет значение, только если Δz не равно нулю. Таким образом, положение отводов давления на трубе не имеет значения при определении разности барометрических давлений.

Если для измерения статического давления используется дифференциальный манометр, то разность барометрических давлений принимается равной нулю.

Уравнение энергии для течения идеальной жидкости

Согласно уравнению энергии для течения идеальной жидкости сумма энергии давления, кинетической энергии и потенциальной энергии является постоянной величиной. Это уравнение называется уравнением Бернулли по имени швейцарского физика Даниэля Бернулли.

Уравнение Бернулли справедливо при следующих условиях:

Формула (2.10) применяется для струйки жидкости или траектории частицы жидкости. Например, с помощью формулы может быть описано течение жидкости в диффузоре (2.10), но не поток через рабочее колесо, так как рабочее колесо подводит к жидкости механическую энергию.

В большинстве применений не все условия для уравнения энергии соблюдаются, Несмотря на это, уравнение может быть использовано для приблизительных вычислений.

Мощность

Кривые мощности показывают потребляемую мощность как функцию подачи, см. рисунок 2.7. Мощность выражается в ваттах (Вт). Следует различать три вида мощности, см. рисунок 2.8.

Обычно в заказных спецификациях P₁ приводится для комплектных изделий, в то время как P₂ приводится для насосов, поставляемых со стандартным электродвигателем.

Подача, напор и потребляемая мощность изменяются в зависимости от частоты вращения насоса. Сравнение характеристик насоса возможно только если они построены для одинаковой частоты вращения. Возможно приведение характеристик к одинаковой скорости с использованием уравнений, приведенных ниже.

Регулирование частоты вращения

При регулировании частоты вращения насоса характеристики QH, мощности и NPSH изменяются. Пересчеты характеристик насоса при изменении его частоты вращения выполняются с помощью уравнений подобия.

Индекс A в уравнениях указывает исходные значения, а индекс В указывает измененные значения.

Эти уравнения позволяют получить когерентные точки на параболе подобия на графике QH. Парабола подобия показана на рисунке 3.11.

На основании соотношения между характеристикой насоса и его частотой вращения могут быть получены различные регулировочные характеристики. Наиболее распространенными методами регулирования являются метод пропорционального регулирования и метод регулирования в режиме поддержания постоянного давления.

Полезная мощность

Полезная мощность (P _полезн) — это мощность, передаваемая от насоса к жидкости. Как видно из следующей формулы, полезная мощность рассчитывается по подаче, напору и плотности.

Отдельная кривая полезной мощности обычно не приводится в заказных спецификациях, однако используется для расчета КПД насоса.

КПД всегда меньше 100 %, так как мощность насосной установки всегда больше, чем полезная мощность, вследствие потерь в контроллере, электродвигателе и насосе. КПД насосной установки (контроллер, электродвигатель и насос) является произведением отдельных КПД:

Подача, при которой насос имеет максимальный КПД, называется точкой оптимального режима или точкой наибольшего КПД (Q_BEP).

NPSH — допускаемый кавитационный запас

Кавитацией называется процесс образования пузырьков пара в областях, где локальное давление падает до значения давления насыщенного пара. Степень кавитации зависит от того, насколько низким будет давление в насосе. При кавитации происходит снижение напора и появление шума и вибрации.

Кавитация вначале возникает в областях наименьшего давления в насосе, чаще всего образуются на кромках лопаток на входе в рабочее колесо, см. рисунок 2.10.

Значение NPSH — абсолютное и всегда положительное. NPSH измеряется в метрах, как напор, см. рисунок 2.11. Так как NPSH измеряется в метрах, нет необходимости учитывать плотность различных жидкостей.

Существуют два различных значения NPSH: NPSH_R и NPSH_A.

NPSH_A обозначает имеющийся NPSH и определяет, насколько близко к парообразованию находится жидкость во всасывающем трубопроводе. NPSH_A определяется по формуле:

NPSH_R обозначает требуемый NPSH и выражает наименьшее значение NPSH, требуемое для приемлемой работы насоса. Абсолютное давление на входе может быть рассчитано по заданному значению NPSH_R и давлению насыщенных паров жидкости путем подстановки в формулу (2.16) NPSH_R вместо NPSH_A.

Чтобы определить, может ли насос быть безопасно установлен в систему, следует найти NPSH_A и NPSH_R для наибольших значений подачи и температуры в пределах рабочего диапазона.

Риск кавитации в системах может быть снижен или исключен с помощью следующих мер:

Следующие два примера показывают, как рассчитывается NPSH.

Пример 2.1 Насос для подачи жидкости из колодца

Насос должен подавать жидкость из резервуара, уровень воды в котором на 3 метра ниже уровня насоса. Для расчета значения NPSH_A необходимо знать потери на трение во всасывающем трубопроводе, температуру воды и барометрическое давление, см. рисунок 2.12.

Температура воды 40°C

Барометрическое давление 101,3 кПа.

Потери давления во всасывающем трубопроводе при существующей подаче 3,5 кПа.

Значения взяты из таблицы «Физические свойства воды» в конце статьи.

Для этой системы выражение NPSH_A в формуле (2.16) может быть записано в следующем виде:

H_всас— уровень воды относительно насоса. H_всас может быть выше или ниже насоса и выражается в метрах. В этой системе уровень воды находится ниже насоса. Таким образом, H_всас отрицательно, H_всас = –3 м.
Значение NPSH_A для системы:

Насос, предназначенный для работы в рассматриваемой системе, должен иметь значение NPSH_R меньше, чем 6,3 м минус запас безопасности 0,5 м. Таким образом, при существующей подаче для насоса требуется значение NPSH_R меньшее, чем 6,3 – 0,5 = 5,8 м.

Пример 2.2 Насос в закрытой системе

В закрытой системе отсутствует свободная поверхность воды для использования в качестве плоскости отсчета. Этот пример показывает, как датчик давления, расположенный выше плоскости отсчета, может использоваться для определения абсолютного давления в линии всасывания, см. рисунок 2.13.

Барометрическое давление 101 кПа.

Рассчитанные потери на трение в трубах между точкой измерения (p_{стат.вх.}) и насосом H_{потерь труб.} = 1м.

Температура системы 80°C.

Для этой системы формула 2.16 для NPSH_A имеет следующий вид:

Несмотря на отрицательное давление в системе, значение NPSH_A для существующего расхода превышает 4 м.

Осевая нагрузка

Осевая нагрузка является суммой сил, действующих на вал в осевом направлении, см. рисунок 2.14. Осевая нагрузка в основном возникает вследствие разности давлений на переднем и заднем диске рабочего колеса.

Значение и направление осевой нагрузки может использоваться для определения типоразмера подшипников и конструкции электродвигателя. Насосы с нагрузкой, направленной вверх, требуют применения фиксированных подшипников. Дополнительно к осевой нагрузке необходимо учесть силы, действующие на вал вследствие давления в системе. Пример кривой осевой нагрузки представлен на рисунке 2.15.

Осевая нагрузка связана с напором и поэтому пропорциональна квадрату скорости.

Радиальная нагрузка

Радиальная нагрузка является суммой сил, действующих на вал в радиальном направлении, см. рисунок 2.16. Гидравлическая радиальная нагрузка возникает вследствие разности давлений в спиральной камере. Значение и направление изменяются в зависимости от подачи. Силы минимальны при расчетном режиме, см. рисунок 2.17. Для правильного выбора радиального подшипника важно знать значение радиальной нагрузки.

Выводы

В статье приведено объяснение терминов, применяемых для описания показателей насоса, и приведены кривые напора, мощности, КПД, NPSH и действия нагрузок. Кроме того, два термина — напор и NPSH — были пояснены на примерах расчета.

Источник

Разница в артериальном давлении, измеренном на разных руках, связана с повышенным сердечно-сосудистым риском

Результаты данного исследования могут изменить актуальные рекомендации по артериальной гипертензии в этом вопросе

На основании крупного международного исследования были получены уверенные доказательства того, что разница в артериальном давлении, измеренном на разных руках, ассоциирована с повышеним риска инфаркта миокарда, инсульта и сердечно-сосудистой смертности.

Мета-анализ данных проводился университетом Эксетера и коллаборацией INTERPRESS-IPD и включал 24 глобальных исследования, изучавших артериальное давление около 54 000 человек с территории Европы, США, Африки и Азии. Работа опубликована в журнале Hypertension и в ней впервые утверждается о разнице в артериальном давлении (АД) на разных руках как о сердечно-сосудистом факторе риска. Наблюдение за участниками исследования проводилось более 10 лет.

Большинство рекомендаций по измерению артериальной гипертензии советуют измерять АД на обоих руках, однако эта процедура почти не реализуется в практическом здравоохранении. В публикации устанавливаетсяустанавливается новая граница нормы для разницы АД, измеренного на разных руках, и она значительно ниже тех, которые используются в современных руководствах.

В Клинических рекомендациях по артериальной гипертензии 2020 года указывается: «Рекомендуется проводить измерения АД в медицинском учреждении на обеих руках, по крайней мере, во время первого визита пациента для выявления возможного поражения артерий (в первую очередь атеросклеротического), ассоциированного с более высоким СС риском».

Группа авторов уже давно знала, что разница в АД связана с более плохими исходами, но большая выборка, представленная в исследовании INTERPRESS-IPD, помогла рассмотреть этот фактор риска более детально и в доказательной манере.

Значительная разница в систолическом АД, измеренном на разных руках, указывает на сужение или ригидность артерий, что, в свою очередь, влияет на кровообращение. В результатах исследованиях сообщается, что разница в 1 мм рт.ст. увеличивала предиктивный 10-летний риск стенокардии, инфаркта или инсульта на 1%.

В актуальных рекомендациях указывается: «при разнице показателей АД на правой и левой руке более 15 мм рт.ст. вероятно атеросклеротическое поражение сосудов. При выявленной разнице показателей между правой и левой руками в дальнейшем рекомендуется проводить измерения на руке с более высоким АД».

Авторы работы считают, что новая граница нормы в разнице АД, измеренного на разных руках, должна быть на уровне 10 мм рт.ст. Частота встречаемости такого отклонения была отмечена в 11% среди группы пациентов с гипертонической болезнью и в 4% в общей популяции.

Источник

В чем разница между напором и давлением

Трудно представить себе цивилизованную жизнь без наличия систем отопления и водоснабжения. Это могут быть как центральные, так и автономные системы, предназначенные для обеспечения конкретного сооружения или комплекса. И в первом и во втором случае принципы их устройства практически ничем не отличаются, поскольку подчинены одним и тем же законам физики. Для полноценного представления характера функционирования конкретной системы, необходимого для устранения возможных проблем либо определения ключевых параметров при проектировании следует различать понятия напора и давления.

Понятие давления

С точки зрения физики под давлением понимается величина, характеризующая воздействие силы, приложенной перпендикулярно поверхности, на единицу площади данной поверхности. В международной системе единиц данная величина измеряется в паскалях, но на практике для ее характеристики чаще используют такую величину как атмосфера. Данная единица характеризует воздействие 1 килограмма на 1 квадратный сантиметр поверхности, которое равно 101325 паскалей.

Применимо к водоснабжению давление является ключевым параметром, характеризующим эффективность водопровода. Практически все устройства, подключенные к системе, не будут нормально работать без обеспечения стабильности указанного показателя. При этом, негативно на устройствах отражается как недостаточное, так и избыточное его значение.

Нормальным и достаточным считается давление в трубопроводе в диапазоне от 2,5 до 3,5 атмосферы, но идеальное значение должно составлять 4 атмосферы. Более того, это значение является минимальным необходимым для некоторых устройств, например, джакузи.

Понятие напора

Помимо давления в области гидравлики и гидродинамики используется понятие напор, которое также определяется как давление жидкости, но выражается линейным значением высоты столба жидкости над определенным расчетным уровнем. Единицей измерения указанной величины в международной системе единиц является метр. В физике различают 4 вида напора: статический (свободный), геометрический, динамический (скоростной) и потерянный.

При выполнении расчетов, необходимых при проектировании водопровода, учитывается именно свободный напор, который показывает наименьшую высоту точки забора воды над уровнем земли. На эту высоту необходимо обеспечить подъем воды, преодолевая сопротивление самого трубопровода. В строительстве норматив свободного напора является 10 метров для первого этажа здания. В случае многоэтажных конструкций для каждого этажа, начиная со второго, к показателю 1 этажа прибавляется 4 метра.

При этом проект водопровода обязательно должен учитывать необходимость обеспечения 2 крайних режимов функционирования:

Достижение указанных условий напрямую влияет на выбор насосного оборудования, материала и диаметра трубопровода.

Сходство понятий напора и давления

Исходя из определений напора и давления, данные величины являются взаимосвязанными. В частности, последнее является результатом произведения напора (высоты столба жидкости), плотности конкретной жидкости и величины ускорения свободного падения.

Наглядно сходство указанных параметров демонстрирует устаревшая на сегодняшний день система водоснабжения, при которой давление в трубопроводах достигалось путем установки водонапорных башен. В верхней части башен размещались емкости, которые наполнялись водой в период низкого потребления и помогали насосу обеспечить необходимые параметры в периоды пикового расхода.

Отличия между напором и давлением

На бытовом уровне рассматриваемые показатели часто отождествляют, понимая под напором наглядное представление о давлении в виде линейного значения высоты. И это не лишено логики, поскольку даже в самом определении напора содержится фраза «…напор – это давление жидкости…». Вместе с тем, узкие специалисты, в частности производители насосного оборудования, различают указанные понятия.

Так, давление – это показатель, который должен быть обеспечен в трубопроводе для нормального функционирования системы водоснабжения. Но в расчетах требуемых параметров насосного оборудования оперировать смысловым значением указанного параметра достаточно проблематично. Поэтому, используется параметр напора.

При подборе параметров насоса учитывается статический напор, его падение на трубопроводе, а также количество потребителей воды из системы.

Статический напор в данном случае рассчитывается как высота, на которую необходимо поднять воду из скважины в вертикальном направлении и, при необходимости, протолкнуть в горизонтальной плоскости к потребителям. 1 метр вертикального подъема приравнивается к 10 метрам горизонтального перемещения. Полученную величину необходимо откорректировать на величину потерь из-за трения о внутреннюю поверхность труб и изгибов труб. Эти показатели определяются по специальным таблицам в зависимости от материала и диаметра трубы.

По полученным в результате расчетов данным подбираются параметры насоса с учетом запаса производительности в размере 20-30%. Выполнить такой расчет, основываясь исключительно на показателе давления, практически невозможно. А после того, как произведены вычисления напора насоса, который будет способен создать необходимое давление на выходе, осуществляется выбор материала и диаметра труб, предназначенных для монтажа всей системы водоснабжения.

Источник