حساب رأس المضخة: كيفية حساب إجمالي الرأس الديناميكي خطوة بخطوة

اطلب من ثلاثة مهندسين أن يعملوا على رأس نفس التركيب، وسوف تحصل غالبًا على ثلاث إجابات مختلفة. ليس لأن الفيزياء صعبة - فالصيغة قصيرة بما يكفي لوضعها على مذكرة لاصقة - ولكن لأن كل شخص يرسم حدود النظام في مكان مختلف. يقيس أحدهما الخط المركزي للمضخة، والآخر إلى مخرج الخزان، والثالث يتجاهل التركيبات بهدوء لأن الرسم لا يظهرها.

لقد قمنا ببناء المضخات وتحديد حجمها منذ عام 1957، وتطرح نفس الأسئلة في كل مشروع تقريبًا. يعمل هذا الدليل من خلالها بالترتيب الذي نستخدمه عادة: تحديد النظام، وإضافة المكونات، والتحقق من النتيجة مقابل منحنى المضخة، وبعد ذلك فقط اختر الجهاز.

ما يقيسه رأس المضخة فعليًا

الرأس عبارة عن طاقة لكل وحدة وزن من السائل، معبرًا عنها بارتفاع العمود - متر في الشغل المتري، وقدم في العمل الإمبراطوري. نظرًا لأنه يتم ضبطه بالوزن، يظل الرأس كما هو سواء كنت تقوم بنقل الماء أو الصودا الكاوية أو ملاط ​​خفيف، بينما يتغير الضغط الذي تشعر به الأنابيب فعليًا مع الكثافة. ولهذا السبب يتم اختيار المضخة على الرأس والتدفق، ويتم فحص التصميم الميكانيكي ضد الضغط بعد ذلك.

العلاقة بين الاثنين بسيطة: الضغط يساوي الكثافة في الجاذبية في الرأس. بالنسبة للمياه النظيفة، يعادل الشريط الواحد حوالي 10.2 متر من العمود. بالنسبة للملاط الكثيف، ينتج نفس الرأس ضغطًا أكبر بشكل ملحوظ على الغلاف، لذا فإن مقياس الضغط لا يكون أبدًا بديلاً مباشرًا لحساب الرأس.

الرأس أيضًا ليس مثل القراءة الموجودة على مقياس التفريغ. يخبرك المقياس بالضغط عند نقطة واحدة في لحظة واحدة؛ يصف الرأس الديناميكي الإجمالي المهمة بأكملها، بما في ذلك ما يحدث على جانب الشفط وما يجب أن يتغلب عليه السائل على طول الطريق.

صيغة الرأس الديناميكي الإجمالي

بالنسبة لمعظم عمليات التثبيت، يتم تقليل الحساب إلى أربعة مصطلحات مضافة معًا:

TDH = ح _ثابت H _{الاحتكاك} H _السرعة H _الضغط

غالبًا ما يختفي اثنان من هذه المصطلحات. في النقل المفتوح من خزان إلى آخر، يكون كلا السطحين عند ضغط جوي، وبالتالي يكون ضغط الضغط صفرًا. وفي تلك الأسطح الحرة نفسها، تكون سرعة السائل ضئيلة، لذلك يتم عادةً حساب سرعة الرأس فقط عند نقطة التفريغ إذا كان الأنبوب ينتهي بفوهة أو رأس رش.

الرأس الثابت: الجزء المباشر

الرأس الثابت هو المسافة الرأسية التي يجب أن يرتفع بها السائل، ويتم قياسها بين سطحي السائل وليس بين الخطوط المركزية للأنبوب. في حوض الصرف المزود برافعة شفط 3 أمتار وخزان تفريغ على ارتفاع 25 مترًا فوق المضخة، يبلغ الرأس الثابت 28 مترًا - يعتبر رفع الشفط جزءًا من الإجمالي، وليس مكافأة منفصلة.

عندما تقوم المضخة بالشفط من رأس مغمور بالمياه، فإن سطح الشفط يقع فوق المكره وقد يكون الحد الثابت صغيرًا أو حتى سالبًا. يعد هذا الوضع جيدًا لهامش التجويف ولكنه يغير نقطة العمل، لذلك يجب كتابته في الحساب بدلاً من افتراضه.

في الحلقة المغلقة - دائرة الماء المبرد، على سبيل المثال - يكون الرأس الثابت هو فرق الارتفاع فقط بين وصلتي المقياس. إذا كانت الحلقة متوازنة حقًا، فإن هذا الفرق يقترب من الصفر وتعمل المضخة بفعالية ضد الاحتكاك وحده. العديد من المضخات ذات الحلقة المغلقة المفرطة في التحديد تأتي من نسيان هذه النقطة.

خسائر الاحتكاك: حيث تعيش الأخطاء عادة

رأس الاحتكاك هو المصطلح الذي يحدد ما إذا كان الاختيار مريحًا أم هامشيًا. تظل علاقة دارسي-وايسباخ هي الطريقة المرجعية: عامل الاحتكاك مضروبًا في الطول على القطر، مضروبًا في السرعة الرأسية. بالنسبة لشبكات المياه، يعتبر نموذج هازن ويليامز أسرع ومقبول على نطاق واسع لفحص الحجم، بشرط أن يعكس معامل الخشونة الأنبوب الفعلي - فالفولاذ القديم والبلاستيك الجديد غير قابلين للتبديل.

يتم التعامل مع التركيبات إما عن طريق إضافة طول مكافئ للأنبوب المستقيم أو عن طريق جمع معاملات الخسارة وضربها برأس السرعة. في غرفة المصنع التي تحتوي على العديد من الانحناءات والمخفضات والصمامات، يمكن أن تضيف الخسائر الطفيفة بسهولة ما بين 20 إلى 40 في المائة إلى رقم الأنبوب المستقيم. تستحق المصافي وصمامات الفحص والمبادلات الحرارية مخصصاتها الخاصة من بيانات الشركة المصنعة.

ثلاثة تعديلات عملية تحافظ على الرقم صادقًا. أضف هامش قاذورات يتراوح بين 10 إلى 15 في المائة للخدمات التي تعمل على قياس أو حمل المواد الصلبة. يتم تصحيح اللزوجة عندما يكون السائل أكثر سمكًا من الماء، وذلك بسبب تغير أداء الاحتكاك والمضخة. وتذكر أن نقطة التشغيل المحسوبة للأنبوب الجديد تمامًا سوف تنجرف لأعلى في التدفق مع تقدم عمر الأنبوب وزيادة الخشونة.

رأس الضغط ورأس السرعة

يكون رأس الضغط مهمًا عندما لا يكون النظام مفتوحًا للهواء الجوي: وعاء مضغوط، أو دائرة مغلقة مع خزان تمدد، أو فوهة رش تحتاج إلى 3 بار عند الطرف، أو مرشح يتم تحميله بمرور الوقت. تحويل الضغط المطلوب إلى أمتار من السائل الذي يتم ضخه وإضافته مباشرة.

رأس السرعة صغير في الأنابيب العادية. عند سرعة 2 م/ث في خط الماء، يصل الارتفاع إلى حوالي 0.2 م، وهو ما يمثل ضوضاء مقارنة بمصعد ثابت يبلغ 30 م. عند 5 م/ث يرتفع إلى حوالي 1.3 م، وفي الأنابيب عالية التدفق أو فوهات التفريغ القصيرة يتوقف عن الإهمال. النهج الصادق هو تضمينه في كل مرة والسماح للحساب بإظهار ما إذا كان مهمًا أم لا.

مثال عملي

خذ واجب التعزيز البلدي: 120 مترًا مكعبًا في الساعة من المياه النظيفة، يتم سحبها من حوض بعمق 4 أمتار أسفل المضخة ويتم توصيلها إلى خزان يبلغ سطح الماء فوقه 28 مترًا، من خلال 180 مترًا من الأنابيب الفولاذية DN150 مع مجموعة عادية من الانحناءات والصمامات. مستويات الموقع لمخططات من هذا النوع، مثل مشروع ضخ المياه لبلدية وينان ، يتم مسحها عادة قبل وقت طويل من طلب المضخات، مما يجعل المصطلح الثابت أسهل جزء من الحساب.

تتبع السرعة التدفق والتجويف: 120 م³/ساعة حتى DN150 تعطي حوالي 1.9 م/ث، لذا فإن سرعة الرأس هي 0.18 م. يصل الاحتكاك، باستخدام معامل خشونة مناسب للفولاذ متوسط ​​العمر، إلى حوالي 4.4 مترًا على طول 180 مترًا، وتضيف التركيبات حوالي 1.1 مترًا. إضافة كل شيء معًا:

ثم تتبع قوة العمود التدفق والرأس والكثافة والكفاءة. عند 37.7 مترًا و75 بالمائة من كفاءة المضخة، يحتاج العمل إلى حوالي 16.4 كيلووات عند العمود، وبالتالي فإن المحرك بقدرة 18.5 كيلووات هو الملاءمة الطبيعية والإطار بقدرة 22 كيلووات يوفر مساحة رأسية لهامش التلوث. يؤدي التحقق من العمليات الحسابية بهذه الطريقة قبل فتح الكتالوج إلى توفير قدر كبير من المراسلات لاحقًا.

من الرأس الديناميكي الإجمالي إلى نقطة العمل

الرأس من تلقاء نفسه ليس سوى نصف الاختيار. يجب رسم منحنى النظام - الرأس الثابت بالإضافة إلى حد الاحتكاك الذي ينمو مع مربع التدفق - مقابل منحنى المضخة، والتقاطع هو النقطة التي ستعمل المضخة فعليًا عندها. نظرًا لأن العلاقة بين الرأس والتدفق عكسية، فإن المضخة المشذبة من أجل رأس أعلى توفر كمية أقل من الماء، والمضخة المفتوحة لمزيد من التدفق توفر ضغطًا أقل. إن التفاعل بين الرأس ومعدل التدفق وقوة المحرك يستحق المراجعة قبل تثبيت الواجب، وملاحظتنا بشأن ذلك كيف يحدد رأس المضخة ومعدل التدفق وقوة المحرك الاختيار يغطي هذه المقايضة بمزيد من التفاصيل.

يوجد شيكان في هذه المرحلة. تأكد من أن الكفاءة عند نقطة التشغيل قريبة من أفضل نقطة كفاءة، حيث أن الجري بعيدًا إلى اليسار أو اليمين يقلل من عمر المحمل والختم. وتأكد من أن NPSH المتوفر يتجاوز NPSH المطلوب بهامش عمل — عادةً من 0.5 إلى 1 متر — عند أعلى درجة حرارة متوقعة للسائل.

مطابقة الحساب للمضخة الصحيحة

بمجرد معرفة نقطة التشغيل، عادة ما يتبعها نوع المضخة. تتعلق الاختلافات بين العائلات في الغالب بكمية الرأس التي يمكن أن تولدها كل مرحلة وكيفية تدفق مقابض الغلاف.

رؤوس منخفضة إلى معتدلة عند تدفقات متواضعة

تعتبر مضخة الشفط النهائية أحادية المرحلة بمثابة العمود الفقري للرؤوس التي يصل طولها إلى 80 مترًا تقريبًا في المياه النظيفة وإمدادات المياه والخدمات الصناعية الخفيفة. إنه سهل التركيب، وسهل الصيانة، وهو افتراضي معقول عندما يهيمن الرفع الثابت على الرأس المحسوب.

مضخة الطرد المركزي الأفقية ذات المرحلة الواحدة من سلسلة SPE العمود الفقري للمياه النظيفة للرؤوس التي يصل طولها إلى 125 مترًا، ومدخل DN≥350 مم وتدفق يصل إلى 1600 متر مكعب/ساعة؛ مناسبة للتوريد والصرف والواجبات الصناعية الخفيفة. عرض المنتج →

تدفقات كبيرة في الرأس المعتدل

عندما ينتج الحساب عدة مئات من الأمتار المكعبة في الساعة مقابل 30 إلى 60 مترًا، يتعامل تصميم العلبة المقسمة مع الحجم باستخدام دافعة شفط مزدوجة ومتطلبات NPSH منخفضة. يعتبر النقل البلدي ورسوم المياه المتداولة أمرًا نموذجيًا.

مضخة طرد مركزي مزدوجة الشفط من سلسلة HS(V). يتعامل مع تدفقات كبيرة تصل إلى 30,000 متر مكعب/ساعة ويصل ارتفاعه إلى 200 متر باستخدام دافعة مزدوجة الشفط؛ مناسبة لمحطات المياه ومحطات الطاقة ورسوم المياه المتداولة. عرض المنتج →

واجبات الرأس العالية

غالبًا ما تدفع تغذية الغلايات ونزح المياه من المناجم من العمق والأنابيب الرئيسية الطويلة الرأس الديناميكي الإجمالي إلى ما هو أبعد مما يمكن أن تصل إليه مرحلة واحدة بكفاءة. تضيف المضخة متعددة المراحل رأسًا تلو الآخر، مما يحافظ على الكفاءة العالية بينما يقوم تصنيف ضغط الغلاف بالباقي.

مضخة طرد مركزي أفقية متعددة المراحل من سلسلة MD(S). يضيف مرحلة رأسية مرحلة تلو الأخرى لتصريف المناجم، مع تدفق يصل إلى 1250 م³/ساعة، ورأس إلى 1000 م ومتغيرات MD/MDS المقاومة للتآكل للمواد الصلبة بنسبة 1.5%. عرض المنتج →

الحصول على الرقم الصحيح في المرة الأولى

قبل أن تخرج عملية الحساب من المكتب، قم برسم النظام ووضع علامة على كل سطح سائل، وكل نقطة قياس، وكل عنصر يضيف مقاومة. لاحظ خصائص السائل، وليس فقط معدل التدفق. اكتب الهامش كرقم بدلاً من تركه في رأس شخص ما، ثم قم بإعادة النظر في الرأس بمجرد تشغيل المصنع، لأن قراءات المقياس المقاسة في الموقع هي الدليل الحقيقي الوحيد على أن المبالغ كانت صحيحة.

معظم مشاكل الاختيار التي نراها لا تنتج عن المكونات الهيدروليكية الصعبة. إنها تأتي من بدل تركيب مفقود، أو رأس ثابت تم قياسه وفقًا لمرجع خاطئ، أو حلقة مغلقة يتم التعامل معها كما لو كان عليها رفع الماء ولكنها لا ترفعه أبدًا. اعمل من خلال المكونات الأربعة بصبر ويصبح حساب رأس المضخة كما ينبغي أن يكون: عملية حسابية قصيرة وموثوقة تخبرك بالضبط بما يجب أن تفعله الماكينة.