หัวปั๊มกับแรงดัน: ความแตกต่าง สูตร และการคำนวณ

เมื่อเลือกปั๊มหอยโข่งอุตสาหกรรม พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสองประการคืออัตราการไหลและส่วนหัว อย่างไรก็ตาม ผู้ซื้อปั๊มและวิศวกรบางครั้งสับสนระหว่างหัวปั๊มกับแรงดัน โดยสมมติว่าแรงดันระบายที่ระบุแสดงถึงหัวปั๊มที่ต้องการโดยตรง

แม้ว่าพารามิเตอร์ทั้งสองนี้จะมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด แต่ก็อธิบายปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจความสัมพันธ์เป็นสิ่งสำคัญในการเลือกปั๊มที่เหมาะสม การตีความกราฟประสิทธิภาพ การคำนวณความต้องการของระบบ และการแก้ไขปัญหาการปฏิบัติงาน

คู่มือนี้จะอธิบายความแตกต่างระหว่างหัวปั๊มและแรงดัน วิธีคำนวณหัวปั๊มไดนามิกทั้งหมด (TDH) และแนวคิดเหล่านี้ส่งผลต่อการเลือกปั๊มทางอุตสาหกรรมอย่างไร

 

 

• หัวปั๊มคืออะไร?

หัวปั๊มคือพลังงานกลที่เติมลงในของเหลวโดยปั๊ม ซึ่งแสดงเป็นพลังงานต่อหน่วยน้ำหนักและแสดงด้วยความสูงที่เท่ากันของคอลัมน์ของเหลว โดยทั่วไปมีหน่วยวัดเป็นเมตร (ม.) หรือฟุต (ฟุต)

สำหรับปั๊มหอยโข่ง ส่วนหัวจะระบุปริมาณพลังงานที่ปั๊มถ่ายโอนไปยังของเหลวที่อัตราการไหลและความเร็วในการหมุนเฉพาะ

ตัวอย่างเช่น ปั๊มที่มีพิกัดความสูง 100 ม. ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มปริมาณพลังงานไฮดรอลิกต่อหน่วยน้ำหนักของของเหลวโดยประมาณที่จุดทำงานที่ระบุ ไม่ได้หมายความว่าปั๊มสามารถยกของเหลวได้สูง 100 ม. ในแนวตั้งในทุกสภาวะการติดตั้ง การส่งมอบจริงขึ้นอยู่กับความสูงของระบบ ความต้องการแรงดัน และการสูญเสียทางไฮดรอลิก

โดยทั่วไปหัวปั๊มจะแบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ

หัวคงที่:ความแตกต่างของระดับความสูงและความแตกต่างของความดันระหว่างต้นทางและปลายทาง หากมี

หัวแรงเสียดทาน:พลังงานที่สูญเสียผ่านท่อ ข้อศอก วาล์ว ตัวกรอง และข้อจำกัดการไหลอื่นๆ

หัวความเร็ว:พลังงานจลน์ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วของของเหลว

สำหรับการเลือกปั๊มในทางปฏิบัติ วิศวกรจะคำนวณหัวทั้งหมดที่ระบบต้องการและเปรียบเทียบกับเส้นโค้งประสิทธิภาพของปั๊ม

 

• แรงดันปั๊มคืออะไร?

แรงดันปั๊มหมายถึงแรงที่กระทำโดยของไหลต่อหน่วยพื้นที่ โดยทั่วไปจะวัดใน:

บาร์

กิโลปาสคาล (kPa)

เมกะปาสคาล (MPa)

ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi)

โดยทั่วไปเกจวัดแรงดันจะติดตั้งอยู่ที่จุดเชื่อมต่อทางดูดและทางระบายของปั๊มเพื่อตรวจสอบสภาพการทำงาน

แรงดันที่เพิ่มขึ้นทั่วปั๊มคือความแตกต่างระหว่างแรงดันจ่ายและแรงดันดูด

แรงดันเพิ่มขึ้น=แรงดันคายประจุ - แรงดันดูด

ตัวอย่างเช่น หากแรงดันจำหน่ายคือ 8 บาร์ และแรงดันดูดคือ 1 บาร์:

แรงดันเพิ่มขึ้น=8 - 1=7 บาร์

นี่คือแรงดันที่เพิ่มขึ้นที่วัดได้ทั่วทั้งปั๊ม ไม่ควรถือเป็นส่วนหัวไดนามิกรวมของระบบโดยอัตโนมัติ เนื่องจากอาจจำเป็นต้องพิจารณาความแตกต่างของความเร็วและระดับความสูงด้วย

 

• หัวปั๊มกับแรงดัน: ความแตกต่างหลัก

หัวปั๊มและแรงดันมีความสัมพันธ์กัน แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้ในทุกสถานการณ์

พารามิเตอร์	หัวปั๊ม	แรงดันปั๊ม
ความหมาย	พลังงานที่เติมลงในหน่วยน้ำหนักของของไหล แสดงเป็นความสูงของคอลัมน์ของของเหลว	แรงที่กระทำโดยของไหลต่อหน่วยพื้นที่
หน่วยทั่วไป	ม. ฟุต	บาร์, kPa, MPa, psi
ปัจจัยหลัก	จุดการทำงานของปั๊มและพฤติกรรมของของไหล	ศีรษะพัฒนาและมีความหนาแน่นของของเหลว
การวัดโดยทั่วไป	ได้มาจากข้อมูลประสิทธิภาพของปั๊มหรือคำนวณจากสภาวะของระบบ	วัดโดยใช้เกจวัดแรงดันหรือเครื่องส่งสัญญาณ
แอปพลิเคชันหลัก	การเลือกปั๊มและการประเมินเส้นโค้งสมรรถนะ	การตรวจสอบระบบและการควบคุมแรงดัน

ความแตกต่างที่สำคัญคือหัวปั๊มเดียวกันสามารถตอบสนองต่อแรงดันที่เพิ่มขึ้นที่แตกต่างกันเมื่อสูบของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกัน

 

• วิธีแปลงหัวปั๊มเป็นแรงดัน

สำหรับการแปลงโดยประมาณ ความดันที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากหัวที่กำหนดสามารถคำนวณได้โดยใช้ความหนาแน่นของของไหล

สูตร 1: คำนวณแรงกดดันจากศีรษะ

แรงดันที่เพิ่มขึ้น (บาร์)=ส่วนหัว (ม.) x ความถ่วงจำเพาะ / 10.2

ในที่นี้ ความถ่วงจำเพาะ (SG) คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของของไหลต่อความหนาแน่นของน้ำภายใต้เงื่อนไขอ้างอิงที่ใช้ในการคำนวณ

สำหรับน้ำ SG มีค่าประมาณ 1.0

ตัวอย่าง: หัว 100 ม. สร้างแรงดันเท่าใด

สมมติว่าปั๊มพัฒนาส่วนหัวได้ 100 เมตร ความดันที่เพิ่มขึ้นโดยประมาณจะแปรผันตามความหนาแน่นของของเหลวที่สูบ

ความหนาแน่นของของไหล	ความถ่วงจำเพาะ (SG)	ศีรษะ	ความดันเพิ่มขึ้นโดยประมาณ
1,000 กก./ลบ.ม	1.00	100 m	9.81 bar
1,100 กก./ลบ.ม	1.10	100 m	10.79 bar
700 กก./ลบ.ม	0.70	100 m	6.87 bar

ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดหัวปั๊มและแรงดันจึงไม่ควรถือเป็นค่าที่เหมือนกัน ของเหลวที่มีความหนาแน่นมากขึ้นจะสร้างแรงดันที่เพิ่มขึ้นมากขึ้นที่ส่วนหัวเดียวกัน โดยถือว่ามีสภาวะการทำงานของปั๊มที่เทียบเคียงได้

ค่าข้างต้นเป็นเพียงค่าโดยประมาณและมีไว้สำหรับการคำนวณเบื้องต้น ผลลัพธ์ที่แท้จริงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวและสภาวะการทำงาน

สูตร 2: แปลงความกดดันเป็นศีรษะ

เมื่อทราบความแตกต่างของแรงดัน สามารถประมาณค่าหัวแรงดันที่สอดคล้องกันได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

หัวแรงดัน (ม.)=ความแตกต่างของแรงดัน (บาร์) x 10.2 / ความถ่วงจำเพาะ

สำหรับหน่วยจักรวรรดิ:

หัวแรงดัน (ฟุต)=ความแตกต่างของแรงดัน (psi) x 2.31 / ความถ่วงจำเพาะ

สูตรเหล่านี้ประมาณค่าส่วนประกอบของหัวแรงดัน โดยจะไม่รวมความแตกต่างของความเร็วส่วนหัวและระดับความสูงในการคำนวณของระบบโดยสมบูรณ์โดยอัตโนมัติ

ตัวอย่าง: แปลงแรงดันที่เพิ่มขึ้น 7 บาร์เป็นส่วนหัว

สมมติว่าปั๊มจัดการกับของเหลวที่มีความถ่วงจำเพาะ 1.05 และพัฒนาแรงดันที่เพิ่มขึ้นที่วัดได้ 7 บาร์

หัวแรงดัน=7 x 10.2 / 1.05

หัวรับแรงดัน=ประมาณ 68.0 ม

ดังนั้นแรงดันที่เพิ่มขึ้นจึงสอดคล้องกับส่วนหัวแรงดันประมาณ 68 ม.

นี่เป็นการคำนวณแบบง่าย หากระดับความสูงในการดูดและระบายหรือความเร็วของของไหลแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ หัวไดนามิกทั้งหมดอาจแตกต่างกัน

 

• Total Dynamic Head (TDH) คืออะไร?

หัวไดนามิกรวม (TDH) หมายถึงพลังงานทั้งหมดต่อหน่วยน้ำหนักที่ปั๊มต้องจ่ายเพื่อเคลื่อนย้ายของเหลวผ่านระบบภายใต้สภาวะการทำงานที่ระบุ

รวมถึงความแตกต่างของความดัน ความเร็ว และระดับความสูงระหว่างส่วนการวัดการดูดและการปล่อยที่กำหนดไว้

สมการทั่วไปคือ:

TDH=ความแตกต่างของส่วนหัวของความดัน + ความแตกต่างของความเร็วของส่วนหัว + ความแตกต่างของระดับความสูง

ในรูปแบบสมการ:

TDH=(Pd - Ps) / (rho xg) + (Vd² - Vs²) / (2 xg) + (Zd - Zs)

ที่ไหน:

ป.ลแรงดันจำหน่าย =

ปลแรงดันดูด =

โร= ความหนาแน่นของของไหล

g= ความเร่งโน้มถ่วง

วดี= ความเร็วของของไหลเฉลี่ยที่ส่วนจำหน่าย

เทียบกับ= ความเร็วของของไหลเฉลี่ยที่ส่วนดูด

Zd= ระดับความสูงของส่วนการวัดการปล่อยประจุ

Zs= ระดับความสูงของส่วนการวัดแรงดูด

สำหรับสมการนี้ ความดันควรแสดงโดยใช้หน่วยที่สอดคล้องกัน ความหนาแน่นเป็นกิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ความเร็วเป็นเมตร/วินาที และระดับความสูงเป็นเมตร หัวที่ได้จะแสดงเป็นเมตร

เมื่อความเร็วการดูดและการไหลออกใกล้เคียงกันและความแตกต่างของระดับความสูงไม่มีนัยสำคัญ ความแตกต่างของแรงดันสามารถให้การประมาณที่เป็นประโยชน์ของส่วนประกอบหัวแรงดัน ในระบบอื่น ไม่ควรละเลยข้อกำหนดเพิ่มเติม

เมื่อเลือกปั๊ม วิศวกรควรประเมินความต้องการของระบบที่สมบูรณ์ แทนที่จะอาศัยเพียงแรงดันระบายเท่านั้น

 

• ทำไมเส้นโค้งของปั๊มแรงเหวี่ยงจึงใช้หัวแทนแรงดัน

กราฟประสิทธิภาพของปั๊มแรงเหวี่ยงมักแสดงส่วนหัวเทียบกับอัตราการไหล ทำให้ง่ายต่อการประเมินประสิทธิภาพไฮดรอลิกของปั๊มในจุดปฏิบัติงานต่างๆ

สาเหตุหลักได้แก่:

1. มีประโยชน์มากขึ้นในการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของไฮดรอลิก

ส่วนหัวแสดงพลังงานที่เพิ่มต่อหน่วยน้ำหนักของของไหล ช่วยให้เส้นโค้งของปั๊มสามารถอธิบายประสิทธิภาพไฮดรอลิกของปั๊มได้โดยไม่ต้องผูกหัวที่รายงานกับความหนาแน่นของของเหลวชนิดใดชนิดหนึ่งโดยตรง

2. รองรับการวิเคราะห์ระบบได้ดีขึ้น

ความต้านทานของระบบโดยทั่วไปจะแสดงเป็นส่วนหัว วิศวกรสามารถเปรียบเทียบเส้นโค้งของปั๊มกับเส้นโค้งของระบบเพื่อระบุจุดทำงานที่คุณลักษณะของปั๊มและระบบตัดกัน

3. การคัดเลือกเบื้องต้นมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

การใช้หัวช่วยให้วิศวกรประเมินความต้องการพลังงานสำหรับระบบก่อนที่จะแปลงเป็นแรงดันสำหรับของเหลวชนิดใดชนิดหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม การเลือกปั๊มเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ อัตราการไหล คุณสมบัติของของเหลว ประสิทธิภาพ กำลังมอเตอร์ ข้อกำหนด NPSH วัสดุ และช่วงการทำงานที่คาดหวังต้องได้รับการพิจารณาด้วย

 

• ข้อผิดพลาดทั่วไปเมื่อเลือกปั๊ม

ข้อผิดพลาดหลายประการอาจนำไปสู่การเลือกปั๊มที่ไม่ถูกต้องหรือประสิทธิภาพของภาคสนามที่ไม่คาดคิด

การเลือกปั๊มขึ้นอยู่กับแรงดันระบายเท่านั้น

แรงดันจ่ายจะได้รับผลกระทบจากแรงดันดูด ความหนาแน่นของของเหลว ระดับความสูง และสภาวะของระบบ วิศวกรควรกำหนดอัตราการไหลที่ต้องการและเฮดไดนามิกรวมก่อนเลือกรุ่น

ละเว้นความหนาแน่นของของไหล

ปั๊มที่จัดการของเหลวที่มีความถ่วงจำเพาะสูงกว่าอาจสร้างแรงดันที่เพิ่มขึ้นมากขึ้นที่ส่วนหัวเดียวกัน นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มกำลังของเพลาที่ต้องการได้อีกด้วย

หัวคงที่สับสนกับหัวไดนามิกทั้งหมด

ความแตกต่างของระดับความสูงคงที่เป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งของข้อกำหนดของระบบเท่านั้น แรงเสียดทานของท่อ ข้อต่อ วาล์ว ความแตกต่างของแรงดัน และการเปลี่ยนแปลงความเร็วอาจส่งผลต่อข้อกำหนดหัวทั้งหมดด้วย

ละเลยจุดปฏิบัติการจริง

อัตราการไหลของปั๊มหรือค่าหัวสูงสุดของปั๊มไม่จำเป็นต้องแสดงถึงหัวปั๊มที่จะผลิตที่อัตราการไหลที่ต้องการ ควรตรวจสอบปั๊มที่เลือกโดยเทียบกับกราฟประสิทธิภาพและกราฟของระบบ

การใช้การแปลงโดยประมาณเป็นค่าการออกแบบขั้นสุดท้าย

การแปลงจากหัวถึงแรงดันมีประโยชน์สำหรับการประเมินเบื้องต้น แต่การเลือกปั๊มขั้นสุดท้ายควรใช้การคำนวณของระบบและข้อมูลประสิทธิภาพของผู้ผลิตที่สอดคล้องกัน

 

• วิธีการเลือกปั๊มหอยโข่งอุตสาหกรรมที่เหมาะสม

กระบวนการเลือกปั๊มที่เชื่อถือได้เริ่มต้นด้วยข้อกำหนดการปฏิบัติงานที่แม่นยำ

ก่อนที่จะติดต่อผู้ผลิต ให้เตรียมข้อมูลต่อไปนี้:

อัตราการไหลที่ต้องการ

ต้องการหัวแบบไดนามิกทั้งหมด

ชนิดของของเหลว อุณหภูมิ ความหนาแน่น และความหนืด

สภาวะการดูดและข้อมูล NPSH ที่มีอยู่

ขนาดท่อ ความยาวท่อ ความแตกต่างของระดับความสูง และข้อกำหนดแรงดันของระบบ

ชั่วโมงการทำงาน วิธีการควบคุม และช่วงการทำงานที่คาดหวัง

วัสดุที่จำเป็น การจัดเตรียมการปิดผนึก และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

สำหรับการใช้งานที่มีหัวสูง ปั๊มหอยโข่งหลายใบพัดแนวนอนอาจเหมาะสม เนื่องจากใบพัดหลายตัวจะสร้างส่วนหัวตามที่ต้องการในแต่ละขั้นตอน การออกแบบหลายขั้นตอนที่สมดุลในตัวเองอาจได้รับการพิจารณาโดยที่แรงขับตามแนวแกนที่ลดลงเป็นวัตถุประสงค์การออกแบบที่สำคัญ

สำหรับอัตราการไหลขนาดใหญ่และหัวที่ค่อนข้างต่ำถึงปานกลาง ปั๊มแบบแยกส่วนแบบดูดคู่อาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม ขึ้นอยู่กับความต้องการของระบบ

 

• บทสรุป

หัวปั๊มและแรงดันจะอธิบายประสิทธิภาพของปั๊มที่เกี่ยวข้องแต่ต่างกัน ส่วนหัวแสดงถึงพลังงานที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยน้ำหนักของของเหลว ในขณะที่ความดันแสดงถึงแรงต่อหน่วยพื้นที่ ความหนาแน่นของของไหลเป็นตัวกำหนดว่าส่วนหัวแปลงเป็นความดันอย่างไร