«Напір» і «тиск» у насосах

Чому ці терміни означають однаково, з різних точок зору.

Ще в середині 1960-х років я працював підмайстром на сталеливарному заводі в Бірмінгемі, Алабама. Коли одного разу один із наших водяних насосів вийшов з ладу у водоймах для охолодження, мій бос дав мені замовлення на замовлення та ключі від службової вантажівки. Він сказав мені поїхати у місто та придбати ще один насос у будинку промислового постачання.

Він сказав: "Отримайте водяний насос, який перекачує 30 фунтів на квадратний дюйм зі швидкістю 400 галлонів на хвилину". Він написав це на реквізицію.

У будинку промислового постачання торговий представник проводжав мене до виставкового залу насосів. Він сказав: "Це вам потрібен водяний насос. Він генерує 70 футів напору при 400 об/хв. Вам теж потрібна муфта та двигун?"

Я сказав: "Зачекайте хвилину! Мені не потрібно 70 футів голови. Я хочу 30 фунтів на квадратний дюйм при 400 об/хв. Що таке 70 футів голови?" Я думав, що торговий представник намагається зробити "приманку". У заявці чітко вказано 30 фунтів на квадратний дюйм. Я дивувався, чому торговий представник використовував різні терміни. Обурений, я пішов і пішов до конкуруючого промислового будинку - там я повторив ту саму словесну розмову з їхнім торговим представником.

Я знаю, що я не одна. Це непорозуміння щодо голови та тиску відбувається щодня по всій країні ... і, справді, у всьому світі.

Користувачі насосів хочуть тиску. Виробники насосів постачають ноги (або метри) напору. Зрештою, вони однакові, лише виражені з двох різних точок зору. Як людині, яка визначає та/або встановлює насоси, ви повинні знати, як ці терміни співвідносяться між собою.

Походження голови, тиску

Стародавній Рим та Греція забезпечувались проточною водою у гігантських акведуках, які несли прісну воду з гірських озер та потоків вниз у місто. Підземні глиняні труби гравітацією переносять воду до різних районів. Вода збиралася у фонтанах, щоб господині щодня неслись у глиняних банках. Сотник зазвичай охороняв фонтан, щоб запобігти крадіжці води або забрудненню.

Це було 2600 років тому - коли вода текла під дією сили тяжіння, потік розподілявся у глечики та бочки, і не було манометрів та приладів. Тим не менше, загальновідомо, що сила (номінальна в одиницях енергії) потрібна для того, щоб підняти кількість (об'єм або вага) води проти сили тяжіння. Певна кількість енергії (сили) була потрібна, щоб підняти глечик води з фонтану вгору у волину візок або на голову домогосподарки.

У Греції 2200 років тому Архімед розробив перший практичний насос з постійним потоком. "Гвинт Архімеда" підніме воду з річки в іригаційний канал для сільського господарства. Гвинт використовувався як трюмний насос на королі баржі. Це також піднімало б на поверхню колодязну воду, яку дружини могли б нести додому та використовувати для виливання ванни своїх чоловіків. (Тема визволення жінок вимагає іншої статті.)

Починаючи з гвинта Архімеда та єгипетської норії (іншого насосного пристрою), сила насоса оцінювалася в одиницях енергії проти сили тяжіння. З цієї причини насоси оцінюються в "напорі", щоб виразити те, що ми називаємо тиском.

У 1643 р. Французький винахідник і математик Блез Паскаль зрозумів, що повітря (атмосфера) також має вагу і що його сила застосовується у всіх напрямках, а не лише при гравітації. Отже, він пояснив поняття "тиск", як воно використовується у фізичних науках: Він визначив тиск як силу, що прикладається до площі, наприклад, фунт сили, прикладеної до квадратного дюйма площі: таким чином, фунти на квадратний дюйм.

Корисна формула

Сьогодні сучасні насосні компанії продовжують оцінювати силу рідини як одиницю енергії проти сили тяжіння. Якщо ми застосуємо цю саму силу в іншому напрямку - наприклад, проти внутрішньої боковини резервуара, що знаходиться під тиском - ми б використали термін "тиск".

Простіше кажучи, математична константа 2,31 перетворює одиницю енергії проти сили тяжіння в одиницю сили проти будь-якої іншої області. Ця константа перетворює стопу води у тиск: Напор у футах води, поділений на 2,31, дорівнює тиску в фунт/кв.дюйм, а тиск у фунт/кв.дюйм у 2,31 дорівнює напору в футах.

Якщо рідина не є водою (приклади: фарба, шоколадний сироп або бензин), питома вага рідини повинна бути врахована у формулі.

Постійна 2,31 випливає з наступного: Квадратний фут площі містить 144 квадратних дюйма; кубічний фут води з температурою навколишнього середовища важить 62,38 фунтів за кубічний фут при 70 F на рівні моря.

Якби я вилив 1 фунт води у високу вузьку посудину, що займає 1 квадратний дюйм площі, я наповнив би цю посудину на висоті 2,31 фута. Тепер застосуємо цю інформацію на кількох прикладах.

Уявіть, що ви були на прозорому гірському озері, катаючись на човні зі скляним дном. Якби оглядові вікна знаходились на висоті 6 футів під поверхнею води, скільки тиску діяло б на склопакети? Відповідь: Тиск, що діє на вікна, становитиме 2,6 фунта на квадратний дюйм, або 6 футів ÷ 2,31 = 2,6 фунта на квадратний дюйм.

Представник насоса мав рацію

Ось ще один приклад: більшість громад матимуть піднятий резервуар з навколишньою водою, який забезпечує тиск води в громадах та кварталах, розташованих нижче резервуару. Якщо вода в баку знаходиться на 150 футів над кухонним краном в одному з будинків, яким буде тиск води у крана (якщо не враховувати жодних інших впливів на тиск)? Відповідь: 150 ÷ 2,31 = 65,8 psi.

Стандартний манометр мав би реєструвати 66 фунтів на квадратний дюйм. На кухонному змішувачі буде доступний тиск води 66 фунтів на квадратний дюйм, поки хтось не відкриє кран і вода не потече. Коли кран відкривається і вода починає рухатися по трубах, відбудеться незначний перепад тиску через тертя між водою та внутрішніми стінками труби.

Тепер давайте працювати в іншому напрямку. Якщо я хочу придбати насос, що розвиває 30 фунтів на квадратний дюйм для відкачування води, який мій рейтинг насоса? Який насос я повинен купити?

30 psi x 2,31 = 70 футів

Якщо вам потрібен насос для розвитку тиску води 30 фунтів на квадратний дюйм, тоді придбайте насос, який розвиває 70 футів голови.

Отже, виявляється, що ще в 1965 році торговий представник насосів намагався показати мені правильний насос для мого застосування.

Диференціальний тиск

Дозвольте мені уточнити пару пунктів:

Насоси розвивають різницю напору або перепад тиску. Це означає, що насос приймає всмоктувальний тиск, додає більше тиску (проектний тиск) і створює напірний тиск. Отже, тиск нагнітання дорівнює тиску всмоктування плюс проектний тиск насоса. Тиск нагнітання насоса повинен бути приблизно еквівалентний загальній динамічній напору (TDH), необхідній системі (резервуари, труби, коліна, клапани, фланці та фітинги).

Для контролю та управління вашим насосом, ваш насос повинен мати манометр всмоктування та манометр нагнітання, встановлені на насосі. Вас турбує диференціал.

Скажімо, ваш насос розроблений для розробки 40 psi. Скажімо, в рідині надходить у насос тиск 3 фунт/кв. Дюйм. Манометр всмоктування покаже 3 psi. Насос призначений для додавання тиску в 40 psi. Манометр розряду мав би показник 43 psi. Диференціал становить 40 psi.

Якщо тиск, що надходить у насос, становить 25 фунтів на квадратний дюйм, манометр покаже 65 бар Диференціал становить 40 psi.

Хворі насоси до поведінкових

Я працюю консультантом з насосів. Часто мене кличуть, щоб проаналізувати проблему з хворим насосом. Зазвичай я приїжджаю, щоб виявити, що хворий насос не має встановлених датчиків. Або, можливо, хвора помпа має лише манометр. Оператор насоса, монтажник або власник не знають, що робить насос. Зазвичай це джерело проблеми.

Експлуатація насоса без манометрів - це все одно, що керувати автомобілем без панелі керування приладовою панеллю. Я маю на увазі, що вам потрібен таймер і датчик температури, щоб просто приготувати сковороду з печивом у духовці.

Після того, як ми контролюємо і контролюємо перепад тиску в насосі, насос заспокоюється і поводиться. Манометр не потрібен без манометра. Пам’ятайте, що це перепад тиску, або різниця напору.

Нарешті, якщо вашій системі потрібно 50 футів напору зі швидкістю 600 г/хв, то ви захочете придбати насос з найкращими координатами ефективності 50 футів при 600 г/хв на кривій продуктивності насоса. При зчитуванні цих кривих під час вибору насоса на графіку кривих насоса є певна оптимальна зона, в якій ви хочете залишатися. У цій зоні насос працює найбільш ефективно. Ефективність насоса - найкраще поєднання напору та витрати при найменших витратах енергії. Купуйте та використовуйте ефективні насоси.